БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 2013 года по МПК E21B10/16 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам для разбуривания, преимущественно, мягких пород и пород средней твердости.

Известно буровое трехшарошечное долото, включающее корпус и конусные шарошки с фрезерованными или литыми зубьями, у которых оси симметрии рабочих кромок совпадают с диаметральной плоскостью шарошек и пресекаются с осью шарошки в ее вершине (см. Палий П.А. и Корнеев К.Е. «Буровые долота», М. Недра, 1965 г., с.86, рис.97).

Недостатком этого долота является малый ресурс его работы из-за низкой эффективности разрушения породы, особенно в центральной части забоя.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, и установленные на них посредством замкового подшипника конические шарошки с фрезерованными или литыми зубьями (см. Палий П.А. и Корнеев К.Е. «Буровые долота», М. Недра, 1971 г., с 183, рис.У1. 45).

Данное долото благодаря параллельному смещению осей шарошек своим вооружением создает дробяще-режущее воздействие на породу и тем самым обеспечивает более эффективное разрушение забоя.

К недостаткам данного долота следует отнести опережающий выход из строя опоры долота по сравнению с вооружением, обусловленным восприятием усилия, направленным вдоль оси цапфы, одним замковым подшипником, что снижает эффективность работы долота в целом.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет увеличения работоспособности его опоры.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, и установленные на них посредством замкового подшипника конические шарошки с фрезерованными или литыми зубьями, согласно изобретению у всех шарошек, по меньшей мере, часть венцов выполнена с косыми зубьями, причем косые зубья наклонены к оси цапфы таким образом, чтобы суммарная осевая составляющая реакции забоя на ось вращения подшипникового узла в каждой шарошке была направлена в сторону оси долота.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что угол наклона режущих кромок косых зубьев к образующей шарошки составляет 10-30, при этом меньшее значение угла наклона соответствует меньшему значению угла наклона цапфы к оси долота.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид долота, продольный разрез, на фиг.2 - схема расположения шарошек и их вооружения, на фиг.3 - схема действия сил на шарошке.

Буровое шарошечное долото содержит корпус 1 с наклонными цапфами 2, параллельно смещенными относительно оси долота на величину - ε (см. фиг.2 и 3), определяемую в зависимости от типа и размера бурового долота. На цапфах 2 посредством подшипников 3, один из которых замковый, установлены конические шарошки 4 с фрезерованными или литыми зубьями 5. У всех шарошек 4, по меньшей мере, часть венцов 6 выполнены с косыми зубьями 5, причем косые зубья 5 наклонены к оси цапфы 2 таким образом, чтобы осевая составляющая реакции забоя - (от усилия разрушения породы вследствие проскальзывания зубьев по забою - F) на ось вращения подшипникового узла в каждой шарошке 4 была направлена в сторону оси долота и частично или полностью компенсировала осевую составляющую реакции замкового подшипника - , создаваемую осевой нагрузкой на долото - Р, и направленную вдоль осей цапф 2 в противоположном направлении. Достижению указанного технического результата способствует также и то, что угол наклона - α режущих кромок косых зубьев 5 к образующей шарошки 4 выбран равным 10-30°, при этом меньшее значение угла наклона - α соответствует меньшему значению угла наклона - β цапфы 2 к оси долота, т.е. чем меньше угол наклона - β, тем меньше должен быть угол α. Увеличение угла наклона - β должно сопровождаться увеличением угла α.

Принцип работы бурового долота заключается в следующем. При вращении долота шарошки 4 перекатываются с одновременным проскальзыванием по поверхности забоя и разрушают породу под воздействием осевой нагрузки и крутящего момента. Выполнение долота с параллельно смещенными в плане шарошками способствует повышению эффективности разрушения горных пород, особенно это касается пластичных пород. Разрушенная порода, благодаря выполнению венцов 6 шарошек 4 с косыми зубьями 5, наклоненными к оси цапфы 2 таким образом, чтобы осевая составляющая реакции забоя - (от усилия разрушения породы вследствие проскальзывания зубьев по забою - F) на ось вращения подшипникового узла в каждой шарошке 4 была направлена в сторону оси долота и компенсировала осевую составляющую реакции замкового подшипника - , создаваемую осевой нагрузкой на долото - Р, и направленную вдоль осей цапф 2 в противоположном направлении. При этом угол наклона - α режущих кромок косых зубьев 5 к образующей шарошки 4, составляющий 10-30°, обеспечивает наиболее оптимальное значение для разрушения мягких и средней твердости пород. Величина угла наклона - α режущих кромок косых зубьев 5 к образующей шарошки 4 выбирается в зависимости от угла наклона - β цапфы 2 к оси долота, причем меньшее значение угла наклона - α соответствует меньшему значению угла β.

При выполнении вооружения шарошек долота по предложенной схеме с косыми зубьями обеспечивается компенсация осевой составляющей реакции замкового подшипника - , от усилия - Р_ОС и тем самым разгружается замковый подшипник от усилий, направленных вдоль оси долота, что повышает ресурс его работы, а следовательно, и долота в целом.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам. Обеспечивает разгрузку замкового подшипника, повышение стойкости и работоспособности опоры и долота в целом. Буровое шарошечное долото включает лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, и установленные на них посредством замкового подшипника конические шарошки с фрезерованными или литыми зубьями. У всех шарошек, по меньшей мере, часть венцов выполнена с косыми зубьями, причем косые зубья наклонены к оси цапфы таким образом, чтобы суммарная осевая составляющая реакции забоя на ось вращения подшипникового узла в каждой шарошке была направлена в сторону оси долота. Угол наклона режущих кромок косых зубьев к образующей шарошки может составлять 10-30°, при этом меньшее значение угла наклона соответствует меньшему значению угла наклона цапфы к оси долота. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, и установленные на них посредством замкового подшипника конические шарошки с фрезерованными или литыми зубьями, отличающееся тем, что у всех шарошек, по меньшей мере, часть венцов выполнена с косыми зубьями, причем косые зубья наклонены к оси цапфы таким образом, чтобы суммарная осевая составляющая реакции забоя на ось вращения подшипникового узла в каждой шарошке была направлена в сторону оси долота.

2. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что угол наклона режущих кромок косых зубьев к образующей шарошки составляет 10-30°, при этом меньшее значение угла наклона соответствует меньшему значению угла наклона цапфы к оси долота.