ШАРОШКА ДЛЯ БУРОВОЙ ГОЛОВКИ Российский патент 2019 года по МПК E21B10/24 

Область техники

Настоящее изобретение относится к шарошке для буровой головки, и в частности, хотя не исключительно, к шарошке, имеющей переливную камеру для смазки, расположенную внутри вала шарошки, для приема термически расширенной смазочной текучей среды.

Уровень техники

Устройство для вращательного бурения типично содержит множество шарошек (или рабочих элементов расширителя), установленных на буровой головке. В зависимости от количества, размера и конфигурации шарошек на головке, устройство может быть выполнено с возможностью пилотного бурения, бурения восстающих выработок, слепого бурения, горизонтально направленного бурения или направленного бурения сверху вниз.

Обычно внешний режущий корпус шарошки устанавливается с возможностью вращения на валу (или цапфе), который в свою очередь установлен съемным образом на седлообразной опоре, прикрепленной к буровой головке. Между валом и корпусом шарошки образована кольцевая полость, в которой устанавливаются подшипники, чтобы позволить корпусу шарошки вращаться относительно вала и осуществлять резание горной породы посредством режущих элементов, распределенных по обращенной наружу поверхности корпуса. В этой полости обеспечены уплотнения, чтобы удерживать смазочную текучую среду (типично, консистентная смазка) внутри полости и в контакте с подшипниками. Примеры устанавливаемых на буровой головке шарошек описаны в us 4,509,607, us 2006/0249311, us 5,363,930 и wo 95/08692.

Чтобы избежать преждевременного износа компонентов и оптимизировать резание, важно, чтобы смазка подшипников происходила непрерывно во время использования, потому что шарошка подвергается воздействию сильных нагрузок и высоких температур, генерируемых за счет вращения корпуса шарошки относительно вала и фрикционного контакта, когда шарошка врезается в горную породу. Из-за нагрева смазочная текучая среда расширяется, и внутреннее давление внутри подшипниковой полости повышается, что в свою очередь значительно увеличивает внутреннее давление шарошки. Поэтому не исключены нарушения в работе уплотнений полости, ведущие к утечке консистентной смазки из подшипников и соответствующему уменьшению срока службы шарошки.

Us 5,636,930 и us 4,509,607 раскрывают эластомерные компенсаторы давления, установленные внутри вала или в области подшипниковой полости, чтобы служить в качестве резервуаров для смазки для приема термически расширенной смазки и для уменьшения давления на уплотнениях подшипника, чтобы попытаться избежать нарушений в работе уплотнений. Однако использование эластомерных резервуаров для текучей среды имеет недостатки по ряду причин. Во-первых, упругие элементы должны быть вставлены в их внутреннее положение установки внутри шарошки, что добавляет дополнительные этапы сборки и увеличивает сложность компонентов шарошки. Когда шарошка охладилась после использования, в эластомерных элементах остается некоторое количество смазки, так что уменьшенное количество возвращается к подшипникам. Так как вводят дополнительную смазку для компенсации этого уменьшения, в конечном итоге эластомерные элементы становятся насыщенными, и их способность принимать расширенную смазку уменьшается. Дополнительно, конкретное расположение эластомерных элементов внутри шарошки не оптимизировано, чтобы способствовать, во-первых, введению смазки, и, во-вторых, легкому течению смазки между подшипниковой полостью и резервуаром термического расширения, когда температура шарошки повышается и падает. Соответственно, требуется шарошка, которая решает приведенные выше проблемы.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является создание шарошки для буровой головки, имеющей переливную камеру для смазки подшипника, которая способствует как введению смазки в шарошку, так и беспрепятственному течению смазки между подшипниковой полостью и переливной камерой. Дополнительной целью является создание переливной камеры для смазки подшипника, которая является эффективной для защиты уплотнений подшипника путем приема термически расширенной смазки, при этом обеспечивая возврат всего количества расширенной смазки в подшипниковую полость после охлаждения шарошки (и смазочной текучей среды).

Дополнительной целью является создание шарошки, имеющей переливную камеру для смазки, которая является удобной для изготовления и не ухудшает прочность шарошки, чтобы выдерживать значительные нагрузки, встречающиеся во время использования. Еще одной дополнительной целью является создание шарошки, совместимой для использования с множеством различных типов и сортов смазки, при этом также совместимой для использования с разными конфигурациями корпусов шарошки и режущих вставок, чтобы получить шарошку, подходящую для пилотного бурения, бурения восстающих выработок, слепого бурения, горизонтально направленного бурения или направленного бурения сверху вниз.

Эти цели достигаются посредством создания шарошки, имеющей корпус шарошки (на котором установлены режущих вставок), который установлен с возможностью вращения на валу (или цапфе), который содержит внутреннюю переливную камеру для смазки для приема термически расширенной смазки, когда шарошка и смазка нагреваются во время использования.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается шарошка для буровой головки, содержащая вал, имеющий продольную ось и выполненный с возможностью установки на седлообразной опоре буровой головки, корпус шарошки, установленный с возможностью вращения вокруг вала и имеющий режущие элементы, обеспеченные на наружной поверхности, подшипники, установленные внутри кольцевой полости, расположенной радиально между валом и корпусом шарошки, первый проход, центрированный по оси вала и продолжающийся в осевом направлении через вал от первого конца, и второй проход, продолжающийся поперечно или перпендикулярно первому проходу, чтобы обеспечить сообщение по текучей среде между первым проходом и полостью, отличающаяся тем, что она содержит удлиненную переливную камеру, центрированную по оси вала и выполненную в виде удлиненного осевого продолжения первого прохода, продолжающегося в осевом направлении через вал за пределами второго прохода в виде глухого отверстия, при этом камера имеет незанятый внутренний объем вдоль осевой длины, выполненный с возможностью приема смазочной текучей среды из кольцевой полости.

Переливная камера, выполненная в виде удлиненного осевого продолжения первого прохода, обеспечивает преимущество удобного изготовления, например, используя процесс двухэтапного сверления с пилотным отверстием. Осевое выравнивание первого прохода и удлиненной переливной камеры таким образом, что они центрированы по продольной оси вала, является полезным, чтобы максимально увеличить прочность вала и не ухудшать структурную целостность шарошки, установленной на седлообразной опоре. Относительное расположение предлагаемой переливной камеры, которая радиально удалена от области подшипниковой полости, обеспечивает преимущество в том, что не «мешает» конструкции и функционированию подшипников и подшипниковой полости, так что эта область может быть оптимизирована для фрикционной поддержки установки с возможностью вращения корпуса шарошки на валу.

Предпочтительно, внутренний объем переливной камеры является незанятым или «свободным» в отношении установленных внутри компонентов, таких как эластомерные элементы или другие пористые или поглощающие структуры, которые иначе будут препятствовать свободному течению смазки между камерой и областью подшипниковой полости. Пустая переливная камера соответственно обеспечивает возможность беспрепятственного возвратного течения смазки в подшипниковую полость, когда смазка охлаждается.

Соосное выравнивание первого прохода и удлиненной переливной камеры обеспечивает дополнительное преимущество в том, что это значительно способствует введению смазки в область подшипника. Например, удлиненный стержнеобразный инструмент может быть вставлен в осевом направлении в первый проход и переливную камеру, и концевая область стержня выполнена с возможностью вставки в камеру таким образом, чтобы блокировать или уплотнить ее и предотвращать течение смазки в камеру, и чтобы направлять смазку в область подшипниковой полости. Это обеспечивает, что все количество текучей среды будет введено в подшипниковую полость. Конфигурация предлагаемой переливной камеры, которая выполнена в виде удлиненного осевого продолжения первого прохода, тем самым обеспечивает, что камера принимает смазку только тогда, когда смазка нагревается.

Предпочтительно, осевая длина удлиненной камеры ограничивается внутри вала таким образом, что камера не продолжается до второго конца вала. Эта конфигурация полезна, чтобы максимально увеличить радиальную толщину и тем самым поддерживать структурную прочность вала в концевой области, которая сопрягается с седлообразной опорой, чтобы выдерживать нагрузки во время использования и уменьшить риск поломки вала.

Предпочтительно, свободный объем камеры является достаточным, чтобы принимать желаемое количество расширенной смазки таким образом, чтобы защитить уплотнения. Например, уплотнения типично могут быть выполнены с возможностью выдерживать давление примерно от 0,3 до 0,4 мпа. Желаемый объем камеры достигается путем формирования камеры с подходящим удлинением. То есть камера имеет осевую длину, которая больше ее диаметра. Опционально, осевая длина камеры находится в диапазоне от 1,5 до 5,0, от 2,0 до 4,0 или, более предпочтительно, от 2,5 до 3,5 от диаметра или ширины камеры в радиальном направлении, перпендикулярном осевой длине. Эта конфигурация обеспечивает преимущество, так как она не ослабляет прочность вала заметным образом в отношении выдерживания нагрузок.

Предпочтительно, первый проход и камера являются по существу цилиндрическими. Более предпочтительно, диаметр первого прохода больше диаметра камеры. Эта конфигурация обеспечивает преимущество для изготовления шарошки, так как позволяет осуществлять удобную операцию двухэтапного сверления с пилотным отверстием, при которой первый проход может быть сформирован на первом этапе операции сверления, и затем на втором этапе операции сверления формируется переливная камера в виде осевого продолжения первого прохода. Опционально, осевая длина первого прохода больше осевой длины камеры. Опционально, осевая длина камеры больше длины второго прохода между полостью и первым проходом. Длина первого прохода определяется между первым концом вала и самой внутренней в осевом направлении частью прохода, которая взаимодействует со вторым проходом. Предпочтительно, самый внутренний конец первого прохода имеет ступень, которая выступает радиально внутрь в направлении к оси. Дополнительно, осевая длина второго прохода может быть определена, как радиальное расстояние между обращенной внутрь стенкой, образующей первый проход, и наружной поверхностью вала, на которой устанавливаются подшипники. Соответствующая осевая длина переливной камеры может быть определена, как длина между самым внутренним в осевом направлении глухим концом камеры, расположенным ближе всего к второму концу вала, и областью выступающей радиально внутрь ступени, обеспеченной на конце первого прохода.

Опционально, объем первого прохода больше, чем объем камеры. Объем переливной камеры является достаточным для приема желаемого количества термически расширенной смазки. Эта конфигурация является полезной, чтобы поддерживать прочность вала и не ухудшать целостность вала, чтобы выдерживать значительные нагрузки во время использования, порядка 20-25 метрических тонн.

Предпочтительно, место соединения в осевом направлении первого прохода и камеры содержит упор или ступень, которая выступает радиально внутрь в направлении к оси. Ступень или упор являются полезными для обеспечения концевого стопора для пробки, установленной съемным образом внутри первого прохода, и чтобы способствовать загрузке и удалению шариковых подшипников в подшипниковую полость во время сборки или технического обслуживания шарошки.

Предпочтительно, шарошка далее содержит первую пробку, установленную съемным образом в первом проходе, чтобы закрывать открытый конец первого прохода, и вторую пробку, установленную съемным образом во втором проходе. Первая пробка выполнена с возможностью способствовать загрузке подшипников в подшипниковую полость и уплотнять подшипниковую полость и внутренние проходы внутри вала. Вторая пробка выполнена с возможностью поддерживать подшипники в положении под корпусом шарошки и управлять свободным течением смазки из подшипниковой полости. Предпочтительно, первая и вторая пробки каждая содержит по меньшей мере одно сообщающее отверстие, чтобы обеспечить путь для потока текучей среды между полостью и соответствующими первым и вторым проходами. Сообщающие отверстия обеспечивают преимущество в том, что позволяют сообщение по текучей среде между подшипниковой полостью и первым проходом, вторым проходом и переливной камерой. Диаметр сообщающих отверстий может быть выбран таким образом, чтобы управлять течением смазки с учетом температуры и соответственно вязкости смазки, когда она термически расширяется во время работы шарошки. Предпочтительно, диаметр и объем переливной камеры больше, чем соответствующий диаметр или объем каждого из сообщающих отверстий, чтобы обеспечить возможность термически расширенной текучей среде собираться в переливной камере, когда она нагревается.

Предпочтительно, шарошка далее содержит по меньшей мере одно сообщающее отверстие, продолжающееся через вал напрямую между камерой и подшипниковой полостью, чтобы обеспечить возможность передачи смазочной текучей среды между камерой и полостью. Предпочтительно, шарошка содержит множество сообщающих отверстий, продолжающихся поперечно или перпендикулярно камере от одного конца камеры, самого дальнего в осевом направлении от второго прохода. Опционально, два сообщающих отверстия продолжаются перпендикулярно и радиально наружу от самого глубокого конца цилиндрической переливной камеры. Соответственно, сообщающие отверстия, продолжающиеся от камеры, разнесены в осевом направлении от второго прохода таким образом, чтобы образовать контур потока текучей среды между центрированными по оси первым проходом и переливной камерой и окружающей кольцевой подшипниковой полости. Сообщающие отверстия обеспечивают преимущество в том, что способствуют передаче текучей среды между подшипниковой полостью и переливной камерой. Разнесение в осевом направлении второго прохода и сообщающих отверстий на осевом конце камеры обеспечивает преимущество в том, что обеспечивает пути для смазки, направленные радиально внутрь от подшипниковой полости в разных осевых положениях вдоль длины вала. Опционально, одно или множество из сообщающих отверстий могут продолжаться радиально между подшипниковой полостью и первым проходом и при этом располагаться ближе к первому концу вала относительно осевого расположения второго прохода.

Предпочтительно, объем камеры меньше незанятого свободного объема полости. Эта конфигурация обеспечивает преимущество в том, что большая часть смазки удерживается в подшипниковой полости, при этом обеспечивая достаточный объем для течения термически расширенной смазки, чтобы избежать нарушений в работе уплотнений подшипника. Это обеспечивает непрерывную смазку подшипников при работе с высокими температурами, чтобы избежать преждевременного износа шарошки. Опционально, объем камеры находится в диапазоне от 5 до 50%, от 10 до 25% или, более предпочтительно, от 15% до 20% от незанятого свободного объема полости. Незанятый свободный объем полости может быть определен, как объем полости (между наружной поверхностью вала и внутренней поверхностью корпуса шарошки), который занят смазкой, окружающей подшипники (или в которую погружены подшипники).

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается буровая головка, содержащая множество шарошек согласно настоящему изобретению.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предлагается устройство для бурения, содержащее буровую головку и множество шарошек согласно настоящему изобретению.

Краткое описание чертежей

Далее будет описан, только в качестве примера, вариант воплощения настоящего изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 - внешний вид в перспективе шарошки, установленной на буровой головке, согласно варианту воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 2 - вид в перспективе в разрезе шарошки на фиг. 1 в первой плоскости.

Фиг. 3 - вид в перспективе в разрезе шарошки на фиг. 1 во второй плоскости.

Фиг. 4 - вид в перспективе в разрезе шарошки в той же плоскости, как на фиг. 2.

Фиг. 5 - вид в перспективе в разрезе вала (цапфы) шарошки, показанной на фиг. 1-4, согласно варианту воплощения настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительного варианта воплощения изобретения

Обращаясь к фиг. 1, буровая головка 106 содержит множество шарошек 100 (альтернативно называемых рабочие элементы расширителя). Каждая шарошка 100 содержит вращающийся корпус 101 шарошки в форме усеченного конуса, установленный на центральном валу (или цапфе) 102. Множество кольцевых рядов режущих вставок 103 выступают от наружной поверхности корпуса 101 шарошки и выполнены с возможностью обрабатывать горную породу, когда корпус 101 шарошки вращается вокруг вала 102. Вал 102 в свою очередь установлен на седлообразной опоре 104, жестко установленной на буровой головке 106. Соответственно, каждая шарошка 100 выполнена с возможностью вращения вокруг оси 105, продолжающейся через установочный вал 102, при этом ось 105 выравнена поперечно поверхности буровой головки 106, от которой выступает седлообразная опора 104.

Обращаясь к фиг. 2, корпус 101 шарошки содержит первый кольцевой конец 214 и второй кольцевой конец 215 с обращенной внутрь поверхностью 212, продолжающейся между концами 214 и 215.

Корпус 101 шарошки соответственно выполнен в виде полого тела, имеющего кольцевую стенку, обозначенную в общем ссылочной позицией 216, образованную между обращенной внутрь поверхностью 212 и обращенной наружу поверхностью 213, от которой выступают кольцевые ряды режущих вставок 103. Корпус 101 шарошки установлен вокруг наружной поверхности 221 вала 102 таким образом, чтобы окружать наружную поверхность 221 между первым концом 200 и вторым концом 220 вала 102. Стенка 216 корпуса шарошки содержит множество кольцевых выемок 205, 206, 207, которые вместе образуют подшипниковую полость 219, расположенную радиально между валом 102 и корпусом 101 шарошки. Выемки 205, 207 выполнены с возможностью установки двух соответствующих групп роликовых подшипников, а кольцевая выемка 206 выполнена с возможностью установки множества шариковых подшипников, которые вместе с роликовыми подшипниками образуют общий подшипниковый узел для установки с возможностью вращения корпуса 101 шарошки на валу 102.

Первый и второй уплотнительный узел, обозначенные в общем ссылочной позицией 204, обеспечены на первом и втором концах 214, 215 корпуса 101 шарошки рядом с первым и вторым концами 200, 220 вала. Кольцевые уплотнительные узлы 204 содержат множество уплотнительных колец и металлических уплотнительных манжет/прокладок, чтобы обеспечить непроницаемое по текучей среде уплотнение, чтобы закрыть и уплотнить подшипниковую полость 219. Уплотнительные узлы 204 выполнены с возможностью выдерживать внутреннее давление внутри подшипниковой полости 219 примерно от 0,3 до 0,4 мПа. То есть уплотнительные узлы 204 являются эффективными для предотвращения утечки смазочной текучей среды (типично, консистентная смазка), которая занимает подшипниковую полость 219, чтобы смазывать вращательный фрикционный контакт подшипников между валом 102 и корпусом 101 шарошки.

Вал 102 содержит первый проход 201, центрированный по оси 105 и выполненный в виде цилиндрического отверстия, продолжающегося от первого конца 200 вала приблизительно до средней в направлении длины области вала 102. То есть осевая длина первого прохода 201 равна приблизительно половине полной осевой длины вала 102 между концами 200, 220. Второй проход 202 продолжается поперечно первому проходу 201 (и оси 105). Второй проход 202 обеспечивает сообщение между первым проходом 201 и подшипниковой полостью 219 таким образом, что первый конец 217 второго прохода 202 сообщается с первым проходом 201, а второй конец 218 второго прохода 202 сообщается с подшипниковой полостью 219 в средней в осевом направлении области вала 102 и корпуса 101 шарошки, соответствующей центральной кольцевой выемке 206. Удлиненная переливная камера 203 выполнена в виде цилиндрического отверстия и осевого продолжения первого прохода 201. То есть первый проход 201 и камера 203 соосно выравнены таким образом, что они центрированы по продольной оси 105 вала. Осевая длина камеры 203 меньше соответствующей осевой длины первого прохода 201 таким образом, что камера 203 не доходит до второго конца 220 вала и выполнена в виде глухого отверстия, оканчивающегося внутри вала 102 в осевом положении, соответствующем уплотнительному узлу 204 (на втором конце 220 вала). Выполнение камеры 203 в виде глухого отверстия (оканчивающегося внутри вала) обеспечивает преимущество, чтобы максимально увеличить прочность вала 102, когда он установлен на седлообразной опоре 104, чтобы выдерживать значительные нагрузки во время использования. Диаметр камеры 203 меньше соответствующего диаметра первого прохода 201 таким образом, чтобы образовать кольцевую ступень 211, которая выступает радиально внутрь в направлении к оси 105 в месте соединения между первым проходом 201 и камерой 203. В частности, кольцевая ступень 211 располагается на первом конце 300 камеры 203 и втором конце 303 первого прохода 201, обращаясь к фиг. 3. Первый конец 302 первого прохода 201 открыт на первом конце 200 вала. Камера 203 содержит второй конец 301, выполненный в виде конусообразной выемки, получаемой в результате двухэтапного изготовления выравненных по оси первого прохода 201 и камеры 203.

Первая пробка 208 размещается внутри первого прохода 201, и ее конец опирается на кольцевую ступень 211. Соответствующая вторая пробка 209 размещается внутри второго прохода 202. Обращаясь к фиг. 2, каждая пробка 208, 209 содержит множество сообщающих отверстий 500, 501, которые обеспечивают пути для сообщения по текучей среде между подшипниковой полостью 219 и первым и вторым проходами 201, 202 и переливной камерой 203.

Обращаясь к фиг. 3, пара дополнительных сообщающих отверстий 210а, 210b продолжаются перпендикулярно оси 105 между вторым концом 301 камеры 203 и одним концом подшипниковой полости 219 рядом с уплотнительным узлом 204, обеспеченным на втором конце 215 корпуса шарошки. Сообщающие отверстия 210а, 210b выполнены с возможностью обеспечить дополнительный путь для сообщения по текучей среде между кольцевой подшипниковой полостью 219 и внутренними проходами 201, 202 и камерой 203 внутри вала 102. Согласно варианту воплощения, диаметр сообщающих отверстий 500, 501, 210а, 210b меньше диаметров цилиндрических первого и второго проходов 201, 202 и камеры 203. Первый конец 302 прохода уплотнен посредством уплотнительной пробки 304, которая образует осевое продолжение первой пробки 208. Соответственно, консистентная смазка, введенная в подшипниковую полость 219, запечатывается внутри шарошки 100 посредством пробки 304 и уплотнительных узлов 204.

Обращаясь к фиг. 4, камера 203 имеет осевую длину а, которая больше ее диаметра d' таким образом, что камера является удлиненной. Согласно варианту воплощения, длина а составляет примерно три диаметра d'. Первый проход также является удлиненным и имеет осевую длину в, которая больше его диаметра d''. Согласно варианту воплощения осевая длина а камеры, определенная между концами 300, 301 камеры, меньше осевой длины в первого прохода, определенной между концами 302, 303 прохода. Дополнительно, осевая длина а камеры больше длины с второго прохода 202, которая продолжается в радиальном направлении между первым проходом 201 и подшипниковой полостью 219.

Кроме того, диаметр d' камеры меньше диаметра d'' первого прохода. Дополнительно, диаметр d' камеры меньше соответствующего диаметра d''' второго прохода 202. Соответственно, внутренний объема камеры 203 между концами 300, 301 меньше внутреннего объема первого прохода 201, но больше внутреннего объема второго прохода 202, без пробок 208, 209, размещенных внутри соответствующих проходов 201, 202.

Во время использования, и обращаясь к фиг. 2-5, переливная камера 203 не имеет препятствий, чтобы быть внутри пустой, чтобы образовать свободный объем для приема термически расширенной смазочной текучей среды из подшипниковой полости 219. Когда роликовые подшипники и шариковые подшипники (иллюстрируются схематично соответствующими ссылочными позициями 401, 402) размещены внутри полости 219 в соответствующих областях выемок 205, 207, 206, свободный объем 400 определяется, как незанятый объем внутри подшипниковой полости 219, образованный внутренней поверхностью 212 корпуса шарошки и наружной поверхностью 221 вала. Свободный объем 400, окружающий подшипники 401, 402, занят консистентной смазкой. Консистентная смазка вначале вводится в полость 219 с помощью удлиненного подающего инструмента (не показан), вставленного в незанятые первый проход 201 и камеру 203. Стержнеобразный инструмент вставляется в камеру 203 таким образом, чтобы предотвращать течение смазочной текучей среды в эту внутреннюю область вала 102 и направлять ее только в подшипниковую полость 219, где она требуется. То есть текучая среда подается в подшипниковую полость 219 через внутренний канал внутри подающего инструмента, продолжающегося через первый и второй проходы 201, 202 и переливную камеру 203. Пробки 208, 209 затем вставляются в положение, иллюстрируемое на фиг. 2-5. Камера 203 сообщается по текучей среде со свободным объемом 400 (и смазочной текучей средой) через сообщающие отверстия 500, 501 и 210а, 210b. Во время использования и вращения корпуса 101 шарошки вокруг оси 105 и вала 102, консистентная смазка нагревается от окружающей среды до приблизительно 160°с, что ведет к расширению текучей среды внутри свободного объема 400 и повышению внутреннего давления на уплотнительных узлах 204.

Консистентная смазка расширяется внутри свободного объема 400 и способна течь внутри вала 102 через сообщающие отверстия 500, 501 и 210а, 210b. Незанятое свободное пространство внутри камеры 203 составляет приблизительно от 10 до 25% от свободного объема 400 и зависит, частично, от коэффициента термического расширения смазочной текучей среды, и в частности количества текучей среды при рабочей температуре шарошки (приблизительно 160°С). Свободное течение текучей среды между камерой 203 и полостью 219 поддерживает давление внутри полости 219 ниже максимального давления для уплотнительных узлов 204, которое может типично составлять от 0,3 до 0,4 мПа. Термически расширенная и нагретая текучая среда соответственно способна собираться в камере 203, чтобы уменьшить давление внутри полости 219 и избежать нарушений в работе уплотнений и утечки смазки из шарошки 100. Предлагаемая конфигурация также обеспечивает преимущество в том, что исключается возвратное течение загрязненной смазки, что в ином случае может происходить в обычных устройствах, использующих эластомерные резервуары или стенки. Переливная камера 203, содержащая множество впусков и выпусков (501, 210а, 210b) для потока текучей среды обеспечивает преимущество в том, что обеспечивается надежное и беспрепятственное свободное течение смазки между камерой 203 и полостью 219 при расширении и сжатии смазки.

Группа изобретений относится к шарошке для буровой головки и к самой буровой головке. Технический результат заключается в повышении срока службы шарошки. Шарошка для буровой головки содержит: вал, имеющий продольную ось и выполненный с возможностью установки на седлообразной опоре буровой головки; корпус шарошки, установленный с возможностью вращения вокруг вала и имеющий режущие элементы, обеспеченные на наружной поверхности; подшипники, установленные внутри кольцевой полости, расположенной радиально между валом и корпусом шарошки; первый проход, центрированный по оси вала и продолжающийся в осевом направлении через вал от первого конца; и второй проход, продолжающийся поперечно или перпендикулярно первому проходу, чтобы обеспечить сообщение по текучей среде между первым проходом и полостью. Шарошка также содержит удлиненную переливную камеру, центрированную по оси вала и выполненную в виде удлиненного осевого продолжения первого прохода, продолжающегося в осевом направлении через вал за пределами второго прохода в виде глухого отверстия. Камера имеет незанятый внутренний объем вдоль ее осевой длины, выполненный с возможностью приема смазочной текучей среды из кольцевой полости. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Шарошка (100) для буровой головки (106), содержащая:

вал (102), имеющий продольную ось (105) и выполненный с возможностью установки на седлообразной опоре (104) буровой головки (106);

корпус (101) шарошки, установленный с возможностью вращения вокруг вала (102) и имеющий режущие элементы (103), обеспеченные на наружной поверхности (213);

подшипники (401, 402), установленные внутри кольцевой полости (219), расположенной радиально между валом (102) и корпусом (101) шарошки;

первый проход (201), центрированный по оси (105) вала (102) и продолжающийся в осевом направлении через вал (102) от первого конца (200); и

второй проход (202), продолжающийся поперечно или перпендикулярно первому проходу (201), чтобы обеспечить сообщение по текучей среде между первым проходом (201) и полостью (209),

отличающаяся тем, что она содержит удлиненную переливную камеру (203), центрированную по оси (105) вала (102) и выполненную в виде удлиненного осевого продолжения первого прохода (201), продолжающегося в осевом направлении через вал (102) за пределами второго прохода (202) в виде глухого отверстия, при этом камера (203) имеет незанятый внутренний объем вдоль ее осевой длины (а), выполненный с возможностью приема смазочной текучей среды из кольцевой полости (219).

2. Шарошка по п. 1, в которой осевая длина (а) камеры (203) находится в диапазоне от 1,5 до 5,0 от диаметра (d') или ширины камеры (203) в радиальном направлении.

3. Шарошка по п. 2, в которой диапазон составляет от 2,5 до 3,5.

4. Шарошка по п. 1, в которой первый проход (201) и камера (203) являются по существу цилиндрическими.

5. Шарошка по п. 4, в которой диаметр (d'') первого прохода (201) больше диаметра (d') камеры (203).

6. Шарошка по любому из пп. 1-5, в которой осевая длина (в) первого прохода (201) больше осевой длины (а) камеры (203).

7. Шарошка по любому из пп. 1-5, в которой место соединения в осевом направлении первого прохода (201) и камеры (203) содержит упор или ступень (211), которая выступает радиально внутрь в направлении к оси (105).

8. Шарошка по любому из пп. 1-5, которая дополнительно содержит первую пробку (208), установленную съемным образом в первом проходе (201), чтобы закрывать открытый конец (302) первого прохода (201), и вторую пробку (209), установленную съемным образом во втором проходе (202).

9. Шарошка по п. 8, в которой первая и вторая пробки (208, 209), каждая содержит по меньшей мере одно сообщающее отверстие (500, 501), чтобы обеспечить путь для потока текучей среды между полостью (219) и соответствующими первым и вторым проходами (201, 202).

10. Шарошка по любому из пп. 1-5 и 9, которая дополнительно содержит по меньшей мере одно сообщающее отверстие (210а, 210b), продолжающееся через вал (102), чтобы обеспечить возможность передачи смазочной текучей среды между камерой (203) и полостью (219).

11. Шарошка по п. 10, содержащая множество сообщающих отверстий (210а, 210b), продолжающихся поперечно или перпендикулярно камере (203) от одного конца (301) камеры (203), в осевом направлении самого дальнего от второго прохода (202).

12. Шарошка по любому из пп. 1-5, 9 и 11, в которой объем камеры (203) меньше незанятого свободного объема (400) полости (219).

13. Шарошка по п. 12, в которой объем камеры (203) находится в диапазоне от 5 до 50% от незанятого свободного объема (400) полости (219).

14. Шарошка по п. 13, в которой диапазон составляет от 10 до 25%.

15. Буровая головка (106), содержащая множество шарошек (100) по любому из пп. 1-14.