Шарошечное долото Советский патент 1987 года по МПК E21B10/22 

Изобретение относится к буровой технике и касается породоразрушающего инструмента, в частности шарошечных долот.

Цель изобретения - увеличение ресурса работы долота.

На фир. 1 изображено шарошечное долото; на фиг. 2 - развертка по среднему диаметру зацепления кольца со втулкой при различных формах выступов; на фиг. 3 - расположение уплотнительного элемента в расточке шарошки; на фиг. 4 - сопряжение уплотнительного элемента с лапой.

Долото содержит лапу 1 с цапфой 2, шарошку 3, раз.мещенную на цапфе посредством замкового подшипника 4, осевого подшипника скольжения с пятой 5, кольцевой радиальный подшипник 6, втулку 7 радиально|-о подшипника скольжения,- кольцо 8 и уплотнительный элемент 9, размешенный в расточке 10. На обрашенных друг к другу торцах втулки 7 и кольца 8

образуюш,ихся при эксплуатации долота: частицы износа мигрируют по фрикционной зоне в направлении трения, периодически они прилипают к поверхностям сопряжения и поэтому многократно используются в качестве несуших элементов контакта.

При выходе частиц износа из зоны трения, что наблюдается у торцов сопряжения, износ компенсируется за счет энергии, запасенной при соединении элементов пары трения с натягом, т. е. за счет упругого восстановления цапфы, кольца или втулки. Однако условия работы втулки 7 тяжелее, чем кольца 8, так как втулка 7 воспринимает радиальную нагрузку, а кольцо 8 - )5 нет. Вследствие этого втулка 7 изнашивается интенсивнее кольца 8, а в ее сопряжении с цапфой 2 раньше появляется радиальный зазор. Однако появление зазора в соединении втулки 7 с цапфой 2 еще не приводит к разгерметизации шарошки, так как

10

связана с п арошкой 3, например, она запрессована в шарошку или зафиксирована в ней в осевом и радиальном направлении с помощью штифтов, стопорных элементов

выполнены выступы П. Втулка 7 жестко 20 кольцо 8 сохраняет натяг в свое.м сопряжении с цапфой 2. Разгерметизация .может наступить лишь после кольца 8 на величину, превышающую величину исходного натяга. При выполнении торцовых выступов

или т. п. элементов. Втулка 7 и кольцо 8 25 на кольце 8 и втулке 7 в виде зубьев треугольного профиля (фиг. 2} разгерметизации полости шарошки не произойдет да. Ке после потери натяга в сопряжениях втулка-цапфа и кольцо-цапфа, так как в этом случае кольцо 7 прижимается к цапфе осевым усилие.м Р, действуюш,и.м в зубчатом зацеплении втулки 7 с кольцом 8, из которых втулка 7 является ведущим звеном, а кольцо 8 - ведо.мым, причем кольцо 8 заторможено силами трения о цапфу. Силы трения снижаются по .мере уменьп1ения натяга между ко гьцом и цапфой, но они не падают до нуля даже после полного ис- чезновения натяга. Кроме того, при нении зубьев треугольного профиля об.лег- чается работа замкового и осевого подшипустановлены на цапфе 2 с гарантированным натягом. Величина натяга выбрана из условия его сохранения во всем диапазоне рабочих температур долота, т. е. с учетом температурных деформаций цапфы, втулки, П1арошки и кольца. Между кольцом 8 30 и пJapoшкoй 3 имеется радиальный зазор. В этом зазоре размещен уплотнительный элемент 9. Величина радиального зазора между кольцом 8 и шарошкой 3 выбрана не меньше упругих радиальных деформаций стенки втулки 7 под действием предельных нагрузок на долото.

Долото работает следующим образом.

Долото прижимается к породе с некоторым усилием. При этом радиальная нагруз35

45

ка от шарошки 3 передается на цапфу 2 40 ников. Осевое усилие Р, развиваемое в через подшипники 4 и 5 и втулку 7. Кольцо 8 радиальную нагрузку не восприни.мает, так как между ним и шарошкой 3 имеется радиальный зазор. При вращении долота шарошка 3 перекатывается по породе, т. е. вращается на цапфе 2. Вместе с шарошкой 3 вращается жестко связанная с ней втулка 7, а также кольцо 8 и уплотнительный элемент 9. Буровой раствор, а следовательно, и абразив из забоя не могут проникнуть в полость шарошки, так как, с одной стороны, зазор между кольцом 8 и шарошкой 3 перекрыт уплотнительным элементом 9, а с другой,- подвижное сопряжение кольца 8 с цапфой 2 выполнено с натягом и практически не пропускает раствор в полость шарошки.

Услия работы кольца 8 и втулки сход- пы в отношении поведения частиц износа.

50

55

зацеплении кольца со втулкой и действующее на втулку 7, передается на njaponiKy 3. Это усилие направлено против внешней осевой нагрузки, лействуюп1.ей на шарошку со стороны забоя, вследствие чего происходит частичная разгрузка за.мкового и осевого подшипника.

Уплотнительный элемент 9 размещен в расточке, выполненной в шарошке 3.

Исключение возможности потери шарошкой уплотнительного элемента обеспечивается установкой удлиненного унлотни- тельного элемента, который взаи.модейст- вует с торцовой поверхностью лапы.

Формула изобретения

1. Шарошечное долото, содержащее лапу с цапфой, шарошку, размещенную на

образуюш,ихся при эксплуатации долота: частицы износа мигрируют по фрикционной зоне в направлении трения, периодически они прилипают к поверхностям сопряжения и поэтому многократно используются в качестве несуших элементов контакта.

При выходе частиц износа из зоны трения, что наблюдается у торцов сопряжения, износ компенсируется за счет энергии, запасенной при соединении элементов пары трения с натягом, т. е. за счет упругого восстановления цапфы, кольца или втулки. Однако условия работы втулки 7 тяжелее, чем кольца 8, так как втулка 7 воспринимает радиальную нагрузку, а кольцо 8 - нет. Вследствие этого втулка 7 изнашивается интенсивнее кольца 8, а в ее сопряжении с цапфой 2 раньше появляется радиальный зазор. Однако появление зазора в соединении втулки 7 с цапфой 2 еще не приводит к разгерметизации шарошки, так как

кольцо 8 сохраняет натяг в свое.м сопряжении с цапфой 2. Разгерметизация .может наступить лишь после кольца 8 на величину, превышающую величину исходного натяга. При выполнении торцовых выступов

ников. Осевое усилие Р, развиваемое в

зацеплении кольца со втулкой и действующее на втулку 7, передается на njaponiKy 3. Это усилие направлено против внешней осевой нагрузки, лействуюп1.ей на шарошку со стороны забоя, вследствие чего происходит частичная разгрузка за.мкового и осевого подшипника.

Уплотнительный элемент 9 размещен в расточке, выполненной в шарошке 3.

Исключение возможности потери шарошкой уплотнительного элемента обеспечивается установкой удлиненного унлотни- тельного элемента, который взаи.модейст- вует с торцовой поверхностью лапы.

Формула изобретения

1. Шарошечное долото, содержащее лапу с цапфой, шарошку, размещенную на

цапфе посредством замкового подшипника и втулки радиального подшипника скольжения, жестко связанной с шарошкой и сопряженной с цапфой с натягом, и уплот- нительный элемент, отличающееся тем, что, с целью увеличения ресурса работы долота, оно снабжено кольцом с торцовыми выступами, имеющими наклонные относительно оси цапфы поверхности, установленным между втулкой и лапой на цапфе с натягом и с зазором относительно шарошки, причем втулка выполнена с торцовыми выступами, ответными торцовым выступом кольца, а уплотнительный элемент размешен в зазоре между кольцом и шарошкой.

2.Долото по п. 1, отличающееся тем, что торцовые выступы кольца и втулки выполнены в виде зубьев треугольного профиля.

3.Долото по п. 1, отличающееся тем. что в шарошке, у ее основания, выполнена расточка для размешения уплотнительного эле мента.

4.Долото по п. 1, отличающееся тем, что уплотнительный элемент размешен с возможностью взаимодействия с поверх ностью лапы.

Изобретение относится к буровой технике и позволяет увеличить ресурсы работы долота. Оно содержит лапу 1 с цапфой (Ц) 2, шарошку (Ш) 3, уплотнительный элемент 9 и кольцо (К) 8 с выступами 11. Причем Ш 3 размещена на Ц 2 посредством замкового подшипника 4 и втулки 7 радиального подшипника скольжения. Втулка 7 жестко связана с Ш 3 и сопряжена с Ц 2 натягом. Втулка 7 имеет выступы, ответные выступам К 8, выполненным в виде зубьев треугольного профиля. Уплотнительный элемент 9 размешен в зазоре между К В и Ш 3 в расточке 11 у основания Ш 3 с возможностью взаимодействия с поверхностью лапы 1. При вращении долота Ш 3 врашается в Ц 2 вместе с втулкой 7, К 8 и элементом 9. При этом раствор не попадает в полость Ш 3. Износ сопряженных поверхностей К 8 и втулки 7 компенсируется за счет упругого восстановления Ц 2, втулки 7 и К 8. При выполнении вые- тупов на К-8 и втулке 7 в виде треуголь- - ного профиля, предотвращается разгерметизация полости -Ш 3 за счет прижатия осевым усилием К 8 к Ц 2. 3 з.п.ф-лы, 4 ил. (Л ГС 00 00 с оо 5 S /Риг

Фаг.Составитель С.Денисова

Редактор Л. ВоровичТехред И. ВересКорректор А. Зимокосои

Заказ 741/30Тираж 533Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

иг.