Уплотнение опоры шарошечного долота Советский патент 1993 года по МПК E21B10/24 

Изобретение относится к породоразру- шающему инструменту, а именно к шарошечным долотам и бурильным головкам для бурения скважин.

Целью изобретения является повышение надежности герметизации опоры шарошки путем обеспечения возможности . противоположных по знаку осевой и радиальной деформаций эластичного кольца в условиях динамической работы вследствие образования люфтов и перекоса в опоре по мере ее изнашивания.

На фиг.1 приведено в разрезе предлагаемое уплотнение для опоры типа АУ; на фиг.2 - изменение формы сечения эластич- . иого кольца и положения втулки относительно цапфы при перекосе шарошки на угол

ftУплотнение включает эластичное кольцо 1 и втулку 2. Эластичное кольцо герметизирует зазор между шарошкой 3 и цапфой 4 и поджимает втулку к упорному бурту 5 лапы. Втулка 2 установлена с осевым зазором

до относительно торца расточки в шарошке и с радиальными зазорами д относительно цапфы и (5-| относительно поверхности расточки в шарошке. В рассматриваемом примере подшипник образован внутренней поверхностью шарошки и наружной поверхностью цапфы. На торце втулки 2, взаимодействующим с упорным буртом 5 лапы, выполнены сквозные канавки 6.

Уплотнение работает следующим образом. В.процессе бурения шарошка 3 вращается и совершает осевые, радиальные и угловые колебания относительно цапфы 4. Эластичное кольцо 1 и втулка 2 не вращаются. При радиальных колебаниях шарошки в пределах зазора д 1 ее торец свободно проскальзывает относительно эластичного кольца. При осевых колебаниях шарошка упруго деформирует эластичное кольцо в пределах зазора 60. При движении к лапе эластичное кольцо вдавливается в коническую полость, образованную поверхности00

ми втулки, цапфы и упорного бурта лапы, а при движении шарошки от лапы эластичное кольцо выдавливается из этой полости, обеспечивая герметичность уплотнения. Сквозные канавки 6 на торце втулки 2 слу- жат тому, чтобы жидкость, находящаяся в названной полости, не препятствовала вдавливанию и выдавливанию эластичного кольца. Консольная установка шарошки, а также осевой и радиальный износ опоры обусловливают угловые колебания или перекос шарошки, как показано на фиг.2. При этом одна часть полости, в которой установлено уплотнение, например, верхняя расширяется, а противоположная часть, например, нижняя сужается на ту же величину. При сужении полости эластичное коль- цо 1 сжимается в осевом направлении и расширяется в радиальном направлении, а при расширении диаметрально противопо- ложной части полости наблюдается обратное явление. В результате втулка 2 смещается вниз. Более того она сжимает в верхней части полости эластичное кольцо и вызывает его расширение в осевом направ- лении,что частично компенсирует увеличение зазора до. Такая работа уплотнения обеспечивает его герметичность при значительных перекосах шарошки относительно цапфы.$

Из фиг.2 следует, что наиболее неблагоприятная ситуация с точки зрения защемления втулки шарошкой возникает при суммарном смещении шарошки вверх из-за радиального износа подшипника и переко- са шарошки. В качестве условия защемления принимаем . Только при радиальном перемещении шарошки смещения втулки относительно цапфы не происходит, а поэтому условию 3i 0 соответствует условие

01 дп,(1) где 5П-предельно допустимый радиальный люфт опоры. В случае перекоса на угол /, как показано на фиг,2, торец шарошки сме- стится вверх также на величину радиального люфта за счет поворота относительно точки О (средней точки на оси опоры), но при этом втулка сместится навстречу шарошке (вниз) на величину До. Таким обра- зом, условию (5 i 0 будет соответствовать условие

c5i- 5n+Abn,(2) . где ДЬп - смещение втулки при предельной величине угла /3 /Зп. При этом должно быть ДЬп д (см. фиг.1). Из условия равенства площадей верхнего и нижнего сечений эластичного кольца следует, что при повороте на угол /

ж I ст

где Да и ДЬ - осевое и радиальное изменения размеров сечения эластичного кольца; а и b - осевой и радиальный размеры установленного в опоре эластичного кольца. Угол AOiB равен/, как образованный взаимно перпендикулярными прямыми. Тогда

,(4) где R - средний радиус установки эластичного кольца в опоре. Перейдя к предельной величине /3 /Зп и выполнив необходимые преобразования с учетом (3), (4) и после подстановки в формулу (2), получим расчетную формулу (1)

(5n+ .

Предложенное выполнение уплотнения обеспечивает повышение надежности герметизации опор шарошечных долот особенно при повышенных частотах вращения, что, в конечном счете, увеличивает долговечность долот и улучшает показатели бурения скважин.

Формула изобретения

Уплотнение опоры шарошечного долота, состоящее из втулки, установленной с радиальным.зазором относительно цапфы и с осевым зазором относительно элемента подшипника и взаимодействующей с упорным буртом лапы, и из эластичного кольца, герметизирующего зазор между шарошкой и цапфой и взаимодействующего с поверхностью втулки, часть которой выполнена конической, о тличающеесл тем, что, с целью повышения надежности герметизации опоры шарошки путем обеспечения возможности противоположных по знаку осевой и радиальной деформаций эластичного кольца в условиях динамической работы вследствие образования люфтов и перекоса в опоре по мере ее изнашивания, наружная поверхность втулки охвачена шарошкой с радиальным зазором Si, а на торце втулки, взаимодействующем с упорным буртом лапы, выполнены,сквозные канавки, при этом величина радиального зазора Si определяется по формуле

где Sn предельно допустимый радиальный люфт опоры вследствие ее изнашивания;

Ь.и а - радиальный и осевой размеры сечения установленного эластичного кольца;

Использование: породоразрушающий инструмент. Сущность изобретения: уплотнение состоит из втулки, цапфы, с элементом подшипника, лапы, эластичного кольца, втулки. Наружная поверхность втулки охвачена шарошкой с радиальным зазором Si. На торце втулки выполнены сквозные канавки. Величина радиального зазора Si определяется по формуле (bxR/a). где Sn - предельно допустимый радиальный люфт опоры вследствие ее изнашивания; b и а - радиальный и осевой размеры сечения установленного эластичного кольца; R - средний радиус установленного эластичного кольца в опоре, - предельно допустимый угол перекоса шарошки вследствие изнашивания опоры. 3 ил.