Опора шарошечного долота Советский патент 1993 года по МПК E21B10/22 

Фиг.1

Изобретение относится к породораэру- шающему буровому инструменту, а именно к шарошечным долотам для бурения скважин.

Целью изобретения является повыше- ние долговечности опоры за счет самоустановки уплотнительного узла.

На фиг.1 изображена предлагаемая опора шарошечного долота для повышенных частот вращения; на фиг.2 - уплотни- тельный узел, смонтированный на цапфе в состоянии, когда шарошка еще не установлена; на фиг.З - графики зависимости относительной силы прижатия уплотнительного кольца к шарошке от величины угла между образующими плоской и конической поверхностями в продольном сечении распорного кольца.

Опора включает цапфу 1 с буртом лапы 2, шарошку 3, подшипник 4 и уплотнитель- ный узел, состоящий из жесткого распорного кольца 5 и эластичного уплотнительного кольца 6. Осевое перемещение уплотнительного узла относительно цапфы ограничено плоским разрезным упорным кольцом 7, на набегающем конце которого имеется стопор 8. На цапфе выполнена проточка 9, боковая поверхность которой служит упором для разрезного упорного кольца, и просверлено гнездо 10 для размещения стопора 8. Плоская поверхность 11 и коническая поверхность 12 образуют в продольном сечении т упой угол а (см. фиг.2), При сборке уплотнительное кольцо 6 контактируете поверхностями 11 и 12, а также с торцом бурта 2 без зазора. Тогда величина h обеспечивает необходимый натяг, аналогичный радиальному сжатию уплотнительного кольца в опорах типа АУ, при сборке шарошки. Относительная величина натяга равна (в %)

ho

h d

100,

где d - диаметр сечения уплотнительного кольца.

Опора шарошечного долота работает следующим образом. В процессе перекатывания шарошки 3 по забою скважины с угловой скоростью (а (см. фиг.1) уплотни- тельный узел удерживается от вращения силами трения уплотнительного кольца б о торец бурта 2, жесткого распорного кольца о торец разрезного упорного кольца 7, которое удерживается от вращения стопором 8. При этом цилиндрическая поверхность шарошки скользит относительно контактирующей с ней поверхности уплотнительного кольца б как при вращательном, так и при поступательном относительно цапфы дви-

жении. В случае радиального смещения шарошки 3 вместе с ней перемещаются распорное кольцо 5 и уплотнительное кольцо 6 в пределах зазора д. Это обеспечивает самоустановку уплотнительного узла и исключает локальный износ его элементов.

При обосновании угла а было поставлено условие, чтобы при одинаковом натяге в предлагаемой опоре и в опоре АУ были одинаковы и силы прижатия уплотнительного кольца 6 к цилиндрической поверхности шарошки. С этой целью были изучены зависимости сил прижатия уплотнительного кольца от угла а. Обобщенные результаты изучения приведены на фиг.З. В качестве выходного параметра принята относительная сила прижатия F0, равная

Fo - F/Fc,

(2)

20 25303540

45

50 55

где F - сила прижатия уплотнительного кольца к шарошке при заданных а и Ь0;

Fc - сила прижатия уплотнительного кольца к шарошке при том же Ь0, но размещенного между цилиндрическими поверхностями шарошки и цапфы.

Сплошными линиями изображена зависимость FO от а при h0 15%, а пунктирными - при h0 7,5%. Верхние кривые получены при нагружении, а нижние при разгрузке. Абсциссы точек пересечения зависимостей FO от «при h0 15% с прямой F0 1 соот- ветствуют искомым значениями угла а, т.е. оптимальное значение его лежит в диапазоне 145-150°. В процессе изнашивания уплотнительного кольца происходит его разгрузка, но поставленное условие не нарушается. Это следует из того, что зависимость FO от «при h0 7,5% пересекается с прямой FO 1 в том же диапазоне изменения угла а.

Таким образом, в предлагаемой опоре обеспечен одинаковый с серийной запас материала уплотнения на износ при одинаковом нагружении уплотнительного кольца, а за счет самоустановки уплотнительного узла существенно улучшены условия работы уплотнительного кольца, что в конечном счете, обеспечивает более высокую долговечность уплотнительного узла и опоры в целом,в том числе при повышенных частотах вращения долот и, следовательно, улучшение показателей бурения скважин.

Формула изобретения

Опора шарошечного долота, содержащая расположенный между шарошкой и цапфой уплотнительный узел в виде жесткого распорного кольца с вогнутой наружной поверхностью и уплотнительного кольца.

установленного с возможностью взаимодействия с внутренней цилиндрической поверхностью шарошки, торцом бурта лапы и наружной поверхностью распорного кольца, и элемент для ограничения осевого перемещения уплотнительного узла, отличающаяся тем, что, с целью повышения долговечности опоры за счет самоустановки уплотнительного узла, элемент для ограничения осевого перемещения уплотнительного узла выполнен в виде разрезного упорного кольца, установленного на цапфе с возможностью взаимодействия с распор 7 5

ным кольцом и с упором, выполненным на цапфе параллельно торцу бурта лапы и стопора, закрепленного на набегающем конце разрезного упорного кольца и расположенного в гнезде, выполненном на боковой поверхности цапфы, а распорное кольцо на наружной поверхности выполнено в виде плоской и конической поверхностей, угол между образующими которых в продольном сечении кольца находится в пределах 145-150°, причем уплотнительный узел установлен с возможностью радиального перемещения.

Использование: шарошечные долота для бурения скважин. Сущность: имеется разрезное упорное кольцо 7, установленное на цапфе 1 между распорным кольцом 5 и упором цапфы. На набегающем конце кольца 7 закреплен стопор 8, который расположен в гнезде 10. Распорное кольцо 5 по наружной поверхности выполнено в виде плоской и конической поверхностей, угол между образующими которых в продольном сечении кольца находится в пределах 140- 150°. Уплотнительный узел установлен с возможностью радиального перемещения. При работе повышается долговечность опоры за счет самоустановки уплотнительного узла.3 ил.

130 Ж 150 160 градус 180

Фиг.5

Фаз. Z

N