ОПОРА БУРОВОГО ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА
ROLLING CUTTER DRILL BIT SUPPORT

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам шарошечных долот.
Известна опора шарошечного долота, содержащая шарошку, зафиксированную на цапфе посредством шарикового замкового подшипника, запираемого пальцем, один конец которого выполнен с беговой дорожкой под шариковый замковый подшипник, [см. патент США №4588309, кл. E21B 10/08, 1986 г.].
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является опора бурового шарошечного долота, содержащая выполненную за одно целое с лапой цапфу, на которой установлена шарошка посредством шарикового замкового подшипника, зафиксированного запорным пальцем, установленным в канале лапы [см. патент РФ №2269635, кл. E21B 10/22, 2006 г.].
К недостаткам аналога и прототипа можно отнести ограниченный ресурс работы из-за возможности проворота пальца при износе тыльной части лапы, что часто наблюдается при бурении по твердым и особенно абразивным породам. А как показывает опыт бурения, даже небольшое смещение пальца ведет к заклиниванию шарошки и быстрому выходу долота из строя. К другим недостаткам прототипа следует отнести ограниченную область применения. Так, например, его невозможно использовать при проведении стендовых испытаний из-за неразборности опоры долота.
В связи с изложенным, техническим результатом изобретения является повышение срока службы опоры за счет исключения заклинивания шарошки и расширение области его применения.
Указанный технический результат достигается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей выполненную за одно целое с лапой цапфу, на которой установлена шарошка посредством шарикового замкового подшипника, зафиксированного запорным пальцем, установленным в канале лапы, согласно изобретению запорный палец выполнен в виде эксцентричного двухступенчатого стержня с общей образующей и расточкой на ступени меньшего диаметра и снабжен установленным в расточке вкладышем, имеющим в поперечном сечении форму сегмента, наружная и внутренняя поверхности которой эксцентричны, и цанговым элементом конической формы, расположенным между вкладышем и устьем канала, при этом канал в лапе под запорный палец выполнен с конической расточкой под цанговый элемент, большее основание которой расположено со стороны устья канала, и имеет форму двух пересекающихся цилиндров с параллельными осями под палец, причем ось цилиндра меньшего диаметра расположена соосно с осью внутренней поверхности вкладыша, а ось цилиндра большего диаметра - соосно с осью наружной поверхности вкладыша
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что
- цанговый элемент выполнен за одно целое с вкладышем;
- цанговый элемент выполнен в виде отдельного элемента, при этом торец цангового элемента со стороны замкового подшипника установлен с возможностью взаимодействия с торцом вкладыша;
- цанговый элемент выполнен с выступами, расположенными на его торце со стороны устья канала.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид предлагаемой опоры бурового долота в разрезе, на фиг.2 и 3 - разрез А-А и Б-Б на фиг.1.
Опора содержит шарошку 1, зафиксированную на цапфе 2 посредством шарикового подшипника 3, собираемого через канал 4 в лапе 6. После сборки подшипника 3 канал 4 запирают пальцем 5, выполненным в виде двухступенчатого эксцентричного стержня с общей образующей 7 и расточкой 13 на ступени меньшего диаметра и снабженного установленным в расточке 13 вкладышем 8, наружная 9 и внутренняя 10 поверхности которой выполнены с эксцентриситетом - ε, и цанговым элементом 14 конической формы, расположенным между вкладышем 8 и устьем канала 4. При этом канал 4 в лапе 6 под запорный палец 5 выполнен с конической расточкой 15 под цанговый элемент 14, большее основание которой расположено со стороны устья канала 4. Сам канал 4 имеет форму двух пересекающихся цилиндров 11 и 12 разного диаметра с параллельными осями под эксцентричный палец 5, причем ось цилиндра меньшего диаметра 11 расположена соосно с осью внутренней поверхности 10 вкладыша 8, а ось цилиндра большего диаметра 12 - соосно с осью наружной поверхности 9 вкладыша 8. Цанговый элемент 14 предназначен для предохранения от осевого перемещения запорного пальца 5 и для демонтажа опоры, например, при проведении стендовых исследований. При этом торец цангового элемента 14 со стороны замкового подшипника 3 установлен с возможностью взаимодействия с торцом вкладыша 8. Цанговый элемент 14 может быть выполнен за одно целое с вкладышем 8 или в виде отдельного элемента. В обоих случаях цанговый элемент 14 снабжают с выступами 16, размещенными на его торце большого диаметра и расположенными в пазах между прорезями цангового элемента 14. В качестве таких выступов 16 могут быть использованы отогнутые в сторону оси замкового пальца 5 разрезные лепестки цангового элемента 14. Эти выступы служат для монтажа и демонтажа цангового элемента 14. Предусмотрен вариант выполнения отдельного цангового элемента 14 в виде круговой конической втулки (не показана), а канала 4 - с ответной круговой конической расточкой. Предпочтительным вариантом является выполнение вкладыша 8 совместно с цанговым элементом 14.
В процессе работы долота за счет крутящего момента и осевого перемещения долота на запорный палец 5 постоянно действуют силы, стремящиеся к его провороту и выдавливанию из канала 4, что может привести к выпадению пальца 5. Использование эксцентричного замкового пальца 5 и серповидного вкладыша 8 позволит исключить это негативное явление и тем самым значительно увеличить ресурс работы опоры и долота в целом. При работе долота крутящий момент от шарошки 1 на палец 5 передается через вкладыш 8, который заклинивается между пальцем 5 и стенкой канала 12 в лапе 6. Величина усилия заклинивания вкладыша 8 зависит от величины эксцентриситета -ε, который и определяет величину угла заклинивания - ω вкладыша 8.
При бурении по трещиноватым породам, сопровождающимся сильной вибрацией, возникают усилия, стремящиеся переместить замковый палец 5 в осевом направлении. Для устранения этого явления служит цанговый элемент 14, опирающийся одним своим торцом на торец вкладыша 8, а другим - в стенку кольцевой расточки 15, выполненной в лапе 6. Монтаж и демонтаж цангового элемента 14 осуществляют путем сжатия ее в радиальном направлении посредством выступов 16 любым известным способом. После демонтажа цангового элемента 14 можно демонтировать палец 5 и сменить шарошку 1, предварительно освободив шариковый подшипник 3. Это позволит проводить стендовые испытания различных конструкций опор, уплотнительных элементов и вооружения долота.
Такое выполнение замкового пальца исключает его проворот и осевое перемещение и тем самым повышает надежность крепления замкового подшипника. Это в свою очередь позволяет повысить работоспособность опоры и долота в целом. Благодаря же возможности монтажа и демонтажа опоры расширяется область применения долот в целом и создаются условия для проведения стендовых испытаний нового вооружения, опор и промывочных узлов.