ГЕРМЕТИЗИРОВАННАЯ ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА
SEALED BEARING STRUCTURE OF DRILLING BIT

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к маслонаполненным опорам буровых шарошечных долот.
Известна опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой посредством подшипников скольжения и качения, один из которых - замковый, установлена шарошка с рабочими элементами (см. патент РФ №2019670, кл. Е21В 10/22, 1994 г.).
К недостаткам опор долот указанного типа следует отнести быстрый выход их из строя из-за отсутствия смазки подшипников, что особо сильно сказывается при бурении на форсированных режимах.
Известна также герметизированная опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, выполненной с каналами для подачи смазки, шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника, и размещенное в выточке уплотнительное эластичное кольцо (см. Каталог буровых долот, ВОЛГАБУРМАШ, 2003, с.13, рис.2).
В данном долоте благодаря использованию системы смазки повышается работоспособность опоры. К недостаткам данной конструкции опоры бурового долота следует отнести то, что в ней не исключается попадание шлама в полость шарошки и сравнительно быстрая разгерметизация опоры.
Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является герметизированная опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, выполненной с каналами для подачи смазки, установленную на цапфе посредством замкового подшипника шарошку и узел герметизации с уплотнительным эластичным кольцом, выполненным с наклонными участками, расположенными под острым углом к радиальной плоскости цапфы (см. патент РФ №2430233, кл. Е21В 10/24, 2011 г).
Наклонное расположение уплотнительного элемента позволяет повысить надежность фиксации его и тем самым повысить надежность герметизации опоры. В то же время наклонное расположение уплотнительного элемента требует выполнения выточки под него под острым углом к радиальной плоскости цапфы, а это связано с необходимостью использования вспомогательных приспособлений. Это, с одной стороны, снижает производительность работ, а с другой - ведет к удорожанию продукции. Кроме того, даже при незначительном износе подшипника скольжения уплотнительный элемент испытывает нагрузки, стремящиеся провернуть его вокруг оси малого тора. Это ведет к усиленному износу уплотнительного элемента, а следовательно, и опоры в целом.
В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является упрощение технологии изготовления опоры, улучшение эффективности ее работы и долота в целом путем более надежной герметизации опоры.
Указанный технический результат достигается тем, что в герметизированной опоре шарошечного долота, содержащей лапу с наклонной цапфой, выполненной с каналами для подачи смазки, установленную на цапфе посредством замкового подшипника шарошку и узел герметизации с уплотнительным эластичным кольцом, установленным в выточке цапфы или шарошки и выполненным с наклонными участками, расположенными под острым углом к радиальной плоскости цапфы, согласно изобретению уплотнительное кольцо выполнено с поперечным сечением Т-образной формы, наклонные участки которого расположены на его продольной части, при этом узел герметизации снабжен охватывающими уплотнительное эластичное кольцо с двух сторон двумя металлическими кольцами, имеющими в продольном сечении форму прямоугольной трапеции, наклонная сторона которых контактирует с ответными наклонными участками уплотнительного кольца, противоположные стороны - расположены перпендикулярно к продольной оси цапфы, наружная боковая сторона установлена с возможностью контакта с поперечной частью уплотнительного кольца, а внутренняя - с цапфой.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид опоры долота в разрезе; на фиг.2 - узел А на фиг.1 в увеличенном масштабе.
Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 2, выполненную за одно целое с лапой 1, шарошку 3 с замковым подшипником 4 и узел герметизации с эластичным уплотнительным кольцом 5, размещенным в выточке 6 цапфы 2 или шарошки 3. Лапа 1 и цапфа 2 выполнены с каналами 7 для подачи смазки из маслонаполненной емкости (не показана). Шарошка 3 закреплена на цапфе 2 замковым подшипником 4. Уплотнительное кольцо 5 выполнено с участками 9, расположенными под углом α к радиальной плоскости цапфы 2, отличным от перпендикулярного. В предложенной опоре уплотнительное кольцо 5 выполнено с продольным сечением Т-образной формы, причем наклонные участки 9 выполнены на продольной части 14 Т-образного уплотнительного кольца 5. При этом узел герметизации снабжен охватывающими уплотнительное эластичное кольцо 5 с двух сторон двумя металлическими кольцами 8, имеющими в продольном сечении форму прямоугольной трапеции. Наклонные стороны 9 трапеции контактируют с ответными наклонными участками уплотнительного кольца 5, противоположные стороны 10 расположены перпендикулярно к продольной оси цапфы 2, а наружная 11 и внутренняя 12 боковые стороны (основания трапеции) установлены с возможностью контакта соответственно с поперечной частью 13 уплотнительного кольца 5 и с цапфой 2.
Принцип работы опоры долота заключается в следующем. В процессе бурения уплотнительное кольцо 5 при расположении его в кольцевой выточке 6 в шарошке, вращается вместе с шарошкой 3 вокруг цапфы 2, постоянно контактируя с ней благодаря силам упругости, и предохраняет опору от попадания бурового шлама. В случае размещения уплотнительного кольца 5 в выточке 6 цапфы 2 рабочая поверхность его постоянно контактирует с внутренней поверхностью шарошки 3 и также обеспечивает надежную герметизацию опоры, перекрывая зазор между шарошкой 3 и цапфой 2. При этом благодаря наклонному расположению продольной части 14 Т-образного уплотнительного кольца 5 к радиальной плоскости цапфы 2 повышается надежность фиксации уплотнительного кольца 5. Расположение участков 9 уплотнительного кольца 5 под углом к радиальной плоскости цапфы 2 или шарошки 3 практически исключает проворот кольца 5 относительно них. А это, с одной стороны, повышает надежность герметизации опоры, а с другой - значительно уменьшает износ самого кольца 5, что увеличивает срок его службы и опоры в целом. Этому способствует также и выполнение уплотнительного кольца 5 с поперечным сечением Т-образной формы и снабжение узла герметизации охватывающими уплотнительное эластичное кольцо 5 с двух сторон двумя металлическими кольцами 8. При таком выполнении узла герметизации усилие от реакции забоя воспринимается через шарошку 2 и металлические кольца 8 и передается на уплотнительный элемент 5, продольная часть 14 которого будет постоянно поджиматься к уплотняемой поверхности - к цапфе 2 или к шарошке 3 в зависимости от схемы размещения узла герметизации.
Одновременно с этим такая форма выполнения узла герметизации, представляющего собой в собранном виде полый диск с прямоугольным продольным сечением, позволяет значительно упростить технологию изготовления выточки 6, используя для этой операции обычный инструмент и не задействуя вспомогательное оборудование и специальные приспособления.
Применение долот с предложенной опорой позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет повышения срока службы опоры, благодаря надежной герметизации ее полости, а также упрощению технологии изготовления бурового долота и уменьшению стоимости изготовления бурового долота.