ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА
SUPPORT OF CONE 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. справочник «Буровые долота», Палий П.А. и Корнеев К.Е., Москва, Недра, 1971 г., с.175, рис.V1.29).
К недостаткам данной опоры долота следует отнести быстрый выход ее из строя из-за отсутствия смазки подшипников, что особо сильно сказывается при бурении на форсированных режимах.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым и радиальными каналами для подачи смазки, узел уплотнения и шарошку, установленную на цапфе посредством подшипника скольжения в виде втулки с клинообразными пазами на внутренней поверхности и замкового подшипника (см. авт. св. СССР №1104233, кл. Е21В 10/22, 1984 г.).
В данном долоте благодаря использованию системы смазки повышается работоспособность опоры. К недостаткам данной конструкции опоры бурового долота следует отнести то, что в ней втулка не является плавающей, что значительно снижает ресурс работы всей опоры, т.к. наружная поверхность втулки не участвует в работе. Другим недостатком опоры является малая надежность герметизации из-за пульсирующего высокого давления смазочного материала, воздействующего непосредственно на уплотнительное кольцо и быстро выводящего его из строя. При нарушении герметизации опоры использование втулок с клинообразными пазами только ухудшает условия работы опоры, т.к. в этом случае резко увеличиваются контактные напряжения в зоне расположения втулок с пазами.
В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является улучшение ресурса работы опоры и долота в целом путем увеличения опорной поверхности опоры и повышения надежности герметизации.
Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым и радиальными каналами для подачи смазки, узел уплотнения и шарошку, установленную на цапфе посредством подшипника скольжения в виде втулки с клинообразными пазами на внутренней поверхности и замкового подшипника, согласно изобретению клинообразные пазы на внутренней поверхности подшипник скольжения выполнены глухими и расположены со стороны торца цапфы, а другая часть втулки, расположенная со стороны основания цапфы, выполнена с кольцевыми канавками на ее наружной и внутренней поверхностях под узел уплотнения, при этом втулка установлена с возможностью вращения относительно шарошки.
Решению поставленной задачи способствует также и то, что:
- наружная поверхность подшипника скольжения выполнена с продольными пазами, расположенными с угловым смещением относительно пазов на его внутренней поверхности, при этом пазы на внутренней и наружной поверхностях имеют одинаковую длину и сообщены между собой сквозными каналами;
- опора снабжена обратным клапаном, размещенным в осевом канале цапфы перед его радиальными каналами.
Изобретение поясняется чертежами, на котором на фиг.1 изображен общий вид опоры долота в разрезе; на фиг.2 и 3 - соответственно сечение А-А и Б-Б на фиг.1.
Опора бурового шарошечного долота включает лапу 1 с цапфой 2, узел уплотнения и шарошку 3 с замковым подшипником 4 и подшипником скольжения 5. Лапа 1 и цапфа 2 выполнены с каналами 6 и 13 для подачи смазки из маслонаполненной емкости (не показана). Шарошка 3 закреплена на цапфе 2 посредством шарикового замкового подшипника 4. Подшипник скольжения 5 выполнен в виде «плавающей» втулки, установленной с возможностью вращения как относительно цапфы 2, так и относительно шарошки 3. Подшипник скольжения 5 выполнен со сквозными каналами 7 и глухими продольными пазами 8 и 9 соответственно на ее внутренней и наружной поверхностях. Внутренние и наружные пазы 8 и 9 имеют в поперечном сечении клинообразную форму и расположены с угловым смещением одних относительно других. При этом часть втулки с продольными пазами 8 и 9 расположена со стороны торца цапфы 2, а другая часть втулки, расположенная со стороны основания цапфы 2, выполнена с кольцевыми канавками на ее наружной и внутренней поверхностях под узел уплотнения. Последний образован эластичными кольцами 12, перекрывающими зазор между шарошкой 3, подшипником скольжения 5 и цапфой 2. Пазы 8 и 9 соединены между собой сквозными каналами 7. В осевом канале 13 цапфы 2 установлен обратный клапан 10, обеспечивающий перекрытие канала 6 для подачи смазки при резком повышении давления в полости шарошки 3. Обратный клапан 10 размещен перед радиальными каналами 11 в цапфе 2, соединяющими осевой канал 13 цапфы 2 для подачи смазки с полостью пазов 8 на внутренней поверхности подшипника скольжения 5. Такое повышение давления наблюдается при каждом совпадении нагруженной части цапфы 2 с участками подшипника скольжения 5 с минимальным внутренним диаметром.
Принцип работы опоры долота заключается в следующем. В процессе бурения осевая нагрузка, передаваемая через колонну бурильных труб, воспринимается замковым подшипником 4 и подшипником скольжения 5. При этом благодаря использованию подшипников скольжения 5 со сквозными каналами 7, а также продольными пазами 8 и 9 соответственно на его внутренней и наружной поверхностях смазка из полости между цапфой 2 и шарошкой 3 постоянно циркулирует через радиальные каналы 7, сообщая полости между шарошкой 3 и подшипниками скольжения 5. Выполнение же пазов 8 и 9 с поперечным сечением клинообразной формы позволяет создать масляный клин с одной стороны между шарошкой 3 и подшипником скольжения 5, а с другой стороны между цапфой 2 и тем же подшипником скольжения 5 при вращении последнего относительно цапфы. Это значительно снижает ударные нагрузки на опору долота и в первую очередь на замковый подшипник 4, являющийся слабым звеном опоры, т.к. замковый подшипник 4, наряду с радиальными нагрузками, воспринимает также и осевые нагрузки. При совмещении нагруженной части цапфы 2 с выступающими частями подшипника скольжения 5 благодаря указанной форме выполнения пазов 8 на его внутренней поверхности происходит рост давления смазки в полости подшипника скольжения 5, чему способствует также перекрытие обратным клапаном 10 канала 6 и наличие узла уплотнения. Это обеспечивает бесконтактное вращение шарошки 3 относительно подшипника скольжения 5. Одновременно с этим масло под давлением через каналы 7 поступает в полость между подшипником скольжения 5 и шарошкой 3, где также происходит рост давления благодаря клинообразной форме наружных пазов 9 и тем самым обеспечивается бесконтактное вращение подшипника скольжения 5 относительно цапфы 2. Таким образом, циклически нарастающее гидродинамическое давление, возникающее в клинообразных пазах 8 и 9, удерживает подшипник скольжения 5, а вместе с ним и шарошку 3 на «масляном клине».
Такое выполнение опоры долота позволяет повысить ее стойкость благодаря увеличению опорной поверхности и повышению надежности герметизации и, как следствие, этого повысить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь при применении форсированных режимов бурения.