ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА
DRILLING BIT BEARING STRUCTURE

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к 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., М., Недра, 1971 г., с.175, рис.VI.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.
Известна также опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, и шарошку, установленную на цапфе посредством подшипника скольжения в виде втулки и замкового подшипника (см. Каталог буровых долот, ВОЛГАБУРМАШ, 2003, с.13, рис.2).
В данном долоте благодаря использованию плавающего подшипника удалось повысить работоспособность опоры. К отрицательным сторонам данной конструкции опоры бурового долота следует отнести недостаточную несущую способность подшипника скольжения при значительных эксцентричных нагрузках.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая наклонную цапфу, выполненную с осевым каналом для подачи смазки, и шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника (см. патент РФ №2351740, кл. Е21В 10/22, 2009 г.).
К недостаткам данной опоры долота следует отнести опережающий выход замкового подшипника по сравнению с другими подшипниками из-за значительных нагрузок, действующих вдоль оси цапфы и воспринимаемых замковым подшипником.
В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является улучшение эффективности работы опоры и долота в целом путем улучшения условий работы замкового подшипника.
Указанный технический результат достигается тем, что опора шарошечного долота, содержащая наклонную цапфу, выполненную с осевым каналом для подачи смазки, и шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника, согласно изобретению она снабжена узлом разгрузки замкового подшипника, выполненным в виде жидкостной клиновой диафрагмы, размещенной на пути прохождения смазки.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что
- жидкостная клиновая диафрагма образована конической поверхностью, выполненной на концевом участке цапфы и цилиндрической поверхностью полости шарошки;
- конический участок цапфы выполнен в виде съемной втулки из материала, износостойкость которого выше, чем у материала цапфы;
- жидкостная клиновая диафрагма образована конической поверхностью, выполненной на концевом участке внутренней поверхностью шарошки и цилиндрической поверхностью концевого участка цапфы,
- конический участок шарошки выполнен в виде съемной втулки из материала, износостойкость которого не ниже, чем у материала шарошки
Такое выполнение опоры долота позволяет разгрузить замковый подшипник от нагрузок, действующих вдоль оси цапфы.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид опоры долота в разрезе, на фиг.2-5 - варианты выполнения опоры.
Опора бурового шарошечного долота включает наклонную цапфу 2, выполненную за одно целое с лапой 1, и закрепленную на цапфе 2 посредством замкового подшипника 5 шарошку 4. Лапа 1 и цапфа 2 выполнены с каналами 3 для подачи смазки из маслонаполненной емкости (не показана). Опора долота снабжена узлом разгрузки замкового подшипника, выполненным в виде жидкостной клиновой диафрагмы 6, размещенной на пути прохождения смазки. Клиновая диафрагма 6 образована конической поверхностью 7, выполненной на концевом участке цапфы 2 и цилиндрической поверхностью 8 полости шарошки 4, образующих между собой угол - α. При этом конический участок 7 цапфы 2 выполнен в виде съемной втулки 9 из материала, износостойкость которого выше, чем у материала цапфы 2. Съемная втулка 9 может быть выполнена в виде ступенчатого наконечника (см. фиг.2) или полой втулки (см. фиг.4). Выбор типа наконечника 9 определяется параметрами режима бурения. При высоких нагрузках, действующих вдоль оси цапфы 2, предпочтительно использовать ступенчатую втулку, показанную на фиг.2. Кроме того, на выбор типа наконечника влияют также и физико-механические свойства разбуриваемых пород. Другим вариантом выполнения клиновой диафрагмы 6 является использование клиновой поверхности 10 на внутренней поверхности шарошки 4 и цилиндрической поверхности 11 на концевом участке цапфы 2. При этом предусмотрен вариант выполнения конического участка шарошки 4 в виде съемной втулки 12 из материала, износостойкость которого не ниже, чем у материала шарошки 4. Предпочтительно для изготовления съемных втулок использовать материал в виде твердого сплава. Возможен также и вариант образования клиновой диафрагмы 6 путем использования клиновидных поверхностей как на цапфе 2, так и на внутренней поверхности шарошки 4 (не показан).
Принцип работы опоры бурового долота заключается в следующем. В процессе бурения осевая нагрузка воспринимается опорными элементами шарошечного долота. Причем нагрузка, действующая вдоль оси цапфы 2, воспринимается замковым подшипником 5 и жидкостной клиновой диафрагмой 6, а радиальная нагрузка при этом воспринимается как замковым подшипником, так и другими опорными поверхностями. При подаче смазки через канал 3 и прохождении ее через жидкостную клиновую диафрагму 6 резко возрастает сопротивление прохождению смазки и возникает жидкостной клин, который препятствует перемещению шарошки 4 в сторону цапфы 2. Возникающее при этом усилие от гидравлического клина будет направлено в сторону шарошки 4, что позволяет снизить нагрузку на замковый подшипник 5 и тем самым повышает срок его службы, а следовательно, и опоры в целом.