ШАРОШКА БУРОВОГО ДОЛОТА
DRILLING BIT ROLLING CUTTER

Изобретение относится к области горного дела, а именно к шарошкам буровых долот для бурения скважин большого диаметра под сваи, разработки горных пород.
Известна шарошка бурового долота, включающая установленную на радиальных и упорных подшипниковых опорах в корпусе ось, крышки корпуса, между крышками и корпусом установлен эластичный элемент, при этом в оси выполнен канал, в котором установлен поршень с образованием камеры переменного объема, сообщенной с внутренней полостью корпуса (см. Патент США №5598895, МПК E21B 9/08, 1997 г.).
Недостатками известной шарошки являются недостаточный ресурс вследствие возможности проникновения во внутреннюю полость шарошки воды и абразива (земли, песка) по причине отсутствия полной герметичности внутренней полости корпуса относительно внешней среды, меньшего давления в полости корпуса, чем в окружающей среде в связи с потерей давления от трения в поршне. Кроме того, малый объем смазки в канале не позволяет полностью компенсировать утечки. Сборка подшипников в корпусе и на оси существенно повышает трудоемкость изготовления шарошки.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является шарошка бурового долота, включающая корпус, установленную на двух конических подшипниковых опорах в корпусе ось, крышки корпуса, при этом корпус и крышки корпуса снабжены эластичными элементами относительно последних, взаимодействующими по торцам, кольцами, а в крышках выполнены кольцевые углубления с установленными в них поршнями с образованием камер переменного объема, сообщенными с внутренней полостью корпуса (см. заявка США №2012/0212034, МПК E21D 9/10), который выбран за прототип.
Оснащение шарошки серийными коническими подшипниками значительно снижает трудоемкость ее изготовления.
Недостатками указанной шарошки являются недостаточный ресурс вследствие возможности проникновения во внутреннюю полость корпуса воды и абразива (земли, песка) по причине отсутствия полной герметичности внутренней полости корпуса относительно внешней среды, меньшего давления смазки в полости корпуса, чем в окружающей среде в связи с потерей давления от трения в поршне. Сложность конструкции, большое количество сопрягаемых друг с другом деталей снижает надежность, увеличивает трудоемкость изготовления изделия.
Целью предлагаемого технического решения являются увеличение срока службы шарошки при одновременном снижении трудоемкости изготовления.
Указанная цель достигается тем, что в шарошке бурового долота, содержащей корпус, ось, установленной в корпусе на подшипниках, крышку, камеру переменного объема с поршнем, сообщенную с внутренней полостью шарошки, согласно техническому решению, между крышкой и подшипником, на оси, с возможностью ограниченного осевого перемещения, установлен поршень, подпружиненный относительно крышки.
В средней части оси между подшипниками выполнен бурт, крышка выполнена с возможностью взаимодействия ее торца с корпусом подшипника, с внутренней стороны крышки выполнено цилиндрическое углубление с установленным в нем поршнем.
Конструкция предлагаемой шарошки поясняется чертежом.
На фиг. 1 представлен общий вид штанги;
На фиг. 2 - узел А (клапан) на фиг. 1.
Шарошка бурового долота содержит корпус 1, ось 2, установленный в корпусе на двух конических подшипниках 3 и 4, крышку 5. С внутренней стороны крышки 5, взаимодействующей, например, с подшипником 4, выполнено, например, цилиндрическое углубление 6, в котором с возможностью взаимодействия с поверхностями крышки 5 и оси 2, а также с возможностью ограниченного осевого перемещения, установлен подпружиненный пружиной 7 поршень 8. В средней части оси 2, с возможностью взаимодействия с корпусами подшипников 3 и 4, выполнен бурт 9.
Корпус 1, крышка 5, поршень 8 снабжены уплотнительными элементами соответственно 10 и 11, 12, 13, 14, 15, 16.
В корпусе 1 выполнены, как минимум, два сквозных отверстия 17 и 18, которые соответственно снабжены обратным клапаном 19 с пробкой 20 и заглушкой 21.
Снаружи корпус 1 снабжен разрушающими породу зубьями 22 из твердого сплава.
Подготовка шарошки к работе.
Собранная шарошка устанавливается вертикально с расположением отверстий 17 и 18 сверху. Снимаются пробка 20, заглушка 21 и через отверстие 17 и клапан 19 во внутреннюю полость шарошки закачивается смазка (масло). После появления смазки из отверстия 18 она закрывается заглушкой 21. Далее смазка закачивается в полость шарошки до полного сжатия пружины 7. После этого отверстие 17 закрывается пробкой 20.
Шарошка работает следующим образом.
В составе долота (на фиг. не указано) корпус 1 шарошки вращается относительно оси 2. При этом зубья 22, перекатываясь, разрушают породу. Подшипники 3 и 4 вращаются в масляной среде. Оснащение корпуса 1 и поршня 8 сдвоенными уплотнительными элементами 10 и 11, 13 и 14, 15 и 16, обеспечение во внутренней полости шарошки избыточного давления позволяют исключить поступление в зону внутренних уплотнительных элементов 11, 14 и 16 воды и песка. При наличии утечек смазки через уплотнительные элементы давление в полости шарошки снижается. Под действием пружины 8 поршень 7 перемещается в сторону подшипников 3 и 4, восстанавливая избыточное давление.
Значительная площадь поршня 7 позволяет компенсировать достаточный объем утечек. При этом ход поршня 8 выбирается исходя из среднего расхода утечек и долговечности работы зубьев шарошки. Объем смазки для компенсации утечек должен быть больше суммарного объема утечек за время работы шарошки до износа.