ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ ШАРОШКИ БУРОВОГО ДОЛОТА
BEARING UNIT OF ROLLER CUTTER OF BORE BIT

Изобретение относится к буровой технике, к конструкции шарошечного долота для бурения скважины, подшипниковым узлам, воспринимающим большие односторонние осевые и радиальные нагрузки.
Известны конструкции подшипниковых опор шарошки буровых долот, содержащих цапфу и установленную на ней шарошку посредством подшипников, расположенных по различным схемам: шарик-шарик-ролик, ролик-шарик-подшипник скольжения и аналогичным другим [Масленников И.К. Буровой инструмент. Справочник. - М.: Недра, 1989, с.73; с.41]. В этих опорах нагрузку одного направления часто воспринимают одновременно несколько подшипников разных по конструкции. Так осевую нагрузку часто воспринимают упорный подшипник скольжения и радиально-упорный шариковый замковый подшипник. Силовая работа по схеме «тандем» различных подшипников резко снижает несущую способность комплекта подшипников, установленных рядом; она значительно ниже суммы грузоподъемностей отдельных подшипников.
Наиболее близким техническим решением является решение, дополняющее известную подшипниковую опору смазкоподающим и герметизирующим устройством и системой каналов [Масленников И.К., с.65. прототип]. Это обеспечивает улучшение условий работы элементов опоры и повышение стойкости опоры, по кардинально не изменяет распределение сил, воздействующих на подшипники комплекта.
Задачей изобретения является повышение несущей способности подшипникового узла в условиях воздействия больших односторонних осевых и радиальных сил.
Указанная задача решается тем, что в известной подшипниковой опоре на цапфу посредством подшипниковой опоры установлена шарошка с возможностью их взаимного осевого перемещения, между цапфой и шарошкой размещено уплотнение так, что образовавшаяся между цапфой и шарошкой полость заполнена жидкостью (маслом) с возможностью выполнения полостью функции рабочей камеры гидравлического подпятника, а замковое (фиксирующее) устройство соединяет шарошку с цапфой с возможностью одностороннего взаимного перемещения и ограничения схода шарошки с цапфы. Восприятие подшипниковой опорой только радиальных усилий, а гидравлическим подпятником - осевых повышает несущую способность подшипникового узла, а стойкость узла будет определяться несущей способностью подшипниковой опоры.
На чертеже представлена схема подшипникового узла.
Подшипниковый узел шарошки бурового долота содержит плавающую подшипниковую опору 1, соединяющую цапфу 2 с шарошкой 3 с возможностью их относительного осевого перемещения. Опора 1 может быть представлена комплектами из радиальных или радиально-упорных подшипников. Между цапфой 2 и шарошкой 3 установлено уплотнение 4, а полость между шарошкой 3 и цапфой 2 заполнена жидкостью (смазочным материалом) так, что эта полость выполняет функцию рабочей камеры гидравлического подпятника. Цапфа и шарошка соединены между собой замковым (фиксирующим) устройством 5, ограничивающим перемещение шарошки относительно цапфы в направлении схода. Замковое (фиксирующее) устройство может быть выполнено или в виде оси с упорным подшипником, или тяги и размещено в полости цапфы 2. В качестве уплотнения 4 может быть использовано торцовое, причем опорным кольцом (буксой) которого является часть шарошки 6, а подвижное уплотнительное кольцо крепится к цапфе. Полость гидравлического подпятника соединена с открытым пружинным гидроаккумулятором 7 посредством обратного клапана 8.
Работа подшипникового узла шарошки бурового долота осуществляется следующим образом. При работе долота возникает осевая нагрузка на долото. Это осевое усилие вызывает в узле осевые вдоль оси вращения шарошки 3 и радиальные, перпендикулярные оси вращения шарошки, усилия. Осевые усилия воспринимаются только гидравлическим подпятником, диаметр которого определяется конструкцией торцового уплотнения 4. Чем больше диаметр гидравлического подпятника, тем меньше давление жидкости, заполняющей полость между шарошкой и цапфой.
Радиальные усилия воспринимаются только плавающей подшипниковой опорой 1. Жесткость, стойкость узла определяется только несущей способностью подшипниковой опоры, применением в ней радиально-упорных роликовых подшипников.
Сход шарошки с цапфы возможен при разгрузке долота. Сход может быть предотвращен либо ограничением перемещения плавающей подшипниковой опоры в направлении схода, либо применением замкового (фиксирующего) устройства 5, включающего или ось, или тягу с упорным подшипником. Во время работы фиксирующее устройство разгружено от сил.
3
Подпитка (пополнение) гидравлической полости жидкостью происходит от открытого пружинного гидравлического аккумулятора 7 через обратный клапан 8 только при разгрузке долота. Внешнее давление жидкости или газа в скважине уравновешивается при применении открытого гидроаккумулятора. Усилие схода шарошки с цапфы определяется давлением гидроаккумулятора и площадью гидравлического подпятника, а перемещение (l) шарошки в осевом направлении будет определяться соотношением . Так при утечке V=1000 мм жидкости, что за время работы узла торцовым уплотнением маловероятно, из шарошки с диаметром гидравлического подпятника D=100 мм, перемещение шарошки в осевом направлении составит 0,13 мм. Подпитка гидравлического подпятника возможна от гидроаккумулятора при кратковременной разгрузке долота.