ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО БУРОВОГО ДОЛОТА
ROLLING DRILLING BIT BEARING STRUCTURE

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам шарошечных долот.
Известна опора шарошечного долота, содержащая шарошку, зафиксированную на цапфе посредством шарикового замкового подшипника, и эластичное кольцо, размещенное в выточке шарошки [см. авт. св. СССР №1686869, кл. Е21В 10/22, 1988 г.].
Недостатком этой опоры является малый срок службы, особенно при бурении по абразивным породам из-за быстрого выхода эластичного кольца из строя.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является опора бурового шарошечного долота, содержащая лапу с цапфой, на которой посредством подшипников установлена шарошка, и размещенный в выточке шарошки уплотнительный элемент с металлическим кольцевым элементом [патент РФ 2019670, кл. Е21В 10/22, 1994 г.].
К недостаткам прототипа следует отнести ограниченный ресурс работы, особенно при бурении по твердым и крепким породам при значительных осевых нагрузках, ведущих к сильному нагреву опорных поверхностей цапфы и шарошки и, как следствие этого, к образованию значительных люфтов между контактирующими поверхностями цапфы и шарошки, через которые шлам попадает в опору долота.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение срока службы опоры за счет повышения надежности ее герметизации.
Указанный технический результат достигается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей лапу с цапфой, на которой посредством подшипников установлена шарошка, и размещенный в выточке шарошки уплотнительный элемент с металлическим кольцевым элементом, согласно изобретению уплотнительный элемент со стороны одного торца выполнен с концентричным кольцевым пазом под металлический кольцевой элемент, выполненный из материала с коэффициентом линейного расширения больше, чем у материала цапфы и шарошки.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что в продольном сечении металлический кольцевой элемент выполнен Т-образной формы, причем поперечная часть металлического кольцевого элемента расположена со стороны базового торца лапы.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена предлагаемая опора бурового долота в разрезе, а на фиг.2 - узел А на фиг.1 в увеличенном масштабе.
Опора содержит шарошку 2, зафиксированную на цапфе 1, выполненную за одно целое с лапой 11 посредством шарикового подшипника 3, и размещенный в выточке 4 шарошки 2 уплотнительный элемент 5 с металлическим кольцевым элементом 6, установленным в кольцевом пазу 7, выполненном в уплотнительном элементе 5 со стороны одного из его торцов. Металлический кольцевой элемент 6 имеет в продольном сечении Т-образную форму, причем поперечная часть 8 металлического кольцевого элемента 6 расположена со стороны базового торца 10 лапы 11. Металлический кольцевой элемент 6 выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения больше, чем у материала цапфы 1 и шарошки 2.
В процессе работы долота на забое уплотнительный элемент 5 вращается вместе с шарошкой 2 вокруг цапфы 1 и предохраняет опору от попадания шлама. Контактирующие поверхности цапфы 1 и шарошки 2 в процессе бурения сильно нагреваются, особенно при бурении на форсированных режимах. Это ведет к усиленному износу опорных поверхностей долота и к увеличению размеров люфта между цапфой 1 и шарошкой 2. При этом упругих свойств уплотнительного элемента 5 бывает не всегда достаточно для надежного перекрытия увеличивающихся люфтов. Для устранения этого недостатка в заявленной опоре долота предложено использовать в узле уплотнения кольцевой элемент 6, выполненный из материала, коэффициент линейного расширения которого больше, чем у материала цапфы 1 и шарошки 2. Благодаря этому кольцевой элемент 6 при работе долота увеличивается как в радиальном, так и осевом направлении, т.е. по диаметру и ширине, больше, чем цапфа 1 и шарошка 2. Тем самым кольцевой элемент 6 компенсирует образующиеся зазоры между цапфой 1 и шарошкой 2, разжимая уплотнительный элемент 5 до плотного контакта с рабочими поверхностями цапфы 1 и шарошки 2. При этом обеспечивается контакт уплотнительного элемента 5 с рабочей поверхностью цапфы 1 по всей ширине уплотнительного элемента 5. Это имеет большое значение для герметизации опоры, т.к. уплотнительный элемент 5 из упругого материала более плотно прилегает к контактирующим поверхностям цапфы 1 и шарошки 2 по сравнению с металлическими кольцами, как в прототипе. Этому способствует также и то, что поперечная часть 8 металлического кольцевого элемента 6, расположенная со стороны базового торца лапы 9, предохраняет уплотнительный элемент 5 от износа шламом, способствуя увеличению стойкости как уплотнительного элемента, так и опоры в целом.
Таким образом, использование предложенной опоры позволяет повысить надежность ее герметизации и тем самым значительно увеличить работоспособность, как самой опоры, так и шарошечного долота в целом.