ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА
DRILL 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, причем с нагруженной стороны цапфы установлен износостойкий вкладыш (см. патент Великобритании №1172016, кл. F2А, 1969 г.).
К недостаткам данной опоры долота следует отнести то, что она имеет малую контактную поверхность между вкладышем и шарошкой, что приводит к быстрому износу опоры и выходу ее из строя.
Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая цапфу с подшипником скольжения, нагруженная часть которого выполнена в поперечном сечении с радиусом, меньшим радиуса цапфы с ненагруженной стороны с образованием уступов в зонах перехода, установленный на подшипнике скольжения вкладыш и закрепленную на цапфе замковым подшипником шарошку (см. авт. св. СССР №595555, кл. Е21В 10/22, 1978).
Данная опора обеспечивает большую контактную поверхность между цапфой и шарошкой и тем самым повышается ресурс ее работы.
К недостаткам данной конструкции опоры бурового долота следует отнести сложность и трудоемкость ее монтажа, что связано с необходимостью использования специальных приспособлений для фиксации вкладыша относительно цапфы при монтаже опоры. Другим недостатком опоры является невозможность снижения контактного давления в подшипнике скольжения, возможность заклинивания вкладышей и неизбежный при этом односторонний износ элементов опоры. Это объясняется отсутствием возможности самоустановки вкладыша относительно цапфы. Все это снижает ресурс работы опоры и долота в целом, а также повышает стоимость его изготовления.
В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является повышение ресурса работы опоры и долота в целом путем исключения заклинивания вкладышей и снижение стоимости долота за счет упрощения монтажа опоры.
Указанный технический результат достигается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей цапфу с подшипником скольжения, нагруженная часть которого выполнена в поперечном сечении с радиусом, меньшим радиуса цапфы с ненагруженной стороны с образованием уступов в зонах перехода, установленный на подшипнике скольжения вкладыш и закрепленную на цапфе замковым подшипником шарошку, согласно изобретению вкладыш установлен на цапфе с возможностью поворота и выполнен в виде втулки, внутренняя поверхность которой конгруэнтна наружной поверхности подшипника скольжения, при этом уступы вкладыша и подшипника скольжения установлены с зазором одних относительно других для размещения в них упругих элементов.
Решению технической задачи способствует также и то, что:
- концевые участки утолщенной части вкладыша выполнены с проточками под шариковые подшипники;
- на внутренней поверхности утолщенной части вкладыша по всей ее длине выполнена винтовая канавка, заполненная смазкой, при этом диаметр винтовой канавки меньше диаметра проточки под шариковый подшипник.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид опоры, а на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.
Опора шарошечного долота содержит цапфу 1 с подшипником скольжения 2, на котором установлен подвижный вкладыш 3, и закрепленную на цапфе 1 замковым подшипником 4 шарошку 5. Подшипник скольжения 2 со стороны нагруженной части в поперечном сечении выполнен с радиусом, меньшим радиуса цапфы 1 с ненагруженной стороны с образованием в зоне перехода с одного радиуса на другой уступов 6, 7. Установленный на подшипнике скольжения вкладыш 3 выполнен в виде втулки, внутренняя поверхность которой конгруэнтна наружной поверхности подшипника скольжения 2. Это значительно упрощает монтаж опоры шарошки, т.к. исключается использование специальных приспособлений для фиксации вкладыша, что необходимо при использовании конструкции вкладышей, применяемых в прототипе. Втулка 3 установлена на цапфе 1 с возможностью поворота на определенный угол. Значение угла поворота определяется величиной выбранного зазора между обращенными один к другому боковыми гранями уступов 6 и 7 соответственно подшипника скольжения 2 и втулки 3 с учетом размещения в этих зазорах упругих элементов 8. В качестве упругого элемента 8 могут использоваться износостойкая резина, тарельчатая пружина и т.д. Концевые участки утолщенной части вкладыша 3 выполнены с проточками 9 под шариковые подшипники 11. Возможны варианты выполнения вкладыша с проточкой 9 только с одной стороны или вообще без проточек. На внутренней поверхности утолщенной части вкладыша 3 по всей ее длине выполнена винтовая канавка 10, заполненная смазкой, при этом диаметр винтовой канавки 10 меньше диаметра проточки 9 под шариковый подшипник 11.
Принцип работы опоры долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемого с поверхности через колонну бурильных труб, породоразрушающие элементы шарошки 3 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода удаляется с забоя скважины промывочной жидкостью или сжатым воздухом, подаваемыми через промывочную систему долота. В процессе бурения осевая нагрузка, действующая вдоль оси цапфы, воспринимается замковым подшипником 4, а радиальная - в основном через подшипник скольжения 2 и частично шариковым подшипником 4 и дополнительными подшипниками скольжения, расположенными у торца и основания цапфы 1. При этом благодаря выполнению вкладыша 3 с возможностью поворота относительно цапфы 1 обеспечивается более равномерное распределение нагрузки на цапфу 1. При вращении шарошки 5 вкладыш 3 поворачивается относительно цапфы 1 и сжимает упругий элемент 8. При уменьшении нагрузки на вкладыш 3 упругий элемент 8 стремится вернуть вкладыш 3 в исходное положение. Однако из-за неравномерности действующей на опору нагрузки вкладыш 3 каждый раз занимает относительно цапфы 1 новое положение и контактирует с ней на разных участках. Это уменьшает износ опоры в зоне расположения подшипника скольжения 2. Этому способствует также и размещение на внутренней поверхности утолщенной части вкладыша 3 шарикового подшипника 11, уменьшающего трение между цапфой 1 и вкладышем 3. Предпочтительным является вариант выполнения опоры с использованием двух шариковых подшипников 11, размещенных вблизи концевых участков втулки 3. На повышение срока службы опоры положительно влияет также и наличие смазки, размещенной в полости винтовой канавки 10 и смазывающей опорные поверхности цапфы 1 и подшипника скольжения 2 при каждом повороте вкладыша 3.
Предложенная конструкция опоры позволяет упростить ее монтаж и повысить эффективность работы долота в целом благодаря увеличению ресурса работы опоры.