ГЕРМЕТИЗИРОВАННАЯ ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА
SEALED DRILLING BIT BEARING ASSEMBLY

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к маслонаполненным опорам буровым 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. патент РФ №2019670, кл. Е21В 10/22, 1994 г. и справочник «Буровые долота», Палий П.А. и Корнеев К.Е. Москва, Недра, 1971 г., с.175, рис.V1.29).
К недостаткам опор долот указанного типа следует отнести быстрый выход их из строя из-за отсутствия смазки подшипников, что особо сильно сказывается при бурении на форсированных режимах.
Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является герметизированная опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, выполненными с каналами для подачи смазки, шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника, и размещенное в выточке уплотнительное эластичное кольцо с прямоугольным поперечным сечением (см. Каталог буровых долот, ВОЛГАБУРМАШ, 2003, с.13, рис.2).
В данном долоте благодаря использованию системы смазки повышается работоспособность опоры. К недостаткам данной конструкции опоры бурового долота следует отнести то, что в ней не исключается попадание шлама в ее полость.
В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является улучшение эффективности работы опоры и долота в целом путем более надежной ее герметизации.
Указанный технический результат достигается тем, что в герметизированной опоре шарошечного долота, содержащей лапу с наклонной цапфой, выполненными с каналами для подачи смазки, шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника, и размещенное в выточке уплотнительное эластичное кольцо с прямоугольным поперечным сечением, согласно изобретению уплотнительное кольцо снабжено пружинящим элементом, имеющим в поперечном сечении волнообразную форму и размещенным вблизи его рабочей поверхности, которая выполнена также волнистой формы, при этом выступы и впадины пружинящего элемента и рабочей поверхности уплотнительного кольца расположены в одной радиальной плоскости.
Решению поставленной задачи способствует также и то, что:
- концевые участки пружинящего элемента имеют форму гребенки, причем выступы одного концевого участка совмещены с впадинами другого концевого участка,
- расстояние b между выступами рабочей поверхности уплотнительного кольца и пружинящего элемента составляет 0.2-0.5 от общей толщины - h уплотнительного кольца.
Изобретение поясняется чертежами, на фиг.1 изображен общий вид опоры долота в разрезе; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.3; на фиг.3 - уплотнительное кольцо в поперечном сечении в увеличенном масштабе; на фиг.4 - соединение концевых участков пружинящего элемента.
Опора бурового шарошечного долота включает лапу 1, цапфу 2, шарошку 3 с замковым подшипником 4 и эластичное уплотнительное кольцо 5 с прямоугольным поперечным сечением, размещенное в выточке 6 цапфы 2 или шарошки 3. Лапа 1 и цапфа 2 выполнены с каналами 7 для подачи смазки из маслонаполненной емкости (не показана). Шарошка 3 закреплена на цапфе 2 посредством замкового подшипника 4. В предложенной опоре уплотнительное кольцо 5 снабжено пружинящим элементом 8, имеющим в поперечном сечении волнообразную форму и размещенным вблизи его рабочей поверхности 9, которая выполнена также волнистой формы, при этом выступы и впадины пружинящего элемента 8 и рабочей поверхности уплотнительного кольца 5 расположены в одной радиальной плоскости.
У пружинящего элемента 8 концевые участки 10 имеют форму гребенки, причем выступы одного концевого участка совмещены с впадинами другого концевого участка. Это обеспечивает армировку пружинящим элементом 8 уплотнительного кольца 5 по всей длине его окружности. При этом пружинящий элемент 8 устанавливается вблизи рабочей поверхности 9, причем радиальное расстояние b между выступами рабочей поверхности уплотнительного кольца 5 и пружинящего элемента 8 составляет (0.2-0.5) от общей толщины h уплотнительного кольца 5.
Принцип работы опоры долота заключается в следующем. В процессе бурения уплотнительное кольцо 5 при расположении его в кольцевой выточке в шарошке 3 вращается вместе шарошкой 3 вокруг цапфы 2, постоянно контактируя с ней благодаря силам упругости, и предохраняет опору от попадания бурового шлама. В случае размещения уплотнительного кольца 5 в выточке цапфы 2 рабочая поверхность 9 его постоянно контактирует с внутренней поверхностью шарошки 3 и также обеспечивает надежную герметизацию опоры, перекрывая зазор между шарошкой 3 и цапфой 2. Этому способствует выполнение рабочей поверхности уплотнительного кольца 5 с несколькими клинообразными выступами, часть которых даже при перекосе шарошки 3 относительно цапфы 2 будут постоянно контактировать с уплотняемой поверхностью цапфы 2 или шарошки 3. Благодаря использованию пружинящего элемента 8, постоянно поджимающего рабочую поверхность уплотнительного кольца 5 в радиальном направлении, указанный выше эффект усиливается еще больше. Распирающее радиальное усилие от пружинящего элемента 8 действует по всей длине окружности уплотнительного кольца 5. Это обеспечивается конгруэнтной формой соединения концевых участков пружинящего элемента 8, когда выступы одного конца входят во впадины другого конца пружинящего элемента 8. Расположение пружинящего элемента 8 вблизи рабочей поверхности уплотнительного кольца 5 и расположение выступов и впадин пружинящего элемента и рабочей поверхности уплотнительного кольца 5 в одной радиальной плоскости позволяет реагировать на изменения контакта между уплотняемыми поверхностями «уплотнительное кольцо - шарошка» или «уплотнительное кольцо цапфа» незамедлительно. При этом выступы на рабочей поверхности уплотнительного кольца благодаря такой схеме установки пружинящего элемента 8 поджимаются к уплотняемой поверхности цапфы 2 или шарошки 3 под постоянно действующим большим усилием. Это также положительно сказывается на надежности герметизации опоры даже при значительном износе контактирующих поверхностей цапфы 2 и шарошки 3.
Все это позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет повышения срока службы опоры, благодаря надежной герметизации полости опоры, что имеет особенно важно при бурении по абразивным породам.