ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА
CONE BIT SUPPORT

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к герметизированным 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.].
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой установлены уплотнительный элемент и зафиксированная замковым подшипником шарошка [патент РФ №2019670, кл. Е21В 10/22, 1994 г.].
К недостаткам аналога и 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.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение срока службы опоры за счет повышения надежности ее герметизации.
Указанный технический результат достигается тем, что опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой установлены уплотнительный элемент и зафиксированная замковым подшипником шарошка, согласно изобретению она снабжена разрезной втулкой, выполненной с проточкой на наружной поверхности под уплотнительный элемент, при этом цапфа в зоне размещения уплотнительного элемента выполнена, по меньшей мере, с одним радиальным каналом, в котором с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью разрезной втулки установлен стержень, выполненный из материала с коэффициентом линейного расширения больше, чем у материала цапфы и шарошки.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что разрезная втулка выполнена с кольцевым буртом на внутренней поверхности, а взаимодействующие с ним цапфа и торцы стержня - с ответным кольцевым пазом.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена предлагаемая опора бурового долота в разрезе, а на фиг.2 - узел А на фиг.1 в увеличенном масштабе (вариант выполнения втулки и уплотнительного элемента).
Опора содержит шарошку 1, зафиксированную на цапфе 2 посредством шарикового подшипника 3, и уплотнительный элемент 4. Предложенная опора дополнительно включает разрезную втулку 5, выполненную с проточкой 6 на наружной поверхности под уплотнительный элемент 4. Внутренняя поверхность втулки 5 выполнена с кольцевым буртом 7, а цапфа 2 - с ответным кольцевым пазом 8 на наружной поверхности. В зоне расположения уплотнительного элемента 4 цапфа выполнена с одним или несколькими радиальными каналами 9 под стержни 10, изготовленными из материала с коэффициентом линейного расширения больше, чем у материала цапфы 2 и шарошки 1. При использовании одного стержня 10 радиальный канал 9 должен проходить через самые нижнюю и верхнюю точки цапфы 2. В этом случае стержень 10 воздействует на уплотнительный элемент 4 через разрезную втулку 5 в зоне наибольшего люфта между шарошкой 1 и цапфой 2. В случае использования в опоре нескольких стержней 10, они должны располагаться равномерно по всей окружности цапфы 2, что обеспечивает наиболее равномерное прижатие разрезной втулки 5 и уплотнительного кольца 4 к контактирующим поверхностям шарошки 1. Наружные торцы стержней 10 в обоих случаях также выполнены с пазом под бурт 8 втулки 5 и совместно с кольцевым пазом 8 цапфы 2 служат центратором для разрезной втулки 5. При этом концевые участки разрезной втулки 5 имеют вид гребенки, причем выступы одного конца входят во впадины другого конца. Возможен вариант выполнения втулки 5 без кольцевого бурта 8, особенно в долотах малого диаметра, также как и крепление уплотнительного элемента 4 непосредственно на наружной поверхности втулки (фиг.1).
В процессе работы опорные поверхности цапфы 2 и шарошки 1 нагреваются, что приводит к увеличению кольцевого зазора между ними и разгерметизации опоры. Это, в свою очередь, ведет к вытеканию масла из резервуара и попаданию шлама между контактирующими элементами цапфы 2 и шарошки 1. Для устранения этого явления в предложенной опоре используется разрезная втулка 5 и стержни 10, выполненные из материала с коэффициентом линейного расширения больше, чем у материала шарошки 1 и цапфы 2. В этом случае благодаря большему увеличению длины стержня 10 по сравнению с увеличением диаметра контактирующих поверхностей шарошки 1 и цапфы 2 образующийся и постоянно увеличивающийся в процессе работы зазор будет постоянно перекрыт уплотнительным элементом 4, поджимаемым к шарошке 1 стержнем 10. При этом кольцевой бурт 7 разрезной втулки 5, благодаря контакту со стенками кольцевого паза 8 цапфы 2, обеспечивает герметизацию зазора между цапфой 2 и втулкой 5.
Таким образом, использование предложенной опоры позволяет повысить надежность ее герметизации и тем самым значительно увеличить ресурс работы как самой опоры, так и шарошечного долота в целом.