БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО

Полезная модель относится к породоразрушающему инструменту для бурения скважин, в частности, к шарошечным долотам.
Известно буровое шарошечное долото по а.с. СССР №1588857, Е21В 10/22, 1986 года, автор Синев С.В.
Конструкция долота включает цапфу, на которой закреплена шарошка посредством замкового шарикового, большого роликового, малого и упорного подшипников скольжения. На цапфу навинчивается кольцо с беговой дорожкой для шарикового подшипника. Кольцо играет роль буртика и подпружинено относительно шарошки упругим элементом, который передает момент вращения от шарошки к кольцу. При транспортировке производится стопорение с целью предупреждения свинчивания.
Основным недостатком описанной конструкции является ее недолговечность, обусловленная возможностью попадания продуктов бурения во внутренние полости шарошки через кольцевой зазор между ней и цапфой.
Наиболее близким техническим решением выработанным в качестве прототипа является шарошечное долото по а.с. СССР №1687761, Е21В 10/08, 1972 года автор А.Н.Попов.
Долото содержит корпус с цапфами, установленные на цапфах посредством подшипников шарошки и уплотнение, размещенное в проточке шарошки и представляющее собой набор шариков из твердых материалов, помещенных в густую смазку.
С конструктивными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: корпус с цапфами, шарошки, смонтированные на цапфах посредством подшипникового узла и уплотнение, играющее роль защитного элемента.
Недостатком прототипа является сложность конструкции корпуса, выполненного заодно с цапфами и недолговечность долота.
Недолговечность долота связана с тем, что в процессе бурения все детали долота подвергаются интенсивному абразивному износу, как продуктами бурения, так и буровым раствором, который постепенно вымывает густую смазку из полостей подшипниковых узлов. Следствием недолговечности работы долота является снижение производительности процесса бурения.
Сущность полезной модели заключается в том, что буровое шарошечное долото содержит корпус с цапфами, на которых посредством подшипниковых узлов закреплены шарошки. В конструкции долота присутствует защитный элемент, который выполнен в виде крышки, установленной на кольцевом торце цапфы. Каждая цапфа имеет хвостовик, устанавливаемый и закрепляемый в процессе сборки в соответствующем отверстии корпуса. Кроме того, для повышения работоспособности долота в подшипниковые узлы каждой шарошки дополнительно введены малые роликовые подшипники.
Целью полезной модели является создание бурового шарошечного долота, которое позволит повысить производительность процесса бурения, а также обеспечит повышение технологичности изготовления и ремонта бурового инструмента.
Поставленная цель достигается за счет того, что цапфа выполнена как отдельная от корпуса деталь с хвостовиком, размещаемым и закрепляемым в соответствующем отверстии корпуса, при этом в качестве защитного элемента используется крышка, закрепленная на кольцевом торце цапфы посредством стопорного кольца, а в подшипниковый узел дополнительно введен малый роликовый подшипник.
Выполнение цапфы, как отдельной детали с хвостовиком обеспечивает разъемность конструкции корпуса с цапфой. Такое конструктивное решение значительно повышает технологичность изготовления цапфы и корпуса и обеспечивает возможность ремонта шарошечного долота, путем замены рабочего узла (одного или нескольких)
Кроме того, при такой конструкции корпуса и цапфы появляется возможность установить защитный элемент в виде крышки между корпусом и цапфой. Крышка, установленная на кольцевом торце цапфы, обеспечивает защиту полости подшипникового узла цапфы от воздействия абразивной среды, а также удерживает консистентную смазку в подшипниковой полости, что способствует повышению долговечности работы шарошечного долота и, как следствие, повышению производительности процесса бурения.
Снабжение подшипникового узла дополнительным малым роликовым подшипником обеспечивает равномерное распределение нагрузки между двумя разнесенными опорами, что положительно влияет на работоспособность и долговечность шарошечного долота.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом, где показано буровое шарошечное долото, общий вид.
Буровое шарошечное долото содержит корпус 1, с выполненными в нем отверстиями для установки рабочих узлов. Каждый рабочий узел состоит из цапфы 2 с хвостовиком и шарошки 3, смонтированной на цапфе 2 посредством замкового шарикового подшипника 4. В подшипниковый узел также входят большой роликовый подшипник 5, малый роликовый подшипник 6 и упорный подшипник скольжения 7. В цапфе 2 выполнен канал к беговой дорожке замкового шарикового подшипника 4, который в процессе монтажа рабочего узла закрывается, например, резьбовой пробкой 8. На кольцевом торце цапфы 2 установлена защитная крышка 9, зафиксированная стопорным кольцом 10.
Долото монтируется и работает следующим образом
На цапфе 2 в консистентной смазке размещаются тела качения большого роликового подшипника 5 и малого роликового подшипника 6. На шарошку 3 монтируется упорный подшипник скольжения 7. Затем шарошка 3 собирается с цапфой 2 до сопряжения рабочих поверхностей подшипника скольжения 7. После этого шарошка 3 фиксируется на цапфе 2 с помощью замкового шарикового подшипника 4. Шарики подшипника 4 вводятся в подшипниковую полость, образованную беговыми дорожками на цапфе 2 и шарошке 3, одним из известных способов, например через канал в цапфе 2 с последующим закрытием его резьбовой пробкой 8.
После этого на кольцевом торце цапфы 2 крепится крышка 9, которая выполняет роль защитного элемента, и фиксируется стопорным кольцом 10. На этом завершается сборка рабочего узла. Затем каждый из собранных рабочих узлов крепится в соответствующем отверстии корпуса 1 бурового шарошечного долота. Крепление может осуществиться путем установки хвостовиков цапф в отверстия корпуса по посадке с натягом или при свободной установке хвостовиков с последующей сваркой.
В процессе работы бурового шарошечного долота его детали подвержены интенсивному абразивному износу. При этом износ крышки 10 осуществляется только по ее наружной поверхности, что не влияет на ее функциональное назначение. На протяжении всего срока службы рабочего узла крышка 10 препятствует попаданию абразивной пыли в подшипниковую полость, удерживает в этой полости консистентную смазку и тем самым исключает абразивный износ подшипников. Эксплуатационный износ большого роликового подшипника 5 приводит к появлению зазоров в подшипниковом узле и возникновению динамических ударных нагрузок. Наличие в подшипниковом узле малого роликового подшипника 6 обеспечит перераспределение радиальной нагрузки, что значительно уменьшит износ большого подшипника 6, и снизит влияние зазоров на величину динамических нагрузок.
При необходимости ремонта бурового шарошечного долота любой из рабочих узлов может быть заменен путем разборки корпуса 1 и хвостовика цапфы 2 с последующим креплением в отверстии корпуса нового рабочего узла.