БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО
ROLLING CUTTER DRILLING BIT

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для бурения взрывных скважин на карьерах и шахтах, а также для проходки технологических скважин на нефть, газ и др.
Известны преимущественно применяемые бескорпусные двух- и трехшарошечные долота, содержащие сваренные между собой лапы (секции), шарошки с конусной поверхностью, вращающиеся на наклонных к оси долота под большим углом (45-57 градусов) цапфах, обращенных к центру долота (Симкин Б.А., Кутузов Б.Н., Буткин В.Д. Справочник по бурению на карьерах. - 2-3 изд. - М.: Недра, 1990, с.99, рис.4.1). Основным недостатком таких долот является неудовлетворенная стойкость опор, и 90% долот преждевременно выходят из строя (заклиниваются) из-за отказа опор при работоспособном вооружении. Недостаточная долговечность опор объясняется: консольным расположением цапф, испытывающих большие изгибающие моменты из-за нулевых окружных скоростей зубьев шарошки в центре долота; недостаточной жесткостью базы опоры из-за ограниченной длины шарошек; ненадежностью узла крепления осей шарошек к малоразмерным козырькам лап.
Известно одношарошечное долото по BSU 95582, где в качестве опоры применен гребенчатый, покрытый резиной, опорный подшипник.
Однако данная конструкция, имея режущее долото, привариваемое к полому валу, и многодетальную и протяженную резиновую опору, не обладает достаточной надежностью и эффективностью работы, особенно в крепких породах.
Известно одношарошечное долото по BSU 261309, включающее корпус и эксцентрично смонтированную внутри него на подшипниках цапфу с шарошкой, а также дополнительную опору качения в виде двух сферических обойм, между которыми размещены тела качения.
Однако данная конструкция, имея сложный набор подшипников качения и многодетальную шарошку, соединяемую резьбой с цапфой, характеризуется низким уровнем надежности и экономичности.
Основной задачей изобретения является повышение экономичности и надежности работы долота за счет совершенствования конструкции шарошек и их опорных цапф.
Достигается это тем, что буровое шарошечное долото, содержащее корпус с продувочными каналами, шарошки с армированными твердосплавными зубьями, опорные оси, соединяющие шарошки с корпусом, имеющие цапфы с подшипниками, тело каждой шарошки долота выполнено сплошным сечением и объединено в виде единой детали с опорной осью и нештыревым вооружением, при этом свободные концы опорных осей, размещенные в корпусе долота, имеют цапфы, снабженные подшипниками скольжения.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - буровое шарошечное долото с внутрикорпусными цапфами.
Заявленное буровое шарошечное долото (фиг.1) содержит корпус 1 с ниппелем 2 и продувочными каналами 3. Шарошка 4 имеет нештыревое зубчатое или штыревое вооружение (с твердосплавными зубьями 5) и соединяется с корпусом осью 6, которая может быть выполнена заодно с шарошкой, тело которой имеет сложное сечение. Верхний конец оси 6 с возможностью вращения вставлен в цилиндрическое отверстие 9, выполненное в корпусе. Конструктивная схема цапф (опор) оси может быть разнообразной в зависимости от диаметра долота и крепости буримых пород. На фиг.1 цапфа выполнена для долот среднего диаметра по схеме: удлиненный подшипник скольжения 10, замковый шарикоподшипник 11, подшипник скольжения 12, подпятник в виде твердосплавной упорной пластины 13. В подшипниках скольжения и замковом выполнены емкие выточки 14 для размещения масла. Опора является маслонаполненной и герметизированной с применением кольцевого уплотнения 15 и твердой шайбы 16 из износостойкого материала. Шарики замкового подшипника 11 удерживаются с помощью стопорного винта 17.
Из чертежа описания видно, что заявляемое долото работает только благодаря взаимодействию вооружения шарошек со стенками скважины (в отличие ряда известных шарошечных долот, воздействующих на дно скважины). С таким видом разрушения горной породы в скважине связана противоположная направленность крутящего момента, создаваемого вращателем бурового станка, и крутящего момента, передаваемого на цапфу непосредственно от взаимодействия шарошки со стенками скважины. Учет этой особенности долота необходим для точного определения параметров цапф (диаметра, длины, напряжений и др.), влияющих на прочность и долговечность опор долота.
В описании предлагаемого долота включено не только штыревое вооружение (с твердосплавными вставками), но и зубчатое (нештыревое), - это существенно для шарошечных долот с нештыревым вооружением типа М, Т, С и др. Объединение в виде единой детали не только шарошки и ее оси, но и нештыревое вооружение (призматические зубья клиновой формы) дает большой технико-экономический эффект, позволяя применять высокопроизводительные и дешевые технологии изготовления предлагаемого долота.
К существенному признаку можно также отнести оснащение цапф только подшипниками скольжения, как это следует из описания и чертежа заявки. Изучение этого вопроса по современным технологическим данным о подшипниках для вращающихся опор показало, что подшипники скольжения в предлагаемой конструкции долота обеспечат (благодаря снижению контактных нагрузок) более высокий уровень долговечности по сравнению с подшипниками качения, имеющимися в противопоставленных патентах и в других типах шарошечных долот.