Опора бурового шарошечного инструмента

Опора бурового шарошечного инструмента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано в буровых долотах, расширителях и калибраторах с герметизированной маслонаполненной опорой.

Известна опора бурового долота, содержащая цапфу и закрепленную на ней посредством замкового подшипника шарошку, армированную породоразрушающими зубками (см. Шарошечные долота. Международная инженерная энциклопедия, М., 2000 г., с.11-13).

К недостаткам такого долота следует отнести быстрый выход из строя его опоры, что связано с возможностью попадания шлама в полость шарошки. Особенно это сильно сказывается при бурении по абразивным породам.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора бурового шарошечного инструмента, содержащая установленную на цапфе лапы шарошку и размещенный в кольцевом пазу между лапой и шарошкой узел уплотнения, включающий эластичную манжету с U-образным сечением, в полости которой расположено горообразное кольцо (см. патент РФ №2389860, кл. Е21В 10/25, 2010 г.).

К недостаткам прототипа следует отнести малый срок службы используемого уплотнительного элемента и, как следствие этого, сравнительно быстрый выход из строя опоры и бурового шарошечного долота в целом в связи с отсутствием возможности сохранения натяга уплотнительного кольца при износе опорных поверхностей шарошечного долота.

В связи с этим техническим результатом изобретения является повышение работоспособности опоры породоразрушающего инструмента.

Для достижения указанного технического результата в опоре бурового шарошечного инструмента, содержащей установленную на цапфе лапы шарошку и размещенный в кольцевом пазу между лапой и шарошкой узел уплотнения, включающий эластичную манжету с U-образным сечением, в полости которой расположено горообразное кольцо, согласно изобретению узел уплотнения снабжен разрезным кольцом из пружинной стали с желобообразным поперечным сечением, размещенным с натягом между основанием манжеты и горообразным кольцом, при этом, по меньшей мере, одна боковая стенка кольцевого паза расположена под острым углом к оси цапфы, причем она наклонена в сторону противоположной стенки паза.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- концевые участки пружинного кольца выполнены в виде гребенки, выступы одного конца которого входят во впадины другого конца, при этом в исходном положении выступы гребней одного торца кольца установлены с зазором относительно дна пазов другого торца;

- наружная поверхность, по меньшей мере, одной боковой стенки U-образной манжеты выполнена с выступами, армированными износостойким покрытием;

- боковая поверхность с выступами обращена в сторону шарошки долота.

На фиг.1 показан фрагмент опоры бурового долота с уплотнительным элементом в разрезе; на фиг.2 - концевое соединение разрезного кольца.

Опора шарошечного породоразрушающего инструмента, преимущественно бурового шарошечного долота, включает лапу 1, шарошку 2, установленную на цапфе 3 посредством подшипников, и узел уплотнения. Узел уплотнения размещен в кольцевом пазу 6 шарошки 2 у основания цапфы 3 и включает эластичную манжету 4 с U-образным сечением и установленное в полости манжеты 4 горообразное кольцо 5. Между основанием 7 манжеты 4 и горообразным кольцом 5 размещено с натягом разрезное кольцо 8 из пружинной стали с желобообразным поперечным сечением. Концевые участки пружинного кольца 8 выполнены в виде гребенки, выступы 11 одного конца которого входят во впадины 12 другого конца, при этом в исходном положении выступы 11 гребней одного торца кольца установлены с зазором 13 относительно дна пазов другого торца. При этом, по меньшей мере, одна боковая стенка 9 кольцевого паза 6 расположена под острым углом - α к оси цапфы 3, причем она наклонена в сторону противоположной стенки паза. По меньшей мере, одна боковая стенка 9 U-образной манжеты 4, обращенная к шарошке 2, выполнена с выступами 10, армированными износостойким покрытием.

Принцип работы предложенной опоры заключается в следующем. В процессе работы узел уплотнения постоянно подвергается пульсирующим сжимающим и разжимающим нагрузкам, способствующим уменьшению его эластичности и нарушению герметичности опоры. Кроме того, этому способствует также и то, что опорные поверхности шарошки 2 и цапфы 3 подвергаются постоянному износу. В результате этого происходит увеличение зазора между шарошкой 2 и цапфой 3, а следовательно, и увеличение сжимающих и разжимающих нагрузок, действующих на узел уплотнения и способствующих его износу. Для компенсации износа опорных поверхностей шарошки 2, цапфы 3 и узла уплотнения в предложенной опоре предлагается использовать дополнительный элемент в виде разрезного пружинного кольца 8 с желобообразным поперечным сечением. Боковые стенки желобообразного кольца 8 плотно прилегают к внутренним поверхностям боковых стенок 9 манжеты 4 и прижимают их к боковым стенкам кольцевого паза 6, обеспечивая надежную герметизацию полости шарошки 2 от попадания шлама. Одновременно с этим желобообразное кольцо 8 обеспечивает и защиту манжеты 4 от износа абразивным шламом в процессе бурения. Выполнение, по меньшей мере, одной стенки паза 6 под острым углом к оси цапфы 3 дополнительно увеличивает усилие прижатия манжеты 4 к стенкам паза 6 и тем самым способствует повышению надежности герметизации узла уплотнения. Выполнение боковой стеки 9 манжеты 4 с армированными выступами, с одной стороны, повышает износостойкость манжеты 4, а с другой стороны, увеличивает ее гибкость, позволяя следовать за изменением положения шарошки 2.

Применение данного устройства повышает надежность работы опор шарошечных буровых инструментов.

1. Опора бурового шарошечного инструмента, содержащая установленную на цапфе лапы шарошку и размещенный в кольцевом пазу между лапой и шарошкой узел уплотнения, включающий эластичную манжету с U-образным сечением, в полости которой расположено торообразное кольцо, отличающаяся тем, что узел уплотнения снабжен разрезным кольцом из пружинной стали с желобообразным поперечным сечением, размещенным с натягом между основанием манжеты и торообразным кольцом, при этом, по меньшей мере, одна боковая стенка кольцевого паза расположена под острым углом к оси цапфы, причем она наклонена в сторону противоположной стенки паза.

2. Опора бурового шарошечного инструмента по п.1, отличающаяся тем, что концевые участки пружинного кольца выполнены в виде гребенки, выступы одного конца которого входят во впадины другого конца, при этом в исходном положении выступы гребней одного торца кольца установлены с зазором относительно дна пазов другого торца.

3. Опора бурового шарошечного инструмента по п.1, отличающаяся тем, что наружная поверхность, по меньшей мере, одной боковой стенки U-образной манжеты выполнена с выступами, армированными износостойким покрытием.

4. Опора бурового шарошечного инструмента по п.1, отличающаяся тем, что боковая поверхность с выступами обращена в сторону шарошки долота.