Результат интеллектуальной деятельности: ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровых 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. справочник «Буровые долота». Палий П.А. и Корнеев К.Е. Москва, Недра, 1971 г., с.175, рис.V1.30).

К недостаткам данного долота следует отнести значительное ослабление цапфы в зоне расположения замкового подшипника, связанное с использованием замкового пальца большого диаметра. Этот недостаток в первую очередь относится к долотам малого диаметра.

Известна также опора шарошечного долота, содержащая лапу с цапфой и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом (см. авт. св. СССР №1588857, кл. Е21В 10/22, 1990 г.).

В данном долоте, благодаря исключению канала под замковый палец, значительно повышается прочность цапфы, а также исключаются все негативные явления, связанные с креплением замкового пальца сваркой.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая лапу со ступенчатой цапфой и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом, установленным в кольцевой проточке цапфы, расположенной между кольцевым буртом и базовым торцом цапфы (см. патент РФ №2291272, кл. Е21В 10/22, 2007 г.).

Основными недостатками прототипа являются сложность конструкции и трудоемкость монтажа и демонтажа замкового узла опоры. Это связано с выполнением замкового узла из нескольких составных элементов, что автоматически усложняет и технологию его монтажа и демонтажа. Все это снижает надежность работы замкового узла и продолжительность работы долота в целом.

В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является улучшение эффективности работы долота путем повышения стойкости его опоры и упрощение конструкции.

Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей лапу со ступенчатой цапфой и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом, установленным в кольцевой проточке цапфы, расположенной между кольцевым буртом и базовым торцом цапфы, согласно изобретению замковый узел образован цилиндрической втулкой, установленной в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенной с шарошкой, при этом кольцевой бурт выполнен съемным и жестко соединен с цапфой, а шарошка соединена с втулкой посредством левой резьбы.

По второму варианту указанный технический результат достигается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей лапу со ступенчатой цапфой и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом, установленным в кольцевой проточке цапфы, расположенной между кольцевым буртом и базовым торцом цапфы, согласно изобретению замковый узел образован цилиндрической втулкой, установленной в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенной с шарошкой, при этом кольцевой бурт выполнен съемным и жестко соединен с цапфой, а шарошка жестко зафиксирована относительно втулки от проворота и осевого перемещения.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- шарошка жестко зафиксирована относительно втулки от проворота посредством их шлицевого соединения;

- шарошка жестко зафиксирована относительно втулки от осевого перемещения радиально расположенным штифтом.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 и 2 изображают общий вид опоры долота в продольном разрезе; фиг.3 - сечение А-А на фиг.1.

Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 1, выполненную за одно целое с лапой 10, и закрепленную на цапфе 1 посредством замкового узла шарошку 2. Цапфа 1 выполнена со ступенчатой наружной поверхностью с кольцевой проточкой 3, расположенной между кольцевым буртом 12 и базовым торцом 13 цапфы 1. В кольцевой проточке 3 размещен замковый узел, образованный цилиндрической втулкой 4, жестко соединенной с шарошкой 2 по одному варианту посредством левой резьбы 14 (фиг.2), выполненной на внутренней поверхности шарошки 2 и наружной поверхности втулки 4 (см. фиг.1). По другому варианту втулка 4 и шарошка 2 соединены посредством шлицев 8 и 9, предотвращающих их проворот, и штифтами 5, расположенными в совмещенных радиальных каналах шарошки 2 и втулки 4 (см. фиг.3). В обоих вариантах кольцевой бурт 12 выполнен съемным и жестко соединен с цапфой 1. Количество штифтов 5 выбирается в зависимости от типоразмера долота и передаваемой нагрузки. При этом выступы 8 и впадины 9 шлицевого соединения выполняются на наружной поверхности цилиндрической втулки 4 и на внутренней поверхности шарошки 2.

Монтаж опоры долота осуществляется следующим образом. Вначале в кольцевой проточке 3 цапфы 1 устанавливают цилиндрическую втулку 4, которую запирают кольцевым буртом 12, который в свою очередь жестко соединяют с цапфой 1 посредством резьбы или любым другим известным способом. По первому варианту после этого шарошку 2 посредством левой резьбы соединяют с цилиндрической втулкой. Такое соединение шарошки 2 с втулкой 4 обеспечивает постоянное довинчивание левой резьбы в процессе работы долота. По второму варианту (фиг.2) также вначале устанавливают в кольцевой проточке 3 цапфы 1 цилиндрическую втулку 4, которую запирают кольцевым буртом 12, фиксируя его на цапфе 1 посредством резьбы или любым другим известным способом. После этого совмещают шлицы 8 и 9 втулки 4 и шарошки 2 и радиальные каналы под штифты 5 и тем самым фиксируют шарошку 2 от осевого перемещения. Для уплотнения опоры предусмотрено уплотнительное кольцо 11, размещенное между базовым торцом цапфы 13 и обратным конусом 6 шарошки 2 и имеющее диаметр, больше диаметра втулки 4 по шлицам 8, 9.

Принцип работы опоры долота заключается в следующем. В процессе бурения по одному варианту осевая нагрузка воспринимается опорными элементами долота, в том числе цилиндрической втулкой 4, а тангенциальная нагрузка между шарошкой 2 и втулкой 4 шлицевым соединением 8, 9. Это позволяет разгрузить штифты 5 от передачи крутящего момента от шарошки 2 к втулке 4 и тем самым обеспечить использование штифтов 5 малого диаметра. Применение последних не ослабляет корпус шарошки 2, воспринимающий большие нагрузки, особенно при бурении по твердым и крепким породам. При этом благодаря выполнению запорного узла в виде цилиндрической втулки 4, образующей плавающий подшипник, обеспечивается значительное упрощение конструкции, а также снижение трения между контактирующими поверхностями шарошки 2 и цапфы 1 и тем самым увеличивается работоспособность как опоры, так и долота в целом. Использование уплотнительного элемента 11 с диаметром, большим наружного диаметра цилиндрической втулки 4, позволяет уменьшить вероятность попадания шлама в полость шарошки через шлицевое соединение 8, 9. Применение предложенной опоры позволяет исключить все операции по сверлению канала для установки замкового шарикового подшипника и сварочные работы по креплению замкового пальца. Это, в первую очередь, благоприятно скажется при создании и эксплуатации долот малого диаметра. Отсутствие сварочных работ также позволяет повысить надежность и работоспособность опоры благодаря сохранению твердости термообработанных поверхностей опоры. Особое значение это имеет для долот с герметизированной опорой, которые в последнее время находят все более широкое применение в практике буровых работ. Все это позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет применения форсированных режимов бурения.