RU2346133C1 - Drilling bit bearing structure - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention relates to rock destruction tools, in particular, to drilling bit bearing structures. This device includes a lug with journal provided with channels for lubricant feeding, a sealing element, and a roller bit. Roller bit is secured on said journal by means of friction bearing and retaining bearing. Friction bearing is provided with longitudinal grooves on its inner and outer surfaces, that are of segmented and triangular cross-section shape, and cut-through inclined channels, that connect grooves' cavities one to another. Area of grooves between said friction bearing and journal is not less than the area of grooves between roller bit and friction bearing. Axial channel of this journal is equipped with spring loaded check valve located in front of radial channels in said journal.

EFFECT: reduced impact loads of retaining drilling bit bearing and its extended service life, and, as a consequence, extended service life of entire bearing structure.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к маслонаполненным опорам буровым шарошечных долот.The invention relates to a rock cutting tool, and in particular to oil-filled bearings for rolling cone bits.

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.V1.29).There is a known support of a cone bit containing a pin on which, using sliding and rolling bearings, one of which is a lock, a roller cone with working elements is installed (see the reference book “Drill bits.” Paliy P. A. and Korneev K.E., Moscow, Nedra, 1971, p. 175, fig. V1.29).

К недостаткам данной опоры долота следует отнести быстрый выход ее из строя из-за отсутствия смазки подшипников, что особо сильно сказывается при бурении на форсированных режимах.The disadvantages of this support of the bit include its quick failure due to the lack of lubrication of the bearings, which especially affects drilling during forced operation.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, уплотнительный элемент и шарошку, установленную на цапфе посредством подшипника скольжения в виде втулки с пазами на наружной и внутренней поверхности, соединенными между собой каналами, и замкового подшипника (см. патент РФ №2068069, кл. Е21В 10/22, 1996 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is the support of the cone bit, containing a paw with an inclined pin, a sealing element and a cone mounted on the pin using a sliding bearing in the form of a sleeve with grooves on the outer and inner surfaces, interconnected by channels, and a lock bearing (see RF patent No. 2068069, CL EB 10/22, 1996).

В данном долоте благодаря использованию системы смазки повышается работоспособность опоры. К недостаткам данной конструкции опоры бурового долота следует отнести то, что в ней не исключаются ударные нагрузки, действующие на замковый подшипник и выводящие его из строя.Thanks to the use of a lubrication system, the working capacity of the support is increased in this bit. The disadvantages of this design of the support of the drill bit should include the fact that it does not exclude shock loads acting on the castle bearing and putting it out of order.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является улучшение эффективности работы опоры и долота в целом путем исключения ударных нагрузок, действующих на замковый подшипник.In accordance with the stated technical objective of the invention is to improve the operating efficiency of the support and the bit as a whole by eliminating the shock loads acting on the lock bearing.

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым каналом для подачи смазки, уплотнительный элемент и шарошку, установленную на цапфе посредством подшипника скольжения в виде втулки с пазами на наружной и внутренней поверхности, соединенными между собой каналами, и замкового подшипника, согласно изобретению пазы на внутренней и наружной поверхности подшипника скольжения выполнены с поперечным сечением, имеющим сегментообразную или треугольную форму и сообщены между собой сквозными каналами, расположенными под углом к радиусу подшипника скольжения, при этом внутренние пазы подшипника скольжения дополнительно сообщены с осевым каналом цапфы.The stated technical problem is solved in that in the support of a cone bit containing a paw with an inclined pin made with an axial channel for supplying lubricant, a sealing element and a cone mounted on the pin with a sliding bearing in the form of a sleeve with grooves on the outer and inner surfaces connected between channels, and a lock bearing, according to the invention, the grooves on the inner and outer surfaces of the sliding bearing are made with a cross section having a segmented or triangular shape communicated with each other through channels, arranged at an angle to the radius of the sliding bearing, the inner grooves the plain bearing is further communicated with an axial channel stud.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:The solution of the problem also contributes to the fact that:

- площадь пазов между подшипником скольжения и цапфой не менее площади пазов между шарошкой и подшипником скольжения.- the area of the grooves between the sliding bearing and the pin is not less than the area of the grooves between the roller cone and the sliding bearing.

- канал цапфы для подачи смазки снабжен подпружиненным обратным клапаном, размещенным перед радиальными каналами в цапфе.- channel trunnion for supplying lubricant is equipped with a spring-loaded check valve placed in front of the radial channels in the trunnion.

Такое выполнение опоры долота позволяет уменьшить ударные нагрузки на замковый подшипник и тем самым повысить стойкость опоры и долота в целом.This embodiment of the support of the bit allows to reduce shock loads on the castle bearing and thereby increase the durability of the support and the bit as a whole.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид опоры долота в разрезе; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the support of the bit in section; figure 2 is a section aa in figure 1.

Опора бурового шарошечного долота включает лапу 1, цапфу 2 и шарошку 3 с шаровым подшипником качения 4 и подшипником скольжения 5. Лапа 1 и цапфа 2 выполнены с каналами 6 для подачи смазки из маслонаполненной емкости (не показана). Шарошка 3 закреплена на цапфе 2 посредством шарикового замкового подшипника 4. Подшипник скольжения 5 выполнен с продольными пазами 8 и 9 на внутренней и наружной поверхности, имеющими в поперечном сечении сегментообразную или треугольную форму и сообщенными между собой сквозными каналами 7, расположенными под углом к радиусу подшипника скольжения. Такое выполнение каналов 7 обеспечивает бесперебойную циркуляцию масла между полостями пазов 8 и 9, что не может быть достигнуто при радиальном расположении каналов (как у прототипа). При этом внутренние пазы 8 подшипника скольжения 5 дополнительно сообщены с осевым каналом 6 цапфы 2 радиальными каналами 11, а площадь пазов 8 между подшипником скольжения 5 и цапфой 2 не менее площади пазов 9 между шарошкой 3 и подшипником скольжения 5.The support of the rolling cone bit includes a paw 1, a pin 2 and a cone 3 with a ball bearing 4 and a sliding bearing 5. The paw 1 and pin 2 are made with channels 6 for supplying lubricant from an oil-filled container (not shown). The roller cutter 3 is mounted on the axle 2 by means of a ball lock bearing 4. The sliding bearing 5 is made with longitudinal grooves 8 and 9 on the inner and outer surfaces, having in cross section a segmented or triangular shape and communicated with through channels 7 located at an angle to the radius of the bearing slip. This embodiment of the channels 7 provides uninterrupted circulation of oil between the cavities of the grooves 8 and 9, which cannot be achieved with a radial arrangement of the channels (as in the prototype). In this case, the internal grooves 8 of the sliding bearing 5 are additionally communicated with the axial channel 6 of the pin 2 by the radial channels 11, and the area of the grooves 8 between the sliding bearing 5 and the pin 2 is not less than the area of the grooves 9 between the roller cone 3 and the sliding bearing 5.

Канал 6 для подачи смазки оснащен обратным подпружиненным клапаном 10, обеспечивающим перекрытие канала 6 для подачи смазки при резком повышении давления в полости шарошки 3 и размещенным перед радиальными каналами 11 в цапфе 2, соединяющими осевой канал цапфы 2 для подачи смазки с внутренней полостью подшипника скольжения 5. Такое повышение давления наблюдается при каждом совпадении нагруженной части цапфы 2 с участками подшипника скольжения 5 с минимальным внутренним диаметром. Для герметизации опоры на торцевой поверхности шарошки 3 установлен уплотнительный элемент 12.The lubricant supply channel 6 is equipped with a spring-loaded check valve 10, which provides lubricant channel 6 shutoff when the pressure in the roller cone 3 is sharply increased and placed in front of the radial channels 11 in pin 2 connecting the axial channel of pin 2 for lubricant supply with the internal cavity of the sliding bearing 5 Such an increase in pressure is observed at each coincidence of the loaded part of the journal 2 with sections of the sliding bearing 5 with a minimum inner diameter. To seal the support on the end surface of the cone 3 has a sealing element 12.

Принцип работы опоры долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемого с поверхности через колонну бурильных труб, породоразрушающие элементы шарошки 3 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода удаляется с забоя скважины промывочной жидкостью, подаваемой через промывочную систему долота. В процессе бурения осевая нагрузка воспринимается замковым подшипником 4 и подшипником скольжения 5. При вращении шарошек 3 благодаря использованию подшипников скольжения 5 со сквозными каналами 7, а также продольными пазами 8 и 9 соответственно на его внутренней и наружной поверхности смазка из полости между цапфой 2 и шарошкой 3 постоянно циркулирует через наклонные радиальные каналы 7, сообщая полости между шарошкой 3 и подшипниками скольжения 5. Выполнение же пазов 8 с поперечным сечением сегментообразной или треугольной формы создает масляный клин между шарошкой 3 и цапфой 2. Это значительно снижает ударные нагрузки на опору долота и в первую очередь на замковый подшипник 4, являющийся слабым звеном опоры, т.к. замковый подшипник наряду с радиальными нагрузками воспринимает также и осевые нагрузки. При совмещении опорной части цапфы 2 с выступающими частями подшипника скольжения 5 происходит рост давления смазки в полости шарошки 3, чему способствует также перекрытие обратным клапаном 10 канала 6 и выбранное соотношение между поперечными сечениями пазов 8 и 9 на внутренней и наружной поверхностях подшипника скольжения 5, которое обеспечивает гарантированное сопротивление перетоку масла из внутренних пазов 8 во внешние. Это, в свою очередь, позволяет создать в полости пазов 8 значительное давление, обеспечивающее работу опоры в режиме жидкостного трения. Это обеспечивает бесконтактное вращение шарошки 3 относительно подшипника скольжения 5 и последнего относительно цапфы 2.The principle of operation of the bit support is as follows. Under the action of axial load and torque transmitted from the surface through the drill pipe string, rock cutting elements of the cone 3 are introduced into the rock and destroy it. The destroyed rock is removed from the bottom of the well by the flushing fluid supplied through the flushing system of the bit. In the process of drilling, the axial load is perceived by the locking bearing 4 and the sliding bearing 5. When rotating the cones 3, due to the use of sliding bearings 5 with through channels 7, as well as the longitudinal grooves 8 and 9, respectively, on its inner and outer surface, grease from the cavity between the pin 2 and the cone 3 constantly circulates through the inclined radial channels 7, communicating the cavity between the roller cone 3 and the sliding bearings 5. The execution of the grooves 8 with a cross-section of a segmented or triangular shape creates a a wedge between the roller cutter 3 and the pin 2. This significantly reduces shock loads on the support of the bit and, first of all, on the lock bearing 4, which is the weak link of the support, because Along with radial loads, the lock bearing also accepts axial loads. When combining the supporting part of the axle 2 with the protruding parts of the sliding bearing 5, the lubricant pressure increases in the cone 3 cavity, which also contributes to the overlapping by the check valve 10 of the channel 6 and the selected ratio between the cross sections of the grooves 8 and 9 on the inner and outer surfaces of the sliding bearing 5, which provides guaranteed resistance to oil flow from internal grooves 8 to external. This, in turn, allows you to create significant pressure in the grooves of the grooves 8, which ensures the operation of the support in the liquid friction mode. This ensures contactless rotation of the cone 3 relative to the sliding bearing 5 and the latter relative to the pin 2.

Все это позволяет повысить работоспособность опоры и, как следствие, этого и технико-экономические показатели буровых работ, особенно при применении форсированных режимов бурения.All this makes it possible to increase the operability of the support and, as a consequence, this and the technical and economic indicators of drilling operations, especially when using forced drilling modes.

Claims (3)

1. Опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым каналом для подачи смазки, уплотнительный элемент и шарошку, установленную на цапфе посредством подшипника скольжения в виде втулки с пазами на наружной и внутренней поверхностях, соединенными между собой каналами, и замкового подшипника, отличающаяся тем, что пазы на внутренней и наружной поверхностях подшипника скольжения выполнены с поперечным сечением, имеющим сегментообразную или треугольную форму, и сообщены между собой сквозными каналами, расположенными под углом к радиусу подшипника скольжения, при этом внутренние пазы подшипника скольжения дополнительно сообщены с осевым каналом цапфы.1. Support roller cone bit containing a paw with an inclined pin made with an axial channel for supplying lubricant, a sealing element and a roller cone mounted on the pin using a sliding bearing in the form of a sleeve with grooves on the outer and inner surfaces interconnected by channels, and a lock bearing characterized in that the grooves on the inner and outer surfaces of the sliding bearing are made with a cross section having a segmented or triangular shape, and communicated with each other through channels, located laid at an angle to the radius of the sliding bearing, while the internal grooves of the sliding bearing are additionally communicated with the axial channel of the journal. 2. Опора шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что площадь пазов между подшипником скольжения и цапфой не менее площади пазов между шарошкой и подшипником скольжения.2. Support cone bit according to claim 1, characterized in that the groove area between the sliding bearing and the pin is not less than the groove area between the cone and the sliding bearing. 3. Опора шарошечного долота по п.1 или 2, отличающаяся тем, что осевой канал цапфы снабжен подпружиненным обратным клапаном, размещенным перед радиальными каналами в цапфе. 3. Support roller cone according to claim 1 or 2, characterized in that the axial channel of the trunnion is equipped with a spring-loaded check valve placed in front of the radial channels in the trunnion.

Images