RU2351738C1 - Support for cutter drill bit - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention refers to rock destructing tool, particularly to supports of cutter drill bits containing: claw with journal made with channels for lubrication supply, roller cutter installed on journal by means of locking bearing and floating journal bearing with slots on exterior and interior surfaces conjugated between them with radial channels, and bushing with sealing element rigidly connected with roller cutter and located at journal base. The sealing element is made hollow and is located in a circular groove formed with opposite situated boring on the roller cutter and the groove on the journal. In cross section the sealing element has the shape of open trapezium from the side of a bigger base facing the journal side. The cavity of the sealing element communicates with the axial channel of the journal by means of radial channels. The slots on interior and exterior surfaces of floating bearing are of a wedge shape in cross section and are arranged chequer-wise.

EFFECT: facilitating reliable sealing of support, reduced impact loads on locking bearing, reduced wear of journal bearing and increased service life of locking and journal bearings.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к маслонаполненным опорам буровых шарошечных долот.The invention relates to a rock cutting tool, namely to oil-filled bearings of 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 решением к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора бурового шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым и радиальными каналами для подачи смазки, шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника и плавающего подшипника скольжения с пазами на наружной и внутренней поверхностях, сообщенными между собой радиальными каналами, и втулку с уплотнительным элементом, жестко соединенную с шарошкой и расположенную у основания цапфы (см. патент РФ №2068069, кл. Е21В 10/22, 1996 г.).The closest solution to the proposed technical essence and the achieved result is the support of the drill bit, containing a paw with an inclined pin made with axial and radial channels for supplying lubricant, a roller cone mounted on the pin using a lock bearing and a floating plain bearing with grooves on the outer and internal surfaces interconnected by radial channels, and a sleeve with a sealing element, rigidly connected to the cone and located at the base of the pin (see Pat nt of the Russian Federation №2068069, Cl. E 21 B 10/22, 1996).

В данном долоте, благодаря использованию системы смазки и плавающего подшипника, 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, а также недостаточная надежность герметизации. Это ведет к снижению эффективности работы опоры и долота в целом.In this bit, thanks to the use of a lubrication system and a floating bearing, the working capacity of the support increases. 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 locking bearing and putting it out of order, as well as insufficient sealing reliability. This leads to a decrease in the overall performance of the support and the bit.

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

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре бурового шарошечного долота, содержащей лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым и радиальными каналами для подачи смазки, шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника и плавающего подшипника скольжения с пазами на наружной и внутренней поверхностях, сообщенными между собой радиальными каналами, и втулку с уплотнительным элементом, жестко соединенную с шарошкой и расположенную у основания цапфы, согласно изобретению уплотнительный элемент выполнен полым и размещен в кольцевой канавке, образованной оппозитно расположенными расточкой на шарошке и проточкой на цапфе, причем уплотнительный элемент в поперечном сечении имеет форму незамкнутой трапеции со стороны большего основания, обращенного в сторону цапфы, а полость уплотнительного элемента сообщена посредством радиальных каналов с осевым каналом цапфы.The stated technical problem is solved in that in the support of the drill bit, containing a paw with an inclined pin made with axial and radial channels for supplying lubricant, the roller cone mounted on the pin using a lock bearing and a floating sliding bearing with grooves on the outer and inner surfaces communicated between each other by radial channels, and a sleeve with a sealing element, rigidly connected to the cone and located at the base of the journal, according to the invention, the sealing element is made floor and placed in an annular groove formed by the opposed bore on the cutter and the groove on the pin, and the sealing element in cross section is in the form of an open trapezoid on the side of the larger base, facing towards the pin, and the cavity of the sealing element is communicated through radial channels with the axial channel of the pin .

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

- пазы на внутренней и наружной поверхностях плавающего подшипника имеют в поперечном сечении клинообразную форму;- the grooves on the inner and outer surfaces of the floating bearing are wedge-shaped in cross section;

- пазы на наружной и внутренней поверхностях подшипника скольжения выполнены продольными и расположены в шахматном порядке.- the grooves on the outer and inner surfaces of the plain bearing are made longitudinal and staggered.

Такое выполнение опоры долота позволяет повысить стойкость опоры и долота в целом благодаря обеспечению надежной герметизации, снижению коэффициента трения между подшипником скольжения и цапфой и уменьшению ударных нагрузок на замковый подшипник.This embodiment of the support of the bit allows you to increase the durability of the support and the bit as a whole due to the provision of reliable sealing, reducing the coefficient of friction between the sliding bearing and the pin and reducing shock loads on the castle bearing.

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, узел уплотнения, шарошку 3, установленную на цапфе 2 посредством замкового подшипника 4, плавающего подшипника скольжения 5 и втулки 6. Лапа 1 и цапфа 2 выполнены соответственно с каналами 7 и 8 для подачи смазки из маслонаполненной емкости (не показана). Шарошка 3 закреплена на цапфе 2 посредством замкового шарикового подшипника 4. Подшипник скольжения 5 выполнен со сквозными каналами 9 и продольными сквозными пазами 10 и 11 соответственно на ее внутренней и наружной поверхности. Пазы 10 и 11 соединены между собой сквозными каналами 7. Внутренние и наружные пазы 10 и 11 имеют в поперечном сечении клинообразную форму и расположены с угловым смещением относительно друг друга, т.е. в шахматном порядке, что гарантирует равнопрочность подшипника скольжения 5 по всему периметру. Втулка 6 жестко соединена с шарошкой 3, например, посредством резьбы 12 или сваркой. Втулка 6 расположена со стороны основания цапфы 2 и выполнена с кольцевой расточкой 13 на внутренней поверхности, расположенной оппозитно относительно кольцевой проточки 14 на цапфе 2. Расточка 13 и проточка 14 совместно образуют кольцевую канавку под полый уплотнительный элемент 15 из армированного эластичного материала, например маслостойкой резины, тефлона и т.д., перекрывающего зазор между втулкой 6 и цапфой 2. Уплотнительный элемент 15 в поперечном сечении имеет форму трапеции, открытой со стороны большего основания. Полость уплотнительного элемента 15 сообщена посредством радиальных каналов 16 с осевым каналом 8 цапфы 2. Радиальные каналы 16 выполнены также и в области расположения подшипника скольжения 5 для подачи смазки в полость внутренних пазов 10 подшипника 5. Необходимость радиальных каналов 16 в зоне подшипника скольжения 5 связана с возможностью перекрытия зазоров между контактирующими торцами цапфы 2 и шарошки 3. В таких случаях радиальные каналы 16 обеспечивают бесперебойную подачу смазки в полость подшипника скольжения 5.The support of the cone bit includes a paw 1, a pin 2, a seal assembly, a roller cone 3 mounted on the pin 2 by means of a lock bearing 4, a floating plain bearing 5 and a sleeve 6. The paw 1 and pin 2 are respectively made with channels 7 and 8 for supplying lubricant from oil-filled containers (not shown). The cone 3 is mounted on the axle 2 by means of a lock ball bearing 4. The sliding bearing 5 is made with through channels 9 and longitudinal through grooves 10 and 11, respectively, on its inner and outer surfaces. The grooves 10 and 11 are interconnected through the channels 7. The inner and outer grooves 10 and 11 are wedge-shaped in cross section and are located with angular displacement relative to each other, i.e. in a checkerboard pattern, which guarantees equal strength of the sliding bearing 5 around the entire perimeter. The sleeve 6 is rigidly connected to the cone 3, for example, by means of a thread 12 or by welding. The sleeve 6 is located on the side of the base of the pin 2 and is made with an annular bore 13 on the inner surface opposite to the annular groove 14 on the pin 2. The bore 13 and the groove 14 together form an annular groove for the hollow sealing element 15 of reinforced elastic material, for example, oil-resistant rubber , Teflon, etc., covering the gap between the sleeve 6 and the pin 2. The sealing element 15 in cross section has the shape of a trapezoid open from the side of the larger base. The cavity of the sealing element 15 is communicated by means of radial channels 16 with the axial channel 8 of the pin 2. Radial channels 16 are also made in the area of the sliding bearing 5 for supplying lubricant to the cavity of the internal grooves 10 of the bearing 5. The need for radial channels 16 in the area of the sliding bearing 5 is associated with the possibility of overlapping gaps between the contacting ends of the journal 2 and the cone 3. In such cases, the radial channels 16 provide an uninterrupted supply of lubricant to the cavity of the sliding bearing 5.

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 этом благодаря выполнению уплотнительного элемента 15 в поперечном сечении в форме трапеции, полость которого постоянно сообщена с каналами 7 и 8 для подачи смазки, гарантируется постоянное поджатие боковых стенок уплотнительного элемента 15 к стенкам кольцевой канавки, образованной расточкой 13 на внутренней поверхности втулки 5 и проточкой 14 на цапфе 2. А это обеспечивает надежную герметизацию всей опоры долота. Использование же подшипников скольжения 5 со сквозными каналами 9 и продольными пазами 10 и 11 соответственно на его внутренней и наружной поверхности гарантирует постоянную циркуляцию смазки из полости между цапфой 2 и шарошкой 3 через радиальные каналы 16, сообщая полости между шарошкой 3 и подшипником скольжения 5. Выполнение же пазов 10 и 11 с поперечным сечением клинообразной формы позволяет создать масляный клин между шарошкой 3 и цапфой 2 при вращении подшипника скольжения 5 относительно цапфы 1. Это значительно снижает ударные нагрузки на опору долота и в первую очередь на замковый подшипник 4, являющийся слабым звеном опоры, т.к. замковый подшипник 4 наряду с радиальными нагрузками воспринимает также и осевые нагрузки. При совмещении нагруженной части цапфы 2 с выступающими частями подшипника скольжения 5 благодаря указанной форме выполнения пазов 10 на его внутренней поверхности происходит рост давления смазки в полости подшипника скольжения 5 с образованием масляного клина. Это обеспечивает бесконтактное вращение шарошки 3 совместно с подшипником скольжения 5 относительно цапфы 2, т.к. нарастающее гидродинамическое давление удерживает подшипник скольжения 5, а вместе с ним и шарошку 3, на «масляном клине». Выполнение уплотнительного элемента 15 в поперечном сечении в форме трапеции, полость которого постоянно сообщена с каналами для подачи смазки, гарантирует постоянное поджатие боковых стенок уплотнительного элемента 15 к стенкам кольцевой канавки и тем самым надежную герметизацию всей опоры.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. During drilling, the axial load is perceived by the locking bearing 4 and the sliding bearing 5. In this case, due to the implementation of the sealing element 15 in the cross section in the form of a trapezoid, the cavity of which is constantly in communication with the channels 7 and 8 for supplying lubricant, a constant compression of the side walls of the sealing element 15 to is guaranteed the walls of the annular groove formed by the bore 13 on the inner surface of the sleeve 5 and the groove 14 on the pin 2. And this provides reliable sealing of the entire support of the bit. The use of sliding bearings 5 with through channels 9 and longitudinal grooves 10 and 11, respectively, on its inner and outer surfaces ensures constant circulation of lubricant from the cavity between the pin 2 and the roller cone 3 through radial channels 16, communicating the cavity between the roller cone 3 and the sliding bearing 5. the grooves 10 and 11 with a cross-section of a wedge-shaped shape allows you to create an oil wedge between the roller cone 3 and the pin 2 when the sliding bearing 5 is rotated relative to the pin 1. This significantly reduces the impact load the support of the bit and primarily on the locking bearing 4, which is the weak link of the support, because castle bearing 4 along with radial loads also perceives axial loads. When combining the loaded part of the pin 2 with the protruding parts of the sliding bearing 5 due to the specified form of the grooves 10 on its inner surface, the lubricant pressure increases in the cavity of the sliding bearing 5 with the formation of an oil wedge. This provides non-contact rotation of the cone 3 together with the sliding bearing 5 relative to the pin 2, because increasing hydrodynamic pressure holds the sliding bearing 5, and with it the cone 3, on the "oil wedge". The implementation of the sealing element 15 in the cross section in the form of a trapezoid, the cavity of which is constantly in communication with the channels for supplying lubricant, ensures constant compression of the side walls of the sealing element 15 to the walls of the annular groove and thereby reliable sealing of the entire support.

Все это позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет повышения срока службы опоры бурового долота, особенно при применении форсированных режимов бурения.All this allows to increase the technical and economic performance of drilling operations primarily by increasing the service life of the support of the drill bit, especially when using forced drilling modes.

Claims (3)

1. Опора бурового шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым и радиальными каналами для подачи смазки, шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника и плавающего подшипника скольжения с пазами на наружной и внутренней поверхностях, сообщенными между собой радиальными каналами, и втулку с уплотнительным элементом, жестко соединенную с шарошкой и расположенную у основания цапфы, отличающаяся тем, что уплотнительный элемент выполнен полым и размещен в кольцевой канавке, образованной оппозитно расположенными расточкой на шарошке и проточкой на цапфе, причем уплотнительный элемент в поперечном сечении имеет форму незамкнутой трапеции со стороны большего основания, обращенного в сторону цапфы, а полость уплотнительного элемента сообщена посредством радиальных каналов с осевым каналом цапфы.1. Bearing cone bit containing a paw with an inclined pin made with axial and radial channels for supplying lubricant, roller cone mounted on the pin using a lock bearing and a floating plain bearing with grooves on the outer and inner surfaces communicated between each other by radial channels, and a sleeve with a sealing element rigidly connected to the cone and located at the base of the pin, characterized in that the sealing element is hollow and placed in an annular groove formed by ozitno disposed bore in the roller cutter on the journal and the bore, wherein the sealing member has the shape of an open trapezoid with the larger base side in cross-section facing towards the stud and the cavity of the sealing element communicates by radial channels with the axial channel stud. 2. Опора бурового шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что пазы на внутренней и наружной поверхностях плавающего подшипника имеют в поперечном сечении клинообразную форму.2. The support of the cone bit according to claim 1, characterized in that the grooves on the inner and outer surfaces of the floating bearing are wedge-shaped in cross section. 3. Опора бурового шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что пазы на наружной и внутренней поверхностях подшипника скольжения выполнены продольными и расположены в шахматном порядке. 3. The support of the cone bit according to claim 1, characterized in that the grooves on the outer and inner surfaces of the sliding bearing are longitudinal and staggered.

Images