RU2351740C1 - Support of cone bit - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention refers to rock destroying tool, particularly to oil filled supports of drilling cone bits. The support consists of a claw with a tilted journal made with axial and radial channels for lubrication supply, of a sealing unit and of a roller cutter installed on a journal by means of journal bearing in form of a bushing with wedge shaped slots on the interior surface and of a locking bearing. The wedge-shaped slots on the interior surface of the bushing are made blind and are located from the side of the journal end. Another part of the bushing located from the side of the journal base is made with circular grooves on its exterior and interior surfaces for the sealing unit. The bushing is designed to rotate relative to the roller cutter. The exterior surface of the bushing is made with lengthwise slots arranged with an angle set off against the slots on its interior surface. The slots on the interior and exterior surfaces have equal length and are communicated between them with pass-through channels.

EFFECT: increased durability of support and cone bit on a whole due to increased support surface and due to increased reliability of sealing.

2 cl, 3 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).A support of a cone bit containing a pin is known, on which a roller cone with working elements is installed by means of sliding and rolling bearings, one of which is locking, (see 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, выполненной с осевым и радиальными каналами для подачи смазки, узел уплотнения и шарошку, установленную на цапфе посредством подшипника скольжения в виде втулки с клинообразными пазами на внутренней поверхности и замкового подшипника (см. авт. св. СССР №1104233, кл. Е21В 10/22, 1984 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 made with axial and radial channels for supplying lubricant, a seal assembly and a cone mounted on the pin with a sliding bearing in the form of a sleeve with wedge-shaped grooves on the inside surface and lock bearing (see ed. St. USSR No. 1104233, class. EB 10/22, 1984).

В данном долоте благодаря использованию системы смазки повышается работоспособность опоры. К недостаткам данной конструкции опоры бурового долота следует отнести то, что в ней втулка не является плавающей, что значительно снижает ресурс работы всей опоры, т.к. наружная поверхность втулки не участвует в работе. Другим недостатком опоры является малая надежность герметизации из-за пульсирующего высокого давления смазочного материала, воздействующего непосредственно на уплотнительное кольцо и быстро выводящего его из строя. При нарушении герметизации опоры использование втулок с клинообразными пазами только ухудшает условия работы опоры, т.к. в этом случае резко увеличиваются контактные напряжения в зоне расположения втулок с пазами.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 drill bit support include the fact that the sleeve is not floating in it, which significantly reduces the life of the entire support, because the outer surface of the sleeve is not involved in the work. Another disadvantage of the support is the low reliability of the seal due to the pulsating high pressure of the lubricant acting directly on the o-ring and quickly incapacitating it. If the support is not sealed, the use of bushings with wedge-shaped grooves only worsens the working conditions of the support, as in this case, contact stresses sharply increase in the area of the location of the bushings with grooves.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является улучшение ресурса работы опоры и долота в целом путем увеличения опорной поверхности опоры и повышения надежности герметизации.In accordance with the stated technical objective of the invention is to improve the service life of the support and the bit as a whole by increasing the supporting surface of the support and increasing the reliability of sealing.

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым и радиальными каналами для подачи смазки, узел уплотнения и шарошку, установленную на цапфе посредством подшипника скольжения в виде втулки с клинообразными пазами на внутренней поверхности и замкового подшипника, согласно изобретению клинообразные пазы на внутренней поверхности подшипник скольжения выполнены глухими и расположены со стороны торца цапфы, а другая часть втулки, расположенная со стороны основания цапфы, выполнена с кольцевыми канавками на ее наружной и внутренней поверхностях под узел уплотнения, при этом втулка установлена с возможностью вращения относительно шарошки.The stated technical problem is solved in that in the support of the cone bit containing a paw with an inclined pin made with axial and radial channels for supplying lubricant, a seal assembly and a cone mounted on the pin using a sliding bearing in the form of a sleeve with wedge-shaped grooves on the inner surface and a lock bearing, according to the invention, the wedge-shaped grooves on the inner surface of the plain bearing are blind and are located on the side of the journal end, and the other part of the sleeve located on the sides base pins, is provided with annular grooves on its outer and inner surfaces under sealing assembly wherein the bushing rotatably mounted relative to cone.

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

- наружная поверхность подшипника скольжения выполнена с продольными пазами, расположенными с угловым смещением относительно пазов на его внутренней поверхности, при этом пазы на внутренней и наружной поверхностях имеют одинаковую длину и сообщены между собой сквозными каналами;- the outer surface of the sliding bearing is made with longitudinal grooves located with an angular offset relative to the grooves on its inner surface, while the grooves on the inner and outer surfaces have the same length and are communicated with through channels;

- опора снабжена обратным клапаном, размещенным в осевом канале цапфы перед его радиальными каналами.- the support is equipped with a check valve placed in the axial channel of the journal in front of its radial channels.

Изобретение поясняется чертежами, на котором на фиг.1 изображен общий вид опоры долота в разрезе; на фиг.2 и 3 - соответственно сечение А-А и Б-Б на фиг.1.The invention is illustrated by drawings, in which figure 1 shows a General view of the support of the bit in section; figure 2 and 3, respectively, a section aa and bb in figure 1.

Опора бурового шарошечного долота включает лапу 1 с цапфой 2, узел уплотнения и шарошку 3 с замковым подшипником 4 и подшипником скольжения 5. Лапа 1 и цапфа 2 выполнены с каналами 6 и 13 для подачи смазки из маслонаполненной емкости (не показана). Шарошка 3 закреплена на цапфе 2 посредством шарикового замкового подшипника 4. Подшипник скольжения 5 выполнен в виде «плавающей» втулки, установленной с возможностью вращения как относительно цапфы 2, так и относительно шарошки 3. Подшипник скольжения 5 выполнен со сквозными каналами 7 и глухими продольными пазами 8 и 9 соответственно на ее внутренней и наружной поверхностях. Внутренние и наружные пазы 8 и 9 имеют в поперечном сечении клинообразную форму и расположены с угловым смещением одних относительно других. При этом часть втулки с продольными пазами 8 и 9 расположена со стороны торца цапфы 2, а другая часть втулки, расположенная со стороны основания цапфы 2, выполнена с кольцевыми канавками на ее наружной и внутренней поверхностях под узел уплотнения. Последний образован эластичными кольцами 12, перекрывающими зазор между шарошкой 3, подшипником скольжения 5 и цапфой 2. Пазы 8 и 9 соединены между собой сквозными каналами 7. В осевом канале 13 цапфы 2 установлен обратный клапан 10, обеспечивающий перекрытие канала 6 для подачи смазки при резком повышении давления в полости шарошки 3. Обратный клапан 10 размещен перед радиальными каналами 11 в цапфе 2, соединяющими осевой канал 13 цапфы 2 для подачи смазки с полостью пазов 8 на внутренней поверхности подшипника скольжения 5. Такое повышение давления наблюдается при каждом совпадении нагруженной части цапфы 2 с участками подшипника скольжения 5 с минимальным внутренним диаметром.The support of the rolling cone bit includes a leg 1 with a pin 2, a seal assembly and a roller cone 3 with a locking bearing 4 and a sliding bearing 5. The leg 1 and pin 2 are made with channels 6 and 13 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 in the form of a “floating” sleeve mounted for rotation both relative to the axle 2 and relative to the roller cone 3. The sliding bearing 5 is made with through channels 7 and blind longitudinal grooves 8 and 9, respectively, on its inner and outer surfaces. The inner and outer grooves 8 and 9 have a wedge-shaped cross section and are located with an angular displacement of one relative to the other. In this case, a part of the sleeve with longitudinal grooves 8 and 9 is located on the side of the end face of the pin 2, and the other part of the sleeve located on the side of the base of the pin 2 is made with annular grooves on its outer and inner surfaces under the seal assembly. The latter is formed by elastic rings 12 that overlap the gap between the roller cone 3, the sliding bearing 5 and the pin 2. The grooves 8 and 9 are interconnected through the channels 7. In the axial channel 13 of the pin 2 there is a check valve 10, which provides overlapping of the channel 6 for lubricating when sharp increasing the pressure in the cone cavity 3. The check valve 10 is placed in front of the radial channels 11 in the pin 2, connecting the axial channel 13 of the pin 2 for lubrication with the cavity of the grooves 8 on the inner surface of the sliding bearing 5. Such an increase in pressure observed at each coincidence loaded spigot portion 2 with portions of the sliding bearing 5 with a minimum internal diameter.

Принцип работы опоры долота заключается в следующем. В процессе бурения осевая нагрузка, передаваемая через колонну бурильных труб, воспринимается замковым подшипником 4 и подшипником скольжения 5. При этом благодаря использованию подшипников скольжения 5 со сквозными каналами 7, а также продольными пазами 8 и 9 соответственно на его внутренней и наружной поверхностях смазка из полости между цапфой 2 и шарошкой 3 постоянно циркулирует через радиальные каналы 7, сообщая полости между шарошкой 3 и подшипниками скольжения 5. Выполнение же пазов 8 и 9 с поперечным сечением клинообразной формы позволяет создать масляный клин с одной стороны между шарошкой 3 и подшипником скольжения 5, а с другой стороны между цапфой 2 и тем же подшипником скольжения 5 при вращении последнего относительно цапфы. 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 8 на его внутренней поверхности происходит рост давления смазки в полости подшипника скольжения 5, чему способствует также перекрытие обратным клапаном 10 канала 6 и наличие узла уплотнения. Это обеспечивает бесконтактное вращение шарошки 3 относительно подшипника скольжения 5. Одновременно с этим масло под давлением через каналы 7 поступает в полость между подшипником скольжения 5 и шарошкой 3, где также происходит рост давления благодаря клинообразной форме наружных пазов 9 и тем самым обеспечивается бесконтактное вращение подшипника скольжения 5 относительно цапфы 2. Таким образом, циклически нарастающее гидродинамическое давление, возникающее в клинообразных пазах 8 и 9, удерживает подшипник скольжения 5, а вместе с ним и шарошку 3 на «масляном клине».The principle of operation of the bit support is as follows. In the process of drilling, the axial load transmitted through the drill pipe string is absorbed by the locking bearing 4 and the sliding bearing 5. Moreover, due to the use of sliding bearings 5 with through channels 7, as well as longitudinal grooves 8 and 9, respectively, on its inner and outer surfaces, grease from the cavity between the pin 2 and the cone 3 is constantly circulating through the radial channels 7, communicating the cavity between the cone 3 and the sliding bearings 5. The execution of the grooves 8 and 9 with a cross-section of a wedge-shaped shape allows yaet create oil wedge on the one hand between the roller cutter 3 and the slide bearing 5, and on the other hand between the journal 2 and the same plain bearing 5 when the latter is rotated relative to the stud. 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 castle bearing 4, along with radial loads, also perceives axial loads. When the loaded part of the axle 2 is combined with the protruding parts of the sliding bearing 5, due to the specified form of the grooves 8, the lubricant pressure in the cavity of the sliding bearing 5 increases on its inner surface, which is also facilitated by the overlapping by the check valve 10 of the channel 6 and the presence of a seal assembly. This ensures contactless rotation of the cone 3 relative to the sliding bearing 5. At the same time, oil under pressure through the channels 7 enters the cavity between the sliding bearing 5 and cone 3, where pressure also increases due to the wedge-shaped shape of the outer grooves 9 and thereby the contactless rotation of the sliding bearing 5 relative to the pin 2. Thus, the cyclically increasing hydrodynamic pressure arising in the wedge-shaped grooves 8 and 9, holds the sliding bearing 5, and with it w aroshka 3 on the “oil wedge”.

Такое выполнение опоры долота позволяет повысить ее стойкость благодаря увеличению опорной поверхности и повышению надежности герметизации и, как следствие, этого повысить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь при применении форсированных режимов бурения.This implementation of the support of the bit allows you to increase its durability due to the increase in the supporting surface and increase the reliability of sealing and, as a result, to increase the technical and economic performance of drilling operations primarily when using forced drilling modes.

Claims (2)

1. Опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым и радиальными каналами для подачи смазки, узел уплотнения и шарошку, установленную на цапфе посредством подшипника скольжения в виде втулки с клинообразными пазами на внутренней поверхности и замкового подшипника, отличающаяся тем, что клинообразные пазы на внутренней поверхности втулки выполнены глухими и расположены со стороны торца цапфы, а другая часть втулки, расположенная со стороны основания цапфы, выполнена с кольцевыми канавками на ее наружной и внутренней поверхностях под узел уплотнения, при этом втулка установлена с возможностью вращения относительно шарошки, а наружная поверхность втулки выполнена с продольными пазами, расположенными с угловым смещением относительно пазов на ее внутренней поверхности, при этом пазы на внутренней и наружной поверхности имеют одинаковую длину и сообщены между собой сквозными каналами.1. Support roller cone bit containing a paw with an inclined pin made with axial and radial channels for supplying lubricant, a seal assembly and a cone mounted on the pin using a sliding bearing in the form of a sleeve with wedge-shaped grooves on the inner surface and a lock bearing, characterized in that wedge-shaped grooves on the inner surface of the sleeve are made blind and are located on the side of the axle end, and the other part of the sleeve located on the side of the base of the axle is made with annular grooves on its outwardly and the inner surfaces of the seal assembly, wherein the sleeve is rotatably mounted relative to the cone, and the outer surface of the sleeve is made with longitudinal grooves located with an angular offset relative to the grooves on its inner surface, while the grooves on the inner and outer surface are the same length and communicated between each other through channels. 2. Опора шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена обратным клапаном, размещенным в осевом канале цапфы перед его радиальными каналами. 2. Support roller cone according to claim 1, characterized in that it is equipped with a check valve placed in the axial channel of the journal in front of its radial channels.

Images