RU2465428C1 - Sealed bearing structure of drilling bit - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: sealing assembly is equipped at least with two metal rings with inclined end faces. Inclined end faces contact a sealing ring. The latter is made in T-shaped cross section. At that, metal rings are installed in annular groove between trunnion and transverse parts of sealing ring.

EFFECT: such design of bearing structure allows simplifying the bearing structure manufacturing technology and improving the sealing reliability, and as a result, reducing the bit cost and protecting the bearing structure cavity against slurry penetration.

1 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. патент РФ №2019670, кл. Е21В 10/22, 1994 г.).Known support roller cone bit containing a pin, on which by means of sliding and rolling bearings, one of which is a lock, mounted roller cone with working elements (see RF patent No. 20169670, CL ЕВВ 10/22, 1994).

К недостаткам опор долот указанного типа следует отнести быстрый выход их из строя из-за отсутствия смазки подшипников, что особо сильно сказывается при бурении на форсированных режимах.The disadvantages of the supports of the bits of this type include their quick failure due to the lack of lubrication of the bearings, which is especially severe when drilling in forced modes.

Известна также герметизированная опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, выполненной с каналами для подачи смазки, шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника, и размещенное в выточке уплотнительное эластичное кольцо (см. Каталог буровых долот, ВОЛГАБУРМАШ, 2003, с.13, рис.2).Also known is a sealed support of a cone bit containing a paw with an inclined pin made with channels for supplying lubricant, a cone mounted on the pin with a lock bearing, and an elastic sealing ring located in the undercut (see Catalog of drill bits, VOLGABURMASH, 2003, p.13 , fig. 2).

В данном долоте благодаря использованию системы смазки повышается работоспособность опоры. К недостаткам данной конструкции опоры бурового долота следует отнести то, что в ней не исключается попадание шлама в полость шарошки и сравнительно быстрая разгерметизация опоры.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 it does not exclude the ingress of sludge into the cone cavity and the relatively fast depressurization of the support.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является герметизированная опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, выполненной с каналами для подачи смазки, установленную на цапфе посредством замкового подшипника шарошку и узел герметизации с уплотнительным эластичным кольцом, выполненным с наклонными участками, расположенными под острым углом к радиальной плоскости цапфы (см. патент РФ №2430233, кл. Е21В 10/24, 2011 г).Closest to the proposed technical essence and the achieved result is a sealed support of a cone bit containing a paw with an inclined pin made with channels for supplying lubricant mounted on the pin with a roller cone and a sealing unit with an elastic sealing ring made with inclined sections located at an acute angle to the radial plane of the journal (see RF patent No. 2430233, CL EB 10/24, 2011).

Наклонное расположение уплотнительного элемента позволяет повысить надежность фиксации его и тем самым повысить надежность герметизации опоры. В то же время наклонное расположение уплотнительного элемента требует выполнения выточки под него под острым углом к радиальной плоскости цапфы, а это связано с необходимостью использования вспомогательных приспособлений. Это, с одной стороны, снижает производительность работ, а с другой - ведет к удорожанию продукции. Кроме того, даже при незначительном износе подшипника скольжения уплотнительный элемент испытывает нагрузки, стремящиеся провернуть его вокруг оси малого тора. Это ведет к усиленному износу уплотнительного элемента, а следовательно, и опоры в целом.The inclined location of the sealing element allows to increase the reliability of its fixation and thereby increase the reliability of the sealing support. At the same time, the inclined location of the sealing element requires undercutting under it at an acute angle to the radial plane of the journal, and this is due to the need to use auxiliary devices. This, on the one hand, reduces the productivity of work, and on the other hand, leads to higher cost of production. In addition, even with slight wear of the sliding bearing, the sealing element experiences loads that tend to rotate it around the axis of the small torus. This leads to increased wear of the sealing element, and hence the support as a whole.

В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является упрощение технологии изготовления опоры, улучшение эффективности ее работы и долота в целом путем более надежной герметизации опоры.In accordance with the stated technical result of the invention is to simplify the manufacturing technology of the support, improve the efficiency of its work and the bit as a whole by more reliable sealing of the support.

Указанный технический результат достигается тем, что в герметизированной опоре шарошечного долота, содержащей лапу с наклонной цапфой, выполненной с каналами для подачи смазки, установленную на цапфе посредством замкового подшипника шарошку и узел герметизации с уплотнительным эластичным кольцом, установленным в выточке цапфы или шарошки и выполненным с наклонными участками, расположенными под острым углом к радиальной плоскости цапфы, согласно изобретению уплотнительное кольцо выполнено с поперечным сечением Т-образной формы, наклонные участки которого расположены на его продольной части, при этом узел герметизации снабжен охватывающими уплотнительное эластичное кольцо с двух сторон двумя металлическими кольцами, имеющими в продольном сечении форму прямоугольной трапеции, наклонная сторона которых контактирует с ответными наклонными участками уплотнительного кольца, противоположные стороны - расположены перпендикулярно к продольной оси цапфы, наружная боковая сторона установлена с возможностью контакта с поперечной частью уплотнительного кольца, а внутренняя - с цапфой.The specified technical result is achieved by the fact that in the sealed support of the cone bit containing a paw with an inclined pin made with channels for supplying grease, the cone is mounted on the pin with a locking bearing and the sealing unit with an elastic sealing ring installed in the undercut of the pin or cone and made with according to the invention, the sealing ring is made with a cross section of a T-shaped, inclined the portions of which are located on its longitudinal part, while the sealing unit is provided with two metal rings covering the elastic sealing ring on both sides, having the shape of a rectangular trapezoid in longitudinal section, the inclined side of which contacts the mating inclined sections of the sealing ring, the opposite sides are perpendicular to axle longitudinal axis, the outer side is installed with the possibility of contact with the transverse part of the sealing ring, and inside NJ - with a knuckle.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид опоры долота в разрезе; на фиг.2 - узел А на фиг.1 в увеличенном масштабе.The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a General view of the support of the bit in section; figure 2 - node a in figure 1 on an enlarged scale.

Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 2, выполненную за одно целое с лапой 1, шарошку 3 с замковым подшипником 4 и узел герметизации с эластичным уплотнительным кольцом 5, размещенным в выточке 6 цапфы 2 или шарошки 3. Лапа 1 и цапфа 2 выполнены с каналами 7 для подачи смазки из маслонаполненной емкости (не показана). Шарошка 3 закреплена на цапфе 2 замковым подшипником 4. Уплотнительное кольцо 5 выполнено с участками 9, расположенными под углом α к радиальной плоскости цапфы 2, отличным от перпендикулярного. В предложенной опоре уплотнительное кольцо 5 выполнено с продольным сечением Т-образной формы, причем наклонные участки 9 выполнены на продольной части 14 Т-образного уплотнительного кольца 5. При этом узел герметизации снабжен охватывающими уплотнительное эластичное кольцо 5 с двух сторон двумя металлическими кольцами 8, имеющими в продольном сечении форму прямоугольной трапеции. Наклонные стороны 9 трапеции контактируют с ответными наклонными участками уплотнительного кольца 5, противоположные стороны 10 расположены перпендикулярно к продольной оси цапфы 2, а наружная 11 и внутренняя 12 боковые стороны (основания трапеции) установлены с возможностью контакта соответственно с поперечной частью 13 уплотнительного кольца 5 и с цапфой 2.The support of the rolling cone bit includes a pin 2 made in one piece with a paw 1, a roller cone 3 with a locking bearing 4 and a sealing unit with an elastic sealing ring 5 located in the recess 6 of the pin 2 or roller cone 3. The paw 1 and pin 2 are made with channels 7 for supplying lubricant from an oil-filled container (not shown). The roller cutter 3 is fixed to the pin 2 by a locking bearing 4. The sealing ring 5 is made with sections 9 located at an angle α to the radial plane of the pin 2, other than perpendicular. In the proposed support, the sealing ring 5 is made with a longitudinal section of a T-shape, and the inclined sections 9 are made on the longitudinal part 14 of the T-shaped sealing ring 5. In this case, the sealing unit is provided with two metal rings 8, covering the sealing elastic ring 5 on both sides, having in longitudinal section the shape of a rectangular trapezoid. The inclined sides 9 of the trapezoid are in contact with the mating inclined portions of the sealing ring 5, the opposite sides 10 are perpendicular to the longitudinal axis of the journal 2, and the outer 11 and inner 12 sides (base of the trapezoid) are installed with the possibility of contact with the transverse part 13 of the sealing ring 5 and pin 2.

Принцип работы опоры долота заключается в следующем. В процессе бурения уплотнительное кольцо 5 при расположении его в кольцевой выточке 6 в шарошке, вращается вместе с шарошкой 3 вокруг цапфы 2, постоянно контактируя с ней благодаря силам упругости, и предохраняет опору от попадания бурового шлама. В случае размещения уплотнительного кольца 5 в выточке 6 цапфы 2 рабочая поверхность его постоянно контактирует с внутренней поверхностью шарошки 3 и также обеспечивает надежную герметизацию опоры, перекрывая зазор между шарошкой 3 и цапфой 2. При этом благодаря наклонному расположению продольной части 14 Т-образного уплотнительного кольца 5 к радиальной плоскости цапфы 2 повышается надежность фиксации уплотнительного кольца 5. Расположение участков 9 уплотнительного кольца 5 под углом к радиальной плоскости цапфы 2 или шарошки 3 практически исключает проворот кольца 5 относительно них. А это, с одной стороны, повышает надежность герметизации опоры, а с другой - значительно уменьшает износ самого кольца 5, что увеличивает срок его службы и опоры в целом. Этому способствует также и выполнение уплотнительного кольца 5 с поперечным сечением Т-образной формы и снабжение узла герметизации охватывающими уплотнительное эластичное кольцо 5 с двух сторон двумя металлическими кольцами 8. При таком выполнении узла герметизации усилие от реакции забоя воспринимается через шарошку 2 и металлические кольца 8 и передается на уплотнительный элемент 5, продольная часть 14 которого будет постоянно поджиматься к уплотняемой поверхности - к цапфе 2 или к шарошке 3 в зависимости от схемы размещения узла герметизации.The principle of operation of the bit support is as follows. During drilling, the sealing ring 5, when it is located in the annular recess 6 in the roller cutter, rotates with the roller cutter 3 around the pin 2, constantly contacting it due to the elastic forces, and protects the support from the penetration of drill cuttings. In the case of placing the sealing ring 5 in the recess 6 of the pin 2, its working surface is constantly in contact with the inner surface of the cone 3 and also provides reliable sealing of the support, blocking the gap between the cone 3 and the pin 2. Moreover, due to the inclined arrangement of the longitudinal part 14 of the T-shaped sealing ring 5 to the radial plane of the pin 2 increases the reliability of the fixation of the sealing ring 5. The location of sections 9 of the sealing ring 5 at an angle to the radial plane of the pin 2 or cone 3 is practically excludes cranking ring 5 with respect to them. And this, on the one hand, increases the reliability of sealing the support, and on the other, significantly reduces wear of the ring 5 itself, which increases its service life and the support as a whole. This also contributes to the implementation of the sealing ring 5 with a cross section of a T-shape and the supply of the sealing unit covering the elastic sealing ring 5 on both sides with two metal rings 8. With this embodiment of the sealing unit, the force from the bottom reaction is perceived through the cutter 2 and the metal rings 8 and is transmitted to the sealing element 5, the longitudinal part 14 of which will constantly be tightened to the sealing surface - to the pin 2 or to the cone 3, depending on the layout of the node seal isations.

Одновременно с этим такая форма выполнения узла герметизации, представляющего собой в собранном виде полый диск с прямоугольным продольным сечением, позволяет значительно упростить технологию изготовления выточки 6, используя для этой операции обычный инструмент и не задействуя вспомогательное оборудование и специальные приспособления.At the same time, this form of implementation of the sealing unit, which is an assembled hollow disk with a rectangular longitudinal section, can significantly simplify the manufacturing technology of the recess 6, using ordinary tools for this operation and not involving auxiliary equipment and special devices.

Применение долот с предложенной опорой позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет повышения срока службы опоры, благодаря надежной герметизации ее полости, а также упрощению технологии изготовления бурового долота и уменьшению стоимости изготовления бурового долота.The use of bits with the proposed support allows you to increase the technical and economic performance of drilling operations primarily by increasing the service life of the support due to the reliable sealing of its cavity, as well as simplifying the manufacturing technology of the drill bit and reducing the cost of manufacturing the drill bit.

Claims (1)

Герметизированная опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым каналом для подачи смазки, установленную на цапфе посредством замкового подшипника шарошку и узел герметизации с уплотнительным эластичным кольцом, выполненным с наклонными участками, расположенными под острым углом к радиальной плоскости цапфы, отличающаяся тем, что уплотнительное кольцо выполнено с поперечном сечением Т-образной формы, наклонные участки которого расположены на его продольной части, при этом узел герметизации снабжен охватывающими уплотнительное эластичное кольцо с двух сторон двумя металлическими кольцами, имеющими в продольном сечении форму прямоугольной трапеции, наклонная сторона которых контактирует с ответными наклонными участками уплотнительного кольца, противоположные стороны расположены перпендикулярно к продольной оси цапфы, наружная боковая сторона установлена с возможностью контакта с поперечной частью уплотнительного кольца, а внутренняя - с цапфой. A sealed support of a cone bit containing a paw with an inclined pin made with an axial channel for supplying lubricant, mounted on the pin with a roller cone and a sealing unit with an elastic sealing ring made with inclined sections located at an acute angle to the radial plane of the pin, characterized in that the o-ring is made with a T-shaped cross section, the inclined sections of which are located on its longitudinal part, while the sealing unit is provided n covering two elastic rings on the elastic side of the ring with two metal rings having a rectangular trapezoidal shape in longitudinal section, the inclined side of which is in contact with the mating inclined portions of the sealing ring, the opposite sides are perpendicular to the longitudinal axis of the journal, the outer side is contactable with the transverse part o-ring, and the inner one with a pin.

Images