Уплотнение опоры шарошечного долота

 

Использование: породоразрушающий инструмент. Сущность изобретения: уплотнение состоит из втулки, цапфы, с элементом подшипника, лапы, эластичного кольца, втулки. Наружная поверхность втулки охвачена шарошкой с радиальным зазором Si. На торце втулки выполнены сквозные канавки . Величина радиального зазора Si определяется по формуле (bxR/a). где Sn - предельно допустимый радиальный люфт опоры вследствие ее изнашивания; b и а - радиальный и осевой размеры сечения установленного эластичного кольца; R - средний радиус установленного эластичного кольца в опоре, - предельно допустимый угол перекоса шарошки вследствие изнашивания опоры. 3 ил.

СОЮЗ СО БЕ ТСКИХ с011иАпис1ич Гск!:1х

РЕСПЧБГ1ИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ е1едОмстБО сссР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 )) 4875805/03 (22) 22.10.90 (46) 15.04,93. Б1ол. ¹ 14 (71) Уфимский нефтяной институт (72) А.Н.Попов, 1О.Г.Матвеев, Б,k4,Трушкин, С.П,Баталов, А.В.Торгашов и A,À J1oãèíîâ (56) Патент Великобритании № 1085332, кл.

k= 16 J/Å 21 В, 1973.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1341352, кл. Е 21 В 10/24, 1981. (54) УПЛОТНЕНИЕ ОПОРЫ ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА (57) Использование: породоразрушающий инструмент. Сущность изобретения: уплотнение состоит из втулки, цапфы, с элеменИзобретение относится к породоразруша1ощему инструменту, а именно к шарашечным долотам и бурильным головкам для бурения скважин.

Целью изобретения является повышение наде:кности герметизации опоры шарашки путем обеспечения возможности противоположных по знаку осевой и радиальной деформаций эластичного кольца в условиях динамической работы вследствие образования люфтов и перекоса в опоре по мере ее изнашивания.

На фиг.1 приведено в разрезе предлагаемое уплотнение для опоры типа АУ; на фиг.2 — изменение формы сечения эластич. ного кольца и положения втулки относител ьно цапфы при перекосе шарошки на угол

/3, Уплотнение вкл1очает эластичное кольцо 1 и втулку 2, Эластичное кольцо гарметизирует зазор между шарашкой 3 и цапфой 4 и поджимает втулку к упорному бурту 5 лапы. Втулка 2 установлена с осевым зазором

„„5% 1808969 А1 (s11s Е 21 В 10/24

- *си: том подшипника, лапы, эластичного кольца, втулки. Наружная поверхность втулки охвачена шарошкой с радиальным зазором Si.

На торце втулки выполнены сквозные канавки. Величина радиального зазора 31 определяется по формуле S>=Sn(bxR/a)tg/4, где Sn — предельно допустимый радиальный люфт опоры вследствие ee; b и а — радиальный и осевой размеры сечения установленного эластичного кольца; R— средний радиус установленного эластичного кольца вопоре,,/Рп — предельно допустимый угол перекоса шарошки вследствие изнашивания опоры. 3 ил, 8> относительно торца расточки в шарошке и с радиальными зазорами д относительно цапфы и д1 относительно поверхности расточки в шарошке. В рассматриваемом примере подшипник образован внутренней поверхностью LUBpoLUKvl и наружной поверхностью цапфы. На торце втулки 2, взаимодействующим с упорным буртом 5 лапы, выполнены сквозные канавки б.

Уплотнение работает следующим образом. В процессе бурения шарошка 3 вращается и совершает осевые, радиальные и угловьГБ колебания относительно цапфы 4, Эласт ичное кольцо 1 и втулка 2 не враща1отся. При радиальных колебаниях шарошки в пределах зазора д 1 ее торец свободно проскальзывает относительно эластичного кольца. При осевых колебаниях шарошка упруго деформирует эластичное кольцо в пределах зазора до. При движении к лапе эластичное кольцо вдавливается в коническую полость, образованную поверхностя1808969 ми втулки, цапфы и упорного бурта лапы, а при движении шарошки от лапы эластичное кольцо выдавливается из этой полости, обеспечивая герметичность уплотнения.

Сквозные канавки 6 на торце втулки 2 служат тому, чтобы жидкость, находящаяся в названной полости, не препятствовала вдавливанию и выдавливанию эластичного кольца. Консольная установка шарошки, а также осевой и радиальный износ опоры обусловливают угловые колебания или перекос шарошки, как показано на фиг.2. При этом одна часть полости, в которой установлено уплотнение, например, верхняя расширяется, а противоположная часть, например, нижняя сужается на ту же величину. При сужении полости эластичное кольцо 1 сжимается в осевом направлении и расширяется в радиальном направлении, а при расширении диаметрально противоположной части полости наблюдается обратное явление. В результате втулка 2 смещается вниз. Более того она сжимает в верхней части полости эластичное кольцо и вызывает его расширение в осевом направлении, что частично компенсирует увеличение зазора äð. Такая работа уплотнения обеспечивает его герметичность при значительных перекосах шарошки относительно цапфы. б

Из фиг.2 следует, что наиболее неблагоприятная ситуация с точки зрения защемления втулки шарошкой возникает при суммарном смещении шарошки вверх из-за радиального износа подшипника и перекоса шарошки. В качестве условия защемления принимаем д 1=0. Только при

I радиальном перемещении шарошки смещения втулки, относительно цапфы не npoucxot дит, а поэтому условию д1 =0 соответствует условие д1= 4, (1) где дл — предельно допустимый радиальный люфт опоры, В случае перекоса на угол Р, как показано на фиг,2, торец шарошки сместится вверх также на величину радиального люфта за счет поворота относительно точки О (средней точки на оси опоры), но при этом втулка сместится навстречу шарошке (вниз) на величину ЛЬ. Таким образом, условию д 1 = 0 будет соответствовать

I условие д1= дп+ Л Ь,, (2) . где ЬЬл — смещение втулки при предельной величине угла P = j4. При этом должно быть

ЛЬв< д (см. фиг.1). Из условия равенства площадей верхнего и нижнего сечений эластичного кольца следует, что при повороте на угол Р,гй Ь (3) где Ла и ЛЬ вЂ” осевое и радиальное изменения размеров сечения эластичного кольца; а и Ь вЂ” осевой и радиальный размеры установленного в опоре эластичного кольца, Угол А01В равен j3, как образованный взаимно перпендикулярными прямыми. Тогда

Л a=AB=Rtg P, (4) где R — средний радиус установки эластичного кольца в опоре. Перейдя к предельной величине P =- P я и выполнив необходимые преобразования с учетом (3), (4) и после подстановки в формулу (2), получим расчетную формулу (1)

А=-д + — tgфп.

b R

Предложенное выполнение уплотнения

20 обеспечивает повышение надежности герметизации опор шарошечных долот особенно при повышенных частотах вращения, что, в конечном счете, увеличивает долговечность долот и улучшает показатели бурения скважин.

Формула изобретения

Уплотнение опоры шарашечного доло30 та, состоящее из втулки, установленной с радиальным зазором относительно цапфы и с осевым зазором относительно элемента подшипника и взаимодействующей с упорным буртом лапы, и из эластичного кольца, 35 герметизирующего зазор между шарсшкой и цапфой и взаимодействующего с поверхностью втулки, часть которой выполнена конической, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности герметиза40 ции опоры шарошки путем обеспечения возможности противопо lo>KHI,IX r10 знаку осевой и радиальной деформаций эластичного кольца в условиях динамической работы вследствие образования люфтов и

45 перекоса в опоре по мере ее изнашивания, наружная поверхность втулки охвачена шарошкой с радиальным зазором SI, а на торце втулки, взаимодействующем с упорным буртом лапы, выполненььсквозные канавки, при этом величина радиального зазора Sl определяется по формуле

S1=Sn+ 1ц фя, bR где Sn — предельно допустимый радиальный

55 люфт опоры вследствие ее изнашивания;

b,è а — радиальный и осевой размеры сечения установленного эластичного кольца;

1808969

Р— средний радиус установленного эластицного кольца в опоре;

P и — предельно допустимый угол перекоса шарашки вследствие изнашивания опоры.

tuu0969 ф Составитель А.Попов

Техред М.Моргентал

Корректор E,Ïàïï

Редактор

Производствен о-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1263 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5