RU2342513C1

RU2342513C1 - Support of drilling roller cutting tool

Info

Publication number: RU2342513C1
Application number: RU2007116016/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Виталий Анатольевич Ясашин (RU); Виталий Анатольевич Ясашин; Дмитрий Юрьевич Сериков (RU); Дмитрий Юрьевич Сериков; В чеслав Геннадьевич Смирнов (RU); Вячеслав Геннадьевич Смирнов; Игорь В чеславович Смирнов (RU); Игорь Вячеславович Смирнов
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-12-27

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention refers to drilling tool, particularly to packing elements and can be implemented in drilling bits, reamers and calibrators. There is suggested the support of a roller cutter consisting of a support bracket with a lubricating unit, of a journal, of the roller cutter secured on the journal by means of a retaining bearing and of packing element installed between the roller cutter and the journal. The feature of the suggested support is the design of the packing element with cross section in form of half-circle oriented with its open part to the side of the journal end. A spring ring is inserted in the cavity of the packing element, the cross section of the ring has the form of open loop with exterior radius which in a free position is bigger, than the inside radius of cross section of the packing element; also the walls of the spring ring located along the axis of the journal are made with slots. The spring ring can be split, while the ends of the spring split ring are installed overlapping one against the other.

EFFECT: increased working capacity of support and rock destructing tool as a whole.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано в буровых долотах, расширителях и калибраторах с герметизированной маслонаполненной опорой.The invention relates to the field of well drilling and can be used in drill bits, reamers and calibrators with a sealed oil-filled support.

Известна опора бурового долота, содержащая цапфу и закрепленную на ней посредством замкового подшипника шарошку, армированную породоразрушающими зубками (см. Шарошечные долота. Международная инженерная энциклопедия, М., 2000 г., с.11-13).A well-known drill bit support, containing a trunnion and mounted on it by means of a lock bearing, a roller cutter reinforced with rock cutting teeth (see Roller bits, International Engineering Encyclopedia, M., 2000, pp. 11-13).

К недостаткам такого долота следует отнести быстрый выход из строя его опоры, что связано с возможностью попадания шлама в полость шарошки. Особенно это сильно сказывается при бурении по абразивным породам.The disadvantages of such a bit include the rapid failure of its support, which is associated with the possibility of sludge getting into the cone cavity. This is especially true when drilling through abrasive rocks.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора бурового шарошечного инструмента, содержащая цапфу с каналами для подачи смазки, уплотнительным элементом и шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника (см. патент США №4588309, кл. Е21В 10/08, 1986 г.).Closest to the proposed technical essence and the achieved result is the support of the roller cone tool containing a pin with channels for supplying lubricant, a sealing element and a roller cone mounted on the pin using a lock bearing (see US patent No. 4588309, CL ЕВВ 10/08, 1986).

Как известно, большое значение для работоспособности породоразрушающего инструмента любого типа имеет герметизация опор со стороны торца шарошки, предотвращающая попадание в нее абразивного шлама, способного кратно снизить стойкость и долговечность подшипников и всей опоры в целом. С этой точки зрения наличие узла герметизации в данном инструменте безусловно положительно влияет на ресурс работы его опоры. Однако надежность работы такого узла герметизации весьма мала. К недостаткам прототипа следует отнести малый срок службы используемого уплотнительного элемента и как следствие этого сравнительно быстрый выход из строя опоры и породоразрушающего инструмента в целом в связи с отсутствием возможности плавного регулирования натяга уплотнительного кольца, а также надежной и длительной компенсации износа.As you know, of great importance for the operability of a rock cutting tool of any type is the sealing of supports on the side of the end of the cone, preventing the ingress of abrasive sludge that can reduce the resistance and durability of bearings and the entire bearing as a whole. From this point of view, the presence of a sealing unit in this tool certainly has a positive effect on the life of its support. However, the reliability of such a sealing unit is very small. The disadvantages of the prototype include the short life of the used sealing element and, as a result, the relatively quick failure of the support and rock cutting tool as a whole due to the lack of the ability to smoothly adjust the tightness of the sealing ring, as well as reliable and long-term wear compensation.

В связи с этим техническим результатом изобретения является повышение работоспособности опоры породоразрушающего инструмента.In this regard, the technical result of the invention is to increase the operability of the support of the rock cutting tool.

Для достижения указанного технического результата в опоре шарошечного породоразрушающего инструмента, включающей цапфу с каналами для подачи смазки, уплотнительным элементом и шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника, согласно изобретению уплотнительный элемент выполнен с поперечным сечением в форме полукольца, ориентированного открытой частью в сторону торца цапфы, при этом в полости уплотнительного элемента установлено пружинное кольцо, выполненное с поперечным сечением в форме незамкнутого кольца, наружный радиус которого в свободном состоянии больше внутреннего радиуса поперечного сечения уплотнительного элемента, причем стенки пружинного кольца, расположенные вдоль оси цапфы, выполнены с прорезями.To achieve the technical result in the support of a cone rock cutting tool, including a pin with channels for supplying lubricant, a sealing element and a roller cone mounted on the pin using a lock bearing, according to the invention, the sealing element is made with a cross section in the form of a half ring oriented with the open part toward the end of the pin while a spring ring is installed in the cavity of the sealing element, made with a cross section in the form of an open ring, outward the free radius of which in the free state is greater than the inner radius of the cross section of the sealing element, the walls of the spring ring located along the axis of the journal, made with slots.

Достижению указанного технического результата по обоим вариантам способствует также и то, что пружинное кольцо выполнено разрезным, при этом торцы пружинного разрезного кольца установлены с перекрытием одного относительно другого.The achievement of the specified technical result in both cases is also facilitated by the fact that the spring ring is split, while the ends of the spring split ring are installed overlapping one relative to the other.

На фиг.1 показан разрез секции бурового долота с герметизированной маслонаполненной опорой, на фиг.2 - уплотнительный элемент в сборе, на фиг.3 и 4 - пружинное и уплотнительное кольца соответственно в свободном состоянии, на фиг.5 - схема выполнения и установки концевых участков пружинного кольца.Figure 1 shows a sectional view of a drill bit section with a sealed oil-filled support, figure 2 shows a sealing element assembly, figures 3 and 4 show a spring and a sealing ring, respectively, in a free state, figure 5 shows a diagram of a design and installation of end sections of a spring ring.

Опора шарошечного породоразрушающего инструмента включает лапу 1 с узлом смазки 2, содержащим резервуар со смазкой и канал для его подачи, шарошку 3 с зубками 4, установленную на цапфе 5 посредством подшипников скольжения 7, 8 и шарикового замкового подшипника 9, и размещенный у основания цапфы 2 уплотнительный элемент 6. Уплотнительный элемент 6 выполнен с поперечным сечением в форме полукольца (см. фиг.2 и 4), ориентированного открытой частью в сторону торца цапфы 5. При этом в полости уплотнительного элемента 6 установлено пружинное кольцо 10, наружный радиус R_к поперечного сечения которого в свободном состоянии больше внутреннего радиуса R_У поперечного сечения уплотнительного элемента 6, а стенки пружинного кольца 10, расположенные вдоль оси цапфы, выполнены с прорезями 11.The support of the cone rock cutting tool includes a paw 1 with a lubrication unit 2 containing a reservoir with lubricant and a channel for supplying it, a cone 3 with teeth 4 mounted on a pin 5 by means of sliding bearings 7, 8 and a ball lock bearing 9, and located at the base of the pin 2 the sealing element 6. The sealing element 6 is made with a cross-section in the form of a half ring (see FIGS. 2 and 4), oriented with the open part towards the end face of the pin 5. In this case, a spring ring 10 is installed in the cavity of the sealing element 6, on uzhny radius R _{to the} cross section of which in the free state larger than the inner radius R _Y cross section of the sealing member 6 and the wall of the spring ring 10 along the trunnion axis, formed with the slots 11.

Пружинное кольцо 10 имеет форму, конгруэнтную контактирующей поверхности уплотнительного элемента 6 и в рабочем положении постоянно взаимодействует с внутренней поверхностью уплотнительного элемента 6. Возможен вариант выполнения пружинного кольца 10 со сквозной радиальной прорезью 13 в плоскости большого диаметра. В этом случае наружный диаметр D_к разрезного кольца 10 в свободном состоянии также должен быть больше внутреннего диаметра D_у уплотнительного элемента 6, а внутренний диаметр d_к кольца 10 должен быть меньше внутреннего диаметра d_у уплотнительного элемента 6. Это обеспечивает дополнительное прижатие уплотнительного элемента 6 к цапфе 5 и к внутренней поверхности шарошки 3. Причем в этом случае концевые участки 12 пружинного кольца 9 должны быть установлены с перекрытием одного относительно другого, образуя сплошное кольцо по всей длине окружности. Такое выполнение торцевых участков 12 пружинного кольца 10, с одной стороны, исключает их смещения одного относительно другого, а с другой стороны, обеспечивает контакт пружинного кольца 10 с уплотнительным элементом 6 по всей длине окружности, что положительно влияет на надежность герметизации опоры долота.The spring ring 10 has a shape congruent with the contacting surface of the sealing element 6 and in the working position constantly interacts with the inner surface of the sealing element 6. A spring ring 10 with a through radial slot 13 in a large diameter plane is possible. In this case, the outer diameter D _{to the} split ring 10 in the free state should also be larger than the inner diameter D of _the sealing element 6, and the inner diameter d _{to the} ring 10 should be smaller than the inner diameter d of _the sealing element 6. This provides an additional pressing of the sealing element 6 to the trunnion 5 and to the inner surface of the cone 3. Moreover, in this case, the end sections 12 of the spring ring 9 must be installed overlapping one relative to the other, forming a continuous ring along the entire length of awns. This embodiment of the end sections 12 of the spring ring 10, on the one hand, eliminates their displacement from one another, and on the other hand, ensures that the spring ring 10 contacts the sealing element 6 along the entire circumference, which positively affects the reliability of sealing the bit support.

Принцип работы предложенной опоры заключается в следующем. В процессе работы уплотнительный элемент 6 постоянно подвергается пульсирующим сжимающим и разжимающим нагрузкам, способствующим уменьшению его эластичности и нарушению герметичности опоры. Кроме того, этому способствует также и то, что опорные поверхности шарошки 3 и цапфы 5 подвергаются постоянному износу. В результате этого происходит увеличение зазора между шарошкой 3 и цапфой 5, а следовательно, и увеличение сжимающих и разжимающих нагрузок, действующих на уплотнительный элемент 6 и способствующих его износу. Для компенсации износа опорных поверхностей шарошки 3, цапфы 5 и уплотнительного элемента 6 в предложенной опоре предлагается использовать уплотнительный элемент 6 с поперечным сечением в форме полукольца, в полости которого размещено пружинное разрезное кольцо 10. При этом пружинное кольцо 10 оказывает на стенки уплотнительного элемента 6 постоянно действующее распирающее усилие, что удерживает уплотнительный элемент 6 в напряженном состоянии в процессе всего времени работы долота. В результате этого открытые концевые участки уплотнительного элемента 6 постоянно прижаты с одной стороны к шарошке 3, а с другой стороны - к цапфе 5 и тем самым препятствуют утечке смазки как между уплотнительным элементом 6 и шарошкой 3, так и между уплотнительным элементом 6 и цапфой 5.The principle of operation of the proposed support is as follows. In the process, the sealing element 6 is constantly subjected to pulsating compressive and expanding loads, contributing to a decrease in its elasticity and violation of the tightness of the support. In addition, this also contributes to the fact that the supporting surfaces of the cone 3 and the trunnion 5 are subject to constant wear. As a result of this, there is an increase in the gap between the cutter 3 and the trunnion 5, and, consequently, an increase in the compressive and expanding loads acting on the sealing element 6 and contributing to its wear. To compensate for the wear of the supporting surfaces of the cone 3, trunnion 5 and the sealing element 6, it is proposed to use a sealing element 6 with a half-ring cross section in the cavity of which the spring split ring 10 is placed in the cavity. In this case, the spring ring 10 constantly exerts on the walls of the sealing element 6 the current bursting force that keeps the sealing element 6 in tension during the entire working time of the bit. As a result of this, the open end sections of the sealing element 6 are constantly pressed on one side to the cone 3, and on the other side to the pin 5 and thereby prevent the leakage of grease between the sealing element 6 and the cone 3, and between the sealing element 6 and the pin 5 .

Данное техническое решение позволяет достигнуть требуемого технического результата и может быть применено в любых буровых долотах, расширителях и калибраторах с герметизированной опорой для глубокого, сверхглубокого и взрывного бурения. Оно достаточно просто в изготовлении и надежно в работе.This technical solution allows you to achieve the desired technical result and can be used in any drill bits, reamers and calibrators with a sealed support for deep, ultra-deep and explosive drilling. It is quite simple to manufacture and reliable in operation.

Claims

1. The support of the rolling tool, comprising a journal with channels for supplying lubricant, a sealing element and a roller cone mounted on the axle by means of a lock bearing, characterized in that the sealing element is made with a cross section in the form of a half ring oriented with the open part toward the end of the axle, this in the cavity of the sealing element is installed a spring ring made with a cross section, the shape of which is congruent with the contact surface of the sealing element, the outer radius with which in the free state larger than the inner radius of the cross section of the sealing element, wherein the spring ring wall along the trunnion axis, formed with slits.

2. The support of the rolling cone tool according to claim 1, characterized in that the spring ring is split, while the ends of the spring split ring are installed overlapping one relative to the other.