RU2055142C1 - Буровое шарошечное долото - Google Patents
Буровое шарошечное долото Download PDFInfo
- Publication number
- RU2055142C1 RU2055142C1 RU9393047140A RU93047140A RU2055142C1 RU 2055142 C1 RU2055142 C1 RU 2055142C1 RU 9393047140 A RU9393047140 A RU 9393047140A RU 93047140 A RU93047140 A RU 93047140A RU 2055142 C1 RU2055142 C1 RU 2055142C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bearing
- bit
- ball bearing
- diameter
- roller
- Prior art date
Links
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 10
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 9
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 4
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/08—Roller bits
- E21B10/22—Roller bits characterised by bearing, lubrication or sealing details
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
Abstract
Использование: горная промышленность, в частности буровые шарошечные долота для бурения с продувкой забоя воздухом. Сущность изобретения: в буровом шарошечном долоте диаметр d шариков в радиально-упорном замковом шариковом подшипнике определяется из соотношения D/d = 11,3 - 13,2 , где D - диаметр долота. Радиус беговой дорожки на цапфе периферийного опорного роликового подшипника качения Rр и радиус беговой дорожки на цапфе по дну желоба радиально-упорного замкового шарикового подшипника качения Rш находятся в соотношении Rр - Rш > 0,25d. 3 ил.
Description
Изобретение относится к горной промышленности, а именно к буровым шарошечным долотам для бурения с продувкой забоя воздухом.
Известны буровые шарошечные долота с конструктивной схемой опоры ролик-шарик-ролик и системой продувочных каналов для охлаждения долота [1]
Однако недостаточно обоснованный выбор параметров замкового шарикового подшипника, воспринимающего при бурении значительные нагрузки, направленные вдоль оси цапфы, приводит к его разрушению и выходу долота из строя.
Однако недостаточно обоснованный выбор параметров замкового шарикового подшипника, воспринимающего при бурении значительные нагрузки, направленные вдоль оси цапфы, приводит к его разрушению и выходу долота из строя.
Известна конструкция бурового шарошечного долота со схемой опоры ролик-шарик-ролик, при этом конструкция замкового шарикового подшипника включает упорное кольцо, воспринимающее часть осевых усилий при сдвиге беговых дорожек замкового подшипника относительно друг друга от осевых усилий [2]
Однако данное техническое решение приводит к дополнительному нагреву долота при работе упорного кольца и не позволяет эффективно защитить от скалывания или отгибания рабочий бурт шарикового подшипника на цапфе, обращенный в сторону стенки скважины.
Однако данное техническое решение приводит к дополнительному нагреву долота при работе упорного кольца и не позволяет эффективно защитить от скалывания или отгибания рабочий бурт шарикового подшипника на цапфе, обращенный в сторону стенки скважины.
Цель изобретения повышение ресурса работы долота путем усиления радиально-упорного замкового шарикового подшипника.
Цель достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, содержащем корпус с многовенцовыми шарошками, установленными на цапфах посредством радиально-упорного замкового шарикового подшипника качения, размещенного между периферийным и концевым опорными роликовыми подшипниками качения, диаметр d шариков в замковом шариковом подшипнике определяется из соотношения
D/d 11,3-13,2, где D диаметр долота.
D/d 11,3-13,2, где D диаметр долота.
При этом радиусы беговой дорожки на цапфе периферийного опорного роликового подшипника качения Rр и радиус беговой дорожки на цапфе по дну желоба радиально-упорного замкового шарикового подшипника качения Rш находятся в соотношении
Rp Rш > 0,25d.
Rp Rш > 0,25d.
На фиг.1 показано буровое шарошечное долото, разрез; на фиг.2 нижняя часть долота в увеличенном масштабе относительно фиг.1 с целью лучшего показа элементов опоры; на фиг.3 фрагмент шарикового и периферийного роликового подшипников в увеличенном масштабе относительно фиг.1 и 2 с целью показа особенностей усиленного шарикового подшипника опоры.
Буровое шарошечное долото 1 вращается вокруг осевой линии 2 долота. Корпус долота выполнен из трех лап 3, из которых показана только одна. Каждая лапа 3 в нижней части включает в себя цапфу 4, на которой монтируется шарошка 5, армированная разрушающими породу элементами 6 в виде твердосплавных зубков (или фрезерованных на корпусе шарошки стальных зубков). Опорный узел шарошки 5 (опора долота) выполнен на подшипниках качения и содержит периферийный радиальный роликовый подшипник 7, концевой радиальный роликовый подшипник 8 и радиально-упорный шариковый подшипник 9. С помощью указанных подшипников качения шарошка 5 имеет возможность вращаться с минимальным реактивным моментом вокруг цапфы 4, передавая от нее нагрузку на забой скважины при бурении. От перемещений вдоль оси цапфы 4 шарошка 5 удерживается шариковым подшипником 9, выполняющим одновременно роль замкового подшипника его шарики после сборки запираются замковым пальцем 10, который заварен швом 11.
Долото имеет следующую схему продувки опоры. Через каналы 12 в лапе и 13 в цапфе для охлаждения и удаления попадающих частиц породы внутрь опоры подается сжатый воздух, который затем расширяется и в просветы между телами качения, зазоры 14 между цапфой и шарошкой, зазоры 15 между лапой и торцом шарошки выходит в призабойное пространство.
В опорном узле долота находится бурт 16, расположенный между поверхностью беговой дорожки 17 на цапфе периферийного подшипника 7 и дном желоба 18 шарикового подшипника 9.
Буровое шарошечное долото работает следующим образом.
Установленная на цапфе 4 лапы 3 шарошка 5 с помощью опорных роликовых 7 и 8 и упорного шарикового 9 подшипников вращается на цапфе 4 и своим вооружением 6 разрушает породу.
Практика горнорудного бурения показывает, что наиболее слабым звеном в конструкциях опор со схемой ролик-шарик-ролик является радиально-упорный шариковый замковый подшипник, так как в данной схеме опоры шариковый подшипник является единственным подшипником, воспринимающим составляющую общей нагрузки, направленную вдоль оси цапфы, тогда как составляющая в направлении, перпендикулярно оси цапфы, воспринимается всеми, в том числе и шариковым, подшипниками опоры.
Неудовлетворительная работоспособность шарикового подшипника 9 проявляется по трем направлениям. Во-первых, на его рабочих поверхностях на цапфе и шариках появляются усталостные контактные повреждения в опережающем порядке по сравнению с роликовыми подшипниками 7 и 8. Во-вторых, из-за перенапряжений наблюдается раскалывание шариков, приводящее к последующему катастрофическому износу опоры. В-третьих, рабочий бурт шарикового подшипника на цапфе 16 (обращенный в сторону стенки скважины) на определенном этапе работы либо скалывается от усталостных напряжений, либо отгибается с проявлением ползучести, защемляя ролики радиального подшипника 7. В случае поломки бурта 16 ролики периферийного подшипника 7 теряют направление и разворачиваются в беговой дорожке 17, а в случае защемления роликов подшипник качения превращается в своеобразный подшипник скольжения. В обоих случаях происходит форсированное разрушение опоры и выход долота из строя.
Для преодоления указанных недостатков необходимо усиление радиально-упорного шарикового подшипника в опоре. Усилие подшипника производится за счет шариков увеличенного диаметра, выполненных в определенном соотношении к размеру долота.
Поскольку наружные контуры шарошек, а следовательно, и их внутреннее пространство для размещения опоры, ограничены размером долота, диаметр беговой дорожки шарикового подшипника в шарошке колеблется в незначительных пределах, в зависимости от конкретных конструктивных воплощений. При этом объем, и следовательно, мощность шарикового подшипника существенно изменяется от диаметра применяемых шариков.
Для выбора оптимальных размеров шариков, используемых в радиально-упорном подшипнике, можно ввести в качестве критерия коэффициент K D/d, где D диаметр шарошечного долота (фиг.1 и 2); d диаметр шарика подшипника (фиг.3).
В долотах, выпускаемых отечественными заводами, диаметр применяемых в опоре шариков меньше диаметра долота в 14,7-17,0 раз, в долотах, выпускаемых фирмами Европы и США, К 17,0-17,56.
Предлагаемый в изобретении диапазон значений критерия К составляет 13,2-11,3. При диаметре шариков, начиная с К 13,2, происходит существенное усиление шарикового подшипника, которое затем нарастает по мере уменьшения К, т.е. увеличения диаметра шариков. Однако, при К < 11.3 возникает серьезная опасность поломки цапфы, поскольку при практически неизменном наружном диаметре подшипника с увеличением размеров применяемых шариков неизбежно происходит уменьшение диаметра беговой дорожки на цапфе. Кроме того, с увеличением диаметра шариков растет диаметр сверления под замковый палец 10, через который шарики вводятся в беговую дорожку 18 при сборке секции долота, что также приводит к ослаблению цапфы.
При работе долота под воздействием реакции забоя шарошка 5 стремится переместиться вдоль оси цапфы 4 в сторону стенки скважины. Типичная картина износа опор долот показывает, что рабочим буртом шарикового подшипника является бурт 16, расположенный со стороны периферийного радиального роликового подшипника 7 (фиг.2 и 3). Бурт 16 одновременно является направляющим буртом для роликов подшипника 7.
Для обеспечения прочности бурта 16 необходимо, чтобы поверхность беговой дорожки 17 на цапфе у периферийного подшипника 7 возвышалась над дном желоба 18 шарикового подшипника 9 на величину, превышающую 0,25d, где d диаметр шарика подшипника 9. На фиг.3 эта величина обозначена h, следовательно h (Rp Rш) > 0,25d, где Rр радиус беговой дорожки на цапфе периферийного опорного роликового подшипника 7; Rш радиус береговой дорожки на цапфе по дну желоба ридально-упорного замкового шарикового подшипника 9.
В известных конструкциях величина h равна или меньше 0,25d, вследствие чего дно желоба 18 подшипника 9 недостаточно заглублено в цапфу относительно роликовой дорожки подшипника 7 или даже возвышается над дорожкой 17 роликового подшипника 7. При этом рабочий бурт 18 приобретает консольную конструкцию и для обеспечения его прочности требуется наращивать его толщину, теряя пространство для размещения более мощных подшипников.
В предлагаемой конструкции усилия реакции шарошки передаются шариками, упирающимися в основном или полностью в монолит цапфы. При этом верхняя часть бурта 16 выполняет единственную функцию является только направляющим буртом для роликов подшипника 7 и не разрушается под воздействием осевых усилий при работе долота.
П р и м е р. В промышленных условиях проводились сравнительные испытания трехшарошечных буровых долот, изготовленных в соответствии с предлагаемым техническим решением, а также долот, имеющих традиционный опорный узел. При этом, для получения максимально достоверных результатов экспериментальные опытные долота и стандартные долота имели практически одинаковое вооружение. Конструкция систем продувки также совпадала в сопоставляемых долотах.
Технические параметры экспериментальных долот. Долота размером 244,5 мм, предназначенные для бурения абразивных крепких пород, оснащенные твердосплавными зубками со сферичфесокй формой головки. Новая конструкция опоры по схеме ролик-шарик-ролик изготовлена в соответствии с рекомендациями изобретения. В замковом радиально-упорном подшипнике были использованы шарики диаметром 19,05 мм, при этом К 12,83. Поверхность роликовой дорожки возвышалась над дном желоба на 7 мм, таким образом h Rp Rш=0,39d.
Технические параметры базовых долот, используемых для сопоставления результатов. Размер долот 244,5 мм, конструкция опоры ролик-шарик-ролик. Размер шариков в радиально-упорном замковом подшипнике d 15,875 мм, коэффициент К 15,4. Поверхность беговой дорожки возвышалась над дном желоба на 0,7 мм, отсюда h 0,045d, т.е. h < 0,25d.
При бурении взрывных скважин в железистых кварцитах различной прочности получено увеличение износостойкости опоры опытных долот в 3,2 раза в породах крепостью f 16 и в 2,6 раза в породах крепостью f 20.
Применение долот с усиленным радиально-упорным подшипником дает возможность увеличить ресурс работы долота за счет меньшего износа опоры и элементов вооружения. Это позволяет повысить эффективность бурения скважин и снизить их себестоимость.
Claims (1)
- БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО, содержащее корпус с входными и выходными продувочными каналами, закрепленные к корпусу лапы, закрепленные к лапам цапфы, систему продувочных каналов в лапах и цапфах, сообщенных с входными и выходными каналами корпуса, и многовенцовые шарошки, установленные на цапфах посредством радиально-упорного замкового шарикового подшипника качения, размещенного между периферийным и концевым опорными роликовыми подшипниками качения, и замкового пальца, отличающееся тем, что, с целью повышения ресурса работы долота путем усиления радиально-упорного замкового шарикового подшипника, диаметр d, м, шариков в радиально-упорном замковом шариковом подшипнике определяется из соотношения
D/d = 11,3 - 13,2,
где D - диаметр долота, м,
а радиус беговой дорожки на цапфе периферийного опорного роликового подшипника качения Rр, м, и радиус беговой дорожки на цапфе по дну желоба радиально-упорного замкового шарикового подшипника качения Rш, м, находятся в соотношении
Rр - Rш > 0,25d.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9393047140A RU2055142C1 (ru) | 1993-10-11 | 1993-10-11 | Буровое шарошечное долото |
UA94022029A UA8283C2 (ru) | 1993-10-11 | 1994-02-14 | Буровое шарошечное долото |
US08/215,078 US5485891A (en) | 1993-10-11 | 1994-03-21 | Cone drill bit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9393047140A RU2055142C1 (ru) | 1993-10-11 | 1993-10-11 | Буровое шарошечное долото |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2055142C1 true RU2055142C1 (ru) | 1996-02-27 |
RU93047140A RU93047140A (ru) | 1996-05-20 |
Family
ID=20148048
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9393047140A RU2055142C1 (ru) | 1993-10-11 | 1993-10-11 | Буровое шарошечное долото |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5485891A (ru) |
RU (1) | RU2055142C1 (ru) |
UA (1) | UA8283C2 (ru) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5655611A (en) * | 1995-08-04 | 1997-08-12 | Baker Hughes Inc. | Earth-boring bit with improved bearing seal |
US8961019B2 (en) | 2011-05-10 | 2015-02-24 | Smith International, Inc. | Flow control through thrust bearing assembly |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3303898A (en) * | 1962-11-09 | 1967-02-14 | Mini Petrolului | Bearing sealing and lubricating device |
US4359113A (en) * | 1980-09-08 | 1982-11-16 | Hughes Tool Company | Earth boring bit with extended gage |
US4448268A (en) * | 1981-07-27 | 1984-05-15 | Dresser Industries, Inc. | Rock bit with bearing lubricant reservoir |
WO1990008244A1 (en) * | 1987-08-24 | 1990-07-26 | Allen Kent Rives | Arrangement for reducing seal damage between rotatable, and stationary members |
US5016719A (en) * | 1990-01-24 | 1991-05-21 | Western Rock Bit Company Limited | Rotary cone type rock bits |
-
1993
- 1993-10-11 RU RU9393047140A patent/RU2055142C1/ru active
-
1994
- 1994-02-14 UA UA94022029A patent/UA8283C2/ru unknown
- 1994-03-21 US US08/215,078 patent/US5485891A/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 861538, кл. E 21B 10/18, опубл. 1980. * |
2. Авторское свидетельство СССР N 1659620, кл. B 21B 10/08, опубл. 1988. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5485891A (en) | 1996-01-23 |
UA8283C2 (ru) | 1996-03-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5671816A (en) | Swivel/tilting bit crown for earth-boring drills | |
CA1230326A (en) | Downhole motor and bearing assembly | |
US4393948A (en) | Rock boring bit with novel teeth and geometry | |
US5248204A (en) | Short stack bearing assembly | |
EA022883B1 (ru) | Трехшарошечное долото для высокооборотного бурения | |
RU2291270C1 (ru) | Буровое шарошечное долото | |
CA2125882C (en) | Down-the-hole rock drill | |
CA2755220C (en) | Bearing assembly for a downhole motor | |
EP0263109A4 (en) | ASSEMBLING A CONICAL FRICTION BEARING. | |
RU2055142C1 (ru) | Буровое шарошечное долото | |
US3384426A (en) | Contoured race for roller bearings | |
EP0415519B1 (en) | Dual seal system for rotary drill bit | |
US20080245577A1 (en) | System, method, and apparatus for contoured thrust surfaces between thrust washer and head for roller cone drill bit | |
AU2006252017A1 (en) | Percussion drill bit with v-shaped splines | |
US4518049A (en) | Bottom hole motor for driving rock-breaking tool | |
CA1206998A (en) | Journal bearing | |
SU1089229A1 (ru) | Буровое шарошечное долото | |
CA1161425A (en) | Bottom hole motor for driving rock-breaking tool | |
RU2291272C1 (ru) | Опора шарошечного долота "думпак" | |
RU2136834C1 (ru) | Шпиндель-отклонитель | |
SU1170108A1 (ru) | Буровое шарошечное долото | |
RU2285782C1 (ru) | Буровое шарошечное долото | |
RU2067150C1 (ru) | Опора бурового долота | |
RU2287656C1 (ru) | Опора шарошечного долота | |
SU1625973A1 (ru) | Опора бурового шарошечного долота |