RU2136836C1

RU2136836C1 - Bearing support

Info

Publication number: RU2136836C1
Application number: RU98113277A
Authority: RU
Inventors: А.В. Королев
Original assignee: Королев Альберт Викторович
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: this particularly relates to production of drilling bits for drilling bore-holes in oil and gas fields. Bearing support of roller-type bit has journal and antifriction bearings installed on it. Secured on antifriction bearings is body of roller-type bit for possible free rotation. Used in function of antifriction bearings are two taper roller bearings installed at thrust. Outer race of one of bearings is installed in roller-type bit for possible displacement in axial direction. Resting against this outer bearing race is disk spring which is clamped by adjusting ring located coaxially between bearings. Adjusting ring has tapered radial holes with pins installed there which fix adjusting ring in axial direction. Pressure-forced at edge of roller-type bit is protective washer. Clamped to protective washer under action of resilient ring installed in end-face of journal is metal ring which can freely slide over surface of protective washer. Application of aforesaid embodiment of bearing support prolongs service life of bearing support of roller-type bit due to reduced axial clearances and ensuring more favorable distribution of load between bearings. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к производству буровых долот для бурения скважин в нефте- и газопромыслах. The invention relates to mechanical engineering, namely to the production of drill bits for drilling wells in oil and gas fields.

Известны конструкции подшипниковых опор шарошки буровых долот, содержащих цапфу, установленные на ней подшипники, на которых свободно вращается шарошка [1, 2 и др.]. В качестве подшипников используют подшипники скольжения, изготовленные из специального сплава меди-никеля-олова и имеющие твердосплавное покрытие, вкрапленное в торцовые подшипниковые поверхности тела цапфы. Недостатком этой конструкции является сложность изготовления, высокая стоимость и низкая стойкость при значительных нагрузках и высоких скоростях бурения. Known designs of bearing bearings cone drill bits containing a pin, mounted on it bearings on which the cone rotates freely [1, 2, etc.]. As bearings, plain bearings are used, made of a special alloy of copper-nickel-tin and having a carbide coating interspersed in the end bearing surfaces of the journal body. The disadvantage of this design is the complexity of manufacturing, high cost and low durability at significant loads and high drilling speeds.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой (прототип) [3] является подшипниковая опора шарошки буровых долот, содержащая цапфу и установленные на ней подшипники качения, на которых закреплен корпус шарошки с возможностью свободного вращения. В качестве подшипников используют два радиальных роликовых подшипника, между которыми установлен радиально-упорный шариковый подшипник. Недостатком данной конструкции является низкая долговечность, так как эта конструкция не обеспечивает благоприятное распределение нагрузки между подшипниками, при наличии трех опорных подшипников возникает неопределенность базирования шарошки, повышенные осевые зазоры в радиально-упорном шариковом подшипнике вызывают повышенную вибрацию шарошки в процессе работы. The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed (prototype) [3] is the bearing support of the cone of drill bits containing a pin and rolling bearings mounted on it, on which the cone of the cone is mounted with the possibility of free rotation. As bearings, two radial roller bearings are used, between which an angular contact ball bearing is installed. The disadvantage of this design is its low durability, since this design does not provide a favorable load distribution between the bearings, in the presence of three thrust bearings there is an uncertainty of the cone base, increased axial clearances in the angular contact ball bearing cause increased cone vibration during operation.

Задачей изобретения является повышение долговечности работы подшипниковой опоры шарошки за счет уменьшения осевых зазоров и обеспечения более благоприятного распределения нагрузки между подшипниками. The objective of the invention is to increase the durability of the bearing support cones by reducing axial clearances and provide a more favorable load distribution between the bearings.

Указанная задача решается тем, что в известной подшипниковой опоре шарошки буровых долот, содержащей цапфу и установленные на ней подшипники качения, на которых закреплен корпус шарошки с возможностью свободного вращения, в качестве подшипников качения использованы два конических роликоподшипника, установленных в распор, при этом наружное кольцо подшипника, расположенного со стороны закрытого торца шарошки, установлено с возможностью смещения в осевом направлении и к нему прижата тарельчатая пружина регулировочным кольцом, расположенным соосно между подшипниками и имеющим конические радиальные отверстия, в которых установлены штифты, фиксирующие регулировочное кольцо в осевом направлении, кроме того со стороны открытого торца на внутренней поверхности шарошки запрессована защитная шайба, к которой под действием упругого кольца, установленного в торце цапфы, прижато с возможностью свободного скольжения по ней металлическое кольцо. This problem is solved in that in the known bearing support of the cone of drill bits containing a pin and rolling bearings mounted on it, on which the cone body is mounted with the possibility of free rotation, two tapered roller bearings installed in the spacer are used as rolling bearings, while the outer ring a bearing located on the closed end side of the cone, mounted axially displaceable and a disk spring is pressed against it by an adjustment ring, located coaxial between the bearings and having conical radial holes in which pins are mounted that fix the adjusting ring in the axial direction, in addition, a protective washer is pressed in from the open end on the inner surface of the cone, to which, under the action of an elastic ring installed in the axle end, the possibility of free sliding on it a metal ring.

Основными признаками предполагаемого изобретения, отличающими его от прототипа, являются следующие:
1) В качестве подшипников качения используются конические роликоподшипники.The main features of the alleged invention, distinguishing it from the prototype, are the following:
1) Tapered roller bearings are used as rolling bearings.

2) Подшипники установлены враспор. 2) The bearings are installed by surprise.

3) Наружное кольцо одного из подшипников установлено с возможностью смещения вдоль отверстия шарошки. 3) The outer ring of one of the bearings is mounted with the possibility of displacement along the hole of the cone.

4) В наружное кольцо подшипника упирается тарельчатая пружина, которая прижимается к нему специальной регулировочной шайбой. 4) A disk spring rests against the outer ring of the bearing, which is pressed against it by a special adjusting washer.

5) Регулировочное кольцо имеет радиальные отверстия, в которых установлены штифты, фиксирующие регулировочное кольцо в заданном осевом положении. 5) The adjusting ring has radial holes in which pins are installed that fix the adjusting ring in a given axial position.

6) С края отверстия шарошки запрессована защитная шайба. 6) A protective washer is pressed in from the edge of the cone hole.

7) С наружной стороны шарошки установлен защитный сальник, выполненный в виде металлического кольца, изготовленного из антифрикционного материала и поджимаемого к защитной шайбе упругим кольцом, установленном в торце цапфы. 7) On the outside of the cone, a protective seal is installed, made in the form of a metal ring made of antifriction material and pressed against the protective washer by an elastic ring installed in the end of the journal.

Так как шарошка опирается на два подшипника качения, то устраняется ее неопределенность базирования, повышается устойчивость ее работы. Два конических подшипника позволяют ей воспринимать радиальную нагрузку и осевую нагрузку в обоих направлениях. Установка регулировочного кольца с тарельчатой пружиной позволяют устранить осевые зазоры в опоре, а следовательно, снизить вибрации шарошки. Кроме того, это снижает контактные напряжения в подшипнике. Защитная шайба и сальник в виде металлического кольца, изготовленного из антифрикционного материала, и упругого кольца изолируют опору от внешней среды. Все это существенно повышает долговечность подшипниковой опоры шарошки. Since the cone is based on two rolling bearings, its base uncertainty is eliminated, and its operation stability is increased. Two tapered bearings allow it to perceive radial load and axial load in both directions. Installation of an adjusting ring with a cup spring allows to eliminate axial clearances in the support, and therefore, reduce the cone vibration. In addition, this reduces contact stresses in the bearing. A protective washer and an oil seal in the form of a metal ring made of antifriction material and an elastic ring isolate the support from the external environment. All this significantly increases the durability of the bearing cones.

Сущность изобретения поясняется рисунком, где показано осевое сечение шарошки. The invention is illustrated in the figure, which shows the axial section of the cone.

На цапфе 1 запрессованы конические роликоподшипники 2 и 3. Подшипники 2 и 3 установлены в распор на расстоянии b между центральными плоскостями качения. В подшипниках 2 и 3 установлена шарошка 4 с возможностью свободного вращения вокруг своей оси. На наружной поверхности шарошки закреплено вооружение в виде твердосплавных штифтов (не показаны). Торец шарошки 4 установлен на расстоянии a до центральной оси качения подшипника 2 и на расстоянии c до вершины центрального штифта шарошки. С торца подшипник 3 поджимается шайбой 5, которая закреплена на цапфе с помощью болта и штифта (не показано). Между подшипниками 2 и 3 установлены регулировочное кольцо 6, имеющее радиально расположенные конические отверстия, и тарельчатая пружина 7. Регулировочное кольцо 6 центрируется в отверстии шарошки 4. В осевом направлении регулировочное кольцо 6 фиксируется коническими штифтами 8, тем самым прижимая тарельчатую пружину 7 к наружному кольцу подшипника 3. Наружное кольцо подшипника 3 установлено с возможностью осевого смещения под действием тарельчатой пружины 7. Со стороны большого торца шарошки запрессована защитная шайба 9. К защитной шайбе 9 прижимается кольцо 10, на которое воздействует упругое кольцо 11, установленное в пазу торца цапфы 1. Защитная шайба 9 и кольцо 10 выполнены из материалов, представляющих собой антифрикционную пару. Tapered roller bearings 2 and 3 are pressed onto axle 1. Bearings 2 and 3 are mounted at a distance b between the central rolling planes. In bearings 2 and 3 mounted cone 4 with the possibility of free rotation around its axis. On the outer surface of the cone fixed weapons in the form of carbide pins (not shown). The end of the cone 4 is installed at a distance a to the central axis of rolling of the bearing 2 and at a distance c to the top of the central cone pin. From the end, the bearing 3 is pressed by a washer 5, which is mounted on the axle with a bolt and a pin (not shown). Between the bearings 2 and 3, an adjusting ring 6 having radially arranged conical holes and a cup spring are installed 7. The adjusting ring 6 is centered in the hole of the cone 4. In the axial direction, the adjusting ring 6 is fixed with conical pins 8, thereby pressing the cup spring 7 against the outer ring the bearing 3. The outer ring of the bearing 3 is mounted axially displaceable under the action of a Belleville spring 7. From the side of the large end of the roller cutter, a protective washer is pressed 9. To the protective washer 9 is pressed against a ring 10, which acts on the resilient ring 11 mounted in groove end journal 1. Protective washer 9 and the ring 10 are made of materials which are anti-friction pair.

Работа шарошки осуществляется следующим образом. При вращении бурового долота (не показано) вокруг оси O-O на цапфе 1 в подшипниках 2 и 3 за счет трения о грунт свободно вращается шарошка 4. Радиальная нагрузка воспринимается обоими подшипниками 2 и 3, осевая нагрузка, действующая в направлении от оси вращения долота O-O, воспринимается подшипником 2. Осевая нагрузка, действующая в направлении к оси вращения долота O-O, воспринимается подшипником 3 через штифты 8, регулировочное кольцо 6 и упругую тарельчатую пружину 7. Смещение подшипника 3 относительно цапфы 1 предотвращается шайбой 5. Тепловая деформация цапфы 1 также компенсируется тарельчатой пружиной 7. Попадание в подшипники 2 и 3 внешней среды предотвращают защитная шайба 9, кольцо 10 и упругое кольцо 11. Кольцо 9 вращается вместе с шарошкой 4. Так как защитная шайба 9 и кольцо 10 выполнены из антифрикционных материалов, то при вращении шарошки 4 между шайбой 9 и кольцом 10 осуществляется проскальзывание, а упругое кольцо 11 и кольцо 10 остаются неподвижными относительно цапфы 1. The work of the cone is as follows. When the drill bit (not shown) rotates around the OO axis on axle 1 in bearings 2 and 3 due to friction against the soil, the cone 4 rotates freely. The radial load is perceived by both bearings 2 and 3, the axial load acting in the direction from the axis of rotation of the bit OO, perceived by the bearing 2. The axial load acting in the direction of the axis of rotation of the bit OO is perceived by the bearing 3 through the pins 8, the adjusting ring 6 and the elastic disk spring 7. The displacement of the bearing 3 relative to the pin 1 is prevented by the washer 5. Thermal def The trimming of the trunnion 1 is also compensated by a Belleville spring 7. The protective washer 9, the ring 10 and the elastic ring 11 prevent the external environment from entering the bearings 2 and 3. The ring 9 rotates together with the roller cone 4. Since the protective washer 9 and ring 10 are made of antifriction materials, then when the cone 4 is rotated between the washer 9 and the ring 10, slippage occurs, and the elastic ring 11 and ring 10 remain stationary relative to the pin 1.

Наиболее высокая работоспособность шарошки обеспечивается при оптимальном соотношении между параметрами опоры а, b и c. The highest performance of the cone is provided with the optimal ratio between the support parameters a, b and c.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в следующем:
1. Повышается долговечность подшипниковой опоры шарошки, так как она устойчиво опирается на два подшипника, которые воспринимают и радиальную нагрузку и осевую нагрузку в двух взаимно перпендикулярных направлениях.Technical and economic efficiency of the invention is as follows:
1. Increases the durability of the bearing cones, as it relies steadily on two bearings, which perceive both radial load and axial load in two mutually perpendicular directions.

2. Подшипниковая опора работает устойчиво, уменьшается вибрация шарошки, так как в подшипниках отсутствует осевой зазор. 2. The bearing support works stably, the cone vibration decreases, since there is no axial clearance in the bearings.

3. Снижается стоимость долота, так как в качестве опоры используются стандартные подшипники, отпадает необходимость при изготовлении долота осуществлять высокоточную обработку рабочих поверхностей шарошки. 3. The cost of the bit is reduced, since standard bearings are used as a support, there is no need in the manufacture of the bit to carry out high-precision machining of the working surfaces of the cone.

Источники информации:
1. Патент США N 114641976
2. Патент США N 114061376
3. Корнеев К.Е., Палий П.А. Буровые долота. Справочник. - Москва: изд. "Недра", 1965, стр. 14.Sources of information:
1. US patent N 114641976
2. US Patent N 1,14061376
3. Korneev K.E., Paly P.A. Drill bits. Directory. - Moscow: ed. "The bowels", 1965, p. 14.

Claims

The bearing cone of the drill bit cone, comprising a pin and rolling bearings mounted on it, on which the cone cone is mounted with the possibility of free rotation, characterized in that two tapered roller bearings are used as antireflection bearings, while the outer ring of the bearing located on the side the closed end of the cone, mounted with the possibility of displacement in the axial direction and a disk spring is pressed against it by an adjustment ring located coaxially between the bearings and with conical radial holes in which pins are mounted that fix the adjusting ring in the axial direction, in addition, a protective washer is pressed in from the open end on the inner surface of the cone, to which it is pressed freely under the action of an elastic ring installed in the end of the journal slip on it a metal ring.