RU2484232C1

RU2484232C1 - Rolling drilling bit bearing structure

Info

Publication number: RU2484232C1
Application number: RU2012106478/03A
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Кононов; Александр Никитович Панкратенко; Дмитрий Сергеевич Ситников; Юрий Михайлович Кочнов; Николай Митрофанович Панин
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2013-06-10

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: rolling drilling bit bearing structure includes a trunnion, on which a rolling cutter is fixed by means of bearings, and a sealing element arranged in the rolling cutter groove and provided with metal ring on its inner surface. The bearing structure is equipped with a hollow elastic ring with a liquid filling and drain valve; at that, the hollow ring is arranged between the sealing element and the metal ring. The metal ring is made from material with linear expansion and heat conductivity coefficients, which are higher than those of material of the trunnion and the rolling cuter. The valve of the elastic ring can be located on the side of the rolling cutter end. The sealing element can be equipped with a protective ring rigidly attached to it and located between the rolling cutter end and mounting face of the trunnion.

EFFECT: increasing service life of the bearing structure, improving its sealing reliability, especially at drilling in forced modes.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам шарошечных долот.The invention relates to a rock cutting tool, and in particular to supports of cone bits.

Известна опора шарошечного долота, содержащая шарошку, зафиксированную на цапфе посредством шарикового замкового подшипника, и эластичное кольцо, размещенное в выточке шарошки [см. авт.св. СССР №1686869, кл. Е21В 10/22, 1988 г.].Known support cone bit containing a cone fixed on the pin using a ball lock bearing, and an elastic ring located in the undercut cone [see autos USSR No. 1686869, class ЕВВ 10/22, 1988].

Недостатком этой опоры является малый срок службы, особенно при бурении по абразивным породам.The disadvantage of this support is the short service life, especially when drilling on abrasive rocks.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного бурового долота, содержащая цапфу, на которой посредством подшипников закреплена шарошка и размещенный в выточке шарошки уплотнительный элемент с установленным на его внутренней поверхности металлическим кольцом [патент РФ 2019670, кл. Е21В 10/22, 1994 г.].The closest in technical essence and the achieved result is the support of the cone drill bit containing a pin on which the cone is fixed by bearings and a sealing element located in the cone of the cone with a metal ring mounted on its inner surface [RF patent 2019670, cl. ЕВВ 10/22, 1994].

К недостаткам прототипа следует отнести ограниченный ресурс работы, особенно при бурении по твердым и крепким породам при значительных осевых нагрузках, ведущих к сильному нагреву опорных поверхностей цапфы и шарошки и как следствие этого к образованию значительных люфтов между контактирующими поверхностями цапфы и шарошки, через которые шлам попадает в опору долота и выводит ее из строя.The disadvantages of the prototype include a limited service life, especially when drilling on hard and hard rocks with significant axial loads, leading to strong heating of the supporting surfaces of the axle and roller cone and, as a result, to the formation of significant backlashes between the contacting surfaces of the axle and roller cone, through which the cuttings enter into the support of the bit and disables it.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение срока службы опоры за счет повышения надежности ее герметизации.In connection with the stated technical result of the invention is to increase the service life of the support by increasing the reliability of its sealing.

Указанный технический результат достигается тем, что опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой посредством подшипников закреплена шарошка и размещенный в выточке шарошки уплотнительный элемент с установленным на его внутренней поверхности металлическим кольцом, согласно изобретению снабжена полым эластичным кольцом с клапаном для заливки и слива жидкости, причем полое кольцо размещено между уплотнительным элементом и металлическим кольцом, при этом металлическое кольцо выполнено из материала с коэффициентом линейного расширения и теплопроводности больше, чем у материала цапфы и шарошки.The specified technical result is achieved in that the support of the cone bit containing the pin, on which the cone is fixed by bearings and the sealing element located in the cone of the cone with a metal ring mounted on its inner surface, according to the invention is equipped with a hollow elastic ring with a valve for filling and draining the liquid, moreover, a hollow ring is placed between the sealing element and the metal ring, while the metal ring is made of a material with a linear coefficient expansion and thermal conductivity more than the trunnion and cone material.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, чтоThe achievement of the specified technical result also contributes to the fact that

- клапан эластичного кольца расположен со стороны торца шарошки;- the valve of the elastic ring is located on the side of the end of the cone;

- уплотнительный элемент оснащен защитным кольцом, жестко соединенным с ним и расположенным между торцом шарошки и базовым торцом цапфы.- the sealing element is equipped with a protective ring rigidly connected to it and located between the end of the cone and the base end of the journal.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена предлагаемая опора бурового долота в разрезе, а на фиг.2 - узел А на фиг.1 в увеличенном масштабе.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the proposed support of the drill bit in the context, and figure 2 - node a in figure 1 on an enlarged scale.

Опора содержит шарошку 2, зафиксированную на цапфе 1 посредством шарикового подшипника 3, и размещенный в выточке 4 шарошки 2 уплотнительный элемент 5 с установленным на его внутренней поверхности металлическим кольцом 6 повышенной прочности. В предложенной опоре металлическое кольцо 6 выполнено из материала с коэффициентами линейного расширения и теплопроводности больше, чем у материала цапфы 1 и шарошки 2. При этом опора снабжена полым эластичным кольцом 7 с клапаном 8 для заливки и слива жидкости, причем полое кольцо 7 размещено между уплотнительным элементом 5 и металлическим кольцом 6. Возможно применение двух клапанов 8, один из которых используется для заполнения полости кольца 7 несжимаемой жидкостью, а второй - для сброса избыточного давления пара, образующегося при нагреве опоры. Однако в любом случае выхлопной клапан 8 должен быть размещен со стороны торца шарошки 2, т.к. в этом случае выбрасываемый пар создает дополнительную защиту, предохраняющую опору от попадания в ее полость шлама. Дополнительно к этому уплотнительный элемент 5 оснащен защитным кольцом 9, жестко соединенным с ним и расположенным между торцом шарошки 2 и базовым торцом 10 цапфы 1.The support comprises a cone 2 fixed on the pin 1 by means of a ball bearing 3, and a sealing element 5 located in the recess 4 of the cone 2 with a high-strength metal ring 6 installed on its inner surface. In the proposed support, the metal ring 6 is made of a material with linear expansion and thermal conductivity coefficients greater than that of the journal 1 and the cone 2. The support is provided with a hollow elastic ring 7 with a valve 8 for filling and draining the liquid, and the hollow ring 7 is placed between the sealing element 5 and a metal ring 6. It is possible to use two valves 8, one of which is used to fill the cavity of the ring 7 with incompressible fluid, and the second to relieve excess steam pressure generated during heating e support. However, in any case, the exhaust valve 8 should be placed on the side of the end of the cone 2, because in this case, the ejected steam creates additional protection that protects the support from sludge entering its cavity. In addition, the sealing element 5 is equipped with a protective ring 9, rigidly connected to it and located between the end of the cone 2 and the base end 10 of the pin 1.

В процессе работы долота на забое уплотнительный элемент 5 вращается вместе с шарошкой 2 вокруг цапфы 1 и предохраняет опору от попадания шлама. Контактирующие поверхности цапфы 1 и шарошки 2 в процессе бурения сильно нагреваются, особенно при бурении на форсированных режимах. Это ведет к усиленному износу опорных поверхностей долота и к увеличению зазоров между цапфой 1 и шарошкой 2. При этом упругих свойств узла уплотнения бывает не всегда достаточно для надежного перекрытия увеличивающихся люфтов. Для устранения этого недостатка в заявленной опоре долота предложено использовать в узле уплотнения металлическое кольцо 6, выполненное из материала, коэффициенты линейного расширения и теплопроводности которого больше, чем у материала цапфы 1 и шарошки 2, и заполненное жидкостью полое кольцо 7. Благодаря этому металлический элемент 6 при работе долота увеличивается как в радиальном, так и осевом направлении больше, чем цапфа 1 и шарошка 2, и компенсирует образующиеся зазоры между цапфой 1 и шарошкой 2, разжимая уплотнительный элемент 5 до плотного контакта со стенками цапфы 1 и шарошки 2. При нагреве опорных поверхностей цапфы 1 и шарошки 2 жидкость в полости кольца 7 закипает, чему способствует высокая теплопроводность металлического кольца 6. При этом кольцо 7 расширяется и образующийся пар дополнительно прижимает металлическое кольцо 6 к цапфе 1, а уплотнительный элемент 5 к - шарошке 2. При этом избыточный пар выбрасывается через клапан 8 под высоким давлением в полость между базовой поверхностью цапфы 1 и шарошкой 2, препятствуя попаданию шлама в полость шарошки. Для защиты уплотнительного элемента 6 от абразивного износа предусмотрено использование защитного кольца 9.In the process of working the bit on the face, the sealing element 5 rotates together with the cone 2 around the pin 1 and protects the support from the ingress of sludge. The contacting surfaces of the trunnion 1 and the cone 2 during heating are very hot, especially when drilling in forced modes. This leads to increased wear of the supporting surfaces of the bit and to an increase in the gaps between the pin 1 and the cone 2. In this case, the elastic properties of the seal assembly are not always sufficient to reliably cover the increasing backlash. To eliminate this drawback in the declared support of the bit, it is proposed to use a metal ring 6 made of a material in the sealing unit, the linear expansion and thermal conductivity coefficients of which are greater than that of the journal 1 and the cone 2, and the hollow ring 7 filled with liquid. Due to this, the metal element 6 during operation, the bit increases both in the radial and axial directions more than the pin 1 and the cone 2, and compensates for the resulting gaps between the pin 1 and the cone 2, expanding the sealing element 5 to pl contact with the walls of the pin 1 and the cone 2. When the supporting surfaces of the pin 1 and the cone 2 are heated, the liquid boils in the cavity of the ring 7, which is facilitated by the high thermal conductivity of the metal ring 6. At the same time, the ring 7 expands and the resulting vapor additionally presses the metal ring 6 against the pin 1 and the sealing element 5 to the cone 2. In this case, excess steam is ejected through the valve 8 under high pressure into the cavity between the base surface of the journal 1 and the cone 2, preventing sludge from entering the cone cavity. To protect the sealing element 6 from abrasion, the use of a protective ring 9 is provided.

Таким образом, использование предложенной опоры позволяет повысить надежность ее герметизации и тем самым значительно увеличить стойкость как самой опоры, так и шарошечного долота в целом.Thus, the use of the proposed support can improve the reliability of its sealing and thereby significantly increase the durability of both the support itself and the roller bit as a whole.

Claims

1. Support cone drill bit containing a pin on which the cone is mounted by bearings, and a sealing element located in the recess of the cone with a metal ring mounted on its inner surface, characterized in that it is equipped with a hollow elastic ring with a valve for filling and draining fluid, moreover, a hollow ring is placed between the sealing element and the metal ring, while the metal ring is made of a material with coefficients of linear expansion and thermal conductivity is large Than the material of the journal and cutter.

2. Support cone drill bit according to claim 1, characterized in that the elastic ring valve is located on the side of the end of the cone.

3. Support cone drill bit according to claim 1, characterized in that the sealing element is equipped with a protective ring rigidly connected to it and located between the end of the cone and the base end of the journal.