UA86228C2 - Roller-cutter drill bit - Google Patents

Roller-cutter drill bit Download PDF

Info

Publication number
UA86228C2
UA86228C2 UAA200610810A UAA200610810A UA86228C2 UA 86228 C2 UA86228 C2 UA 86228C2 UA A200610810 A UAA200610810 A UA A200610810A UA A200610810 A UAA200610810 A UA A200610810A UA 86228 C2 UA86228 C2 UA 86228C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
bearing
roller
support
radial
row
Prior art date
Application number
UAA200610810A
Other languages
Russian (ru)
Ukrainian (uk)
Inventor
Анатолий Иванович Степанюк
Владимир Николаевич Потась
Original Assignee
Анатолий Иванович Степанюк
Владимир Николаевич Потась
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Иванович Степанюк, Владимир Николаевич Потась filed Critical Анатолий Иванович Степанюк
Priority to UAA200610810A priority Critical patent/UA86228C2/en
Publication of UA86228C2 publication Critical patent/UA86228C2/en

Links

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

A roller-cutter drill bit has legs with axles on which sealed roller-cutters are mounted, with bearing supports, each of those has peripheral and end roll bearings and support slide bearing formed with the end of the axle and support toe fixed in the cavity of roller cutter at axis of rotation. To increase durability of roll bearings of the roller-cutter drill bit and to simplify design of its roller-cutter supports peripheral bearing of each support is arranged as radial spherical two-row roll bearing that is rigidly fixed on the axle near its basis, and the end bearing is arranged as radial-support hemi-spherical one-row bearing with barrel-like rollers equipped with separator.

Description

3) Фактор застосування радіального сферичного дворядного роликопідшипника, як основного несучого елемента опори шарошки, на порядок зменшує технологічні вимоги, зокрема: - щодо точності виготовлення й співвісності робочих поверхонь цапфи та порожнини шарошки, котрі контактують з кільцями підшипників кочення опори; - щодо якості загартування робочих поверхонь, які сполучаються з кільцями типових підшипників кочення, застосованих в опорі; - щодо технологічних операцій монтажу та демонтажу підшипників та шарошок при складанні долота, чи його реставрації. 4) Наявність сепараторів у складі підшипників кочення опори шарошки повністю виключає можливість фізичного контакту та взаємного тертя тіл кочення під час роботи долота. При цьому суттєво спрощуються технологічні операції монтажу тіл кочення на доріжках цапфи, у разі застосування не типових роликопідшипників. Наявність сепараторів суттєво зменшує нагрівання опор шарошок долота. 5) Фактор застосування в опорі шарошки типових роликопідшипників (як стандартних, так і нестандартних) дозволяє додатково підвищити більше ніж на 3095 вантажопідйомність опори, зокрема, через наступні причини: - відомо, що вантажопідйомність радіального сферичного дворядного роликопідшипника у 1,5-2 рази більша вантажопідйомності радіального роликопідшипника або радіально-упорного конічного роликопідшипника такого ж розміру; - довговічність, зносостійкість та пружність підшипникових кілець, виготовлених стандартно з застосуванням об'ємного гартування до твердості НЕС 60-65, в декілька разів більша зносостійкості та вантажопідйомності поверхні доріжок кочення нестандартних (не типових) підшипників, тобто доріжок, виготовлених безпосередньо на робочих поверхнях цапфи й шарошки, але із застосуванням поверхневого загартування, глибина якого не перевищує 3-3,5мм. Відомо, що при надмірних навантаженнях на опори шарошок долота локальні ділянки загартованої поверхні доріжок цапфи викришуються, або вдавлюються в тіло цапфи, в той час, коли підшипникове кільце тільки пружно деформується. Саме тому кінцевий роликопідшипник з внутрішнім кільцем, застосований в опорі, має більшу вантажопідйомність та довговічність, порівняно з підшипником, внутрішня доріжка кочення якого виготовлена безпосередньо на цапфі. 6) Фактор застосування типових підшипників кочення в конструкції опори долота дозволяє суттєво (на 30- 6090) спростити, прискорити й здешевити технологічні операції виготовлення бурового шарошкового долота за рахунок ліквідації надзвичайно трудомістких та коштовних технологічних операцій виготовлення доріжок кочення безпосередньо на робочих поверхнях цапф та шарошок. 7) Наявність в конструкції упорного підшипника радіальних та спіральних канавок для змащування дозволяє забезпечити мікроциркуляцію консистентного мастила в зоні контакту робочих (упорних) торців цапфи та п'яти, дозволяє підживлювати мастилом інші підшипники опори. Як відомо, в сучасних шарошкових долотах герметичні ємності з мастилом розміщують в лапах долота.3) The factor of using a radial spherical double-row roller bearing, as the main bearing element of the ball support, reduces the technological requirements by an order of magnitude, in particular: - regarding the accuracy of manufacturing and the alignment of the working surfaces of the trunnion and the ball cavity, which are in contact with the rings of the rolling bearings of the support; - regarding the quality of hardening of the working surfaces that connect with the rings of typical rolling bearings used in the support; - regarding the technological operations of mounting and dismounting bearings and bearings during the assembly of the bit or its restoration. 4) The presence of separators in the rolling bearings of the ball support completely eliminates the possibility of physical contact and mutual friction of the rolling bodies during the operation of the bit. At the same time, the technological operations of mounting the rolling elements on the trunnion tracks are significantly simplified, in the case of using non-typical roller bearings. The presence of separators significantly reduces the heating of the bit layer supports. 5) The factor of using typical roller bearings (both standard and non-standard) in the support of the ball allows to additionally increase the load capacity of the support by more than 3095, in particular, due to the following reasons: - it is known that the load capacity of a radial spherical double-row roller bearing is 1.5-2 times greater load capacity of a radial roller bearing or a radial thrust conical roller bearing of the same size; - durability, wear resistance and elasticity of bearing rings manufactured as standard with the use of volume hardening to a hardness of НЕС 60-65, several times greater wear resistance and load capacity of the surface of the raceways of non-standard (non-typical) bearings, i.e. tracks made directly on the working surfaces of the trunnion and layers, but with the use of surface hardening, the depth of which does not exceed 3-3.5 mm. It is known that with excessive loads on the supports of the bits, local areas of the hardened surface of the trunnion tracks break off, or are pressed into the body of the trunnion, at a time when the bearing ring is only elastically deformed. That is why the end roller bearing with an inner ring, used in the support, has a greater load capacity and durability, compared to a bearing whose inner raceway is made directly on the trunnion. 6) The factor of using typical rolling bearings in the structure of the bit support makes it possible to significantly simplify, speed up and reduce the cost of technological operations for the production of a drill bit by eliminating the extremely time-consuming and expensive technological operations of manufacturing rolling tracks directly on the working surfaces of trunnions and bits. 7) The presence of radial and spiral grooves for lubrication in the design of the thrust bearing allows for the microcirculation of consistent lubricant in the contact zone of the working (thrust) ends of the trunnion and the heel, and allows the lubrication of other support bearings. As you know, in modern ball chisels, sealed containers with lubricant are placed in the jaws of the chisel.

Сутність винаходу пояснюється наступними кресленнями, де:The essence of the invention is explained by the following drawings, where:

Фіг.1 - фронтальна проекція бурового шарошкового долота з розрізом по осі шарошки, опора якої містить радіальний сферичний дворядний роликопідшипник і однорядний напівсферичний роликопідшипник;Fig. 1 - a frontal projection of a drill bit with a section along the axis of the ball, the support of which contains a radial spherical double-row roller bearing and a single-row hemispherical roller bearing;

Фіг.2 - розріз по осі шарошки, опора якої містить радіальний сферичний дворядний роликопідшипник та напівсферичний однорядний роликопідшипник з одним (внутрішнім) підшипниковим кільцем;Fig. 2 - section along the axis of a ball, the support of which contains a radial spherical double-row roller bearing and a hemispherical single-row roller bearing with one (inner) bearing ring;

Фіг.З та 4 - розріз опори шарошки по А-А та по Б-Б.Fig. 3 and 4 - a section of the support of the sharoshka along A-A and along B-B.

Бурове шарошкове долото (Фіг.1) містить лапи 1 з цапфами 2, на яких змонтовані опори кочення, кожна з яких містить периферійний радіальний дворядний роликопідшипник 3, жорстко зафіксований (закріплений) на цапфі безпосередньо біля циліндричного виступу 4 основи цапфи, та кінцевий радіально-упорний напівсферичний однорядний роликопідшипник 5. Роликопідшипник 5 містить внутрішнє кільце 6, зовнішнє кільце 7 із напівсферичною внутрішньою доріжкою кочення, бочкоподібні ролики 8 та сепаратор 9. Упорний підшипник ковзання (Фіг.2-4) містить упорну поверхню 10, виготовлену на торці цапфи 2. Поверхня 10 оснащена радіальними мастильними канавками 11, котрі сполучені із змащувальним каналом 12, виготовленим по осі цапфи 2. В порожнині шарошки 13, по осі її обертання, жорстко закріплена упорна п'ята 14. Робоча поверхня 15 п'яти відповідна поверхні 10 цапфи і оснащена змащувальною канавкою 16, котра виготовлена у вигляді лівосторонньої архімедової спіралі.The drill bit (Fig. 1) contains legs 1 with trunnions 2, on which rolling supports are mounted, each of which contains a peripheral radial double-row roller bearing 3, rigidly fixed (fixed) on the trunnion directly near the cylindrical projection 4 of the trunnion base, and the final radial- thrust hemispherical single-row roller bearing 5. Roller bearing 5 contains an inner ring 6, an outer ring 7 with a hemispherical inner raceway, barrel-shaped rollers 8 and a separator 9. The sliding thrust bearing (Fig. 2-4) contains a thrust surface 10 made on the end of the trunnion 2. The surface 10 is equipped with radial lubrication grooves 11, which are connected to the lubrication channel 12, made along the axis of the trunnion 2. In the cavity of the ball 13, along the axis of its rotation, a rigid heel 14 is fixed. The working surface 15 of the heel corresponds to the surface 10 of the trunnion and equipped with a lubrication groove 16, which is made in the form of a left-handed Archimedean spiral.

На циліндричному виступі 4 основи кожної цапфи змонтована наскрізна кришка 17, оснащена ущільнювальним пристроєм. Кришка герметизує порожнину кожної шарошки 13 та фіксує шарошку в осьовому напрямку.A through cover 17, equipped with a sealing device, is mounted on the cylindrical projection 4 of the base of each trunnion. The cover seals the cavity of each ball 13 and fixes the ball in the axial direction.

Варіант опори долота (фіг.2) містить сферичний дворядний роликопідшипник З та кінцевий радіально- упорний напівсферичний однорядний підшипник, оснащений внутрішнім кільцем б, роликами 8 та сепаратором 9. Зовнішня напівсферична доріжка кочення 18 цього кінцевого підшипника виготовлена безпосередньо в порожнині шарошки 13 концентрично осі її обертання. Кінцевий радіально-упорний напівсферичний роликопідшипник без зовнішнього кільця може бути рекомендований для оснащення підшипникових опор шарошкових доліт невеликого діаметра. Тому що габарити шарошок у таких доліт не дозволяють розмішувати в порожнинах цих шарошок роликопідшипники із зовнішніми кільцями. Відомо, що довговічність та зносостійкість роликопідшипника із внутрішнім кільцем у декілька разів більша, ніж у підшипника, внутрішня доріжка кочення якого виготовлена безпосередньо на поверхні цапфи, через наступні причини: - пружність підшипникового кільця б у декілька разів вища пружності доріжок кочення, виготовлених безпосередньо на поверхні цапфи 2; - при граничних навантаженнях кінцевого підшипника доріжка кочення підшипникового кільця б пружно деформується разом з кільцем, зменшуючи навантаження на ролики 3, розташовані з нижнього боку цапфи, в той час як доріжка кочення, що виготовлена безпосередньо на цапфі, руйнується в зоні контакту доріжки кочення з найбільш навантаженим роликом.The version of the chisel support (Fig. 2) contains a spherical double-row roller bearing Z and an end radial thrust hemispherical single-row bearing equipped with an inner ring b, rollers 8 and a separator 9. The outer hemispherical raceway 18 of this end bearing is made directly in the cavity of the ball 13 concentrically to its axis rotation. The final radial thrust hemispherical roller bearing without an outer ring can be recommended for equipping the bearing supports of small-diameter ball bearings. Because the dimensions of the shells of such dolts do not allow roller bearings with outer rings to be mixed in the cavities of these shells. It is known that the durability and wear resistance of a roller bearing with an inner ring is several times greater than that of a bearing whose inner raceway is made directly on the surface of the trunnion, due to the following reasons: - the elasticity of the bearing ring is several times higher than the elasticity of the raceways made directly on the surface studs 2; - at the limit loads of the end bearing, the raceway of the bearing ring b elastically deforms together with the ring, reducing the load on the rollers 3, located on the lower side of the trunnion, while the raceway, which is made directly on the trunnion, is destroyed in the contact zone of the raceway with the most loaded roller.

Конструкція підшипникової опори з периферійним радіальним сферичним дворядним роликопідшипником та кінцевим однорядним радіально-упорним напівсферичиим роликопідшипником є найбільш технологічною та дешевою, оскільки вимоги щодо точності виготовлення базових поверхонь на цапфах та в порожнині шарошок для такої опори мінімальні, порівняно з конструкцією опор долота-прототипу.The design of a bearing support with a peripheral radial spherical double-row roller bearing and an end single-row radial-thrust hemispherical roller bearing is the most technological and cheap, since the requirements for the accuracy of manufacturing the base surfaces on the trunnions and in the cavity of the shells for such a support are minimal, compared to the design of the bit-prototype supports.

До того ж, периферійний радіальний сферичний дворядний роликопідшипник здатний одночасно виконуваги потрійну функцію, а саме: функцію радіального, упорного та замкового підшипників опори.In addition, the peripheral radial spherical double-row roller bearing is able to simultaneously perform a triple function, namely: the function of radial, thrust and lock bearings of the support.

Бурове шарошкове долото працює наступним чином. Корпус долота з'єднують з буровим поставом бурового агрегату, буровий постав з обертанням та заданим осьовим навантаженням подають на вибій свердловини. Одночасно, через промивальні канали та сопла долота, на вибій під тиском подають буровий розчин або повітря. Внаслідок занурювання зубків озброєння шарошок 13 в поверхню вибою, шарошки вступають в механічне зачеплення з породою і перекочуються по вибою за рахунок обертання долота. При цьому зубки озброєння послідовно уражають локальні ділянки поверхні вибою, сколюють та подрібнюють певний шар породи. Потоки бурового розчину змивають шлам з поверхні вибою та елементів долота і виносять цей шлам через затрубний обшир на поверхню землі.The drill bit works as follows. The body of the bit is connected to the drilling unit of the drilling unit, the drilling unit with rotation and the specified axial load is fed to the wellbore. At the same time, drilling fluid or air is supplied to the hole under pressure through the flushing channels and nozzles of the bit. As a result of the immersion of the teeth of the hammers 13 in the surface of the hole, the balls come into mechanical contact with the rock and roll along the hole due to the rotation of the bit. At the same time, the teeth of the weapon successively hit local areas of the surface of the hole, chip and grind a certain layer of the rock. Flows of drilling fluid wash the mud from the surface of the hole and bit elements and carry this mud through the annulus to the surface of the earth.

У процесі динамічної взаємодії долота з породою, радіальну складову навантаження на шарошки 13 одночасно сприймають два ряди роликів периферійного підшипника З та кінцевий однорядний напівсферичний роликопідшипник 5, або кінцевий підшипник, утворений внутрішнім кільцем 6, роликами 8 з сепаратором 9 та доріжкою 18, виготовленою в порожнині шарошки 13.In the process of dynamic interaction of the bit with the rock, the radial component load on the balls 13 is simultaneously perceived by two rows of rollers of the peripheral bearing Z and the final single-row hemispherical roller bearing 5, or the final bearing formed by the inner ring 6, rollers 8 with a separator 9 and a track 18 made in the cavity balls 13.

Осьову складову навантаження, котра діє у напрямку периферії долота, одночасно сприймають: внутрішній ряд роликів підшипника 3, кінцевий роликопідшипник 5 (або кінцевий підшипник, утворений кільцем 6, роликами 8 з сепаратором 9 та доріжкою 18), і упорний підшипник ковзання, утворений поверхнею 10 та упорною п'ятою 14. Осьову складову навантаження, яка діє у напрямку осі обертання долота, сприймає периферійний ряд роликів підшипника 3.The axial component load, which acts in the direction of the periphery of the bit, is simultaneously perceived by: the inner row of bearing rollers 3, the end roller bearing 5 (or the end bearing formed by the ring 6, rollers 8 with the separator 9 and the track 18), and the sliding thrust bearing formed by the surface 10 and a thrust heel 14. The axial component of the load, which acts in the direction of the axis of rotation of the bit, is received by the peripheral row of rollers of the bearing 3.

У процесі роботи долота консистентне мастило, яке розміщене у змащувальній системі (не показана), сполученій із змащувальними каналами 12, самопливом потрапляє у радіальні мастильні канавки 11 та спіральну канавку 16. При обертанні шарошок 13 лівостороння спіральна канавка 16 кожного підшипника ковзання забезпечує поступове переміщення мастила в радіальних канавках 11 у напрямку від каналів 12 на периферію опорних поверхонь. Одночасно забезпечується мікроциркуляція мастила в зоні контакту робочих поверхонь 10 та 15 упорного підшипника ковзання. Більш того, радіальні канавки 11 забезпечують автоматичне підживлення мастилом інших підшипників опори та ущільнювального пристрою, розміщеного у кожній наскрізній кришці 17.During the operation of the bit, the consistent lubricant, which is placed in the lubrication system (not shown), connected to the lubrication channels 12, falls by gravity into the radial lubrication grooves 11 and the spiral groove 16. During the rotation of the balls 13, the left spiral groove 16 of each sliding bearing ensures the gradual movement of the lubricant in the radial grooves 11 in the direction from the channels 12 to the periphery of the support surfaces. At the same time, microcirculation of the lubricant is ensured in the contact zone of the working surfaces 10 and 15 of the sliding thrust bearing. Moreover, the radial grooves 11 provide automatic lubrication of the other support bearings and the sealing device located in each through cover 17.

Стендові та натурні випробування дослідних зразків бурових шарошкових доліт, опори яких оснащені радіальними сферичними дворядними роликопідшипниками, показали порівняно з серійними долотами більшу ефективність, а саме: - підвищення механічної швидкості буріння свердловин у 1,5-2 рази за рахунок можливості реального збільшення осьового навантаження на долото; - підвищення довговічності підшипникових вузлів шарошок у 3-5 разів за рахунок суттєвого збільшення вантажопідйомності опор та більш рівномірного і раціонального розподілу радіального навантаження між всіма роликопідшипниками опори; - загальне підвищення у 3-5 разів ресурсу роботи долота за рахунок можливості багаторазової заміни зношених шарошок та змінних роликопідшипників опор шарошок. !Bench and full-scale tests of prototypes of drill bits, the supports of which are equipped with radial spherical double-row roller bearings, showed greater efficiency compared to serial bits, namely: - an increase in the mechanical speed of drilling wells by 1.5-2 times due to the possibility of a real increase in the axial load on chisel; - 3-5 times increase in the durability of the bearing units of the sharosh due to a significant increase in the bearing capacity of the supports and a more uniform and rational distribution of the radial load between all the roller bearings of the support; - a general increase of 3-5 times the working life of the bit due to the possibility of multiple replacement of worn-out pads and replaceable roller bearings of the pads' supports. !

Б, п раB, p

АК тт 7 ри ! я вAK tt 7 ry! I am in

Як й ре фо - 2 / і 4. ей 5 ф- р: ! І Цей ж хх : / Тих их -3 м т з /5 - жид 7 рAs well as re fo - 2 / and 4. ey 5 f- r: ! And This same xx: / Those ikh -3 m t z /5 - Jew 7 r

Фіг1 А в щ дент ! ) аFig1 And in every dent! ) a

ДА у 77 9 ре й ІЗYES in 77 9 re and IZ

УчTeacher

Фіг2 Ше;Fig. 2 Sche;

Но т- шт ра р -ф сBut t- sht ra r -f s

Б-Б. устя: сх ї6B-B estuary: west side 6

І м /)And m /)

НН тNN t

Шк - шоShk - sho

UAA200610810A 2006-10-13 2006-10-13 Roller-cutter drill bit UA86228C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA200610810A UA86228C2 (en) 2006-10-13 2006-10-13 Roller-cutter drill bit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA200610810A UA86228C2 (en) 2006-10-13 2006-10-13 Roller-cutter drill bit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA86228C2 true UA86228C2 (en) 2009-04-10

Family

ID=50619599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA200610810A UA86228C2 (en) 2006-10-13 2006-10-13 Roller-cutter drill bit

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA86228C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4410284A (en) Composite floating element thrust bearing
EP0138737B1 (en) Earth boring bit with pressure compensating metal face seal
US20130170778A1 (en) Angled bearing assembly
US7708090B2 (en) Excluder ring for earth-boring bit
RU2344265C1 (en) Facility for well drilling (versions)
US3820613A (en) Roller reamer stabilizer
UA86228C2 (en) Roller-cutter drill bit
UA94503C2 (en) Drill bit
RU2389859C1 (en) Drilling bit with sealed bearing
RU2374419C1 (en) Cone bit support (versions)
US1918902A (en) Conical cutter drill
JP7472731B2 (en) Multi-row ball bearing
RU2437998C1 (en) Rolling drilling bit (versions)
US10578153B2 (en) Multi-row ball bearing
RU2304209C1 (en) Cone bit bearing assembly
US20190301523A1 (en) Bearing design with combined rolling element material
RU2343267C1 (en) Device for well boring (versions)
RU2250341C1 (en) Axial support for screw spindle of face engine and turbodrill
RU2472915C1 (en) Rolling drilling bit
RU2434115C1 (en) Rolling cutter drilling bit
RU2285782C1 (en) Drilling cone bit
CN101956528B (en) Roller bit of elastic rolling bearing with high rotation speed, high pressure resistance and impact resistance
GB2380500A (en) Rotary cone bit with thrust bearing
RU2365733C1 (en) Drill bit bearing structure
RU2333341C2 (en) Demountable rock drill with cone rollers on ball bearings with cages