Підшипникова опора бурового долота

1. Підшипникова опора бурового долота, що включає щонайменше одну лапу з цапфою, шарошку, периферійний конічний роликовий підшипник, встановлений в осьовий упор між шарошкою і цапфою через проміжну втулку, вставлену і сполучену з шарошкою з боку основи цапфи, кінцевий радіальний підшипник на кінці цапфи і осьовий підшипник між кінцем цапфи і шарошкою, причому порожнина підшипникової камери герметизована ущільненням між шарошкою і цапфою, яка відрізняється тим, що геометричні осі роликів периферійного підшипника перетинаються з геометричною віссю цапфи на стороні, протилежній кінцю цапфи. 2. Підшипникова опора бурового долота за п. 1, яка відрізняється тим, що периферійний підшип C2 2 87260 1 3 87260 4 ріжок, по-друге, можливий контакт торців роликів з Відоме також бурове долото з опорою коченбічними поверхнями бігових доріжок з виникнення, в якій замок утворений традиційно кульковим ням зусиль повороту подовжньої осі ролика і відпідшипником, а периферійний і кінцевий підшипниповідним відхиленням її від проектного положення, ки виконані роликовими конічними, без сепаратопо-третє, сусідні тіла кочення внаслідок зустрічнорів, з біговими доріжками в тілах цапфи і шарошки, го напряму їх руху на контакті між собою взаємно причому геометричні осі роликів як периферійного, стираються. так і кінцевого підшипників перетинаються з геоб) Можливість заклинення тіл кочення між цаметричною віссю цапфи на стороні, протилежній її пфою і шарошкою внаслідок більшого теплового основі [див., наприклад, авторське посвідчення ..розширення цапфи по відношенню до теплового СРСР 1229297 А1, кл. Ε21В10/22]. Цьому аналогу розширення шарошки при роботі долота (внаслівластиві ті ж недоліки, що і першому з вказаних док більш інтенсивного охолоджування шарошки, вище аналогів. Орієнтація осей конічних роликів що обертається в буровому розчині). Щоб уникнутут не дозволяє сприймати двостороннє осьове ти такого заклинення доводиться передбачати навантаження на шарошку і вимагає застосування радіальні зазори між тілами кочення і біговими кулькового замкового підшипника. доріжками підшипників, тобто передбачати початВідомими істотними ознаками цього аналога кові люфти в опорі, що виключає можливість запо відношенню до винаходу, що пропонується, є безпечення монтажного натягу в підшипниках, одна, щонайменше, лапа з цапфою, шарошка, посилює можливість вищезгаданого повороту осей периферійний і кінцевий конічні роликопідшипники. роликів, знижує вантажопідйомність і ресурс підПо технічній суті, технічному ефекту, що досяшипників. гається, і сукупності істотних ознак найбільш блив) Неможливість автоматичного регулювання зьким до пристрою, що пропонується, аналогом є люфтів (забезпечення натягів в підшипниках) при підшипникова опора бурового долота, що включає, роботі долота. щонайменше, одну лапу з цапфою, шарошку, пеНаслідками вказаних недоліків є перетворення риферійний конічний роликовий підшипник, встаконтакту роликів з біговими доріжками з лінійного в новлений в упор між шарошкою і цапфою через крапковий - з різким зростанням контактного тиску, торцеві поверхні роликів і проміжну втулку, вставінтенсивним зносом опорних поверхонь, люфтами, лену і сполучену з шарошкой з боку основи цапфи, що все збільшуються, втратою проектної геометкінцевий радіальний підшипник ковзання і осевий ричної форми тіл кочення, перегрівом підшипникопідшипник ковзання, причому зовнішня і внутрішня вої опори, що зрештою призводить до відмови бігові доріжки роликопідшипника виконані в тілах опори і, отже, долота загалом (в більшості випадвідповідно шарошки і цапфи, осі роликів цього ків при збереженні ще працездатності озброєння підшипника перетинаються з віссю цапфи на стошарошек). Наслідки вказаного повороту осей ророні, протилежній основі цапфи, а порожнина підликів і втрати лінійного їх контакту з біговими дорішипниковой камери герметизована ущільненням жками є, крім того, зниження навантажувальної між шарошкою і цапфою [див., наприклад, патент здатності підшипників, так що на практиці довоСША №4172502; МКИ Е21В9/10; З 13/02, пріоритет диться обмежувати осьове навантаження на долоГолландії від 23 серпня 1976р.] - прототип. то, обмежуючи тим самим ефективність буріння. (Примітка. У описі прототипу міститься зауваДо недоліків подібних підшипникових опор буження про те, що периферійний підшипник забезрових доліт відноситься також знос практично всіх печений сепаратором. Однак це зауваження є годеталей з неможливістю повторного їх викорислослівним, бо монтаж сепаратора, завершуючий тання, складність технології виконання внутріустановку роликів на окремому внутрішньому кільшньої поверхні шарошки (розточення, потім терці звичайного підшипника, є досить складним техмообробка, потім внутрішнє шліфування) і нологічним процесом і практично не здійсненим складність досить точного виконання бігової дорізастосовно до монтажу сепаратора безпосередньо жки замкового кулькового підшипника всередині на цапфі. З цієї причини наявність сепаратора в шарошки. числі вищезгаданих істотних ознак прототипу тут Відомими істотними ознаками представленого не врахована, як, проте, і в формулі винаходу проаналога підшипникової опори по відношенню до тотипу). винаходу, що пропонується, є одна, щонайменше, До недоліків прототипу відносяться: лапа з цапфою, шарошка і підшипники кочення. - орієнтація осей роликів з перетином цих осей Відомим різновидом вищезгаданого аналога є на стороні, протилежній основі цапфи, і передача підшипникова опора бурового долота, що включає осьового навантаження з боку стінки свердловини, периферійний циліндричний роликовий підшипник що буриться на шарошку і цапфу через обидва і замковий кульковий підшипник, в якій замість торці роликів з відповідним тертям ковзання, що кінцевого циліндричного роликопідшипника застосуперечить принципам роботи конічних підшипнисований радіальний підшипник ковзання [див. там ків і веде до підвищеного стирання контактуючих же, с. 35-36]. Цьому різновиду властиві ті ж самі поверхонь, додаткового тепловиділення і, в сукупнедоліки, що і попередньому аналогу. До того ж ності із звичайним тепловиділенням на конічній застосування підшипників ковзання означає підповерхні роликів під дією радіального навантавищене тепловиділення в опорі. ження, може спричиняти надмірне теплове подовВідомими істотними ознаками цього аналога ження роликів і їх заклинення між цапфою і шаропо відношенню до винаходу, що пропонується, є шкою; одна, щонайменше, лапа з цапфою, шарошка і - неможливість автоматичного регулювання периферійний підшипник кочення. люфтів (регулювання натягів) в підшипниковій 5 87260 6 опорі при роботі долота (з наслідками, розгляну- виконання кінцевого і осьового підшипників у тими вище); вигляді єдиного радіально-осьового кінцевого ко- можливість заклинення підшипникової опори нічного підшипника кочення, геометричні осі роливнаслідок перегріву цапфи відносно шарошки; ків якого перетинаються з геометричною віссю - відносне зменшення підшипниковой бази в цапфи на стороні, протилежній основі цапфи; зв'язку з послідовним розташуванням підшипника і - виконання кінцевого радіально-осьового підпроміжної втулки, вставленої і сполученої з шарошипника у вигляді вставного, тобто комплектно шкой з боку основи цапфи, внаслідок чого знижустандартного конічного підшипника з сепаратором, ється навантажувальна здатність підшипниковой що монтується на цапфі; опори, тобто знижується один з головних режим- посадка внутрішнього кільця кінцевого підних показників ефективності буріння; шипника з можливістю вільних, переміщень - неможливість повторного використання лапи вздовж цапфи при виконанні на цапфі осьового внаслідок виконання бігової доріжки роликопідшиупора, що обмежує такі переміщення і установці пника безпосередньо на цапфі, зносу і втрати пропружного елемента, наприклад, тарілчастої пруектних розмірів бігової доріжки на цапфі при віджини, між цим упором і внутрішнім підшипниковим робленні долота. кільцем; Відомими істотними ознаками прототипу по - виконання кінцевого радіально-осьового підвідношенню до винаходу, що пропонується є одна, шипника у вигляді вставного, тобто комплектно щонайменше, лапа з цапфою, шарошка, перифестандартного конічного підшипника з сепаратором, рійний конічний роликовий підшипник, встановлещо монтується на цапфі; ний в упор між цапфой і шарошкой через проміжну - посадка внутрішнього кільця кінцевого підвтулку, вставлену і сполучену з шарошкою з боку шипника з можливістю вільних переміщень вздовж основи цапфи, кінцевий радіальний підшипник, цапфи при виконанні на цапфі осьового упора, що осьовий підшипник між кінцем цапфи і шарошкой і обмежує такі переміщення, і установці пружного герметизація підшипниковой камери ущільненням, елемента, наприклад, тарілчастої пружини, між встановленим між шарошкою і цапфою. цим упором і внутрішнім підшипниковим кільцем; У основу винаходу поставлені задачі: - розміщення периферійного підшипника все- виключення з конструкції підшипниковой редині втулки, вставленої і сполученої з шарошкой опори бурового долота замкового кулькового підз боку основи цапфи; шипника; - з'єднання шарошки з втулкою, вставленою в - підвищення навантажувальної здатності підшарошку з боку основи цапфи, за допомогою прушипникової опори; жинного стопорного кільця; - підвищення ресурсу підшипникової опори; - з'єднання шарошки з втулкою, вставленою в - зменшення частки тертя ковзання в підшипшарошку з боку основи цапфи, за допомогою різьниковій опорі з відповідним зменшенням тепловиблення. ділення в опорі і зносу контактуючих поверхонь; Орієнтація периферійного підшипника з пере- автоматичного регулювання натяга в підшиптином геометричних осей його роликів з геометриниках при роботі долота; чною віссю цапфи на стороні, протилежній кінцю - виключення теплового заклинення опори; цапфи, забезпечує підвищене протистояння нава- спрощення технології виконання внутрішньої нтаженням на шарошку з боку свердловини, що поверхні шарошки; буриться, і нормальну роботу конічного підшипни- спрощення технології виготовлення лапи; ка, виключаючи невластиве таким підшипникам - забезпечення повторного використання лапи двостороннє навантаження на торці роликів. і інших деталей підшипникової опори (застосовно Застосування стандартних вставних підшипдо одношарошкових доліт). ників кочення (периферійного, кінцевого, осьового) Відомими істотними ознаками підшипникової забезпечує стабільну орієнтацію тіл кочення, виопори бурового долота, що пропонується є щоключення їх нелінійного контакту з біговими доріжнайменше одна лапа з цапфою, шарошка, периками, підвищення класу точності, навантажувальферійний конічний роликовий підшипник, встановної здатності і ресурсу підшипникової опори, лений в упор між цапфою і шарошкою через зниження генерації тепла в підшипниковій камері, проміжну втулку, вставлену і сполучену з шарошспрощення технології виготовлення лапи і шарошкою з боку основи цапфи, радіальний кінцевий ки, можливість повторного використання лапи. підшипник, осьовий підшипник між кінцем цапфи і Виконання кінцевого і осьового підшипників у шарошкой і ущільнення між шарошкою і цапфою. вигляді єдиного радіально-осьового роликопідшиОсновною істотною відмітною ознакою винапника забезпечує спрощення і удосконалення ходу є така орієнтація периферійного підшипника, конструкції підшипникової опори. при якій геометричні осі роликів перетинаються з Посадка внутрішнього кільця кінцевого підшигеометричною віссю цапфи на стороні, протилежпника з можливістю його ковзання вздовж цапфи в ній кінцю цапфи. сукупності з осьовим упором цього кільця в цапфу Додатковим істотними відмітними ознаками через пружний елемент забезпечує осьові зміщенвинаходу є: ня цього підшипника при теплових деформаціях - виконання периферійного підшипника у вицапфи і шарошки, виключаючи тим самим теплове гляді вставного, тобто комплектно стандартного заклинення підшипників і відмову опори загалом, і радіально-осьового конічного підшипника з сепаавтоматично забезпечує виключення люфтів в ратором, що монтується на цапфі; підшипниковій опорі, що сприяє підвищенню її ресурсу. 7 87260 8 Установка осьового підшипника кочення в сю 15 цапфи на стороні, протилежній основі цапупор між шарошкой і цапфой через пружний елефи. мент включає люфти в цьому і периферійному Пружинне кільце 18 фіксує на цапфі 2 внутріпідшипнику при знакозмінних осьових наванташнє кільце 4 периферійного підшипника. Ущільженнях на шарошку. нення (наприклад, гумові кільця) 19 і 20 служать Розміщення периферійного підшипника всередля герметизації маслонаповненої, як звичайно, дині проміжної втулки, вставленої і сполученої з підшипниковой камери. шарошкой з боку основи цапфи, забезпечує збіПри роботі бурового долота у варіанті подшильшення підшипниковой бази (по відношенню до пниковой опори Фіг. радіальне навантаження на прототипу) і, отже, зменшення реакцій на підшипшарошку 3 передається на цапфу 2 через проміжниках під дією згина их моментів, діючих на шарону втулку 12 і периферійний підшипник (деталі 4, шку. 5, 6) і кінцевий підшипник (деталі 8, 9, 10). Осьове З'єднання шарошки з проміжною втулкою, навантаження на шарошку, діюче в напрямку від вставленою в шарошку з боку основи цапфи, за основи до кінця цапфи, передається на лапу 1 допомогою пружинного розрізного кільця забезпечерез стопорне пружинне кільце 13, проміжну втучує, в сукупності зі знімними внутрішніми підшиплку 12 і периферійний підшипник (деталі 5, 6, 4) і никовими кільцями, можливість повторного викостопорне кільце 18. Осьове навантаження протиристання лапи і інших деталей опори, що зберегли лежного напряму передається від шарошки цапфі працездатність. Як варіант, досягненню цієї мети через кінцевий підшипник (деталі 9, 10, 8) і тарілслужить також з'єднання шарошки з втулкою, часту пружину 16. Остання забезпечує монтажний вставленою в шарошку з боку основи цапфи, за натяг в конічних периферійному і кінцевому підшидопомогою різьби. пниках і підтримує натяг при змінах осьових наваНа кресленні ілюстровано приклад виконання нтажень і коливаннях температури в підшипникопідшипниковой опори бурового долота згідно з вій камері, при яких осьові розміри цапфи і винаходом, де зображено фрагмент лапи з пошарошки змінюються по-різному. Радіальне задшипниковой опорою і шарошкой в меридиональклинення підшипників виключається за рахунок ном розрізі. того, що перегрів цапфи і підшипниковьіх кілець 8 і Відповідно до істотних ознак винаходу, підши4 викликає переміщення роликів 10 і 6 відносно пникова опора містить (див. креслення) щонаймекілець 9 і 5 у бік зменшення натяга, тобто транснше одну лапу 1 з цапфой 2, на якій за допомогою формуючи радіальний натяг в осьовий, який компідшипниковой опори встановлена шарошка 3. пенсується дією пружини 16. Підшипникова опора складається зі вставних пеЗавдяки тому, що при роботі підшипниковой риферійного радіально-осьового конічного ролиопори, що пропонується, цапфа вільна від контаккопідшипника з внутрішнім кільцем 4, зовнішнім ту з тілами кочення і не зноситься, після відробкільцем 5, конічними роликами 6 і сепаратором 7 і ляння озброєння шарошки можливий, застосовно кінцевого радіально-осьового конічного роликодо одношарошкового долота, демонтаж шарошки, підшипника з внутрішнім кільцем 8, зовнішнім кільнаприклад, шляхом згвинчування її з втулки 12, і цем 9, конічними роликами 10 і сепаратором 11. повторне використання лапи і інших деталей доПериферійний підшипник розміщений всередині лота, що зберегли працездатність. проміжної втулки 12, вставленої в шарошку 3 з Як видно, застосування вставних стандартних боку основи цапфи 2 і зафіксованої в шарошці підшипників виключає необхідність, після токарної пружинним стопорним кільцем 13. Геометричні осі обробки, проводити термообробку і шліфування 14 роликів 6 периферійного підшипника перетинавідповідних поверхонь шарошки і лапи. ються з геометричною віссю 15 цапфи 2 на стороТехнічними результатами винаходу є можлині, протилежній кінцю цапфи. Внутрішнє кільце 8 вість підвищення навантажень на бурове долото, кінцевого підшипника зв'язане з цапфой 2 з можпідвищення частоти обертання, підвищення реливістю вільного переміщення вздовж цапфи. При сурсу роботи долота - з відповідним підвищенням цьому підшипникове кільце 8 впирається в цапфу ефективності буріння (швидкості буріння і проходчерез пружний елемент, наприклад, тарілчасту ки на долото), спрощення технології виробництва пружину 16. Геометричні осі 17 роликів 10 кінцевобурових доліт, а також можливість повторного виго підшипника перетинаються з геометричною віскористання лапи і інших деталей застосовно до одношарошкових доліт. 9 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 87260 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601