Одношарошечное долото

(23) Приоритет(51)М. Кл. Е 21 В 10/08 ВЕдаращаей кееетвт СССР ав делзи изфбретеикй н еткрытвВДата опубликования описания 09.03;82 1 нато, .,Э. Г. Золотухин, С. В. Кононыхин, Е. ф, Тилхомирови В. С. Усенкод(72) Авторы изобретения ол 3Донецкий филиал Научно-исследовательск го гррнорудногоинститута. Иинистерства черной металлургии.-.Украинской ССР(5 Ц (ДНОШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Изобретение относится к горному делу, конкретно к технике бурения промысловых, разведочно-поисковых, взрывных и других скважин.Известно одношарошечное буровое долото, состоящее из корпуса с наклонной цапфой, на которой с помощью подшипников смонтирована сферическая шарошка. Центр сферы шарошки лежит на осн корпуса долота 1 .Недостатком такого долота является низкая стойкость вооружения шарошки ввиду ее неудовлетворительной кинематики и динамики.При обкатывании шарошкой стенок забоя точки ее сферической поверхности имеют равные линейные скорости. Чем дальше от оси вращения шарошки, тем эти скорости выше и наоборот, В точке выхода оси шарошки на ее поверх. ность линейные скрости равны нулю, а дальше (от этой точки и до центра забоя) направление вектора скоростей противоположно направлению относи 2тельного перемещения частиц забоя,и суммарная скорость породоразрушающих элементов равна-Ч Чгде Ч - линейная скрость конца осиОБРна поверхности шарошки;ЧВр - линейная скорость породоразрушающих элементов на 10стороне, противоположнойрабочей стороне (прижимаемой к стенке забоя).В результате указанные элементывооружения шарошки вступают в режим 15чистого резания, Элементы центральнойчасти шарошки (примыкающей к центрузабоя) описывают длинные траектории,испытывают высокие боковые нагрузки( на срез) и к тому же воспринимаютосновную часть осевых нагрузок отподачи долота.Наиболее близким к предлагаемомуявляется одношарошечное буровое долота, состоящее из корпуса с эксцент3 91 1,00рично смещенной относительно оси кор-пуса цапфой, на которой посредствомподшипник в смонтирована сферическаяшарошка 21.Недостатком этих долот является юотмеченная выше низкая стоимостьвооружения шарошек, ввиду неудовлетворительной кинематики и динамики долота, что обусловлено расположением центра сферы шарошки на геометрической оси 10корпуса и возникающим при этом встреч.ным по отношению стенок забоя направлением векторов линейных скоростейэлементов вооружения шарошки в центральном секторе (анализ скоростей 15см, выше), В результате эти элементыработают в режиме резания и к тому жеиспытывают значительные осевые усилияот подачи корпуса,что вызывает преждевременный опережающий, износ этих эле оментов (эти элементы обычно не рассчитаны на боковые тангенциальныеусилия).Цель изобретения - повышение эффективности разрушения высокопрочных 25пород и увеличение при этом стойкости вооружения путем исключения режимарезания и боковых тангенциальных усилий на элементах вооружений центрального сектора шарошки, ЗОУказанная цель достигается 0 тем,цто в одношаройемном буровом долоте,состоящем из корпуса с эксцентричносмещенной относительно его оси цапфой,на которой посредством подшипниковсмонтирована сферическая ша рошка, последняя выполнена с конусной поверхностью у вершины, сопряженной со сферичес;кой поверхностью, причем ось корпусапересекается с осью шарошки в вершине конуса.На чертеже изображено предлагаемое долото.Одношарошечное буровое долото содержит корпус 1, наклонную цапфу 2, 45 подшипники 3, шарошку 4, вершину 5, канал для промывки 6, твердосплавные штыри 7. Наклонная цапфа 2 эксцентрично смещена относительно геометричес" кой оси вращения корпуса 1 так, что. эта ось пересекает геометрическую ось цапфы 2 в точке О, лежащей на наружной поверхности сферы шарошки в ее вершине 5. Вершина 5 выполнена в виде конуса, поверхность которого сопрягается со сферической поверхносЯ тью шарошки ч. Корпус 1 имеет конический хвостовик с резьбой для соедине" ниянавинчиванием ) с буровой штангой. 1 4Внутри корпуса и цапфы имеется сквозной канал 6 для промывочной жидкости,Шарошка 1 вооружена твердосплавнымиштырями 7 и имеет внутреннюю расточкудля посадки на цапфу 2, причем шарошка удерживается на цапфе двумя рядами подшипников 3, обойками которыхслужат поверхности расточки и цапфн.Расточка соединяется сквозными отверстиями в ее центральном секторе с на-.ружной поверхностью шарошки.Одношарошечное буровое долото работает следующим образом.При вращении корпуса 1 эксцентрично смещенная цапфа 2 начинает вращаться вокруг геометрической оси 1-корпуса, описывая при этом телесныйугол ( конус ) с вершиной, исходящейиз вершины 5 шарошки, В результатеэтого края шарошки 4 последовательноприжимаются к стенкам забоя, а вершина 5 постоянно находится в центре воронки. Размеры воронки при этом превышают диаметр сферы шарошки, за счетчего породоразрушающие элементы настороне, противоположной той, котораяприжимается цапфой к забою, свободныот зацепления со стенками забоя и,следовательно, не находятся в режимерезания с характерными для этого режима боковыми ( тангенциальными) усилиями. Твердосплавные штыри работаюттолько в режиме обкатки, при которомпреобладают осевые нагрузки, действующие со стороны забоя.Таким образом, применением долотапредлагаемой конструкции исключаетсярежим резания за счет совмещения конца оси вращения шарошки с осью вращения корпуса. 8 результате этогоразмеры воронки становятся значительно больше размеров сферы шарошки итвердосплавные штыри на стороне, противоположной рабочей, выходят из зацепления со стенками забоя. Крометого, улучшается режим работы твер"досплавных штырей, исключается ихинтенсивный износ в центральном секторе шарошки (за счет разгрузки оттангенциальных усилий), увеличивается эффективность разрушения горныхпород высокой прочности,Предлагаемое одношарошечное буровое долото дешевле существующих, проще по конструкции и вооружению и имеет большой срок службы. Годовой экономический эффект от их применения,на карьерах Украины составляет200 тыс.руб.5 911001 . 6Формула изобретения пуса пересекается с осью шарошки вОдношарошечное долото, включающее вершине конуса..корпус с эксцентрично смещенной относсительно его оси цапфой и установлен- Источники информации,ную на цапфе посредством подшипниковпринятые во внимание при экспертизесферическую шарошку, о т л и ч а ю - 1. Авторское свидетельство СССРщ е е с я тем, что, с целью повыше- ф 2 Ц 8586, кл, Е 21 8 3/08, 1967ния стойкости вооружения шарошки,последняя выполнена с конусной поверх, Зубарев А. В. и др, Одношарошечностью у вершины,. сопряженной со сфеные долота. И., "Недра", 1971,3,рической поверхностью, причем ось кор- с. 15 1 прототип).Пате Ти осудар елам и осква