Уплотнение опоры шарошечного долота

(5115 Е 21 В 10/24 СПИ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СК К ушающии ия; уплотс элеменУплотцо 1 и втузирует заи поджимпы. Втулк ГОСЧДАРСТБГННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТ 130 СССР(71) Уфимский нефтяной институт(54) УПЛОТНЕНИЕ ОПОРЫ ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА(57) Использование: породоразринструмент. Сущность изобретенцецие состоит из втулки, цапфы,Изобретение относится к породоразруша 1 ощему инструменту, а именно к шарашечным долотам и бурильным головкам для бурения скважин.Целью изобретения является повышение наде:кности герметизации опоры шарашки путем обеспечения возможности противоположных по знаку осевой и радиальной деформаций эластичного кольца в условиях динамической работы вследствие образования люфтов и перекоса в опоре по мере ее изнашивания.На фиг.1 приведено в разрезе предлагаемое уплотнение для опоры типа АУ; на фиг.2 - измецение формы сечения эластич. ного кольца и положения втулки отцосител ьно цапфы при перекосе шарошки ца угол 1 ение вкл 1 очает эластичное коль ку 2, Эластичное кольцо гармети ор между шарашкой 3 и цапфой 4 ает втулку к упорному бурту 5 ла 2 установлена с осевым зазором 5 О, 1808969 А 1 том подшипника, лапы, эластичного кольца, втулки. Наружная поверхность втулки охвачена шарошкой с радиальным зазором 51. На торце втулки выполнены сквозные канавки. Величина радиального зазора 81 определяетсл по формуле 51=8 п(ЬхВ/а)1 ф, где Яп - предельно допустимый радиальный люфт опоры вследствие ее изнашивания; Ь и а - радиальный и осевой размеры сеченил установленного эластичного кольца; Я - средний радиус установленного эластичного кольца в опоре, Р- предельно допустимый угол перекоса шарошки вследствие изнашивания опоры, 3 ил,дс, относительно торца расточки в шарошке и с радиальными зазорами д относительно цапфы и д 1 относительно поверхности расточки в шарошке. В рассматриваемом примере подшипник образован внутренней поверхностью шарошки и наружной повер- ОО хностью цапфы, На торце втулки 2, взаимо- ( действующим с упорным буртом 5 лапы, (ф выполнены сквозные канавки б. ОУплотнение работает следующим абра- (р зом. В процессе бурения шарошка 3 вращается и совершает осевые, радиальные и угловые колебания относительно цапфы 4, Эластичное кольцо 1 и втулка 2 не враща 1 отсл. При радиальных колебаниях шарошки в а пределах зазора д 1 ее торец свободно проскальзывает относительно эластичного кольца. При осевых колебаниях шарошка упруго деформирует эластичное кольцо в пределах зазора до. При движении к лапе эластичное кольцо вдавливается в коническую полость, образованную поверхностями втулки, цапфы и упорного бурта лапы, а при движении шарошки от лапы эластичное кольцо выдавливается из этой полости, обеспечивая герметичность уплотнения, Сквозные канавки 6 на торце втулки 2 служат тому, чтобы жидкость, находящаяся в названной полости, не препятствовала вдавливанию и выдавливанию эластичного кольца. Консольная установка шарошки, а также осевой и радиальный износ опоры обусловливают угловые колебания или перекос шарошки, как показано на фиг.2. При этом одна часть полости, в которой установлено уплотнение, например, верхняя расширяется, а противоположная часть, например, нижняя сужается на ту же величину. При сужении полости эластичное кольцо 1 сжимается в осевом направлении и расширяется в радиальном направлении, а при расширении диаметрально противоположной части полости наблюдается обратное явление. В результате втулка 2 смещается вниз, Более того она сжимает в верхней части полости эластичное кольцо и вызывает его расширение в осевом направлении, что частично компенсирует увеличение зазора до, Такая работа уплотнения обеспечивает его герметичность при значительных перекосах шарошки относительно цапфы. бИз фиг.2 следует, что наиболее неблагоприятная ситуация с точки зрения защемления втулки шарошкой возникает при суммарном смещении шарошки вверх из-за радиального износа подшипника и перекоса шарошки. В качестве условия защемления принимаем д 1=0. Только при1радиальном перемещении шарошки смещения втулки, относительно цапфы не происходит, а поэтому условию д 1 =0 соответствует условиед 1= дп, (1)где д - предельно допустимый радиальнь 1 й люфт опоры, В случае перекоса на угол Р, как показано на фиг,2, торец шарошки сместится вверх также на величину радиального люфта за счет поворота относительно точки О (средней точки на оси опоры), но при этом втулка сместится навстречу шарошке (вниз) на величину ЛЬ. Таким образом, условию д 1= 0 будет соответствоватьусловиед 1= дп+ Ь Ьп, (2) . где ЬЬп - смещение втулки при предельной величине угла Р = Рп. При этом должно быть ЬЬп д (см. фиг.1). Из условия равенства площадей верхнего и нижнего сечений эластичного кольца следует, что при повороте на угол р,Б Ь (3)где Ла и ЛЬ - осевое и радиальное изменения размеров сечения эластичного кольца; а и Ь - осевой и радиальный размеры установленного в опоре эластичного кольца, Угол А 01 В равен/3, как образованный взаимно перпендикулярными прямыми. Тогда 10Л а=АВ=Кс 9 Р, (4)где й - средний радиус установки эластичного кольца в опоре. Перейдя к предельной величине Р = Р и и выполнив необходимые преобразования с учетом (3), (4) и после подстановки в формулу (2), получим расчетную формулу (1)д 1=. дп+ - С 9 Р пЬЯПредложенное выполнение уплотнения 20обеспечивает повышение надежности герметизации опор шарошечных долот особенно при повышенных частотах вращения, что, в конечном счете, увеличивает долговечность долот и улучшает показатели бурения скважин.25Формула изобретенияУплотнение опоры шарашечного долота, состоящее из втулки, установленной с радиальным зазором относительно цапфы и с осевым зазором относительно элемента подшипника и взаимодействующей с упорным буртом лады, и из эластичного кольца, 35герметизирующего зазор между шарсшкой и цапфой и взаимодействующего с поверхностью втулки, часть которой выполнена конической, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности герметизации опоры шарошки путем обеспечения возможности противоположных по знаку осевой и радиальной деформаций эластичного кольца в условиях динамической работы вследствие образования люфтов и 45перекоса в опоре по мере ее изнашивания, наружная поверхность втулки охвачена шарошкой с радиальным зазором 51, а на торце втулки, взаимодействующем с упорным буртом лапы, выполненььсквозные канавки, при этом величина радиального зазора 5150 определяется по формулеЯ 1=Бп+ 19 Рп,ЬВгде Яп - предельно допустимый радиальный 55 люфт опоры вследствие ее изнаш 1 лвания;Ь,и а - радиальный и осевой размерысечения установленного эластичного кольца;Р - средний радиус установленного эластицного кольца в опоре; Р- предельно допустимый угол перекоса шарашки вследствие изнашивания опоры.оО 0969 фСоставитель А.ПоповТехред М.Моргента Редакторл Корректор Е,Папп Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводгтвенно. издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 аказ 12 б 3 ВНИИПИ Госуда иям при ГКНТ СС