. Конструкции опор шарошечных долот и их классификация

Опора является важным элементом долота, во многом определяющим его моторесурс. Назначение опоры - передача нагрузки вооружению шарошек через цапфу и подшипники.При конструировании опор учитывают следующие особенности подшипников

• роликоподшипник имеет высокую несущую способность. Требует значительно больше места для размещения в опоре. Наблюдаются случаи заклинивания роликов в беговых дорожках при износе опоры;

• шарикоподшипник имеет малую несущую способность. При износе и перекосах шарошки заклиниваний не наблюдается. Сравнительно быстро нагревается и может служить источником выхода из строя соседних элементов опоры;

• подшипник скольжения имеет самую высокую несущую способность.

При высоких скоростях вращения возникают очаги перегрева, что может вызвать выход из строя всей опоры.

Конструктивно опоры могут быть открытыми или маслонаполненными герметизированными.

Опора шарошки предназначена для фиксирования положения шарошки на цапфе с возможностью вращения и передачи осевой нагрузки и крутящего момента от корпуса долота к вооружению с минимальными внутренними потерями энергии и включает от двух до пяти подшипников.

В опорах используются следующие подшипники:

1) качения радиальные с цилиндрическими роликами 1

(рис. 7 23). Подшипник не имеет ни колец, ни сепараторов.

Функции внутреннего кольца выполняет цапфа 2, а наружного – сама шарошка 4. Положение роликов на цапфе определяется бортами, которые выполняются на цапфе (рис.7 23, а) или в шарошке (рис.7 23, б). В шифре опоры подшипник обозначается буквой Р;

2) качения шариковые радиально-упорные (рис.7 23, позиция 3). Если подшипник двойного действия, т.е. воспринимает нагрузку вдоль оси подшипника в обоих направлениях, то он называется замковым. В шифре опоры обозначается буквой Шз. В опорах возможно выполнение двухрядных замковых подшипников (см. рис. 7 23). Замковый подшипник собирается через отверстие в лапе и цапфе, которое после сборки закрывается пальцем. После сборки палец приваривается к лапе;

3) скольжения радиальные (рис.7 24). Поверхность скольжения на цапфе 1 армирована твердым сплавом. Малый подшипник армируется по всей поверхности цапфы, а большой подшипник – только с нижней стороны цапфы (на рис.7 24 показано пунктиром). В шарошке 5 поверхности скольжения выполнены запрессованными в нее втулками 2 и 3. Втулка 2 большого радиального подшипника выполняется в виде гильзы с внутренним слоем из композиционного материала. Эти

подшипники в шифре опоры обозначаются буквой С;

Рис 7 23 Радиальные роликовые и замковые шариковые подшипники

опор шарошек.

Рис 7 24 Подшипники скольжения в составе опоры типа АУ

4) скольжения упорные (см. рис. 7 24, позиция 4) на цапфе

представлены наплавкой твердого сплава на торцовой поверхности, а в шарошке запрессованным в нее подпятником

4. Возможна наплавка торца борта замкового подшипника, по которому скользит внутренний торец шарошки (на рис.7 24 не показан). Эти подшипники в шифре опоры обозначаются буквой Су.

Особенностью подшипников качения является то, что они не имеют ни сепараторов, ни колец, а беговые дорожки выполняются непосредственно в шарошке и на цапфе. В долотах малых диаметров подшипники скольжения могут быть образованы неармированными поверхностями шарошки и цапфы.

Запись шифра опоры ведется последовательно от периферии к оси долота, например, РШзССу и читается: опора включает подшипники радиальный роликовый, замковый шариковый, радиальный скольжения со специальным покрытием цапфы и упорный скольжения со специальным покрытием цапфы.

Шариковый подшипник имеет малую несущую способность, но он хорошо работает в условиях перекоса шарошки и незаменим для замкового подшипника качения.

Роликовый подшипник имеет среднюю несущую способность. Основной недостаток – при износе тел качения и беговых дорожек в условиях перекоса шарошек имеет тенденцию к самозаклиниванию в результате поворота ролика.

Подшипники скольжения имеют высокую несущую способность и наименьшие габаритные размеры. Но эти подшипники нельзя эксплуатировать при повышенных частотах вращения из-за выделения большого количества тепла и опасности изнашивания схватыванием поверхностей трения.

Типы опор, их классификационные характеристики и область применения

Роликовый подшипник –

составные части

Фрикционный подшипник-

составные части.

. СМАЗЫВАНИЕ И ОХЛАЖДЕНИЕ ОПОР

Опоры долот выполняют как открытыми, так и герметизированными. Открытые опоры смазываются и охлаждаются буровым раствором, который свободно проникает во внутреннюю полость опоры.

Промывка скважин осуществляется преимущественно водой и водными растворами, которые имеют высокую охлаждающую, но низкую смазывающую способность. Кроме того, промывочная жидкость в призабойной зоне содержит большое количество шлама, который, попадая в опору долот, увеличивает сопротивление вращению и вызывает абразивное изнашивание ее опоры. В результате долговечность открытых опор весьма мала. При высокооборотных способах бурения она редко превышает 5–8 ч, а при низкооборотных – 20–30ч Основные элементы системы смазки – компенсатор давления

(лубрикатор) и уплотнение шарошки относительно цапфы.

Лубрикатор выполняется или в виде отдельного переводника,

устанавливаемого над долотом, или в лапах долота. Во втором случае каждая секция долота имеет свою систему смазки. Создание автономной системы смазки позволило значительно расширить область применения подшипников скольжения. Серийно выпускаются долота с компенсатором давления в лапе долота (рис. 7 25), основным элементом которого является резиновая диафрагма 4. Для установки компенсатора со

стороны спинки лапы выполняется полость 3, в которую вставляется стакан 7, ограничивающий деформацию диафрагмы 4. Лубрикатор закрывается крышкой 6, удерживаемой упругим разрезным кольцом 8. Полость над диафрагмой через отверстия в крышке сообщается с внешней средой. Полость под диафрагмой через полость 3, канал 5 и полость, образованную проточкой и лысками на пальце 1, сообщается

с полостью подшипников.

Рис 7 25 Устройство автономной системы

смазки герметизированной опоры.

Компенсатор давления работает следующим образом. При спуске долота в скважину давление промывочной жидкости передается через диафрагму на смазку, находящуюся в полости 3, и далее в полость подшипников. Таким образом, происходит выравнивание давления с внутренней и наружной сторон уплотнения 2. В процессе бурения происходят колебания шарошки относительно цапфы и связанные с ними колебания объема полости подшипников. При уменьшении

этого объема избыток смазки вытесняется в компенсатор, а при увеличении объема возвращается в опору.

Герметизация опор серийных долот осуществляется рези-

нометаллическими уплотнениями (манжетами) и резиновыми кольцами круглого сечения.

. ПРОМЫВОЧНЫЕ СИСТЕМЫ