3.15. Опоры шарошек и автономная система их смазки

Опора шарошки включает от двух до пяти подшипников, как качения, так и скольжения. Выбор комбинации подшипников зависит от диаметра долота и от диапазона частот вращения долота, для которого оно предназначено. Для низких и средних частот вращения долота выполняют с герметизированной опорой и автономной системой смазки, а для высоких частот вращения - с открытыми опорами, подшипники которых смазываются и охлаждаются промывочной жидкостью. Классификационными признаками опор являются вид радиальных подшипников и наличие или отсутствие герметизации опор. Все применяемые схемы опор можно разделить на три группы:

для низких частот вращения долот;

для средних частот вращения долот;

для высоких частот вращения долот.

Опоры для низких частот вращения выполняются на двух радиальных подшипниках скольжения и делятся на четыре типа: А, АУ, АУП и АУЛ. Типы опор могут обозначаться латинскими буквами соответственно A, AU, AUP, AUL.

О

Рис. 3.19. Опора типа А

поры типа А предназначены для частот вращения долот до 100 об/мин, выполняются открытыми и применяются в долотах диаметром до 93 мм. Конструкция опоры типа А показана на рис. 3.19. Опора состоит из двух радиальных подшипников скольжения – большого (БПС) и малого (МПС) и одного радиально-упорного шарикового подшипника качения двойного действия (замкового подшипника). Замковый подшипник собирается через отверстие в лапе, которое после сборки закрывается пальцем, а основание пальца приваривается к лапе. Этот подшипник фиксирует

положение шарошки на цапфе и является обязательным во всех типах опор. Рабочие поверхности подшипников скольжения в опорах типа А не имеют специального покрытия.

Опора типа АУ (AU) является типовой для этой группы. Она выполняется в долотах диаметром от 120,6 до 311,1 мм, предназначенных для бурения с частотой вращения до 110 об/мин. Конструкция опоры и автономная система ее смазки показаны на рис. 3.20.

Опора АУ содержит пять подшипников: два радиальных подшипника скольжения, два упорных подшипника скольжения и замковый подшипник. В некоторых конструкциях долот один из упорных подшипников может отсутствовать. Все поверхности скольжения на цапфе наплавлены твердым сплавом. В шарошку запрессована втулка, внутренняя поверхность которой выполнена из композиционного материала. Поверхность скольжения малого радиального подшипника (МПС) на цапфе наплавлена твердым сплавом со всех сторон.

Упорные подшипники скольжения в шарошке представлены подпятником и внутренним торцом шарошки, а на цапфе – наплавленными твердым сплавом ее торцевыми поверхностями.

Основным элементом автономной системы смазки является эластичная диафрагма, которая устанавливается в стакане, предназначенном для ограничения деформации диафрагмы. Стакан и диафрагма устанавливаются в гнезде, выполненном в лапе, и закрываются крышкой. Крышка фиксируется в гнезде разрезным пружинным кольцом. Компенсатор давления соединен с опорой смазкоподводящим каналом, полостью вокруг пальца и далее сверлениями в цапфе. Для подвода смазки непосредственно к замковому подшипнику на передней части пальца выполнены лыски. Опора АУ герметизирована эластичным кольцом (уплотнением) круглого сечения, установленным у основания цапфы.

Рис. 3.20. Опора АУ

и система ее смазки

Опора заполняется смазкой в атмосферных условиях. При спуске долота в скважину растет наружное избыточное давление, которое равно давлению столба промывочной жидкости на глубине спуска. Промывочная жидкость проникает через отверстия в крышке в полость над диафрагмой и давит на нее. Поэтому давление в полости под диафрагмой (в смазке) и в полости опоры практически совпадает с наружным избыточным, т.е. имеет место компенсация наружного давления, а уплотнение работает как разделительный элемент.

Опора типа АУП (AUP) так же, как и опора АУ, имеет автономную систему смазки, но выполняется в долотах диаметром до 171,4 мм и для повышенных частот вращения долот (до 140 об/мин). Отличительной особенностью опоры является втулка БПС, выполненная из бериллиевой бронзы, и плавающая упорная шайба из такой же бронзы. Шайба установлена между торцом цапфы и внутренним торцом шарошки с возможностью скольжения как относительно цапфы, так и относительно шарошки. Такая установка элемента подшипника называется плавающей.

Опора типа АУЛ (AUL) выполняется в долотах диаметром от 200 до

311,1 мм и так же, как и опора АУП, предназначена для повышенных частот вращения (до 180 об/мин). Отличительной особенностью опоры АУЛ от опоры АУП является то, что втулка БПС, выполненная из бериллиевой бронзы, сделана разрезной плавающей, т.е. установлена с возможностью скольжения как относительно поверхности цапфы, так и относительно поверхности шарошки.

Опоры для средних частот вращения выполняются на одном большом радиальном подшипнике качения, как правило, роликовом, и на одном малом радиальном подшипнике скольжения. Опоры готовят в открытом исполнении типа Н и в герметизированном исполнении с автономной системой смазки типа НУ. Эти типы опор могут обозначаться латинскими буквами N и NU соответственно.

Опора типа Н (N) (рис. 3.21,а) предназначена для частот вращения долот от 300 до 450 об/мин. Главной отличительной особенностью опор Н и НУ по сравнению с опорами группы А, является то, что вместо большого радиального подшипника скольжения выполнен большой радиальный (роликовый) подшипник качения. Отличительной особенностью подшипников качения шарошечных долот является отсутствие сепараторов и колец. Функции внутреннего кольца выполняет цапфа, а наружного – шарошка. Малый подшипник скольжения (МПС) на цапфе представлен наплавкой твердого сплава, а в шарошке – втулкой. Кроме того, имеется упорный подшипник скольжения, аналогичный выполняемому в опоре АУ.

Опора типа НУ (рис. 3.21,б) отличается от опоры Н наличием уплотнения, автономной системы смазки, подобной системе смазки опоры АУ, и двух упорных подшипников скольжения.

Для герметизации опоры типа Н применяется резино-металлическое уплотнение (манжета). Уплотнение размещается в расточке шарошки (см. рис. 3.21) между торцами шарошки и лапы. При сборке опоры создается натяг в осевом направлении, который обеспечивает герметизацию опоры и запас уплотнения на износ. Уплотнение выдерживает избыточное давление в опоре около одного МПа, а при бóльшем давлении раскрывается как клапан. Это свойство уплотнения используется при заправке опоры смазкой путем продавливания, а также при замене смазки в опоре на долотной базе.

Рис. 3.21. Опоры типов Н (а) и НУ(б)

Опоры для высоких частот вращения изготавливаются на двух радиальных подшипниках качения, как правило, роликовых, в открытом исполнении типа В и герметизированными типа ВУ. Эти опоры могут обозначаться латинскими буквами V и VU соответственно.

Опора типа В (V) предназначена для частот вращения до 600 об/мин (рекомендуемый диапазон использования 450…600 об/мин). Конструкция опоры долот, выпускаемых заводом "Волгабурмаш", показана на рис.3.22,а. Опора содержит пять подшипников: большой роликовый, шариковый замковый, большой упорный скольжения, малый роликовый и малый упорный скольжения, подобный выполняемым в опорах типа Н. На цапфе поверхности скольжения наплавлены твердым сплавом.

Опора типа ВУ (VU) (рис. 3.22,б) отличается от опоры типа В тем, что она герметизирована эластичным кольцом (уплотнением) круглого сечения, большой роликовый подшипник выполнен увеличенного диаметра за счет врезания его в шарошку, но в этой опоре отсутствует малый упорный подшипник скольжения.

Рис. 3. 22. Опоры типов В

(а) и ВУ (б)