Армирование спинок лап шарошечных долот
При бурении в абразивных горных породах наблюдается существенный износ спинок лап. Повышение их износостойкости стало особенно актуальным при бурении наклонных и особенно горизонтальных скважин. На рисунке 5.47 показаны четыре типа армирования, применяемые заводом «Волгабурмаш» (контуры наплавки показаны сплошными линиями на поверхности лапы). Обозначения типов наплавки входят в новый шифр долота.
Рис. 5.47. Типы армирования лап шарошечных долот
Первый тип армирования(рис. 5.47а)применяется на долотах
с вооружением первого класса и предусматривает наплавку твердым сплавом только козырька лапы. Обычно в шифре долота не отражается.
Второй тип армирования(рис. 5.47б)предусматривает наплавкутвердым сплавом не только козырька лапы, но и ее набегающей грани
(в шифре долота этот тип армирования обозначается буквой L).
Третий тип армирования(рис. 5.47в)комбинированный.Он преду-сматривает армирование нижней части лапы как наплавкой твердого сплава, так и запрессовкой твердосплавных зубков (в шифре долота этот тип армирования обозначается буквой S).
Четвертый тип армирования(рис. 5.47г)похож на третий,но предусматривает армирование по всей высоте лапы (в шифре долота этот тип армирования обозначается буквами LS). При армировании возможно чере-дование твердосплавных зубков и зубков с алмазным покрытием (в шифре долота добавляется буква D).
|
|
|
Стабилизирующая площадка (рис. 5.47д)на верхней части спинкилапы, оснащенная твердосплавными зубками (в шифре долота обозначается буквой Р).
Стабилизирующая площадка (рис. 5.47е)на выступе для гидромониторного узла, оснащенная твердосплавными зубками (в шифре долота обозначается буквой Е). Наличие этой площадки обеспечивает не трехточечное, как у обычных долот, а шести точечное касание стенки скважины, как показано стрелками на рисунке 5.47 ж. Этим достигается более устойчивая центровка долота в скважине и защита вооружения от повреждений. Такой вид армирования получил название система самостабилизации долота.
Опоры шарошек, подшипники опор и система их смазки
Опора шарошки включает от двух до пяти подшипников, как качения, так и скольжения (рис. 5.48 а). Особенностью подшипников качения 1 и 2 шарошечных породоразрушающих инструментов является то, что они не имеют ни колец, ни сепараторов. Функции внутреннего кольца выполняет цапфа, а функции наружного кольца – сама шарошка. Поэтому на цапфах и в шарошках выполняются беговые дорожки для тел качения подшипников. Другие особенности опоры, показанной на рисунке 5.48 а, будут рассмотрены ниже.
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.
|
|
|
Рис. 5.48. Подшипники в опоре долота (а) и разрез опоры типа А (б)
Классификационными признаками опор являются вид радиальных подшипников и наличие или отсутствие герметизации опор. Все применяемые схемы опор можно раз делить на четыре группы:
для низких частот вращения долот ( до 110 об/мин); для средних частот вращения долот (110–300 об/мин); для повышенных частот вращения (300–450 об/мин); для высоких частот вращения долот (более 450 об/мин).
Опоры для низких частот вращения выполняютсяна двух радиальных подшипниках скольжения и делятся на четыре типа(на примере продукции ОАО «Волгабурмаш»): А, АУ, АУП и АУЛ. Типы опор могут обозначаться латинскими буквами: соответственно A, AU, AUP, AUL. Опоры типа А выполняются открытыми и применяются в долотах диаметром до 133,4 мм. Конструкция опоры типа А показана на рис. 5.48 б. Каждая секция долота состоит из лапы 1, которая заканчивается цапфой 2. Шарошка 3 на цапфе 2 установлена на двух радиальных подшипниках скольжения–малом 6(МПС) и большом 7 (БПС). Шарошка удерживается от осевых перемещений радиально-упорным шариковым подшипником 4 двойного действия (замковым подшипником). Замковый подшипник собирается через отверстие в лапе, которое после сборки закрывается пальцем 5, 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 95,3 до 660,4 мм с автономной системой смазки (рис. 5.49). Основу опоры составляет лапа 1 с цапфой.
Опора АУ шарошки 13 содержит пять подшипников: два радиальных подшипника скольжения, два упорных подшипника скольжения 15 и замковый подшипник 12. В некоторых конструкциях долот один из упорных подшипников может отсутствовать. Все поверхности скольжения на цапфе наплавлены твердым сплавом. Поверхность цапфы большого подшипника скольжения (БПС) наплавлена твердым сплавом только с нижней стороны. В шарошку запрессована втулка БПС 11, 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 14 и внутренним торцом шарошки, а на цапфе – наплавленными твердым сплавом ее торцевыми поверхностями.
Основным элементом автономной системы смазки является эластичная диафрагма 4 , которая устанавливается в стакане 3, предназначенном для ограничения деформации диафрагмы. Стакан и диафрагма устанавливаются в гнезде 7, выполненном в лапе 1, и закрываются крышкой 5. Крышка фиксируется в гнезде разрезным пружинным кольцом 6. Компенсатор давления соединен с опорой смазкоподводящим каналом 8, закрытым сверху технологической заглушкой 2, полостью вокруг пальца 9 и далее сверлениями в цапфе. Для подвода смазки непосредственно к замковому подшипнику 12 на передней части пальца 9 выполнены лыски. Опора АУ герметизирована эластичным кольцом (уплотнением) 10 круглого сечения, установленным у основания цапфы.
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 5 в полость над диафрагмой 4 и передает давление в скважине на диафрагму. Поэтому давление в полости под диафрагмой (в смазке) и в полости опоры практически совпадает с наружным, т.е. имеет место компенсация наружного давления, а уплотнение работает как разделительный элемент без перепада давления на нем.
| 6 |
| 5 |
| 4 |
| 1 |
| 2 |
| 3 |
| 7 |
| 8 |
| 9 |
| 10 |
| 11 |
| 12 |
| 13 |
| 14 |
| 15 |
Рис. 5.49. Опора АУ и система ее смазки
Опоры для средних частот вращения изготавливают типов АУП, АУЛ, АУМ и НУ. Основным недостатком подшипников скольжения является их нагрев. Перегрев опоры приводит к нарушению ее герметизации, а также к изнашиванию подшипников скольжения схватыванием. Это вынуждает ограничивать допускаемые частоты вращения этих долот. Подбор теплостойких смазок и материалов подшипников с высокой теплопроводностью и изменение их конструкции позволяют расширить диапазон допускаемых частот вращения.
Опора типа АУП (AUP) так же, как и опора АУ, имеет автономную систему смазки. Она выполняется в долотах уменьшенного диаметра
(до 165,1 мм) и для частот вращения долот до 140 об/мин. Отличительной особенностью опоры (рис. 5.50 а) 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.
Рис. 5.50. Фрагменты опор типов АУП (а) и АУЛ (б)
Опора типа АУЛ (AUL) выполняется в долотах диаметром от 120,6 до 558,8 мм и предназначена для частот вращения до 180 об/мин. Отличительной особенностью опоры АУЛ (рис. 5.50 б) от опоры АУП является то, что втулка БПС, выполненная из бериллиевой бронзы, сделана разрезной плавающей, т.е. установлена с возможностью скольжения относительно как поверхности цапфы, так и поверхности шарошки. Основным отличием опоры АУМ является применение более сложных по конструкции, но и более износостойких уплотнений. Это позволило расширить диапазон допускаемых частот вращения до 300 об/мин.
Опора типа НУ (NU) (рис. 5.51 а) отличается от опоры АУ тем, что большой радиальный подшипник скольжения заменен радиальным роликовым подшипником, а для герметизации опоры применяется резинометаллическое уплотнение (манжета). Уплотнение размещается в расточке шарошки между торцами шарошки и лапы. Выполняется в долотах диаметром от 152,4 до 311,1.
Опоры типа ВУ (VU) (рис. 5.51 б) выполнены на двух радиальных подшипниках качения и герметизированы эластичным кольцом (уплотнением) круглого сечения. Большой роликовый подшипник выполнен увеличенного диаметра за счет врезания его в шарошку, и в этой опоре отсутствует малый упорный подшипник скольжения. Опоры типа ВУ выполняются в долотах больших диаметров, с 212,7 мм до 660,4 мм.
Опора для повышенных частот вращения типа Н(N) (рис. 5.48а).
Она не имеет герметизации и смазывается промывочной жидкостью. Опора, показанная на рис. 5.48 а, включает роликовый радиальный 1, шариковый замковый 2, радиальный скольжения 3 и скольжения упорный 4 подшипники, т.е. схема опоры идентична схеме опоры НУ. Но отсутствие уплотнения позволило увеличить габариты цапфы и тел качения подшипников.
Рис. 5.51. Опоры типов НУ (а) и ВУ (б)
Опора для высоких частот вращения типа В(V). Она выполняетсяна двух радиальных подшипниках качения, как правило, роликовых. Опоры готовят в открытом исполнении. Конструкция опоры долот, выпускаемых заводом «Волгабурмаш», показана на рисунке 5.52. Опора содержит пять подшипников: большой роликовый (Р), шариковый замковый (Шз), большой упорный скольжения ( Су), малый роликовый ( Р) и малый упорный скольжения (Су), подобный выполняемым в опорах типа Н. На цапфе поверхности скольжения наплавлены твердым сплавом.
Уплотнения опор шарошек. Принципиально отличающиеся конструкции уплотнений приведены на рисунке 5.53.
Для герметизации опор типов АУ, АУП и АУЛ используются эластичные (резиновые) кольца круглого сечения ( рис. 5.53 а ), представляющие собой радиальные уплотнения. Это самое простое и дешевое уплотнение. Положение колец в шарошках показано на рис. 5.49 (позиция), 5.50 б и 5.51 б. Герметизация обеспечивается радиальным сжатием кольца в полости между цапфой и шарошкой при сборке. Для нормальной работы требуется концентричное положение цапфы и шарошки. При износе радиального подшипника концентричность нарушается, происходит одностороннее защемление резинового кольца, и уплотнение выходит из строя.
Для повышенных частот вращения используются овальные кольца, которые устанавливаются в канавках шарошек. Такие кольца имеют лучшую деформационную характеристику, чем круглые.
Рис. 5.52. Опора типа В
Рис. 5.53. Конструкции уплотнений опор шарошек
Для герметизации опор типа НУ применяются резинометаллические манжеты, представляющие собой торцовые уплотнения. Серийная конструкция уплотнения показана на рисунке 5.53 б. Основу уплотнения составляет стальная коническая пружина, к которой привулканизирована резиновая обкладка. Положение уплотнения в опоре показано на рисунке 5.51 а. При сборке опоры создается осевой натяг, который обеспечивает как герметизацию, так и запас на износ. При избыточном внутреннем давлении около одного МПа уплотнение раскрывается подобно клапану. Это свойство уплотнения используется при заправке смазкой путем продавливания ее через опору, а также при эксплуатации долот с принудительной системой смазки. Резинометаллическое уплотнение, в отличие от круглого резинового кольца, не теряет работоспособность при значительном радиальном износе опоры. Но при значительном перекосе шарошки относительно цапфы может произойти усталостная поломка конической пружины и разгерметизация опоры.
При вращении шарошек на контакте резина–металл имеет место весьма значительное трение и, соответственно, нагрев поверхностей трения. При превышении критической температуры происходит деструкция резины и резкое увеличение скорости ее изнашивания. Это ограничивает допускаемую частоту вращения долот. Но скорость скольжения растет прямо пропорционально не только частоте вращения долота, но и диаметру долота.
Для долот большого диаметра фирма «Юз Кристенсен» первой применила металлические торцовые уплотнения (рис. 5.53 в). В шарошке 1перед втулкой 2 радиального подшипника выполнена увеличенная расточка. На цапфе 3 и в шарошке выполнены встречные конические поверхности. Само уплотнение состоит из двух металлических колец 4 и 4' и двух резиновых колец 5 и 5' круглого сечения. Металлические кольца установлены с зазором относительно цапфы и шарошки. Герметизация и натяг в торцовом уплотнении обеспечивается деформацией резиновых колец при сборке опоры и встречными коническими поверхностями на цапфе и в шарошке. Зазоры обеспечивают работу уплотнения без защемления при радиальных и осевых перемещениях шарошки относительно цапфы . Скругленные канавки на кольцах, в шарошке и на цапфе выполнены для облегчения сборки опоры. Эти уплотнения имеют самый низкий из известных уплотнений момент сопротивления вращению, что обеспечивает их применение при высоких частотах вращения.
Недостатками уплотнения являются большой осевой размер и дорогая технология изготовления металлических колец. Рабочие торцы колец имеют износостойкое покрытие и притерты друг к другу.
Первый недостаток был устранен выполнением уплотнения с одним металлическим кольцом (рис. 5.53 г). В шарошке 1 перед втулкой 2 радиального подшипника выполнена увеличенная расточка. На цапфе 3 — ко-ническая проточка. Само уплотнение состоит из металлического кольца 4 и двух резиновых колец 5 и 6. Резиновые кольца обеспечивают герметичность кольца относительно цапфы и необходимое замыкание торцовых поверхностей втулки 2 и металлического кольца 6.
В заключение в таблице 5.13 приведена классификация опор шарошек. По виду радиальных подшипников выделятся три группы опор, каждая из которых делится на типы. Обобщенные сведения о типах опор и области их применения (рекомендуемые частоты вращения долот) также приведены в таблице 5.16.
Таблица 5.14
Типы опор и область их применения
| Группы | Тип | Радиальные | Система | Рабочие частоты | |
| вращения долота, | |||||
| опор | опоры | подшипники | смазки | ||
| об/мин | |||||
| B | Два подшипника | Открытая | > 450 | ||
| В | качения | ||||
| ВУ | То же | Автономная | до 300 | ||
| H | Один подшипник | Открытая | 300–450 | ||
| Н | качения и один | ||||
| скольжения | |||||
| НУ | То же | Автономная | до 300 | ||
| А | Открытая | ||||
| А | АУ | Два подшипника | Автономная | до 110 | |
| АУП | скольжения | Автономная | до 140 | ||
| АУЛ | Автономная | до 180 | |||
| АУМ | Автономная | до 300 |
Для описания опоры в технической литературе используют условные обозначения подшипников:
Р – радиальный роликовый подшипник;
Ш – радиально-упорный шариковый подшипник одностороннего действия;
Шз – шариковый замковый подшипник;
Сб – радиальный подшипник скольжения без специального покрытия поверхностей трения;
С – радиальный подшипник скольжения со специальным покрытием поверхностей трения;
Су – упорный подшипник скольжения. Запись шифра опоры ведется от цапфы.
Основная опора группы В собирается по схемам РШзР (см. рис. 5.29 б) и РШзСу Р (см. рис. 5.51 б). Возможны сборки опор по схемам ШзШзР (см. рис. 5.29 а), а также ШШзШ и др.
Опоры группы Н собираются по схемам РШзССу и РШзСуССу (см. рис. 5.41 а). Опоры типов В и Н открытые и предназначены для рабо-ты с забойными двигателями.
Опоры группы А собираются по схемам СбШзС б (см. рис. 5.45), СШзСу С (см. рис. 5.47) и СШзСуССу (см. рис. 5.46). Опоры АУП, АУЛ и АУМ отличаются от опоры типа АУ наличием плавающих элементов в подшипниках скольжения, выполненных из материалов с улучшенными антифрикционными свойствами.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 740; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!