Уплотнительные устройства

При надвигании шарошки на цапфу увеличивается давление в торцовом контакте, что приводит к повышению момента сил в уплотнении. При обратном перемещении шарошки давление в контакте снижается, что может вызвать разгерметизацию стыка и подсос промывочной жидкости в опору. В связи с этим, перспективными для применения в высокооборотных долотах с опорами качения могут быть уплотнения, режим работы которых не зависит от износа не только радиальных, но и осевых подшипников опоры. Конструкция подобного уплотнения показана на рис. 3.30.

Рис. 3.30. Уплотнение с улучшенной деформационной характеристикой

Уплотнение включает эластичное кольцо 1 круглого сечения и металлическую втулку 2, установленную в полости, образованной ступенчатой расточкой в шарошке 3 и поверхностью цапфы 5. Втулка 2 установлена с радиальными зазорами s₁ относительно цапфы и s₂ — относительно шарошки, с осевыми зазорами с₁ относительно торца подшипника 4 и с₂ — относительно торца цапфы. Втулка 2 удерживается от осевого смещения эластичным кольцом, расположенным между поверхностями расточки в шарошке и втулкой с предварительным радиальным и осевым натягом.

Уплотнение работает следующим образом. В процессе бурения шарошка 3 вместе с эластичным кольцом 1 и втулкой 2 вращается  относительно цапфы 5; при этом шарошка совершает радиальные, угловые и осевые колебания относительно цапфы. Наличие зазоров s₁ и s₂ обеспечивает радиальное смещение шарошки, а так как s₁ больше s₂, то эластичное кольцо 1 при этом практически не деформируется. При угловых колебаниях шарошки происходит неравно, мерная деформация эластичного кольца в осевом направлении, которая компенсируется возможностью перемещения втулки относительно шарошки в пределах зазоров  с₁ и s₂. В нормальных условиях работы имеет место постепенное надвигание шарошки на цапфу из-за  износа подшипников и торцовых поверхностей пары трения «эластичное кольцо - основание цапфы», что приводит к взаимной компенсации и к незначительному изменению осевого натяга кольца. В случае возникновения осевых колебаний шарошки, обусловленных поперечными колебаниями долота на забое скважины, герметизация опоры обеспечивается в пределах допустимого осевого люфта, который определяет выбор осевого натяга кольца 1 и зазора с₁.

Данное техническое решение уплотнения с улучшенной деформационной характеристикой защищено патентом РФ № 2096579.