一種牙輪鑽頭軸承密封結構的製作方法

2023-05-27 16:34:26 3

專利名稱：一種牙輪鑽頭軸承密封結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種石油、地質鑽井用牙輪鑽頭的軸承密封結構，也可用於其它類似構件 的軸承密封。
背景技術：
為提高牙輪鑽頭的密封性能其軸承的密封可採用金屬密封結構，如美國專利 US4，753，304提出的一種單金屬密封結構，這種密封結構包括有金屬密封環、牙輪鑲套和0 型橡膠密封圈，該專利的特點是金屬端面密封結構軸向佔用空間小、可靠性高。美國專利 US6，026，917提出了一種具有密封保護墊的單金屬密封結構，密封保護墊可以防止巖屑進 入密封區，該專利是對US4，753，304的進一歩改進完善。牙輪鑽頭採用上述這種金屬密封 結構可以適應高壓和較高溫度環境，在這種結構中O型橡膠圈除起靜密封作用外還提供軸 向彈力對金屬密封圈進行預緊。然而，橡膠是高分子聚合物，其力學性能對溫度和時間的 依賴程度要大的多，隨溫度和時間變化橡膠有一定永久變形和力學性能的改變。如現用的 橡膠材料耐溫150°C，井下溫度更高后儘管金屬密封摩擦副可以耐更高的溫度，由於提供 預緊儲能和靜密封的橡膠無法承受，這樣整體的密封結構無法在更高溫度條件下使用。粘 彈性是高聚物材料力學性能的一個重要特徵，橡膠在加載過程和卸載過程中應力應變曲線 不重合。由於這些特性，為保證牙輪竄動時卸載過程中密封可靠，設計該金屬密封結構需 要O型橡膠密封圈提供較大的彈性預緊儲能，這樣在正常鑽進時密封端面比壓大，密封摩 擦副磨損大從而影響了密封壽命。同時在這種情況下，牙輪鑽頭長時間儲放也會影響橡膠 件性能，從而影響密封的可靠性。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術存在的不足而提供一種耐溫性能 好、密封可靠性高的牙輪鑽頭軸承密封結構。
本發明為解決上述提出的問題所採用的技術方案為包括有牙輪3和牙掌1，牙輪通
過內孔與牙掌軸頸2相套接，構成牙輪鑽頭軸承，在軸承的上端牙掌軸頸的根部安設有金 屬端面密封環8與牙輪內孔端面相配置，在金屬端面密封環的上端配置有密封圈，其不同 之處在於所述的密封圈為爪式截面金屬彈簧密封圈9。
按上述方案，所述的爪式截面金屬彈簧密封圈9由開口向內的爪式截面環行密封圈11
內置環行金屬彈簧io構成。
按上述方案，所述的爪式截面環行密封圈11的截面為V形，環行金屬彈簧10的截面 也為V形。
按上述方案，所述的爪式截面環行密封圈11的截面為U形，環行金屬彈簧10的截面 為U形或O形。
按上述方案，所述的爪式截面環行密封圈11由耐溫高分子材料製成。 本發明與現有牙輪鑽頭軸承密封結構相比，具有以下的有益效果
1、 採用金屬彈簧和耐溫高分子材料組合的密封圈，提高了密封的耐溫性，鑽頭可以在 更深井和更高溫度環境下使用。
2、 採用金屬彈簧儲能，力學性能更好，密封力可以得到較好的控制，由於竄動過程中 力隨位移變化響應速度快，設計的端面密封力可以比現有O形橡膠供能圈的端面密封力小， 減少密封面磨損，提高密封的可靠性和壽命。
3、 橡膠供能圈的性能隨時間變化大，而金屬彈簧力學性能隨時間變化小，所以有更長 的存放期，從而提高了軸承密封的可靠性。
4、 相對現有密封結構中軸頸有複雜的凹槽，本發明的軸頸結構簡化，加工工藝性較好。


圖1是本發明一個實施例的牙輪鑽頭局部剖面圖。 圖2是本發明一個實施例中牙輪鑽頭軸承密封部位局部放大剖面圖。 圖3是本發明第二個實施例中牙輪鑽頭軸承密封部位局部放大剖面圖。 圖4是本發明第三個實施例中牙輪鑽頭軸承密封部位局部放大剖面圖。 圖5是本發明第四個實施例中牙輪鑽頭軸承密封部位局部放大剖面圖。
具體實施例方式
以下結合附圖進一步說明本發明的實施例。
第一個實施例如圖l、 2所示，包括有牙輪3和牙掌1，牙輪通過內孔與牙掌軸頸2相 套接，構成牙輪鑽頭軸承，鋼球4從塞銷孔放入軸承後將塞銷6焊接固定，通過鋼球4將 牙輪3保持在牙掌軸頸2上，潤滑脂孔5給鑽頭軸承提供潤滑脂。牙輪內孔安有鑲套7， 鑲套用耐磨材料製作，如不鏽鋼、硬質合金等，鑲套採用過盈配合方式固定在牙輪3的內 孔中，鑲套7的內孔與軸頸2相配置構成滑動軸承，在軸承的上端牙掌軸頸的根部安設有 金屬端面密封環8與牙輪內孔鑲套7端面相配置，組成金屬端面動密封，在金屬端面密封 環的外周上端具有向上延伸一段距離的外邊緣，使金屬端面動密封截面呈L形或b形，外
邊緣內配置有爪式截面金屬彈簧密封圈9，金屬彈簧密封圈壓縮在密封環8和牙掌軸頸2 根部端面之間，所述的爪式截面金屬彈簧密封圈9由開口向內的爪式截面環行密封圈11 內置環行金屬彈簧10構成，爪式截面環行密封圈11的截面為V形，環行金屬彈簧10的 截面也為V形。所述的爪式截面環行密封圈11由耐溫高分子材料製成，如PTFE、改性PTFE、 聚合物填充PTFE及氟橡膠和矽橡膠等橡膠材料；環行金屬彈簧10可由金屬帶摺疊形成， 也可以為整體V形環帶，為調整彈簧的力學特性，在V形金屬環帶上可以開有不同寬度的 槽；爪式截面環行密封圈與環行金屬彈簧可相結合成一體。金屬彈簧密封圈受壓緊貼金屬 端面密封環8和牙掌軸頸形成靜密封，同時為金屬端面密封環的端面動密封提供預緊力， 從而確保密封可靠性和延長密封壽命。
本發明第二個實施例如圖3所示，與上一個實施例的不同之處在於爪式截面環行密封 圈11的截面為U形，環行金屬彈簧10的截面也為U形。在U形金屬環帶上可以開有不 同寬度的槽。
本發明第三個實施例如圖4所示，與第二個實施例的不同之處在於環行金屬彈簧10 由螺旋O形金屬彈簧構成，螺旋金屬彈簧可以由圓形金屬絲螺旋繞制而成，也可以由金屬 帶繞制而成。
本發明第四個實施例如圖5所示，環行金屬彈簧10採用是螺旋O形金屬彈簧，與第 三個實施例的不同之處在於金屬彈簧密封圈壓縮方向與金屬端面密封環8的密封端面垂 直。
權利要求
1、一種牙輪鑽頭軸承密封結構，包括有牙輪(3)和牙掌(1)，牙輪通過內孔與牙掌軸頸(2)相套接，構成牙輪鑽頭軸承，在軸承的上端牙掌軸頸的根部安設有金屬端面密封環(8)與牙輪內孔端面相配置，在金屬端面密封環的上端配置有密封圈，其特徵在於所述的密封圈為爪式截面金屬彈簧密封圈(9)。
2、 按權利要求1所述的牙輪鑽頭軸承密封結構，其特徵在於所述的爪式截面 金屬彈簧密封圈(9)由開口向內的爪式截面環行密封圈(11)內置環行金屬彈簧(10)構成。
3、 按權利要求2所述的牙輪鑽頭軸承密封結構，其特徵在於所述的爪式截面 環行密封圈(11)的截面為V形，環行金屬彈簧(10)的截面也為V形。
4、 按權利要求2所述的牙輪鑽頭軸承密封結構，其特徵在於所述的爪式截面 環行密封圈(11)的截面為U形，環行金屬彈簧(10)的截面為U形或O形。
5、 按權利要求2所述的牙輪鑽頭軸承密封結構，其特徵在於所述的爪式截面 環行密封圈(11)由耐溫高分子材料製成。
6、 按權利要求1或2所述的牙輪鑽頭軸承密封結構，其特徵在於在金屬端面 密封環(8)的外周上端具有向上延伸一段距離的外邊緣，使金屬端面動密封截面 呈L形或b形。
7、 按權利要求2所述的牙輪鑽頭軸承密封結構，其特徵在於爪式截面環行密 封圈(11)與環行金屬彈簧(10)相結合成一體。
8、 按權利要求4所述的牙輪鑽頭軸承密封結構，其特徵在於環行金屬彈簧 (10)由螺旋O形金屬彈簧構成，螺旋金屬彈簧由圓形金屬絲螺旋繞制而成，或由金屬帶繞制而成。
全文摘要
本發明涉及一種石油、地質鑽井用牙輪鑽頭的軸承密封結構，包括有牙輪和牙掌，牙輪通過內孔與牙掌軸頸相套接，構成牙輪鑽頭軸承，在軸承的上端牙掌軸頸的根部安設有金屬端面密封環與牙輪內孔端面相配置，在金屬端面密封環的上端配置有密封圈，其特徵在於所述的密封圈為爪式截面金屬彈簧密封圈。本發明採用金屬彈簧和耐溫高分子材料組合的密封圈，提高了密封的耐溫性，鑽頭可以在更深井和更高溫度環境下使用；密封圈的密封力可以得到較好的控制，減少密封面磨損，提高密封的可靠性和壽命；密封圈的金屬彈簧力學性能隨時間變化小，所以有更長的存放期，從而提高了軸承密封的可靠性。本發明的軸頸結構簡化，加工工藝性較好。
文檔編號E21B10/08GK101182756SQ20071016893
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月17日 優先權日2007年12月17日
發明者楊忠新, 郭國忠, 閆秋榮, 陳志華 申請人:江漢石油鑽頭股份有限公司