高密封性牙輪鑽頭的製作方法

2023-07-21 09:18:01 2

專利名稱：高密封性牙輪鑽頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及鑽井工具技術領域，尤其涉及一種高密封性牙輪鑽頭。
背景技術：
牙輪鑽頭是在地殼中破碎巖石的一種工具，廣泛應用與石油、天然氣鑽井以及其他礦用鑽探等領域。隨著石油資源的進一步開發，常規鑽井可開採的油井數量越來越少，開採的難度越來越大，採用非常規鑽井開發的油井越來越多，定向井、斜井、大位移井、水平井、分支井等特殊工藝井在石油開採中所佔的比例越來越大，從而使使用井下動力鑽具的機會更多時間更長，由動力鑽具加轉盤旋轉的複合鑽井方式得到越來越廣泛的使用，其特點就是鑽頭轉速有了較大的提高，已經超過原轉盤鑽井的2-3倍，達到250-300轉 /分鐘。基於此，要求現代高密封性牙輪鑽頭必須在高轉速下保持長的壽命，以減少鑽井起下鑽的次數，降低非鑽井時間，提高鑽井效率和降低鑽井成本。因此，提高高密封性牙輪鑽頭軸承系統和密封系統適應高轉速高溫的能力是目前高密封性牙輪鑽頭迫切需要解決的問題。目前，牙輪鑽頭主要由牙掌、牙掌軸、牙輪、牙輪孔、鎖緊元件和密封件構成。而現行的高密封性牙輪鑽頭密封件，主要有橡膠圈密封和金屬端面密封。橡膠圈密封是利用橡膠良好的塑性變形能力，給密封圈以一定的壓縮變形來保證密封。單純的橡膠圈密封雖然結構簡單、緊湊；但是摩擦力大、不能適應高速運轉，耐寒和耐熱性差、易老化、使用時間短，密封早期失效，進而使整個高密封性牙輪鑽頭過早報廢。而金屬端面密封它由金屬環、橡膠圈等組成密封件。其中橡膠圈作為功能圈和靜密封圈，金屬環承擔動密封。其優點是密封件摩擦力小、適應高速能力強；然而，由於橡膠圈的存在，影響了密封元件的壽命和適應溫度的能力；同時，元件多以佔用空間多，系統複雜，製造要求高，組裝工藝繁瑣，限制了使用範圍。

實用新型內容本實用新型的目的在於克服上述技術的不足，而提供一種高密封性牙輪鑽頭，結構簡單緊湊，提高密封部件的密封性、耐腐蝕性，進而提高牙輪鑽頭的使用壽命。本實用新型為實現上述目的，採用以下技術方案一種高密封性牙輪鑽頭，包括牙輪以及牙掌軸，在靠近牙輪的牙輪軸孔開口的部位設有密封槽，其特徵在於所述密封槽中設有密封部件，所述密封部件由密封夾套和蓄能彈簧構成，所述密封部件套接在蓄能彈簧上。所述密封夾套的截面形狀呈倒「U」形。所述蓄能彈簧採用懸臂指狀式彈簧，其截面形狀呈倒「U」形。所述蓄能彈簧採用螺旋狀盤繞式彈簧，其截面形狀為圓環形。所述蓄能彈簧採用繞線彈簧，其截面形狀為橢圓形。所述蓄能彈簧採用雙排列的帶狀彈簧，其截面形狀呈倒「U」形。所述密封夾套的兩側靠近下部的位置沿密封夾套的環周方向設有凸起部。[0012]所述密封夾套採用聚四氟乙烯或填充聚四氟乙烯。所述密封夾套和蓄能彈簧在自由狀態下的總寬度大於牙掌和牙輪形成的密封區域的最大寬度。所述密封夾套和蓄能彈簧在自由狀態下的總高度小於牙輪孔槽的最小高度。本實用新型的有益效果是I、結構簡單、緊湊。其彈簧蓄能密封圈本身具有彈性和良好的變形能力。不需要現行金屬端面密封裝置中橡膠圈作功能圈和輔助密封元件，所需密封空間小。2、適應高速能力強。彈性蓄能密封圈的密封夾套是用聚四氟乙烯製成，與傳統的橡膠密封材料氫化丁腈相比，摩擦係數低，適應高速能力強。3、耐腐蝕、適應溫度範圍廣。傳統的橡膠密封限制了使用溫度，而彈簧蓄能密封圈結合了改性聚四氟乙烯和金屬彈簧的優點，尺寸穩定，沒有體積變形或收縮所衍生的密封·性能劣化問題，使用溫度可達200°C以上。4、現行密封裝置繁雜、元件多，增加了製造工序和成本。本密封圈集合了彈性功能和密封功能，消除了輔助元件，減少了加工工序，產品一致性好，質量穩定，降低了製造成本。5、佔用空間小。與金屬端面密封相比本密封圈佔用空間相對小。節約了空間，延長了是用壽命。

圖I為本實用新型高密封性牙輪鑽頭牙掌與牙輪的組裝結構圖；圖2為本實用新型中密封部件的剖面結構放大圖；圖3為本實用新型密封部件在圖2的基礎上組裝壓緊後的剖面結構放大圖；圖4為本實用新型密封部件在圖2的基礎上組裝壓緊後工作狀態的剖面結構放大圖；圖5為本實用新型的第二種密封部件結構剖面結構放大圖；圖6為本實用新型的第三種中密封部件結構剖面結構放大圖；圖7為本實用新型的第四種密封部件結構剖面結構放大圖。
具體實施方式
以下結合附圖及較佳實施例詳細說明本實用新型的具體實施方式
。如圖I所示一種高密封性牙輪鑽頭，包括牙輪3以及牙掌軸4，牙輪和牙掌軸通過安裝在兩者之間「R」形槽中的定位鋼球5鎖緊在一起，兩者只能徑向轉動而不能軸向滑動。在靠近牙輪的牙輪軸孔開口的部位設有密封槽，所述密封槽中設有密封部件，所述密封部件由密封夾套I和蓄能彈簧2構成，所述密封部件套接在蓄能彈簧上。如圖2所示，是本實用新型密封部件未組裝狀態的剖面結構放大圖，所述密封夾套的截面形狀呈倒「U」形。圖中密封夾套沒有被壓縮。所述蓄能彈簧採用懸臂指狀式彈簧，其截面形狀呈倒「U」形。這種獨特的彈簧設計允許密封溝槽有一定的跳動，運行偏心度和更大的公差範圍。密封摩擦大量減少，並能保證高，低壓下的密封。所述密封夾套的兩側靠近下部的位置沿密封夾套的環周方向設有凸起部，這凸起部分是起密封作用的，凸起部分磨損後由裡面的彈簧可以補償。所述密封夾套採用聚四氟乙烯或填充聚四氟乙烯。所述密封夾套和蓄能彈簧在自由狀態下的總寬度大於牙掌和牙輪形成的密封區域的最大寬度，這是為了裝配後有一定的過盈量(壓縮量)，這樣才能起密封作用。所述密封夾套和蓄能彈簧在自由狀態下的總高度小於牙輪孔槽的最小高度，這是為了鑽頭在井下工作時在有系統壓力的情況下彈簧蓄能密封圈在牙輪孔槽中能有軸向移動的量，這樣更能有效的起到密封作用。如圖3所 示，在高密封性牙輪鑽頭的牙輪3與牙掌軸4裝配時，同時裝配密封部件，由於密封部件以一定的過盈量裝入密封槽中，密封部件受壓變形如圖3所示之形狀。圖3所示的是組裝壓緊後的情況，這時在牙輪與牙掌軸之間裝入定位鋼球5，便可形成一個完整的密封系統。密封夾套的兩個工作面分別與牙掌軸、牙輪的特定密封面緊密貼合，形成兩個摩擦副6。摩擦副6兩個工作面的密封力(貼合力)的大小，取決於密封夾套的壓縮量和彈簧的彈力變形。如圖4所示，是密封部件裝入高密封性牙輪鑽頭後工作時的狀態。高密封性牙輪鑽頭下井工作的過程中井下是有一定的壓力的。工作時密封夾套I的兩個工作面分別與牙掌軸4、牙輪3的特定密封面緊密貼合，形成兩個摩擦副6，摩擦副6兩個工作面的密封力(貼合力)的大小取決於彈簧蓄能密封圈的壓縮量、彈簧的彈力變形、及系統壓力的大小。在高密封性牙輪鑽頭工作時密封夾套I的端面與牙輪3的端面在系統壓力下緊密貼合形成貼合面7，貼合力的大小取決於外界系統壓力的大小。如圖4所示結構，能使摩擦副6及貼合面7始終保持一定的接觸壓強，隔離軸承內腔與外部空間，形成可靠的密封。在高密封性牙輪鑽頭工作過程中，蓄能彈簧2能給密封夾套I提供永久彈力，並彌補材料磨損及配合零件的偏移或偏心。系統壓力也會輔助密封夾套蓄能。通過蓄能彈簧2彈力和系統壓力，無論在高壓或低壓下，都可實現有效密封。從而防止軸承腔內潤滑油脂外溢和外部鑽井液進入。圖5至圖7是圖2的近似派生的另三種結構，其工作原理與第一種方案相同。本專利不在敘述。如圖5所示，所述蓄能彈簧採用螺旋狀盤繞式彈簧，其截面形狀為圓環形。螺旋狀盤繞式彈簧提供了一種由中到高的彈簧負荷，以達到靜態和慢速到中速的動態密封。如圖6所示，所述蓄能彈簧採用繞線彈簧，其截面形狀為橢圓形。該結構特點在維持一種有效的密封負荷的時候，可以允許護套內有一個大的磨損公差。如圖7所示，所述蓄能彈簧採用雙排列的帶狀彈簧，其截面形狀呈倒「U」形。該種結構提供了最大限度的彈簧繞度，並且可以在動力和靜態密封中用於往復和旋轉運動。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種高密封性牙輪鑽頭，包括牙輪以及牙掌軸，在靠近牙輪的牙輪軸孔開口的部位設有密封槽，其特徵在於所述密封槽中設有密封部件，所述密封部件由密封夾套和蓄能彈簧構成，所述密封部件套接在蓄能彈簧上。
2.根據權利要求I所述的高密封性牙輪鑽頭，其特徵在於所述密封夾套的截面形狀呈倒「U」形。
3.根據權利要求2所述的高密封性牙輪鑽頭，其特徵在於所述蓄能彈簧採用懸臂指狀式彈簧，其截面形狀呈倒「U」形。
4.根據權利要求2所述的高密封性牙輪鑽頭，其特徵在於所述蓄能彈簧採用螺旋狀盤繞式彈簧，其截面形狀為圓環形。
5.根據權利要求2所述的高密封性牙輪鑽頭，其特徵在於所述蓄能彈簧採用繞線彈簧，其截面形狀為橢圓形。
6.根據權利要求2所述的高密封性牙輪鑽頭，其特徵在於所述蓄能彈簧採用雙排列的帶狀彈簧，其截面形狀呈倒「U」形。
7.根據權利要求3至6任意之一所述的高密封性牙輪鑽頭，其特徵在於所述密封夾套的兩側靠近下部的位置沿密封夾套的環周方向設有凸起部。
8.根據權利要求7所述的高密封性牙輪鑽頭，其特徵在於所述密封夾套採用聚四氟乙烯或填充聚四氟乙烯。
9.根據權利要求8所述的高密封性牙輪鑽頭，其特徵在於所述密封夾套和蓄能彈簧在自由狀態下的總寬度大於牙掌和牙輪形成的密封區域的最大寬度。
10.根據權利要求9所述的高密封性牙輪鑽頭，其特徵在於所述密封夾套和蓄能彈簧在自由狀態下的總高度小於牙輪孔槽的最小高度。
專利摘要本實用新型涉及鑽井工具技術領域，尤其涉及一種高密封性牙輪鑽頭，包括牙輪以及牙掌軸，在靠近牙輪的牙輪軸孔開口的部位設有密封槽，其特徵在於所述密封槽中設有密封部件，所述密封部件由密封夾套和蓄能彈簧構成，所述密封部件套接在蓄能彈簧上。本實用新型結構簡單、緊湊。其彈簧蓄能密封圈本身具有彈性和良好的變形能力。不需要現行金屬端面密封裝置中橡膠圈作功能圈和輔助密封元件，所需密封空間小。適應高速能力強。彈性蓄能密封圈的密封夾套是用聚四氟乙烯製成，與傳統的橡膠密封材料氫化丁腈相比，摩擦係數低，適應高速能力強。
文檔編號E21B10/25GK202745699SQ20122036100
公開日2013年2月20日 申請日期2012年7月24日 優先權日2012年7月24日
發明者吳玉旺, 胡友生 申請人:天津立林鑽頭有限公司