CN102720433A

CN102720433A - 牙轮钻头弹簧蓄能轴承双密封圈

Info

Publication number: CN102720433A
Application number: CN2012100931485A
Authority: CN
Inventors: 幸发芬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-01
Filing date: 2012-04-01
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明属牙轮钻头轴承密封技术领域。主要由牙掌轴承、牙轮内孔、两个弹性密封圈、一个密封槽组成。其特征是：两个弹性密封圈背靠背装在密封槽内。密封圈是由弹簧内圈和密封外壳组成的弹簧蓄能密封圈。其内圈是由不锈钢类材料制作的金属弹簧，外壳由塑料制成。在密封圈截面内还可以填充一些物质。填充物可选择低硬度耐高温的硅胶。密封外壳的前沿有内凸缘和内、外密封唇。内凸缘用于固定弹簧内圈。弹簧内圈的张力顶压内、外密封唇，使它们分别与轴承密封槽的两个密封面接触，实现牙掌轴承与牙轮内孔之间的密封。密封外壳采用耐磨性好摩擦系数极小的高分子塑料制成。提高了密封件适应高速的能力和密封系统适应内外压差的能力，延长了密封寿命。

Description

牙轮钻头弹簧蓄能轴承双密封圈

技术领域

本发明属于牙轮钻头轴承密封技术领域。适用于石油、地质、工程用的密封型牙轮钻头。

背景技术

牙轮钻头的寿命主要取决于轴承。而轴承的寿命主要取决于密封。密封的任务一是防止轴承内的润滑脂泄漏，二是阻止钻头外部具有腐蚀性和研磨性的泥浆侵入轴承。密封一旦失效，轴承就会很快地被磨损，从而导致钻头失效。

目前，牙轮钻头采用的密封主要有两种形式：橡胶密封和机械密封。

如，专利US 5524718、5655611采用的是一个橡胶O形圈密封，US 3765495、US 4037673采用的是一个矩形橡胶圈密封，其优点是制造简单，缺点是密封寿命短，与钻头其它构件的寿命不匹配。

专利CN 201080787Y、US 6033117、US 6254275 B1采用的是双橡胶密封圈，它们的优点是比常规的单橡胶密封圈多了一重密封、延长了密封寿命，但是，结构复杂，制造难度大。

另外一种形式的密封是机械密封。如专利US 4516641、US 4666001、US4923020，采用的是由两个橡胶供能密封圈和两个金属密封环组成的机械密封。其优点是动密封由金属密封面承担，延长了密封的寿命，缺点是制造难度大。

专利CN 101182756A采用金属弹簧蓄能圈作为静密封圈的同时为机械密封提供密封压力。其缺点与常规机械密封相同，制造难度较大。

上述密封系统都要求轴承系统内的压力处于平衡的状态，以避免密封元件被挤压失效或密封面出现脱离现象。

发明内容

本发明针对牙轮钻头上述密封中的不足，采用在一个轴承密封槽内背靠背安装两个弹簧蓄能密封圈的技术，依靠弹簧内圈的张力给耐磨性极好、摩擦系数极低的塑料外壳提供密封力的方式，实现轴承的旋转密封。即具有制造简单的优点，又提高了轴承密封适应高转速的能力和适应密封系统内外压差的能力，延长了密封件的寿命和牙轮钻头的寿命。

附图说明

图1是本发明的一种典型结构图。

图2是弹簧蓄能密封圈的典型截面示意图。

图3是弹簧内圈的结构示意图之一。

图4是第二种弹簧蓄能密封圈典型截面图。

图5是U形弹簧内圈结构示意图。

图6是第三种弹簧蓄能密封圈典型截面图。

图7是第四种弹簧蓄能密封圈典型截面图。

图8是由圆形钢丝卷制而成的O形弹簧。

图9是由条状钢丝卷制而成的O形弹簧。

图10是本发明的第二种典型结构图。

图11是本发明的第三种典型结构图。

图12是本发明的第四种典型结构图。

具体实施方式

图1是本发明的一种典型结构图。牙掌轴承1与牙轮内孔2配合，形成牙轮钻头的轴承。在轴承的根部有密封槽3，槽3内装有外密封圈4和内密封圈5。密封圈4和5都是V形截面的弹簧蓄能密封圈，两个密封圈的结构、性能完全相同，所不同的是安装方向。外密封圈4的开口7朝着轴承的外部方向，内密封圈5的开口方向6朝着轴承的内部方向。两个密封圈背靠背安装在一起。

图2是V形弹簧蓄能密封圈的截面示意图。弹簧蓄能密封圈由弹簧内圈8和密封外壳9组成。在外壳9上有内凸缘10、外密封唇11、内密封唇12。内凸缘10用于固定弹簧内圈8。弹簧内圈8为密封外壳9提供张力，使外密封唇11和内密封唇12分别与密封槽的内、外径密封面接触，实现牙掌轴承与牙轮内孔之间的密封。

当轴承系统内的油脂压力升高的时候，内密封圈5的内、外密封唇更加紧密地与密封槽的密封面接触，加强了密封系统的密封能力。

当轴承系统外的泥浆压力升高的时候，外密封圈4的内、外密封唇更加紧密地与密封槽的密封面接触，也加强了密封系统的密封能力。

密封外壳9由耐高温、耐磨损、摩擦系数低的塑料类材质制作而成。如高分子或超高分子的聚四氟乙烯，且在聚四氟乙烯中填充一些能承受聚四氟乙烯烧结温度的添加剂，如玻璃纤维、金属、金属化氧化物、石墨、二硫化钼、碳纤维等。又如由聚醚醚酮、聚酰亚胺等塑料制作密封外壳。低摩擦系数提高了密封系统适应高转速的能力。

图3是弹簧内圈的结构示意图之一。图3中的弹簧内圈是V形。弹簧内圈由片状不锈钢类别的钢材制作而成。如1Cr17Ni7、NiMo16Cr15W、CoCr20Ni15Mo等不锈钢。

图4是第二种弹簧蓄能密封圈典型截面图。图中的弹簧内圈是U形结构。

图5是U形弹簧内圈结构示意图。由不锈钢类条状材料绕制成型后对焊而成。

图6是第三种弹簧蓄能密封圈典型截面图。图中的弹簧内圈是O形结构。

图7是第四种弹簧蓄能密封圈典型截面图。图中的弹簧内圈是椭圆形结构。

图8是由圆形钢丝卷制而成的O形弹簧，两头对焊即得O形弹簧内圈。

图9是由条状钢丝卷制而成的O形弹簧，两头对焊即得O形弹簧内圈。

图10是本发明的第二种典型结构图。图中牙掌轴承1、牙轮内孔2、密封槽3、内密封圈5与图1中的相同。所不同的是，与内密封圈5背对背安装的外密封圈13内，装有填充物14。填充物14由低硬度、耐高温的硅橡胶制成，用于防止外部泥浆进入密封圈内部空腔，影响弹簧内圈的弹性。

图11是本发明的第三种典型结构图。图中的两个密封圈4和5，与图1中的完全相同。本图与图1的区别是，牙掌轴承15采用了“牙轮钻头偏心等宽轴承密封槽”中的专利技术，其承压圆柱体18与密封圆柱体17间有偏心和直径的差异。这种专利技术的“偏心”和“直径的差异”，确保密封槽16在圆周方向是等宽度的，从而为密封圈4和5提供了一个在圆周方向等压缩的工作环境，降低了密封圈的设计压缩率，提高了密封圈适应高转速的能力和密封的寿命。

图12是本发明的第四种典型结构图。采用了“牙轮钻头偏心等宽轴承密封槽”中专利技术的牙掌轴承15、与牙轮内孔2形成专利技术的等宽密封槽16。内密封圈5与外密封圈13背对背安装在密封槽16中。外密封圈13内装有填充物14。

Claims

1.一种牙轮钻头轴承密封系统，主要由一个密封槽和两个背靠背安装在密封槽内的弹簧蓄能密封圈组成。

2.根据权利要求1所述的弹簧蓄能密封圈，主要由弹簧内圈和密封外壳组成。

3.根据权利要求1所述的弹簧蓄能密封圈，可以由弹簧内圈、密封外壳、中间填充物组成。

4.根据权利要求2和3所述的弹簧内圈，其截面形状为U形、V形、O形、或椭圆形等，由条状或圆形钢丝绕制而成。

5.根据权利要求4所述的弹簧内圈，其材质为不锈钢类合金。

6.根据权利要求2和3所述的密封外壳，其前沿有内凸缘、外密封唇、内密封唇。

7.根据权利要求6所述的密封外壳，由高分子或超高分子的塑料类材料制作而成。

8.根据权利要求3所述的中间填充物由低硬度、耐高温的硅橡胶制作而成。