CN104763341B - 一种牙轮钻头轴承单金属密封结构 - Google Patents

一种牙轮钻头轴承单金属密封结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种牙轮钻头轴承单金属密封结构，包括有轴颈和镶装于牙轮轴孔的镶套，在轴颈的后端安设有供能圈，供能圈的外周配置金属密封环，金属密封环的前端面与镶套端面相配置，在轴颈的后端根部安设有密封保护垫，密封保护垫与金属密封环的后端面相配置，其特征在于所述的供能圈为锥形供能圈，锥形供能圈的回转截面为扁平状，且锥形供能圈的上下方外侧和/或内侧设置有环形凸缘。本发明锥形供能圈与金属密封环及轴颈形成有多重有效密封，使金属密封环与镶套下端面形成的动密封面的接触比压变化幅度更小，具有更好的稳定性。尤其是当牙轮发生上下窜动时，供能圈能及时平衡窜动导致的供能圈跟随性差的弱点，进一步提高了密封可靠性和使用寿命。

Description

一种牙轮钻头轴承单金属密封结构
技术领域
本发明涉及一种用于石油钻探领域的牙轮钻头轴承单金属密封结构。
背景技术
对于牙轮钻头单金属密封性能的提升，主要围绕密封保护垫以及金属密封环结构的优化。美国专利US7,413,037和US2014/0225327均是通过密封保护垫结构优化，改善密封保护垫的受力状况，从而提高密封保护垫寿命和密封整体密封结构寿命。美国专利US2011/0048810在金属密封环的表面创建有纹理的表面，增加金属环与供能圈的密封力。在异形截面供能圈上只有中国专利CN201826754U将供能圈和密封垫做成一个整体。在实际应用中，当牙轮在牙掌轴承上发生上下窜动时，金属动密封面的密封比压及供能圈与密封环之间的密封力均会发生变化。因此，供能圈的跟随性及其重要，供能圈压缩量及截面形状均是影响供能圈跟随性的重要因素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中存在的不足提供一种牙轮钻头轴承单金属密封结构，它能使轴承单金属密封的密封可靠性和使用寿命得到进一步的提高。本发明所采用的技术方案为：包括有轴颈和镶装于牙轮轴孔的镶套，在轴颈的后端安设有供能圈，供能圈的外周配置金属密封环，金属密封环的前端面与镶套端面相配置，在轴颈的后端根部安设有密封保护垫，密封保护垫与金属密封环的后端面相配置，其特征在于所述的供能圈为锥形供能圈，锥形供能圈的回转截面为扁平状，且锥形供能圈的上下方外侧和/或内侧设置有环形凸缘。按上述方案，在位于密封保护垫内侧和锥形供能圈后端的轴颈部位设置环形凸台，环形凸台的轴向端面与锥形供能圈的下端相配置，环形凸台的外周面与密封保护垫的内侧相配置。
按上述方案，所述的锥形供能圈直径上小下大，扁平回转截面的中线与锥形供能圈的中心线相倾斜，倾斜角度为10°~30°。
按上述方案，所述的锥形供能圈的上端面和/或下端面设置有环形凸缘。
按上述方案，所述的扁平回转截面的形状为8字形、双花瓣形、腰圆形或B形。
按上述方案，所述的锥形供能圈的内外侧中部设置有环形凹槽，环形凹槽截面为平直形或内凹弧形。
按上述方案，所述的金属密封环设有大端朝后的内锥孔，内锥孔的圆锥面与锥形供能圈的外周相配置。
按上述方案，所述的牙掌轴颈后端根部设置锥形供能圈安装槽，所述安装槽的底面为与金属密封环内锥孔相对应的锥面，所述安装槽的上下侧面与锥面垂直，且下侧面为环形凸台的轴向端面。
按上述方案，所述的安设在安装槽中的锥形供能圈两端及内侧有4处与牙掌轴颈根部接触，外侧有2处与金属密封圈的内锥孔相接处，形成多重有效密封。
按上述方案，所述的锥形供能圈由耐磨橡胶制成。
本发明所取得的有益效果为：1、供能圈回转截面形状为扁平状，扁平状回转截面供能圈与牙掌轴颈密封接触点增加，与金属密封环内侧由1点密封增加到2点密封，使牙轮钻头的密封能力得到有效提高；2、设置锥形供能圈安装槽形成多重有效密封，进一步增强了密封性能；3、因供能圈与牙掌轴颈由2点密封增加到4点密封，金属密封环内侧与扁平状供能圈上下2点接触，使金属密封环与镶套下端面形成的动密封面的接触比压变化幅度更小，具有更好的稳定性。尤其是当牙轮在牙掌轴承上发生上下窜动时，扁平状回转截面供能圈通过上下两端的压缩量调整及时平衡了窜动导致的供能圈跟随性差的弱点，进一步提高了本发明的可靠性和使用寿命。
附图说明
图1是本发明一个实施例的牙轮钻头轴承部位结构剖视图。
图2、3是本发明第一个实施例中轴承密封部位的局部放大剖面图。
图4是本发明第一个实施例中供能圈剖视结构图。
图5、6是本发明第二个实施例中轴承密封部位的局部放大剖面图。
图7是本发明第二个实施例中供能圈剖视结构图。
图8是本发明第三个实施例中轴承密封部位的局部放大剖面图。
图9是本发明第三个实施例中供能圈剖视结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
第一个实施例如图1、2、3、4所示，图2、3是图1中的密封部位局部放大图的两种结构，图2的锥形供能圈回转截面为双圆形或双椭圆形，环形凹槽截面为平直形，图3的环形凹槽截面为内凹弧形，图4为图2中锥形供能圈9结构图。牙轮钻头的轴承金属密封结构包括有牙掌1和牙轮3，牙掌下方设置有牙掌轴颈2，牙轮内孔安有镶套7，镶套用耐磨材料制作，如不锈钢、硬质合金等，镶套采用过盈配合方式固定在牙轮3的内孔中，镶套7的内孔与轴颈2相配置构成滑动轴承，使得牙轮通过轴孔与牙掌轴颈2相套接，构成牙轮钻头轴承，钢球4从塞销孔放入轴承后将塞销6焊接固定，通过钢球4将牙轮3保持在牙掌轴颈2上，长油孔5给钻头轴承提供润滑脂。在轴颈的后端安设有锥形供能圈9，供能圈的外周配置金属密封环8，金属密封环的前端面与镶套端面相配置，在轴颈的后端根部安设有密封保护垫10，密封保护垫与金属密封环的后端面相配置，金属密封环安设在轴承后端牙掌轴颈的根部，所述金属密封环设有大端朝后的内锥孔，金属密封环的前端面与牙轮的镶套7后端面相配置组成端面动密封。在位于密封保护垫内侧和锥形供能圈后端的轴颈部位设置环形凸台，环形凸台的轴向端面与供能圈的下端相配置，环形凸台的外周面与密封保护垫的内侧相配置。所述的供能圈为锥形供能圈，锥形供能圈的回转截面为扁平状，锥形供能圈直径上小下大，扁平回转截面的形状为8字形，内外侧中部设置有环形凹槽，环形凹槽截面为梯形或内凹弧形，扁平回转截面的中线13与锥形供能圈的中心线12相倾斜，倾斜角度为18°~23°。在牙掌轴颈后端根部设置供能圈安装槽11，所述安装槽的底面为与金属密封环内锥孔相对应的锥面，所述安装槽的上下侧面与锥面垂直，且下侧面为环形凸台的轴向端面。锥形供能圈9安设在牙掌轴颈根部的安装槽中，与安装槽底面有2处接触形成静密封，上下两端与密封槽上下相接触形成静密封，外侧有2处与金属密封环8内锥孔接触形成静密封，同时为金属密封环的端面动密封提供预紧力。这样将改善了镶套7与金属密封环8之间动密封的密封比压变化幅值，工作更稳定，从而确保密封可靠性和延长密封寿命。
本发明的第二个实施例如图5、6、7所示，其与第一个实施例的不同之处在于锥形供能圈9的回转截面形状为双花瓣形，上下左右共有6个花瓣，形成6个密封接触点，中间为双花瓣的相连处。其它部分与第一个实施例相同。
本发明的第三个实施例如图8、9所示，锥形供能圈9的回转截面形状为腰圆形，在腰圆形截面的上下方内外侧分别设置有环形凸缘。其它部分与第一个实施例相同。

Claims (9)

1.一种牙轮钻头轴承单金属密封结构，包括有轴颈和镶装于牙轮轴孔的镶套，在轴颈的后端安设有供能圈，供能圈的外周配置金属密封环，金属密封环的前端面与镶套端面相配置，在轴颈的后端根部安设有密封保护垫，密封保护垫与金属密封环的后端面相配置，其特征在于所述的供能圈为锥形供能圈，锥形供能圈的回转截面沿径向为扁平状，且锥形供能圈的上下方外侧和/或内侧设置有环形凸缘；所述的锥形供能圈直径上小下大，即上端面直径小，下端面直径大，扁平回转截面的中线与锥形供能圈的中心线相倾斜，倾斜角度为10°~30°。
2.按权利要求1所述的牙轮钻头轴承单金属密封结构，其特征在于密封保护垫内侧和锥形供能圈后端的轴颈部位设置环形凸台，环形凸台的轴向端面与锥形供能圈的下端相配置，环形凸台的外周面与密封保护垫的内侧相配置。
3.按权利要求1所述的牙轮钻头轴承单金属密封结构，其特征在于所述的锥形供能圈的上端面和/或下端面设置有环形凸缘。
4.按权利要求1所述的牙轮钻头轴承单金属密封结构，其特征在于扁平回转截面的形状为8字形、双花瓣形、腰圆形或B形。
5.按权利要求1所述的牙轮钻头轴承单金属密封结构，其特征在于所述的锥形供能圈的内外侧中部设置有环形凹槽，环形凹槽截面为平直形或内凹弧形。
6.按权利要求1或2所述的牙轮钻头轴承单金属密封结构，其特征在于所述的金属密封环设有大端朝后的内锥孔，内锥孔的圆锥面与锥形供能圈的外周相配置。
7.按权利要求2所述的牙轮钻头轴承单金属密封结构，其特征在于所述的轴颈后端根部设置锥形供能圈安装槽，所述安装槽的底面为与金属密封环内锥孔相对应的锥面，所述安装槽的上下侧面与锥面垂直，且下侧面为环形凸台的轴向端面。
8.按权利要求7所述的牙轮钻头轴承单金属密封结构，其特征在于所述的安设在安装槽中的锥形供能圈两端及内侧有4处与轴颈根部接触，外侧有2处与金属密封圈的内锥孔相接处，形成多重有效密封。
9.按权利要求1或2所述的牙轮钻头轴承单金属密封结构，其特征在于所述的锥形供能圈由耐磨橡胶制成。
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