CN105350915B - 一种牙轮钻头的密封装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种牙轮钻头的密封装置。包括设于牙轮体和牙掌轴承之间的密封槽、以及设于所述密封槽内的密封组件，所述密封组件包括相互层叠连接的弹性密封圈和刚性密封环，所述刚性密封环和弹性密封圈于轴向的相向两侧劈面分别设有相互对应连接的密封面，所述刚性密封环的轴向另一侧壁面和牙掌轴承的相应壁面分别设有相互对应连接的密封面，所述弹性密封圈其径向外侧壁面和牙轮体的相应壁面分别设有相互对应连接的密封面。该牙轮钻头的密封装置结构简单、合理，制造简单，密封效果好，运行稳定可靠，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及一种牙轮钻头。尤其涉及用于采矿、石油钻探的滑动轴承和/或滚动轴承结构的一种牙轮钻头的密封装置。
背景技术
随着现代钻井工艺的快速发展，对牙轮钻头钻进要求越来越高。而牙轮钻头工作寿命主要取决钻头轴承在承受高钻压和高转速的情况下轴承系统运行的稳定性和可靠性，其轴承系统的运行关键在于其轴承的密封装置的稳定性和可靠性和耐用性。随着技术的发展，牙轮钻头的包括双金属密封和单金属密封结构的密封装置，其运行的稳定性和可靠性都有较大程度的提高。但是现有的这类牙轮钻头轴承系统的密封装置，其相应的零部件制造工艺比较复杂，且由于结构等原因在高压和高转速恶劣工作环境下，抗冲击振动和摆动性不够满意。如“双金属密封钻头的接触端面压应力分布高度不均匀，分布的区域多集中在密封金属环带内则1/3区域内，其必须经过前期的一个较长时间的使用磨合，才能使端面压应力渐趋于均匀、缓和，若前期使用过程中操作不当易造成双金属密封过早失效”。 由于现有金属密封钻头的接触面压应力集中在密封金属环内则1/3区域，外则压应力小，钻进工作时，轴承腔内的润滑脂不易进入金属环磨擦付接触面难以形成油膜，这将使得钻头轴承外部的具有腐蚀性及研磨性的泥浆较容易浸入双金属密封环磨擦付接触面内，导致先期金属环磨擦付接触面磨损，密封失效，轴承过早损坏。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种牙轮钻头的密封装置。该牙轮钻头的密封装置结构简单、合理，制造简单，密封效果好，运行稳定可靠，使用寿命长。
本发明的牙轮钻头的密封装置的技术方案包括设于牙轮体和牙掌轴承之间的密封槽、以及设于所述密封槽内的密封组件，所述密封组件包括相互层叠连接的弹性密封圈和刚性密封环，所述刚性密封环和弹性密封圈于轴向的相向两侧劈面分别设有相互对应连接的密封面，所述刚性密封环的轴向另一侧壁面和牙掌轴承的相应壁面分别设有相互对应连接的密封面，所述弹性密封圈其径向外侧壁面和牙轮体的相应壁面分别设有相互对应连接的密封面。
所述刚性密封环的与牙掌轴承相连接的密封面设于刚性密封环的相应一侧壁面的靠外侧部位，该相应一侧壁面的靠内侧部位悬离于牙掌轴承的相应部位的壁面。
所述刚性密封环还设有与所述牙轮体的相应部位的密封面对应连接的相应的密封面。
所述刚性密封环其与弹性密封圈的密封面连接的相应的密封面为硬化处理面。
所述弹性密封圈包括O形弹性密封圈，所述刚性密封环包括爪形刚性密封环，所述爪形刚性密封环其与牙轮体的相应的密封面连接的密封面呈直形面，爪形刚性密封环的与牙掌轴承连接的相应一侧壁面其靠外侧部位设置呈轴向凸体，爪形刚性密封环的该一侧壁面的密封面由该凸体的顶壁面构成，与该顶壁面密封面相对应的牙掌轴承的密封面设于牙掌轴承的相应壁面的凹台阶面上。
所述牙轮体的密封面包括与O形弹性密封圈对应的弧形或直形密封面，亦或包括与O形弹性密封圈对应的弧形或直形密封面、以及与所述爪形刚性密封环的相应的密封面连接的直形密封面。
与所述O形弹性密封圈的弧形密封面连接的爪形刚性密封环的相应的密封面的形状呈相应的弧形。
所述牙轮体的密封面由直形面和密封槽的相应一侧的相应的弧形角部连接构成。
所述刚性密封环其与牙掌轴承的密封面连接的相应的密封面自密封圈的外侧往内侧向弹性密封圈方向倾斜呈一倾斜面，所述倾斜面的倾斜角度为0-90度。
所述弹性密封圈和刚性密封环分别为橡胶密封圈和复合金属密封环。
本牙轮钻头的密封装置不仅结构简单，易于加工制作，且更能适应牙轮钻头工作钻进中抗冲击振动和摆动，具有更好的流体动密封效果，可最大程度的保护相应的接触面油膜不受损坏，大幅提高钻头的使用寿命。特别适用于石油、地质、工程用的密封型牙轮钻头。
附图说明
图1为本发明牙轮钻头轴承的密封装置一实施例结构示意图；图2为图1中爪形刚性密封环的结构示意图；图3为图1中的密封槽的结构示意图；图4为图1中的爪形刚性密封环、O形弹性密封圈、牙轮体和牙掌轴承相互连接配合结构示意图。图5为本发明另一实施例结构示意图; 图6为图5中爪形刚性密封环的结构示意图；图7为图5中的密封槽的结构示意图；图8为图5中的爪形刚性密封环、O形弹性密封圈、牙轮体和牙掌轴承相互连接配合结构示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明牙轮钻头轴承的密封装置的技术方案，藉由以下实施例结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-4所示的本实施例中，其密封装置包括设于牙轮体2和牙掌轴承1之间的、包括牙轮体2和牙掌轴承1的相应的壁面构成的密封槽3，以及与密封槽3紧配合设于密封槽3内的密封组件等。其密封组件包括呈上、下相互层叠连接的弹性密封圈和刚性密封环.
刚性密封环包括分别设于其（径向）外侧壁面的与牙掌轴承1的相应的密封面相对应连接的密封面12，以及设于其上下相对（轴向相对）两侧壁面的、分别对应与牙轮体2和弹性密封圈的相应的密封面7和密封面6b相对应连接的密封面14和密封面11。
弹性密封圈为一其轴向截面形状呈“O”形的O形弹性密封圈4，刚性密封环为一其轴向截面形状呈“爪”形的爪形刚性密封环5，牙轮体2的密封面6为与O形弹性密封圈4的相应的弧形密封面相对应的、在轴向切面上呈相应的弧形的密封面6a。
爪形刚性密封环5的上部的密封壁面呈与O形弹性密封圈4的相应的弧形面相对应的弧形，爪形刚性密封环5通过其呈弧形的密封面14与O形弹性密封圈4的相应的弧形密封面相连接。
爪形刚性密封环5的弧形爪部9的下侧壁面的靠内侧（牙掌轴承的轴线一侧）部位悬离于牙掌轴承2的位于弧形爪部9的下方部位的壁面，即弧形爪部9的下侧壁面的靠内侧部位与牙掌轴承2的相互对应的部位之间设有间隙。
爪形刚性密封环5的与牙掌轴承1连接的下侧壁面的靠相对外侧（靠牙轮体一侧）设置呈轴向凸体8，爪形刚性密封环5的与牙掌轴承1的密封面10连接的密封面11设置于其轴向凸体8的顶壁面上，与该顶壁面的密封面11相对应连接的牙掌轴承1的密封面10设于牙掌轴承1的相应壁面的凹台阶面上。
爪形刚性密封环5其与O形弹性密封圈4的密封面7连接的相应的密封面14为经表面硬化处理的密封面。
爪形刚性密封环5其与牙掌轴承1的密封面10连接的相应的密封面11自轴向外侧往内侧向O形弹性密封圈4方向倾斜呈一倾斜面，倾斜面的倾斜角度为0-90度。牙掌轴承1的与O形弹性密封圈4对应的一侧的壁面可以为相应的弧形或直形壁面，O形弹性密封圈4通过牙掌轴承1的该弧形或直形壁面、相应的密封面以及牙轮体2的密封面等紧配合设于密封槽内。O形弹性密封圈4和爪形刚性密封环5分别为橡胶和复合金属材料构成。
本发明另一实施例如图5-8所示，本例中其爪形刚性密封环5的径向方向的外侧壁面设有在径向方向上呈直形面的密封面12，牙轮体2的与爪形刚性密封环5的该密封面12对应的部位设有相应的呈相应的直形面的密封面6b，爪形刚性密封环5与牙轮体2通过其密封面12和密封面6b相互密封连接。本例其余相应的结构等可与上述实施例类同。
本发明再一实施例中其牙轮体的密封面由在轴向截面上呈直形的直形面和靠密封槽的上端的相应的弧形角部连接构成。其余结构等可与上述实施例类同。
Claims (9)
1.一种牙轮钻头的密封装置，包括设于牙轮体和牙掌轴承之间的密封槽、以及设于所述密封槽内的密封组件，其特征是所述密封组件包括相互层叠连接的弹性密封圈和刚性密封环，所述刚性密封环和弹性密封圈于轴向的相向两侧壁面分别设有相互对应连接的密封面，所述刚性密封环的轴向另一侧壁面和牙掌轴承的相应壁面分别设有相互对应连接的密封面，所述弹性密封圈其径向外侧壁面和牙轮体的相应壁面分别设有相互对应连接的密封面，所述刚性密封环包括爪形刚性密封环，所述爪形刚性密封环其与牙轮体的相应的密封面连接的密封面呈直形面，爪形刚性密封环的与牙掌轴承连接的相应一侧壁面其靠外侧部位设置呈轴向凸体，爪形刚性密封环的该一侧壁面的密封面由该凸体的顶壁面构成，与所述顶壁面密封面相对应的牙掌轴承的密封面设于牙掌轴承的相应壁面的凹台阶面上。
2.根据权利要求1所述牙轮钻头的密封装置，其特征是所述刚性密封环的与牙掌轴承相连接的密封面设于刚性密封环的相应一侧壁面的靠外侧部位，该相应一侧壁面的靠内侧部位悬离于牙掌轴承的相应部位的壁面。
3.根据权利要求1所述牙轮钻头的密封装置，其特征是所述刚性密封环其与弹性密封圈的密封面连接的相应的密封面为硬化处理面。
4.根据权利要求1或3所述牙轮钻头的密封装置，其特征是所述弹性密封圈包括O形弹性密封圈。
5.根据权利要求4所述牙轮钻头的密封装置，其特征是牙轮体的密封面包括与O形弹性密封圈对应的弧形或直形密封面，亦或包括与O形弹性密封圈对应的弧形或直形密封面、以及与所述爪形刚性密封环的相应的密封面连接的直形密封面。
6.根据权利要求5所述牙轮钻头的密封装置，其特征是与所述O形弹性密封圈的弧形密封面连接的爪形刚性密封环的相应的密封面的形状呈相应的弧形。
7.根据权利要求1所述牙轮钻头的密封装置，其特征是所述牙轮体的密封面由直形面和密封槽的相应一侧的相应的弧形角部连接构成。
8.根据权利要求1、2或3所述牙轮钻头的密封装置，其特征是所述刚性密封环其与牙掌轴承的密封面连接的相应的密封面自刚性密封环的外侧往内侧向弹性密封圈方向倾斜呈一倾斜面，所述倾斜面的倾斜角度为0-90度。
9.根据权利要求1或3所述牙轮钻头的密封装置，其特征是所述弹性密封圈和刚性密封环分别为橡胶密封圈和复合金属密封环。
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