CN109237043A - 一种钻机的供水或供气系统用双保险的旋转密封装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钻机的供水或供气系统用双保险的旋转密封装置,包括转轴,转轴外套设有套筒,转轴与套筒之间设置有密封组合件,补偿弹簧套设在转轴外挡圈与密封组合件之间或压装组件与密封组合件之间;密封组合件的外侧设置有二次密封圈。本发明使密封组合件在工作过程中发生磨损后可在补偿弹簧的作用下对径向间隙进行自动补偿,密封组合件的轴向外侧设置了二次密封圈作为第二道密封结构,起双保险密封作用。
Description
技术领域
本发明涉及非开挖施工技术中领域中的水平定向钻机及地质钻探用全液压钻机技术,尤其是一种水平定向钻机的供水或供气系统用双保险的旋转密封装置。
背景技术
水平定向钻机的钻孔为挤压式钻孔,即钻孔的方式为钻头将泥土往径向外围挤压,泥土并不会排出地面,因此钻头在钻进过程中受到的阻力很大,钻头与地层间的巨大摩擦力会造成钻头与之接触面温度急剧升高而改变钻具材料的金相组织而降低其使用性能,对地下铺设管网技术又影响其成孔和拉管质量,必需通过泥浆或空压系统提供压力介质(如高压水或高压气体)对钻进处的石头泥土障碍物软化和转移,另一方面,供水系统的压力介质还起到对钻头和钻杆进行冷却的作用,防止钻头因高温发生性能变化而影响钻头的钻削能力。通常的做法是在动力头主轴末端装一旋转密封装置,旋转密封装置的主要功能是将冷却液或冷却空气输入钻杆冷却钻头,其密封性能的好坏直接关系到钻头的冷却与钻进效果,从而关系到整套设备的使用效果和施工质量效果。
目前用于钻机的旋转密封装置普遍存在的问题是密封高压空气或压力水的能力较差,在长时间的旋转动态使用过程中由于密封圈的磨损而导致高压空气或压力水容易从旋转的转轴和密封件间渗漏,从而对设备的正常工作造成影响。因此,现有技术中需要一种方案来解决这个问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种水平定向钻机的供水或供气系统用双保险的旋转密封装置,以解决背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种水平定向钻机的供水或供气系统用双保险的旋转密封装置,包括转轴1,转轴外套设有套筒2,转轴与套筒之间设置有密封组合件4,密封组合件为圆筒状结构,工作过程中,转轴跟随动力头主轴转动,密封组合件的径向内壁为主要磨损面,套筒的内壁于密封组合件4轴向内侧(即靠近冷却介质入口20的一侧)凸设有挡圈24,挡圈24用于直接或间接挡住密封组合件4轴向一端的端面,密封组合件4轴向另一端的端面由压装组件压紧。
所述旋转密封装置还包括补偿弹簧3,补偿弹簧套设在转轴外,补偿弹簧的弹力方向沿转轴轴向方向设置,补偿弹簧抵设在挡圈与密封组合件之间或抵设在压装组件与密封组合件之间。
所述补偿弹簧与密封组合件均为对称设置的两组,一组密封组合件对应一个挡圈、一组补偿弹簧及一组压装组件,两组密封组合件对称分布在冷却介质入口两侧,一组密封组合件与转轴连接动力头主轴的一端对应,另一组密封组合件与转轴另一端相对应。
补偿弹簧与密封组合件端面之间的接触点应当位于密封组合件轴向端面靠近径向外缘位置,以使得内壁有一定磨损后的密封组合件在受到轴向挤压力时,其变形方向主要为沿径向方向向内(即由外壁指向内壁的方向),而不是随意的径向变形,从而补偿密封组合件径向内壁发生的磨损,延长密封组合件的寿命。
补偿弹簧选用普通的圆柱螺旋弹簧(参见图2),只要将圆柱螺旋弹簧的内径设置成使弹簧丝靠近密封组合件端面的边缘位置,即可对密封组合件压缩变形方向进行引导。
所述两组压装组件中至少一组包括调整锁位螺母67,调整锁位螺母67设有与转轴1外螺纹匹配的内螺纹,调整锁位螺母旋设在转轴上,调整锁位螺母直接或间接沿轴向方向旋紧在转轴上而将套筒内的补偿弹簧与密封组合件压紧。
旋转密封装置使用过程中,密封组合件的磨损由受到压缩而变形的补偿弹簧提供的弹力来提供动态压力补偿,使密封组合件与转轴之间的接触面始终保证贴紧状态,这一过程为自动补偿过程,一段时间后,密封组合件的内壁继续磨损至两补偿弹簧的压缩量快释放完而恢复原形,两补偿弹簧的压力逐渐减小,此时将调整锁位螺母往靠近密封组合件的方向旋转,使补偿弹簧重新回至压缩状态,密封组合件会进入下一轮的自动补偿过程,重复多次至密封组合件完全失效,密封组合件的使用寿命约为原来的5~7倍。
所述密封组合件4的轴向外侧设置有二次密封圈8,二次密封圈设置在压装组件中并与转轴径向外壁紧密贴合。
所述压装组件包括设置在密封组合件轴向外侧的补偿块,补偿块的端面用于直接或间接抵住密封组合件,补偿块对密封组合件的推力指向密封组合件轴向内侧,补偿块的径向外壁设置有台阶结构,套筒内壁设置有与补偿块台阶结构相匹配的孔肩。
所述二次密封圈采用唇形密封圈,唇形二次密封圈包括V型骨架与O型密封圈,O型密封圈的压缩量优选为0.12~0.25mm,在密封组合件完全失效、而工期又到关键时刻不允许停工的情况下,唇形二次密封圈可以使整个旋转密封装置的密封性能延长7~15天左右。
所述套筒内壁对应冷却介质入口的的位置凹设有环状水道21,冷却介质流通通道10的一端与动力头主轴内部通道连通,冷却介质流通通道的另一端设置有四个侧通孔101,四个侧通孔的位置均与环状水道21对应,转轴转动至任意位置,四个侧通孔都能保持与冷却介质入口20连通的状态,环状水道的宽度大于侧通孔101的直径,即便套筒与转轴发生了一定的轴向相对滑动,侧通孔仍然能够保持与冷却介质入口20连通的状态。
套筒外壁于冷却介质入口处设置有带内螺纹的接头22,接头22用于连接从泵或压缩机接出的管路而将冷却介质引入旋转密封装置内部,套筒外壁上设置有止转板23,止转板用于连接止转机构而防止套筒发生旋转运动。
本发明至少具有以下有益效果:
本发明的旋转密封装置设置有可使密封组合件实现自动补偿的补偿弹簧,在工作过程中,密封组合件可始终保持与转轴径向外壁的紧密贴合状态,有效的确保了施工过程中的密封可靠性能。
为了进一步保证密封效果,将补偿弹簧与密封组合件端面间的力接触点设置在密封组合件端面边缘位置,可使密封组合件的变形方向主要为沿径向方向向内,而不是随意的径向变形,从而补偿密封组合件内壁发生的磨损,可使密封组合件的使用寿命延长5~7倍。
本发明中的自动补偿式密封组合件作为旋转密封装置的第一道密封结构,还在密封组合件的轴向外侧设置了二次密封圈作为第二道密封结构,在密封组合件完全失效、工期遇关键时刻又不能停工的情况下,二次密封圈可作为应急密封结构,延长7~15天的使用时间,为施工人员提供必要的应急准备时间,二次密封圈与密封组合件共同对旋转密封装置起双保险密封作用。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明优选实施例的旋转密封装置的主视剖面图(补偿弹簧采用圆柱螺旋弹簧)。
图2是本发明优选实施例的旋转密封装置的减压环处的细节放大图。
图中:1-转轴,10-冷却介质流通通道,101-侧通孔,11-连接端,2-套筒,20-冷却介质入口,21-环状水道,22-接头,23-止转板,24-挡圈,241-挡圈一,242-挡圈二,25-孔肩一,26-孔肩二,3-补偿弹簧,31-补偿弹簧一,32-补偿弹簧二,4-密封组合件,41-密封组合件一,42-密封组合件二,5-压装组件一,51-补偿块一,52-支撑轴承一,53-压盖一,54-防尘圈,6-压装组件二,61-补偿块二,62-支撑轴承二,63-隔离环,64-压盖二,65-止推轴承,66-挡环,67-调整锁位螺母,7-减压环,71-减压环一,72-减压环二,8-二次密封圈,81-二次密封圈一,82-二次密封圈二。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1~图2的水平定向钻机的供水系统用双保险的旋转密封装置,包括用于连接水平定向钻机动力头主轴的转轴1,转轴1内部沿轴向方向设有冷却介质流通通道10,冷却介质流通通道10的出口与转轴用于连接动力头主轴的连接端11相对应,转轴外套设有套筒2,套筒筒体中间部位设有冷却介质入口20。
转轴径向外壁与套筒的内壁之间设置有密封组合件4,密封组合件为圆筒状结构,工作过程中,转轴跟随动力头主轴转动,密封组合件的内壁为主要磨损面,套筒的内壁于靠近冷却介质入口处设有挡圈24,挡圈24用于直接或间接挡住密封组合件4轴向一端的端面,密封组合件4轴向另一端的端面由压装组件压紧。
旋转密封装置还包括补偿弹簧3,补偿弹簧套设在转轴外的挡圈与密封组合件之间或压装组件与密封组合件之间,补偿弹簧的弹力方向沿转轴轴向方向设置。
补偿弹簧与密封组合件均为对称设置的两组,一组密封组合件对应一组补偿弹簧及一组压装组件,两组密封组合件对称分布在冷却介质入口径向两侧,一组密封组合件与转轴连接动力头主轴的一端(即图1中的转轴轴向左端)对应,另一组密封组合件与转轴另一端(即图1中的转轴轴向右端)相对应。
补偿弹簧与密封组合件轴向端面之间的接触点应当靠近密封组合件的径向外缘位置,以使得内壁有一定磨损后的密封组合件在受到轴向挤压力时,其变形方向主要为沿径向方向向内(即由外壁指向内壁的方向),而不是随意的径向变形,从而补偿密封组合件内壁发生的磨损,延长密封组合件的寿命。
补偿弹簧选用普通的圆柱螺旋弹簧(参见图1),将圆柱螺旋弹簧的内径设置成使弹簧丝靠近密封组合件端面的边缘位置,即可对密封组合件压缩变形方向进行引导。
本发明中,对应转轴连接动力头主轴的一端的压装组件、补偿弹簧与密封组合件分别定义为压装组件一5、补偿弹簧一31与密封组合件一41,对应转轴另一端的压装组件、补偿弹簧与密封组合件分别定义为压装组件二6、补偿弹簧二32与密封组合件二42。
所述压装组件一包括套设在转轴外围且位于套筒内部的补偿块一51、支撑轴承一52和压盖一53,压盖一固定在套筒上,压盖一沿轴向压紧支撑轴承一而压紧位于支撑轴承一52内侧的补偿块一51、密封组合件一41与补偿弹簧一31。
所述压装组件二包括补偿块二61、支撑轴承二62、隔离环63、压盖二64、止推轴承65、挡环66与调整锁位螺母67;压盖二固定在套筒上,压盖二上设有供补偿块二61、支撑轴承二62、隔离环63、止推轴承65与挡环66调整锁位螺母旋设在转轴上,调整锁位螺母沿轴向方向旋紧在转轴上而通过挡环66、止推轴承65、隔离环63、支撑轴承二62与补偿块二61将套筒内的补偿弹簧二32与密封组合件二42压紧。支撑轴承一与支撑轴承二可选用圆珠滚子轴承,止推轴承可选用推力球轴承,止推轴承用于提高调整锁位螺母旋紧过程中的顺畅度,方便操作。
旋转密封装置使用过程中,密封组合件一及密封组合件二的磨损由受到压缩而变形的补偿弹簧一及补偿弹簧二提供的弹力来提供动态压力补偿,使两密封组合件与转轴之间的接触面始终保证贴紧状态,且在套筒对力的传递作用下,对称布置的补偿弹簧一与补偿弹簧二可相互达到力的平衡,这一过程为自动补偿过程,一段时间后,两密封组合件的内壁继续磨损至两补偿弹簧的压缩量快释放完而恢复原形,两补偿弹簧的也压力逐渐减小,此时将调整锁位螺母往靠近密封组合件的方向旋转,使补偿弹簧重新回至压缩状态,密封组合件会进入下一轮的自动补偿过程,重复多次至密封组合件完全失效,密封组合件的使用寿命约为原来的5~7倍。应当指出的是,压装组件一与压装组件二的位置也可以互换,即调整锁位螺母可以安装在任意一侧,也可以两侧都安装,本实施例中将调整锁位螺母设置在压装组件二一侧主要是为了使拆卸更换各部件更方便一点,只需将调整锁位螺母旋出转轴,将其余部件随着套筒一起拉离转轴即可。
密封组合件4的轴向外侧设置有二次密封圈8,二次密封圈8包括二次密封圈一81与二次密封圈二82,其中二次密封圈一81嵌设在压盖一53内并与转轴径向外壁紧密贴合,二次密封圈二嵌设在隔离环内并与转轴径向外壁紧密贴合,本实施例中,二次密封圈一81与二次密封圈二82均采用唇形密封圈,唇形二次密封圈一54与唇形二次密封圈二82均包括V型骨架与O型密封圈,O型密封圈的压缩量优选为0.12~0.25mm,在密封组合件一与密封组合件二完全失效、而工期又到关键时刻不允许停工的情况下,唇形二次密封圈一与唇形二次密封圈二可以使整个旋转密封装置的密封性能延长7~15天左右,即在紧急情况下再延长7~15天左右的寿命,唇形型密封圈与密封组合件在本技术方案中起组合双保险作用。
压装组件一还包括嵌设在压盖一轴向外端端面上的防尘圈54,
所述补偿块一与补偿块二的侧壁均设置有台阶结构,套筒内壁设置有分别与补偿块一、补偿块二的台阶结构相匹配的孔肩一25与孔肩二26,补偿块一及补偿块二的台阶结构分别用于限定补偿块一及补偿块二的轴向滑动极限,使用过程中,可以根据需要设定补偿块台阶结构的位置及轴向高度,当调整锁位螺母无法旋动时,说明密封组合件的压缩量已达限定值,提示应当更换密封组合件。
套筒内壁对应冷却介质入口的的位置凹设有环状水道21,挡圈24包括设置于环状水道宽度方向的两侧的挡圈一241与挡圈二242,挡圈一与转轴连接动力头主轴的一端对应,挡圈二与转轴另一端对应,减压环7为一种非金属硬质密封材料,减压环7包括减压环一71与减压环二72,减压环一、减压环二分别嵌设在挡圈一与挡圈二预设的沟槽内,冷却介质流通通道10的一端与动力头主轴内部通道连通,冷却介质流通通道的另一端设置有四个侧通孔101,四个侧通孔的位置均与环状水道21对应,转轴转动至任意位置,四个侧通孔都能保持与冷却介质入口20连通的状态,环状水道的宽度大于侧通孔101的直径,即便套筒与转轴发生了一定的轴向相对滑动,侧通孔仍然能够保持与冷却介质入口20连通的状态。
套筒外壁于冷却介质入口处焊接设置有带内螺纹的接头22,接头22用于连接从水泵接出的油管而将冷却介质引入旋转密封装置内部,套筒外壁上设置有止转板23,止转板用于连接止转机构而防止套筒发生旋转运动,对套筒位置进行锁定,在两个支撑轴承的辅助作用下减小转轴的转动摆动,并能减小非转动元件(套筒及其内元件)尤其是密封组合件的摆动与直线串动,提高旋转密封装置的寿命。
特别指出:本发明中未明确限定的内壁、外壁均指径向方向的内壁、外壁,本发明中未明确限定的内侧、外侧均指轴向方向的内侧、外侧。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种钻机的供水或供气系统用双保险的旋转密封装置,其特征在于,包括转轴(1),转轴外套设有套筒(2),转轴与套筒之间设置有密封组合件(4),套筒的内壁于密封组合件轴向内侧凸设有挡圈(24),挡圈用于直接或间接挡住密封组合件轴向一端的端面,密封组合件轴向另一端的端面由压装组件压紧;
所述旋转密封装置还包括补偿弹簧(3),补偿弹簧套设在转轴外的挡圈与密封组合件之间或抵设在压装组件与密封组合件之间;
所述密封组合件(4)的轴向外侧设置有二次密封圈(8),二次密封圈设置在压装组件中并与转轴径向外壁贴合。
2.根据权利要求1所述的一种钻机的供水或供气系统用双保险的旋转密封装置,其特征在于,补偿弹簧的弹力方向沿转轴轴向方向设置,所述补偿弹簧采用圆柱螺旋弹簧。
3.根据权利要求2所述的一种钻机的供水或供气系统用双保险的旋转密封装置,其特征在于,圆柱螺旋弹簧的内径设置成使弹簧丝与密封组合件的接触区域位于密封组合件轴向端面靠近径向外缘位置,以使得径向内壁有一定磨损后的密封组合件在受到轴向挤压力时,其变形方向主要为沿径向方向向内。
4.根据权利要求1所述的一种钻机的供水或供气系统用双保险的旋转密封装置,其特征在于,所述二次密封圈采用唇形密封圈,唇形二次密封圈包括V型骨架与O型密封圈,O型密封圈的压缩量为0.12~0.25mm。
5.根据权利要求1所述的一种钻机的供水或供气系统用双保险的旋转密封装置,其特征在于,套筒外壁于冷却介质入口处设置有带内螺纹的接头(22),接头用于连接从泵或压缩机接出的管路而将冷却介质引入旋转密封装置内部,套筒外壁上设置有止转板(23),止转板用于连接止转机构而防止套筒发生旋转运动。
6.根据权利要求1所述的一种钻机的供水或供气系统用双保险的旋转密封装置,其特征在于,所述压装组件包括设置在密封组合件轴向外侧的补偿块,补偿块的端面用于直接或间接抵住密封组合件,补偿块对密封组合件的推力指向密封组合件轴向内侧,补偿块的径向外壁设置有台阶结构,套筒内壁设置有与补偿块台阶结构相匹配的孔肩。
7.根据权利要求1所述的一种钻机的供水或供气系统用双保险的旋转密封装置,其特征在于,所述套筒筒体中间部位设有冷却介质入口(20),套筒内壁对应冷却介质入口的位置凹设有环状水道(21),转轴内部沿轴向方向设有冷却介质流通通道(10),冷却介质流通通道的一端与动力头主轴内部通道连通,冷却介质流通通道的另一端设置有四个侧通孔(101),四个侧通孔的位置均与环状水道对应。
8.根据权利要求1~7中任意一项所述的一种钻机的供水或供气系统用双保险的旋转密封装置,其特征在于,所述补偿弹簧与密封组合件均为对称设置的两组,一组密封组合件对应一个挡圈、一组补偿弹簧及一组压装组件,两组密封组合件对称分布在冷却介质入口两侧,一组密封组合件与转轴连接动力头主轴的一端对应,另一组密封组合件与转轴另一端相对应。
9.根据权利要求8所述的一种钻机的供水或供气系统用双保险的旋转密封装置,其特征在于,所述两组压装组件中至少一组包括调整锁位螺母(67),调整锁位螺母设有与转轴外螺纹匹配的内螺纹,调整锁位螺母旋设在转轴上,调整锁位螺母直接或间接沿轴向方向旋紧在转轴上而将套筒内的补偿弹簧与密封组合件压紧。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190118 |