CN110307032A - 一种压力自平衡超高压密封水辫 - Google Patents

Abstract

一种压力自平衡超高压密封水辫，包括芯轴、水辫外壳、压盖、压丝、过渡压盘、旋转轴承、推力球轴承组成。芯轴穿过压盖、轴承、过渡压盘及压丝置于水辫壳体内部，芯轴轴肩两侧设有旋转轴承将芯轴支撑在水辫壳体内部，过渡压盘在旋转轴承与推力球轴承之间起到两种轴承受力方向由径向转为轴向的过渡作用，压盖设在水辫外壳右端，在端盖与芯轴之间和端盖与水辫外壳之间均设有密封件，芯轴内部设有过水孔和水辫外壳左端排水孔相通；在水辫壳体内部左端与芯轴配合处设有高压密封件，将芯轴内部和水辫所通高压水隔绝起到密封作用，水辫外壳左端设有和钻杆相匹配的螺纹。本发明能够和钻杆连接并随钻杆转动而芯轴不动，能够承受较大的压力，具有连接方便、抗磨损和密封性能好的优点。

Description

一种压力自平衡超高压密封水辫

技术领域

本发明涉及煤矿井下瓦斯治理领域，尤其用于钻孔内高压水切割、冲孔等技术领域。

背景技术

在煤矿开采过程中，由于煤层中往往含有大量瓦斯气体，在开采前需要采取措施降低煤层瓦斯含量，消除其危险性。一般是采用钻机在煤层进行钻孔，通过负压进行瓦斯抽采，瓦斯压力和含量达标后才可开采。由于我国煤层透气性差，单个抽采孔影响半径小难以满足要求；仅靠瓦斯自动释放，其效率低下；难以满足生产需要。为了提高瓦斯抽采效率，现阶段最有效的方法为钻孔后使用高压水射流对煤层进行割缝或冲孔，将钻孔实际影响范围进行二次扩大，达到增大钻孔半径，提高抽采效率。因此，要求钻孔所用的钻杆可直接用于冲孔、割缝使用，冲孔、割缝时钻杆内部流通的是高压水，为保证高压胶管的高压水顺利进入不断旋转的钻杆内，对钻杆尾部的水辫提出更高的要求，不仅要承受30MPA以上的高压，同时还要在旋转的状态下进行动密封，在保证密封的前提下还要保证旋转顺畅，水不能进入水辫内部，防止内部部件生锈，同时需要密封件寿命长；由于内部压力大，内部结构受力必须合理，防止部件之间的摩擦。

发明内容

一种压力自平衡超高压密封水辫，其作用是在钻杆旋转打孔或进行水力割缝的同时将高压水通过静止的高压胶管输送到旋转的钻杆内部，且本发明具有耐高压、密封性好、转动灵活可靠、寿命长的优点。

本发明解决方案为：一种压力自平衡超高压密封水辫外壳左侧有和钻杆相匹配的螺纹和钻杆相连接，右侧芯轴和高压胶管相连。其中水辫壳体、压丝、芯轴、过渡压盘和压盖从左至右同心连接，芯轴右侧与高压胶管相连，水辫壳体与高压密封钻杆相连，芯轴穿过压丝、过渡压盘、压盖深入到水辫壳体内部，芯轴和水辫壳体相对转动连接，压盖与水辫壳体通过螺栓连接，压盖设置有第一密封槽和第二密封槽，水辫壳体右侧孔口处设有和压盖第二密封槽向配合的密封倒角面，第一密封槽和第二密封槽内均设置有密封件，在芯轴和水辫壳体的内孔之间设有高压组合密封，压丝设有外螺纹，水辫壳体内孔处设有外螺纹，所述高压密封组合通过压丝螺纹固定在水辫壳体内，芯轴的轴肩左右两侧分别设置有旋转轴承，两轴承内圈均顶在轴肩两侧，左侧轴承外圈顶在所在水辫壳体内孔的左侧，右侧轴承的内圈右侧顶在过渡压盘的小径一侧，过渡压盘大径一侧顶在推力球轴承紧边侧，推力球轴承松边侧与固定在水辫壳体上的压盖连接，芯轴内设置有过水孔，水辫壳体上设置有过水孔，芯轴过水孔和水辫壳体过水孔相连通，水辫壳体外圆铣有加持平面以方便水辫拆装工具加持。

进一步的，芯轴右侧和高压胶管的连接方式为煤矿惯用的快插接头形式。

进一步的，压盖通过螺栓固定在水辫壳体上，且压盖设置有第一密封槽和第二密封槽，水辫壳体右侧孔口处设有和压盖第二密封槽向配合的密封倒角面，并分别对芯轴和压盖之间的间隙以及压盖和水辫壳体之间的间隙起到密封作用。

进一步的，水辫壳体内部充满润滑油，润滑油将起到润滑轴承和防锈作用，可以平衡前端密封圈受到的高压水压力，同时还具有润滑密封圈和阻止高压水进入水辫内部。

进一步的，水辫壳体内部轴承使用的是径向受力轴承和轴向受力轴承的组合，起支撑作用的径向受力轴承为两个深沟球轴承，起轴向受力作用的是一个推力球轴承。

进一步的，在两种不同轴承之间采用了过渡压盘。

进一步的，芯轴左侧和水辫过水孔之间采用高压组合密封，压丝与水辫壳体内部螺纹连接将高压组合密封固定在水辫壳体内，压丝为左旋螺纹。

进一步的，钻杆、水辫壳体、芯轴和高压胶管的布置方式为直线式，使高压胶管随钻杆、水辫在同一直线上运动，避免了胶管对水辫径向的拉拽。

进一步的，水辫壳体外圆有加持平面（18），可以方便水辫拆装工具如：管钳、扳手等加持。

本发明的优点：

本发明所述的水辫内部采用深沟球轴承和推力球轴承组合方式，两个深沟球轴承承受径向力，起到对芯轴的支撑作用，保证芯轴在水辫使用中的灵活转动；而推力球轴承承受轴承力，可在水辫承受高压水时保证水辫内部可零部件不会产生轴向窜动位移。

本发明所述水辫压盖采用了两道密封槽，在压盖密封槽和芯轴左侧高压组合密封作用下水辫壳体内部形成封闭空间内充满润滑油，既可以对水辫壳体内部轴承零部件起到润滑防锈作用又可以使水辫壳体内部保持一定压力防止水渗漏。

本发明所述水辫芯轴左侧的高压组合密封使用了开式安装的方式，使用压丝固定。开式安装可以最大程度保证组合密封的骨架在安装过程中不被损坏，且压丝为左旋螺纹以防至水辫随钻杆转动过程中脱扣。

本发明所述的水辫结构形式为钻杆、水辫壳体、芯轴和高压胶管的布置方式为直线式，使高压胶管随钻杆、水辫在同一直线上运动，避免了胶管对水辫径向的拉拽。

所述水辫壳体外圆有加持平面，可以方便水辫拆装工具如：管钳、扳手等加持。

附图说明

图 1为本发明外型图；

图2为本发明内部结构示意图；

图3为压盖第一和第二密封槽及水辫壳体孔口密封倒角面示意图；

附图标记：1、芯轴，2、压盖3、密封件4、推力球轴承5、过渡压盘7、压丝8、高压组合密封9、水辫壳体10、水辫壳体过水孔11、芯轴过水孔13、压盖第一密封槽14、压盖第二密封槽15、水辫壳体孔口密封配合面17、轴肩18、加持平面19、密封件21、内孔22、轴承23、轴承24、内孔25、钻杆连接螺纹。

具体实施方式

如图1至图3所示，一种压力自平衡超高压密封水辫，包括水辫壳体（9）、压丝（7）、芯轴（1）、过渡压盘（5）和压盖（2）从左至有同心连接。本示例芯轴右侧和高压胶管连接，连接方式为煤矿惯用的快插接头形式，示例左侧连接和钻杆连接，连接螺纹为和钻杆尾部相匹配的螺纹。水辫壳体（9）连同压盖（2）可在钻杆的带动下同步转动，而芯轴则于高压胶管一起相对静止。

压盖（2）通过螺栓与水辫壳体（9）固定，压盖（2）上设置第一密封槽（13）和第二密封槽（14），分别放置密封件（3）和（19）以密封芯轴（1）和压盖（2）的间隙和压盖（2）和水辫壳体（9）孔口处间隙。压盖（2）处的两处密封件和芯轴左端高压组合密封（8）共同作用下，水辫壳体（9）内行成密封空间内充满润滑油，既可以对水辫壳体内部轴承零部件起到润滑防锈作用又可以使水辫壳体内部保持一定压力防止水渗漏。

在芯轴（1）和水辫壳体（9）的内孔之间设有高压组合密封（8），压丝（7）设有外螺纹，水辫壳体（9）内孔（21）处设有外螺纹，高压密封组合通过压丝（7）螺纹固定在水辫壳体（9）内，芯轴（1）的轴肩（7）左右两侧分别设置有旋转轴承（22）、（23），两轴承内圈均顶在轴肩两侧，左侧轴承（22）外圈顶在所在水辫壳体内孔（24）的左侧，右侧轴承的内圈右侧顶在过渡压盘（5）的小径一侧，过渡压盘（5）大径一侧顶在推力球轴承（4）紧边侧，推力球轴承（4）松边侧与固定在水辫壳体上的压盖接触，芯轴（1）内设置有过水孔（11），水辫壳体（9）上设置有过水孔（10），芯轴过水孔（11）和水辫壳体过水孔（10）相连通，水辫壳体外圆铣有加持平面（18）以方便水辫拆装工具加持。

本发明实施时，芯轴（1）右侧与高压胶管连接，水辫壳体（9）左侧与钻杆连接，芯轴（1）和高压胶管相对于水辫壳体（9）静止，压盖（2）与水辫壳体（9）一起随钻杆转动。压盖（2）两道密封即可使外部灰尘、水等杂物进入水辫壳体（9）内，又可以防止水辫壳体（9）内的润滑油泄露以保证水辫壳体（9）内部润滑、防锈、保压、防渗漏的目的。高压组合密封（8）可以防止高压水从相对旋转的水辫壳体（9）和芯轴（1）左侧接触处泄露，防止高压水压力损失。高压水从高压胶管依次通过芯轴过水孔（11）、水辫壳体过水孔（10）、钻杆直至钻孔深处。在拆装本发明水辫时可使用管钳等工具卡住水辫壳体外圆的加持平面（18），方便快捷。本发明具有连接方便、密封性能好、防锈抗磨性能优良、寿命长等特点。

Claims (5)

1.一种压力自平衡超高压密封水辫，其特征在于组成：其水辫壳体（9）、压丝（7）、芯轴（1）、过渡压盘（5）、压盖（2）、旋转轴承（22）、（23）与推力球轴承（4），以上从左至右同心连接；水辫壳体（9）左侧有和钻杆相匹配的螺纹和钻杆相连接，右侧芯轴（1）和高压胶管相连；所述芯轴（1）穿过压丝（7）、过渡压盘（5）、压盖（2）深入到水辫壳体（9）内部，芯轴（1）和水辫壳体（9）相对转动连接；所述压盖（2）与水辫壳体（9）相连接，压盖（2）设置有第一密封槽（13）和第二密封槽（14），水辫壳体（9）右侧孔口处设有和压盖（2）第二密封槽（14）向配合的密封倒角面（15），第一密封槽（13）和第二密封槽（14）内均设置有密封件；在芯轴（1）和水辫壳体（9）的内孔（20）之间设有高压密封（8），所述压丝（7）设有外螺纹，水辫壳体（9）内孔（21）处设有外螺纹，所述高压组合密封（8）通过压丝（7）螺纹固定在水辫壳体（9）内，芯轴（1）的轴肩（17）左右两侧分别设置有旋转轴承（22）和（23），两轴承内圈均顶在轴肩（17）两侧，轴承（22）外圈顶在内孔（24）的左侧，轴承（23）的内圈右侧顶在过渡压盘（5）的小径一侧，过压盘（5）大径一侧顶在推力球轴承（4）紧边侧，推力球轴承（4）松边侧与固定在水辫壳体（9）上的压盖（2）连接，所述芯轴（1）内设置有过水孔（11），水辫壳体（9）上设置有过水通道（10），芯轴过水孔（11）和水辫壳体过水孔（10）相连通，水辫壳体（9）外圆铣有加持平面（18）以方便水辫拆装工具加持。

2.根据权利要求1所述的一种压力自平衡超高压密封水辫，其特征在于：所述压盖（2）设置有第一密封槽（13）和第二密封槽（14），水辫壳体（9）右侧孔口处设有和压盖（2）第二密封槽（14）配合的倒角密封面（15），两密封槽内分别设置密封件（3）和（19），并分别对芯轴（1）和压盖（2）之间的间隙以及压盖（2）和水辫壳体（9）之间的间隙起到密封作用。

3.根据权利要求1所述的一种压力自平衡超高压密封水辫，其特征在于：所述高压组合密封（8）采用“开式”安装方式，压丝（7）通过螺纹固定在与水辫壳体（9）的内孔（21）内，其作用是固定高压组合密封（8），所述压丝（7）和内孔（21）的内螺纹为左旋螺纹。

4.根据权利要求1所述的一种压力自平衡高压动密封矿用水辫，其特征在于：在高压组合密封（8）和密封件（3）、密封件（19）的作用下，水辫壳体（9）内部形成一个密封空间，此空间充满润滑油，润滑油将起到高压组合密封（8）左右两端液压平衡平衡的效果，同时具有一定能力阻止高压水渗入的效果，同时还可以润滑密封圈和轴承作用。

5.根据权利要求1所述的一种压力自平衡超高压密封水辫，其特征在于：其内部轴承布置采用组合形式，其中所用轴承（22）、（23）为深沟球轴承，轴承（22）、（23）在水辫壳体（9）和芯轴（1）之间起到支撑作用，承受径向载荷，保证其轴向同心性，轴承（4）为推力球轴承、轴承（4）在过渡压盘（5）和压盖（2）之间承受高压水对芯轴向右侧的推力，承受轴向载荷，保证了芯轴（1）的旋转顺畅。