CN110359849A - 牙轮钻头用组合密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种牙轮钻头用组合密封结构，广泛应用于油气设备井下动力工具的小间隙密封中，防止密封腔内高压润滑油泄漏，阻止外部泥浆进入轴承内部。其技术方案：动密封环所处的牙轮内孔外端部位与牙掌轴承根部构成密封腔，将动密封环、静密封环、U型橡胶密封圈、内置耐磨圈和O型橡胶密封圈组成的组合单金属密封圈放入密封腔内；动密封环与牙轮内孔过盈配合，随牙轮一起转动；动密封环、静密封环端面相配合，构成相对转动的密封面；O型橡胶密封圈被静密封环压缩于牙轮轴颈根部，U型橡胶密封圈与内置耐磨圈构成的组合密封圈安装在牙轮根部凹槽内。本发明改进了单金属密封的结构，增加了耐磨性能，提高了密封的可靠性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种牙轮钻头用组合密封结构，广泛应用于油气设备中井下工具小间隙密封。
背景技术
单金属密封作为井下工具中一种旋转动密封件，具有优异的抗振动、耐高温和耐腐蚀性能，并且能够在较高的转速下工作，具有结构简单、紧凑和占用空间小等特点，广泛应用于油气设备中井下工具的小间隙密封中，其作用是防止密封腔内高压润滑油泄漏，阻止外部钻井泥浆进入轴承内部。现目前使用的单金属密封结构由一个O型橡胶密封圈、动密封环、顶部平滑的静密封环、支撑橡胶环和牙掌轴承组成。单金属密封结构不仅会受到O型橡胶密封圈、支撑橡胶环的弹性力，还会受到内侧润滑油与外侧钻井泥浆的压力载荷，密封环会产生一定的力变形，同时，单金属密封结构在工作时，密封端面处于压紧贴合状态，动静环之间相对转动，在力载荷作用下，引起密封端面产生热变形，导致密封端面泄漏量变化，使得密封失效。
针对现有单金属密封结构易发生密封失效的问题，设计耐磨性能更优越、使用寿命更长、密封可靠性更高的组合密封结构具有现实意义和广泛前景。
发明内容
本发明的目的是：为克服现有单金属密封装置在井下恶劣工况下，出现密封失效的问题，设计了一种耐磨性能更优越、使用寿命更长、密封可靠性更高的组合单金属密封结构。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：牙轮钻头用组合密封结构，包括动密封环、静密封环、U型橡胶密封圈、O型橡胶密封圈、小O型橡胶密封圈、牙掌轴承和内置耐磨圈，其特征在于：动密封环所处的牙轮内孔外端部位与牙掌轴承根部构成密封腔，由动密封环、静密封环、U型橡胶密封圈、内置耐磨圈和O型橡胶密封圈组成的组合单金属密封圈放入密封腔内，动密封环与牙轮内孔过盈配合，随牙轮一起转动，动密封环、静密封环的端面相配合，构成相对转动的密封面，O型橡胶密封圈被静密封环压缩于牙轮轴颈根部，U型橡胶密封圈与内置耐磨圈组成的组合密封圈安装在牙轮根部凹槽中。
作为进一步的技术方案，所述的静密封环顶端的平面开有一圆弧形凹槽，凹槽中装配有一小O型橡胶密封圈，动密封环与静密封环由高速钢、不锈钢、硬质合金等材料制成，在动密封环与静密封环的端面上有石墨类耐高温润滑涂层。
作为进一步的技术方案，所述的牙掌轴承根部与静密封环底部接触处开有一凹槽，凹槽内装配有一U型橡胶密封圈与内置耐磨圈组成的组合密封圈，U型橡胶密封圈顶端与静密封环底部接触，形成密封面，内置耐磨圈由改性的聚四氟乙烯制成。
本发明的有益效果是：(1)本发明所述静密封环顶端的平面开有一凹槽，凹槽中装配有一O型橡胶密封圈，可增加散热面积，同时凹槽内可储存润滑油，增强耐磨性；(2)动密封环与静密封环的端面上有石墨类耐高温润滑涂层，在井下高温作业时可减少实现动密封产生的摩擦；(3)牙掌轴承根部与静密封环底部接触处开有一凹槽，凹槽内装配有一U型橡胶密封圈与内置耐磨圈组成的组合密封圈，无橡胶支撑环，适用于高速回转、寿命要求高的工作环境，且改性的聚四氟乙烯具有耐摩擦、耐高温和自润滑等方面的特点。
附图说明
图1为本发明应用的牙轮钻头轴截面局部放大图。
图2为本发明静密封环上端面凹槽局部放大图。
图3为本发明牙掌轴承根部凹槽局部放大图。
图中：1.牙掌轴承，2.O型橡胶密封圈，3.组合密封圈，4.动密封环，5.静密封环，6.牙轮，7.圆弧形凹槽，8.小O型橡胶密封圈，9.内置耐磨圈，10.U型橡胶密封圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。
由图1～图3所示，牙轮钻头用组合密封结构，主要由动密封环4、静密封环5、U型橡胶密封圈10、O型橡胶密封圈2、牙掌轴承1和内置耐磨圈9组成，其中：动密封环4所处的牙轮6内孔外端部位与牙掌轴承1根部构成密封腔，由动密封环4、静密封环5、U型橡胶密封圈10、O型橡胶密封圈2和内置耐磨圈9组成的组合单金属密封圈放入密封腔内，动密封环4与牙轮6内孔过盈配合，随牙轮6一起转动，动密封环4、静密封环5的端面相配合，构成相对转动的密封面，O型橡胶密封圈2被静密封环5压缩于牙轮6轴颈根部，U型橡胶圈10与内置耐磨圈9组成的组合密封圈3安装在牙轮根部凹槽中。
如图1所示，为本发明应用实例牙轮6钻头截面局部图，可以看出本发明所设计的密封结构处于牙轮6内孔的外端部位与牙掌轴承1根部构成的密封空腔中。安装时先把动密封环4压入牙轮6内孔，保证过盈配合，将U型橡胶密封圈10与内置耐磨圈9构成的组合密封圈3安装在牙掌轴承1根部与静密封环5底部接触处凹槽内，然后依次套入O型橡胶密封圈2、静密封环5、小O型橡胶密封圈8、带有动密封环4的牙轮6。当静密封环5挤压O型橡胶密封圈2时，O型橡胶密封圈2能对静密封环5施加一轴向力，使静密封环5与转动的动密封环4端面紧密接触，形成动密封，防止润滑脂漏失。动密封环4和静密封环5都是由高速钢、不锈钢、硬质合金等材料制成。动密封环4与静密封环5的端面上有石墨类耐高温润滑涂层，在井下高温作业时可减少实现动密封产生的摩擦。
如图2所示，动密封环4下端与静密封环5上端的接触面上有一圆弧形凹槽7，可增加散热面积，同时凹槽可储存润滑油，能够减少摩擦；凹槽内安装有一小O型橡胶密封圈8，在受挤压时，可对动密封环4和静密封环5施加一辅助轴向力，使密封更可靠。
如图3所示，在牙掌轴承1根部凹槽处安装有一U型橡胶密封圈10与内置耐磨圈9构成的组合密封圈3，静密封环5与U型橡胶密封圈10的顶端接触，挤压形成的密封面能进一步阻止泥浆和岩屑侵入密封腔，同时取消易损件橡胶支撑环，适用于高速回转、寿命要求高的工作环境，且改性的聚四氟乙烯具有耐摩擦、耐高温和自润滑等方面的特点。
Claims (3)
1.牙轮钻头用组合密封结构，包括动密封环(4)、静密封环(5)、U型橡胶密封圈(10)、O型橡胶密封圈(2)、小O型橡胶密封圈(8)、牙掌轴承(1)和内置耐磨圈(9)，其特征在于：动密封环(4)所处的牙轮(6)内孔外端部位与牙掌轴承(1)根部构成密封腔，由动密封环(4)、静密封环(5)、U型橡胶密封圈(10)、内置耐磨圈(9)和O型橡胶密封圈(2)组成的组合单金属密封圈放入密封腔内，动密封环(4)与牙轮(6)内孔过盈配合，随牙轮(6)一起转动，动密封环(4)、静密封环(5)的端面相配合，构成相对转动的密封面，O型橡胶密封圈(2)被静密封环(5)压缩于牙轮(6)轴颈根部，U型橡胶密封圈(10)与内置耐磨圈(9)组成的组合密封圈(3)安装在牙轮(6)根部凹槽中。
2.根据权利要求1所述的牙轮钻头用组合密封结构，其特征在于：所述的静密封环(5)顶端的平面开有一圆弧形凹槽(7)，凹槽中装配有一小O型橡胶密封圈(8)，动密封环(4)与静密封环(5)由高速钢、不锈钢、硬质合金等材料制成，在动密封环(4)与静密封环(5)的端面上有石墨类耐高温润滑涂层。
3.根据权利要求1所述的牙轮钻头用组合密封结构，其特征在于：所述的牙掌轴承(1)根部与静密封环(5)底部接触处开有一凹槽，凹槽内装配有一U型橡胶密封圈(10)与内置耐磨圈(9)组成的组合密封圈(3)，U型橡胶密封圈(10)顶端与静密封环(5)底部接触，形成密封面，内置耐磨圈(9)由改性的聚四氟乙烯制成。
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