CN110359850A - 牙轮钻头用新型密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种牙轮钻头用新型密封结构，已在矿山和钻井领域广泛应用，也可用于其它密封形式难以满足要求的场合。其技术方案：牙轮凹槽与牙掌轴颈转角处构成密封腔，将动密封环、静密封环、静三角形橡胶密封圈和动三角形橡胶密封圈组成的双金属密封结构放入密封腔内，牙轮凹槽处依次安装静三角形橡胶密封圈、静密封环、动密封环、动三角形橡胶密封圈和牙轮。过盈装配时牙轮径向挤压静三角形橡胶密封圈和动三角形橡胶密封圈，实现静密封。动密封环、静密封环的端面相配合，构成相对转动的动密封面。本发明改进了双金属密封的结构，增加了密封的可靠性，增大了散热面积，提高了耐磨性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及钻头密封，特别是涉及一种牙轮钻头用新型密封结构，已在矿山和钻井领域广泛应用，也可用于其它密封形式难以满足要求的场合。
背景技术
双金属密封是牙轮钻头中轴承密封的关键零部件之一，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优点，广泛应用于矿山和钻井领域中，其作用是防止密封腔内的润滑油泄漏，抵抗来自钻井外部流体的磨损。现目前使用的双金属密封结构在恶劣工况下工作时，密封端面处于压紧贴合状态，动静密封环之间相对转动，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，使得钻头快速失效，增加钻井成本，降低钻井效率。
针对现有双金属密封结构易发生密封失效的问题，设计一种散热面积更大、密封性能更可靠、耐磨性和使用寿命更高的双金属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：为克服现有双金属密封结构在井下恶劣工况中易发生密封失效的问题，设计了一种散热面积更大、密封性能更可靠、耐磨性和使用寿命更高的牙轮钻头用新型密封结构。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：牙轮钻头用新型密封结构，包括动密封环、静密封环、静三角形橡胶密封圈、动三角形橡胶密封圈、牙轮和牙掌轴颈，其特征在于：牙轮凹槽与牙掌轴颈转角处构成密封腔，由动密封环、静密封环、静三角形橡胶密封圈和动三角形橡胶密封圈组成的双金属密封结构放入密封腔内，牙轮凹槽处依次安装静三角形橡胶密封圈、静密封环、动密封环、动三角形橡胶密封圈和牙轮。过盈装配时牙轮径向挤压静三角形橡胶密封圈和动三角形橡胶密封圈，实现静密封，动密封环、静密封环的端面相配合，构成相对转动的动密封面。
作为进一步的技术方案，所述的牙掌轴颈转角与牙轮凹槽截面均为直角，其表面涂有石墨类耐高温润滑涂料，静三角形橡胶密封圈和动三角形橡胶密封圈截面为等腰直角三角形。
作为进一步的技术方案，所述的静密封环和动密封环接触端面开有细小的锯齿形凹槽，两端面上凹槽交错分布，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。
本发明的有益效果是：(1)本发明所述牙掌轴颈转角与牙轮凹槽表面涂有石墨类耐高温润滑涂料，在井下高温作业时可减少实现动密封产生的摩擦；(2)采用三角形橡胶密封圈，相比O型密封圈密封性能更加稳定；(3)动三角形橡胶密封圈和静三角形橡胶密封圈由改性的聚四氟乙烯制成，具有耐磨损、耐高温和自润滑等特点；(4)所述的静密封环和动密封环接触端面开有交错分布的细小锯齿形凹槽，可增加散热面积，同时凹槽可储存润滑油，减少摩擦。
附图说明
图1为本发明应用的牙轮钻头轴截面示意图。
图2为本发明密封结构局部放大图。
图3为本发明动静密封环接触端面局部放大图。
图中：1.径向轴承，2.轴颈销，3.牙轮，4.长油孔，5.塞销，6.，7.滚珠，8.静三角形橡胶密封圈，9.静密封环，10.动密封环，11.动三角形橡胶密封圈，12.牙掌轴颈，13.锯齿形凹槽。
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，牙轮钻头用新型密封结构，主要由动密封环10、静密封环9、静三角形橡胶密封圈8、动三角形橡胶密封圈11、牙轮3和牙掌轴颈12组成，其中：牙轮3凹槽与牙掌轴颈12转角处构成密封腔，由动密封环10、静密封环9、静三角形橡胶密封圈8和动三角形橡胶密封圈11组成的双金属密封结构6放入密封腔内，牙轮3凹槽处依次安装静三角形橡胶密封圈8、静密封环9、动密封环10、动三角形橡胶密封圈11和牙轮3。过盈装配时牙轮3径向挤压静三角形橡胶密封圈8和动三角形橡胶密封圈11，实现静密封。动密封环10、静密封环9的端面相配合，构成相对转动的动密封面。
如图1所示为本发明应用的牙轮钻头轴截面示意图，可以看出本发明所设计的密封结构处于牙轮3凹槽与牙掌轴颈12转角处构成密封腔中。安装时在牙轮3凹槽处依次安装静三角形橡胶密封圈8、静密封环9、动密封环10、动三角形橡胶密封圈11和牙轮3。轴颈销2和牙轮3的腔体都包括用于牙轮3保持滚珠7轴承和径向轴承1的互补轴承座圈，锁紧滚珠7从塞销孔放入轴承后将塞销5焊接固定，长油孔4给钻头轴承提供润滑脂。当静密封环9施加一轴向力，使静密封环9与转动的动密封环10端面紧密接触，形成动密封，防止润滑脂漏失。动密封环10和动三角形橡胶密封圈11的端面接触，静密封环9和静三角形橡胶密封圈8的端面接触，所形成的密封面能进一步阻止泥浆和岩屑侵入密封腔，同时也可对动密封环10和静密封环9施加一辅助轴向力，使密封更可靠。动密封环10和静密封环9的接触端面上开有锯齿形凹槽13，可储存润滑脂润滑密封面，减小磨损，增大散热面积。动密封环10和静密封环9都是由高速钢、不锈钢、硬质合金等材料制成。动密封环10和静密封环9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，本发明包括动密封环10、静密封环9、静三角形橡胶密封圈8、动三角形橡胶密封圈11、牙轮3和牙掌轴颈12。静三角形橡胶密封圈8和静三角形橡胶密封圈11分布位于牙轮3和牙掌轴颈12的密封区域，以保证两个金属密封环的密封表面始终保持良好接触，实现可靠的密封，同时起到径向密封的作用，过盈装配时牙轮3径向挤压静三角形橡胶密封圈8和动三角形橡胶密封圈11，实现静密封，动密封环10、静密封环9的端面相配合，构成相对转动的动密封面。
如图3所示，静密封环9和动密封环10顶部开有交错分布的锯齿形凹槽13，两凹槽之间的间隔大与凹槽深度，可增加散热面积，同时凹槽可储存润滑油，能够减少摩擦。且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。
Claims (3)
1.一种牙轮钻头用新型密封结构，包括动密封环(10)、静密封环(9)、静三角形橡胶密封圈(8)、动三角形橡胶密封圈(11)、牙轮(3)和牙掌轴颈(12)，其特征在于：牙轮(3)凹槽与牙掌轴颈(12)转角处构成密封腔，由动密封环(10)、静密封环(9)、静三角形橡胶密封圈(8)和动三角形橡胶密封圈(11)组成的双金属密封结构(6)放入密封腔内，牙轮(3)凹槽(13)处依次安装静三角形橡胶密封圈(8)、静密封环(9)、动密封环(10)、动三角形橡胶密封圈(11)和牙轮(3)。过盈装配时牙轮(3)径向挤压静三角形橡胶密封圈(8)和动三角形橡胶密封圈(11)，实现静密封，动密封环(10)、静密封环(9)的端面相配合，构成相对转动的动密封面。
2.根据权利要求1所述的一种牙轮钻头用新型密封结构，其特征在于：所述的牙掌轴颈(12)转角与牙轮(3)凹槽截面均为直角，其表面涂有石墨类耐高温润滑涂料，静三角形橡胶密封圈(8)和动三角形橡胶密封圈(11)截面为等腰直角三角形。
3.根据权利要求1所述的一种牙轮钻头用新型密封结构，其特征在于：所述的静密封环(9)和动密封环(10)接触端面开有细小的锯齿形凹槽(13)，两端面上凹槽交错分布，动密封环(10)与静密封环(9)由高速钢、不锈钢、硬质合金等材料制成，在动密封环(10)与静密封环(9)的端面上有石墨类耐高温润滑涂层。
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