CN111509894B - 顶驱电机主轴上端密封结构及顶驱钻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种顶驱电机主轴上端密封结构及顶驱钻机，属于钻井设备领域。顶驱电机主轴上端密封结构，包括密封壳、主轴上端、主密封套和气流收集装置。主轴上端穿过密封壳。主密封套设于密封壳上，套设于主轴上端外，内壁与主轴上端的外壁之间具有储气间隙，主密封套的上端和下端分别与主轴上端密封，以使储气间隙的两端密封形成密封室。气流收集装置与密封室连通，用于置于风道中收集气流并将收集的气流通入密封室，顶驱钻机包括上述的顶驱电机主轴上端密封结构。本发明的顶驱电机主轴上端密封结构及顶驱钻机，保证了主轴上端与密封壳的密封性，避免密封室内压力过高，防止主密封套和主轴上端之间的密封处损坏。

Description

顶驱电机主轴上端密封结构及顶驱钻机

技术领域

本发明属于钻井设备技术领域，更具体地说，是涉及一种顶驱电机主轴上端密封结构及顶驱钻机。

背景技术

在顶驱钻机中，顶驱电机主轴上端的密封结构是必不可少的一部分。在顶驱钻机使用中，顶驱电机主轴上端的密封主要用来防止钻井液进入顶驱电机内部，避免顶驱电机损坏，所以顶驱电机主轴上端的密封是非常重要的。

在现有的顶驱钻机中，顶驱电机主轴上端的密封一般是通过直接在顶驱电机的主轴和鹅颈管支架的壳体之间加装油封来实现的，然而在实际使用中，用油封来密封达不到理想的密封效果，尤其是当顶驱电机使用一段时间后，由于油封的磨损使得密封效果更差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种顶驱电机主轴上端密封结构及顶驱钻机，以解决现有技术中存在的采用油封进行顶驱电机主轴上端的密封，密封效果较差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，提供一种顶驱电机主轴上端密封结构，包括：

密封壳；

主轴上端，穿过所述密封壳；

主密封套，设于所述密封壳上，套设于所述主轴上端外，内壁与所述主轴上端的外壁之间具有储气间隙，所述主密封套的上端和下端分别与所述主轴上端密封，以使所述储气间隙的两端密封形成密封室；以及

气流收集装置，与所述密封室连通，用于置于风道中收集气流并将收集的气流通入所述密封室。

作为本申请另一实施例，所述顶驱电机主轴上端密封结构还包括排风管，所述排风管用于与顶驱电机风冷系统的排风口连通，所述气流收集装置置于所述排风管内。

作为本申请另一实施例，所述气流收集装置包括呈喇叭状的收集罩，所述收集罩小端通过风管与所述密封室连通、大端迎向气流。

作为本申请另一实施例，所述主密封套上端设有环绕所述主轴上端的上密封盒，所述主密封套上端与所述上密封盒密封连接，所述上密封盒与所述主轴上端之间采用上油封密封，以将所述储气间隙上端密封；所述上油封变形槽的开口朝向所述密封室。

作为本申请另一实施例，所述上密封盒插入所述储气间隙内，所述上密封盒外周通过上密封圈与所述主密封套内壁密封；所述上密封盒与所述主轴上端之间还设有外油封，所述外油封位于所述上油封远离所述密封室的一侧，且所述外油封的变形槽开口背向所述密封室。

作为本申请另一实施例，所述主密封套下端与所述密封壳密封连接；所述密封壳上设有环绕所述主轴上端的下密封盒，所述下密封盒与所述密封壳密封连接，所述下密封盒与所述主轴上端之间采用下油封密封，以将所述储气间隙下端密封；所述下油封变形槽的开口朝向所述密封室。

作为本申请另一实施例，所述密封壳设有环绕所述主轴上端的卡槽，所述下密封盒设于所述卡槽内，所述下密封盒的外周通过下密封圈与所述主密封套内壁密封，所述下密封盒内周设有一个或两个以上与所述主轴上端密封的下油封，各个所述下油封变形槽的开口均朝向所述密封室。

作为本申请另一实施例，所述主轴上端外周设有环形的遮蔽盖，所述遮蔽盖位于所述主密封套上方，且外缘向下弯曲包覆所述主密封套上端与所述主轴上端的密封处。

作为本申请另一实施例，所述主轴上端包括：

芯轴，下端设有台阶段，所述遮蔽盖套设于所述芯轴外周；

耐磨套，套设于所述芯轴的中部，所述遮蔽盖位于所述耐磨套上方；以及

固定螺母，螺纹连接于所述芯轴的上端，并将所述遮蔽盖和所述耐磨套依次抵压在所述台阶段上；

所述主密封套与所述耐磨套的外壁之间形成所述储气间隙，所述主密封套的上端和下端分别与所述耐磨套密封。

本发明实施例提供的顶驱电机主轴上端密封结构的有益效果在于：与现有技术相比，本发明实施例的顶驱电机主轴上端密封结构，气流收集装置收集正压风通入密封室，使得密封室中保持正压，从而防止外界的钻井液等进入主密封套上端和主轴上端之间，保证了主轴上端与密封壳的密封性。采用气流收集装置置于风道中收集气流，一方面不需要增加专门的供气管路，能够方便的使密封室内的压力大于外界压力，另一方面高压气源的压力不会直接传递到密封室中，避免密封室内压力过高，防止主密封套和主轴上端之间的密封处损坏。

本发明采用的另一技术方案是，提供一种顶驱钻机，包括：以上任一项所述的顶驱电机主轴上端密封结构。

本发明实施例提供的顶驱钻机的有益效果在于：与现有技术相比，本发明实施例的顶驱钻机，通过采用以上任一项所述的顶驱电机主轴上端密封结构，气流收集装置收集正压风通入密封室，使得密封室中保持正压，从而防止外界的钻井液等进入主密封套上端和主轴上端之间，保证了主轴上端与密封壳的密封性。采用气流收集装置置于风道中收集气流，一方面不需要增加专门的供气管路，能够方便的使密封室内的压力大于外界压力，另一方面高压气源的压力不会直接传递到密封室中，避免密封室内压力过高，防止主密封套和主轴上端之间的密封处损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的顶驱电机主轴上端密封结构的剖视图；

图2为图1中A处的放大图。

其中，图中各附图标记：

1-密封壳；11-卡槽；12-下密封盒；13-下油封；14-下密封圈；2-主轴上端；21-遮蔽盖；22-芯轴；23-耐磨套；24-固定螺母；3-主密封套；31-上密封盒；32-上油封；33-外油封；34-上密封圈；4-密封室；5-气流收集装置；51-收集罩；6-排风管；7-变形槽。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1和图2，现对本发明实施例提供的顶驱电机主轴上端密封结构进行说明。一种顶驱电机主轴上端密封结构，包括：密封壳1、主轴上端2、主密封套3和气流收集装置5。

主轴上端2穿过密封壳1。主密封套3设于密封壳1上，套设于主轴上端2外，内壁与主轴上端2的外壁之间具有储气间隙，主密封套3的上端和下端分别与主轴上端2密封，以使储气间隙的两端密封形成密封室4。气流收集装置5与密封室4连通，用于置于风道中收集气流并将收集的气流通入密封室4。

与现有技术相比，本发明实施例的顶驱电机主轴上端密封结构，气流收集装置5收集正压风通入密封室4，使得密封室4中保持正压，从而防止外界的钻井液等进入主密封套3上端和主轴上端2之间，保证了主轴上端2与密封壳1的密封性。采用气流收集装置5置于风道中收集气流，一方面不需要增加专门的供气管路，能够方便的使密封室4内的压力大于外界压力，另一方面高压气源的压力不会直接传递到密封室4中，避免密封室4内压力过高，防止主密封套3和主轴上端2之间的密封处损坏。

本实施例中，密封壳1可以是顶驱电机上部的壳体，也可以是鹅颈管支架的壳体，或者其他的需要与主轴上端2进行密封的壳体。密封壳1上设有贯通孔使得主轴上端2穿过。主密封套3可以是焊接或者螺栓连接的固定在密封壳1上，主密封套3同轴的套在主轴上端2穿过密封壳1的部分上。主密封套3为圆形套并且内径大于主轴上端2的外径，使得主密封套3的内壁与主轴上端2的外壁之间形成储气间隙。主密封套3的上端和下端可以是分别设有密封结构，主密封套3的上端和下端分别通过密封结构与主轴上端2滑动密封，将储气间隙上端和下端密封形成密封室4，密封结构可以是油封密封，也可以是其他形式的密封。主密封套3的上端和下端也可以是通过其他结构间接的与主轴上端2进行密封，以使储气间隙的两端密封形成密封室4。

本实施例中，气流收集装置5用于安装在风道中，风道具体地可以是压缩空气系统中的排气管道，也可以是风冷系统的排风管6，还可以是其他的长期有稳定的气流流过的地方。气流收集装置5具体地可以采用喇叭状的收集罩51，也可以采用其他能够将气流集中并输送到密封室4中的结构。

请参阅图1，作为本发明提供的顶驱电机主轴上端密封结构的一种具体实施方式，顶驱电机主轴上端密封结构还包括排风管6，排风管6用于与顶驱电机风冷系统的排风口连通，气流收集装置5置于排风管6内。

本实施例中，顶驱电机采用风冷系统进行冷却，排风管6一端与风冷系统的排风口连通，另一端放空。在顶驱电机运行时，风冷系统中的冷风对顶驱电机进行冷却后从排风口排出，进入排风管6中，使得排风管6中形成稳定的气流。气流收集装置5置于排风管6内，使得气流收集装置5能够方便的收集稳定的气流，而且在顶驱电机运行时，气流收集装置5收集到气流送入密封室4中，而在顶驱电机停止时，气流收集装置5则停止向密封室4送入气流，能够实现顶驱电机的启停控制主密封套3与主轴上端2的密封程度，延长使用寿命。

请参阅图1，作为本发明提供的顶驱电机主轴上端密封结构的一种具体实施方式，气流收集装置5包括呈喇叭状的收集罩51，收集罩51小端通过风管与密封室4连通、大端迎向气流。结构简单，安装方便，成本低。

本实施例中，收集罩51可以是固定在排风管6内，收集罩51的大端面向风冷系统的排风口，收集罩51小端的风管穿透排风管6的管壁、连接到主密封套3的侧壁上。排风管6的内径大于收集罩51大端的直径，例如收集罩51大端的直径不大于排风管6内径的二分之一，以保证排风管6的排风阻力较小。

请参阅图1和图2，作为本发明提供的顶驱电机主轴上端密封结构的一种具体实施方式，主密封套3上端设有环绕主轴上端2的上密封盒31，主密封套3上端与上密封盒31密封连接，上密封盒31与主轴上端2之间采用上油封32密封，以将储气间隙上端密封；上油封32变形槽7的开口朝向密封室4。采用此种结构，密封室4内的气压能够进入上油封32的变形槽7中，推动上油封32的唇部与主轴上端2贴合的更加紧密，提高密封性能。

本实施例中，上密封盒31呈环状或者筒状，上密封盒31固定在主密封套3的上端，并同轴套设在主轴上端2上。上密封盒31与主密封套3上端通过密封结构密封或者直接与主密封套3上端为一体，保证上密封盒31与主密封套3上端密封，上密封盒31通过上油封32与主轴上端2密封，从而将储气间隙上端密封。具体地，上密封盒31的内周设有凹槽，上油封32安装在凹槽中，并且上油封32变形槽7的开口向下朝向密封室4。上油封32的数量可以根据密封需要设置一个或者多个。

请参阅图1和图2，作为本发明提供的顶驱电机主轴上端密封结构的一种具体实施方式，上密封盒31插入储气间隙内，上密封盒31外周通过上密封圈34与主密封套3内壁密封；上密封盒31与主轴上端2之间还设有外油封33，外油封33位于上油封32远离密封室4的一侧，且外油封33的变形槽7开口背向密封室4。采用此种设置，能够防止外部的尘土等杂质进入上密封盒31与主轴上端2之间，延长使用寿命。

本实施例中，上密封盒31呈管状同轴的插入储气间隙内，并通过螺栓固定在主密封套3上。上密封盒31上端和下端的内周分别设有凹槽。外油封33安装在上密封盒31上端的凹槽中，并且开口向上背向密封室4。上油封32安装在上密封盒31下端的凹槽中，并且开口向下朝向密封室4。外油封33的数量和上油封32的数量可以根据密封需要设置一个或者多个。上密封盒31的外周设有凹槽，上密封圈34安装在上密封盒31外周的凹槽中并与主密封套3的内壁贴合密封。

请参阅图1和图2，作为本发明提供的顶驱电机主轴上端密封结构的一种具体实施方式，主密封套3下端与密封壳1密封连接；密封壳1上设有环绕主轴上端2的下密封盒12，下密封盒12与密封壳1密封连接，下密封盒12与主轴上端2之间采用下油封13密封，以将储气间隙下端密封；下油封13变形槽7的开口朝向密封室4。采用此种结构，密封室4内的气压能够进入下油封13的变形槽7中，推动下油封13的唇部与主轴上端2贴合的更加紧密，提高密封性能。

本实施例中，下密封盒12呈环状或者筒状，下密封盒12固定在主密封套3的上端，并同轴套设在主轴上端2上。下密封盒12与主密封套3下端通过密封结构密封或者直接与主密封套3下端为一体，保证下密封盒12与主密封套3下端密封，下密封盒12通过下油封13与主轴下端密封，从而将储气间隙下端密封。具体地，下密封盒12的内周设有凹槽，下油封13安装在凹槽中，并且下油封13变形槽7的开口向上朝向密封室4。下油封13的数量可以根据密封需要设置一个或者多个。

请参阅图1和图2，作为本发明提供的顶驱电机主轴上端密封结构的一种具体实施方式，密封壳1设有环绕主轴上端2的卡槽11，下密封盒12设于卡槽11内，下密封盒12的外周通过下密封圈14与主密封套3内壁密封，下密封盒12内周设有一个或两个以上与主轴上端2密封的下油封13，各个下油封13变形槽7的开口均朝向密封室4。采用此种结构，密封壳1上卡槽11的空间较大，便于下密封盒12的设计和安装。

本实施例中，卡槽11呈环形并设于密封壳1的下壁面上，下密封盒12呈环形，并且卡入卡槽11中后通过螺钉固定在密封壳1上。下密封盒12的内周设有凹槽，下油封13安装在下密封盒12的凹槽中，并且开口向上朝向密封室4。下油封13的数量可以根据密封需要设置一个或者多个。下密封盒12的外周设有凹槽，下密封圈14安装在下密封盒12外周的凹槽中并与密封壳1的卡槽11的内壁贴合密封。

请参阅图1，作为本发明提供的顶驱电机主轴上端密封结构的一种具体实施方式，主轴上端2外周设有环形的遮蔽盖21，遮蔽盖21位于主密封套3上方，且外缘向下弯曲包覆主密封套3上端与主轴上端2的密封处。采用此种结构，能够防止下落的钻井液直接冲击主密封套3上端与主轴上端2的密封处。

本实施例中，遮蔽盖21固定在主轴上端2上，随主轴上端2转动，遮蔽盖21和主密封套3上端与主轴上端2的密封处间隔一定距离，避免干涉。具体地，遮蔽盖21呈扁平的环形，中心为安装孔。主轴上端2从遮蔽盖21的安装孔中穿过，遮蔽盖21通过套在主轴上端2上的螺母固定。

请参阅图1，作为本发明提供的顶驱电机主轴上端密封结构的一种具体实施方式，主轴上端2包括：芯轴22、耐磨套23和固定螺母24。

芯轴22下端设有台阶段，遮蔽盖21套设于芯轴22外周。耐磨套23套设于芯轴22的中部，遮蔽盖21位于耐磨套23上方。固定螺母24螺纹连接于芯轴22的上端，并将遮蔽盖21和耐磨套23依次抵压在台阶段上。主密封套3与耐磨套23的外壁之间形成储气间隙，主密封套3的上端和下端分别与耐磨套23密封。采用此种设置，可以松开固定螺母24，更换耐磨套23和遮蔽盖21，便于后期的维护。

本实施例中，芯轴22为长直轴并且沿轴线设有通孔。芯轴22下端的直径变大形成台阶段，芯轴22的上端车出螺纹用于与固定螺母24连接。耐磨套23可以采用相对于芯轴22耐磨性更好的材料制作，保持成本较低，延长使用寿命。遮蔽盖21和耐磨套23由上至下依次套在芯轴22上，利用固定螺母24将遮蔽盖21和耐磨套23抵压在台阶段上，使遮蔽盖21和耐磨套23与芯轴22固定。

请参阅图1和图2，本发明实施例还提供一种顶驱钻机，顶驱钻机包括：以上任一项的顶驱电机主轴上端密封结构。

与现有技术相比，本发明实施例的顶驱钻机，通过采用以上任一项的顶驱电机主轴上端密封结构，气流收集装置5收集正压风通入密封室4，使得密封室4中保持正压，从而防止外界的钻井液等进入主密封套3上端和主轴上端2之间，保证了主轴上端2与密封壳1的密封性。采用气流收集装置5置于风道中收集气流，一方面不需要增加专门的供气管路，能够方便的使密封室4内的压力大于外界压力，另一方面高压气源的压力不会直接传递到密封室4中，避免密封室4内压力过高，防止主密封套3和主轴上端2之间的密封处损坏。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.顶驱电机主轴上端密封结构，其特征在于，包括：

密封壳；

主轴上端，穿过所述密封壳；

主密封套，设于所述密封壳上，套设于所述主轴上端外，内壁与所述主轴上端的外壁之间具有储气间隙，所述主密封套的上端和下端分别与所述主轴上端密封，以使所述储气间隙的两端密封形成密封室；以及

气流收集装置，与所述密封室连通，用于置于风道中收集气流并将收集的气流通入所述密封室；

所述主轴上端外周设有环形的遮蔽盖；

所述主轴上端包括：

芯轴，下端设有台阶段，所述遮蔽盖套设于所述芯轴外周；

耐磨套，套设于所述芯轴的中部，所述遮蔽盖位于所述耐磨套上方；以及

固定螺母，螺纹连接于所述芯轴的上端，并将所述遮蔽盖和所述耐磨套依次抵压在所述台阶段上；

所述主密封套与所述耐磨套的外壁之间形成所述储气间隙，所述主密封套的上端和下端分别与所述耐磨套密封。

2.如权利要求1所述的顶驱电机主轴上端密封结构，其特征在于，所述顶驱电机主轴上端密封结构还包括排风管，所述排风管用于与顶驱电机风冷系统的排风口连通，所述气流收集装置置于所述排风管内。

3.如权利要求1或2所述的顶驱电机主轴上端密封结构，其特征在于，所述气流收集装置包括呈喇叭状的收集罩，所述收集罩小端通过风管与所述密封室连通、大端迎向气流。

4.如权利要求1所述的顶驱电机主轴上端密封结构，其特征在于，所述主密封套上端设有环绕所述主轴上端的上密封盒，所述主密封套上端与所述上密封盒密封连接，所述上密封盒与所述主轴上端之间采用上油封密封，以将所述储气间隙上端密封；所述上油封的变形槽的开口朝向所述密封室。

5.如权利要求4所述的顶驱电机主轴上端密封结构，其特征在于，所述上密封盒插入所述储气间隙内，所述上密封盒外周通过上密封圈与所述主密封套内壁密封；所述上密封盒与所述主轴上端之间还设有外油封，所述外油封位于所述上油封远离所述密封室的一侧，且所述外油封的变形槽开口背向所述密封室。

6.如权利要求1所述的顶驱电机主轴上端密封结构，其特征在于，所述主密封套下端与所述密封壳密封连接；所述密封壳上设有环绕所述主轴上端的下密封盒，所述下密封盒与所述密封壳密封连接，所述下密封盒与所述主轴上端之间采用下油封密封，以将所述储气间隙下端密封；所述下油封的变形槽的开口朝向所述密封室。

7.如权利要求6所述的顶驱电机主轴上端密封结构，其特征在于，所述密封壳设有环绕所述主轴上端的卡槽，所述下密封盒设于所述卡槽内，所述下密封盒的外周通过下密封圈与所述主密封套内壁密封，所述下密封盒内周设有一个或两个以上与所述主轴上端密封的下油封，各个所述下油封变形槽的开口均朝向所述密封室。

8.如权利要求1所述的顶驱电机主轴上端密封结构，其特征在于，所述遮蔽盖位于所述主密封套上方，且外缘向下弯曲包覆所述主密封套上端与所述主轴上端的密封处。

9.顶驱钻机，其特征在于，包括：如权利要求1至8任一项所述的顶驱电机主轴上端密封结构。

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