CN1128290C - 一种牙轮钻头轴承密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于石油、地质钻勘牙轮钻头的轴承密封结构，它包括有牙掌轴颈、套装于牙掌轴颈上的牙轮，在牙轮孔口部设有环形密封槽，密封槽中安设有O形橡胶密封圈和保持环，环形密封槽由开设于牙轮轴孔口部的孔肩内镶装L形金属环配置而成，在环形密封槽的周向开设有使环形密封内腔与外界相导通的传压通道。本发明不仅结构简单，加工工艺性好，而且使用时可使钻井液内外导通，从而使牙轮钻头轴承的密封性得到进一步的提高。

Description

一种牙轮钻头轴承密封结构

技术领域

本发明涉及一种用于石油、地质钻勘的牙轮钻头的轴承密封结构，是对现有牙轮钻头轴承密封结构的进一步改进。

背景技术

牙轮钻头的轴承密封结构通常是由O形橡胶密封圈构成的，为了改进和提高该密封结构的使用性能和寿命，美国专利U.S.Pat.NO.4,428,678提出了一种浮动密封结构，它是在牙掌轴颈上开一密封槽，槽内放入一个开口的保持环，由密封槽边壁、保持环形外径和牙轮轴承面组成的环形空间内放置一个O形橡胶圈，形成由径向密封和端面密封组成的密封结构。但是由于O形橡胶圈与密封槽边壁形成端面密封后，保持环内径面与密封槽底之间的密封浮动空腔充满空气而且是密闭的，在钻井过程中极高的钻井液压力使该空腔外压力远大于该空腔内的空气压力，致使O形橡胶圈局部向密封槽内收缩、压迫保持环变形而使密封失效，所以该专利的实际应用效果并不理想。中国专利98113483.1提供了一种浮动密封结构，它能适应高转速牙轮钻头的轴承密封。在钻井过程中，密封浮动空腔能与钻井液压力自动保持平衡。该密封结构简单、性能可靠。但它还存在一些不足：

1、密封浮动空腔的上下腔壁分别是两个滑动表面，精度要求高，加工艺制作难，工艺性差；

2、密封浮动空腔虽然与钻井液压力自动保持平衡，但由于钻井液不流动，在钻头多次使用后，钻井液容易凝固在浮动腔中，从而影响密封的浮动；

3、由于密封浮动空腔与钻井液直接相通，硬质颗粒易进入密封浮动空腔，会导致密封件的破坏。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种加工工艺性好、密封性能更为可靠的牙轮钻头轴承密封结构，它是对上述浮动密封结构的进一步改进。

本发明的目的由以下的技术方案来实现：包括有牙掌轴颈2、套装于牙掌轴颈上的牙轮7，在牙轮轴孔口部设有环形密封槽5，环形密封槽中安设有O形橡胶密封圈3和保持环6，其不同之处在于所述的环形密封槽由开设于牙轮轴孔口部的孔肩内镶装L形金属环4配置而成，在环形密封槽的周向开设有使环形密封槽内腔与外界相导通的传压通道。

按上述方案，可在环形密封槽5的底部开设传压通道，在环形密封槽的中上部也开设有传压通道，由此而形成两个经环形密封内腔可相互导通的传压通道，通常，传压通道的孔径应控制在较小的范围内。

本发明的积极效果在于：1、在环形密封槽处采用L形金属环，不仅结构简单，加工工艺性好，而且加工精度高，为密封性能的可靠性提供了有效的保证；2、在O形橡胶密封圈外包绕一保持环，在装入牙轮牙掌的轴承位后，O形橡胶密封圈就会受到四面挤压，使O形橡胶密封圈与牙掌轴颈面形成径向密封、与牙轮密封槽边壁形成端面密封。由于O形橡胶密封圈与牙轮密封槽边壁之间的滑动摩擦力远小于橡胶圈所受的径向密封挤压力，所以当牙轮作偏心旋转时，橡胶密封圈和保持环将始终保持与牙掌轴颈基本上同轴，确保橡胶密封圈不会出现在轴承受力边变形挤压过大、在轴承非受力边变形挤压过小的现象，从而可在设计时减小其变形挤压量，使其适应高速旋转；此外，因为牙轮的环形密封槽内腔有与外界相通的传压通道，所以保持环与密封槽底之间的浮动空腔中的压力将与外界压力保持平衡，确保密封的可靠性；3、开设相互导通的传压通道，可使钻井液进入环形密封槽，并内外导通，形成循环，这既可避免钻井液凝固在浮动腔中，又可使钻井液对O形橡胶密封圈的冷却效果得到进一步的强化；4、设置较细较长的传压通道，能有效防止硬质颗粒进入环形密封浮动空腔。

附图说明

图1为本发明一个实施例的正视图。

图2为图1中轴承密封部位的局部放大剖视图。

具体实施方式

以下结果附图进一步说明本发明的实施例，包括有牙掌1和牙轮7，牙轮套装于牙掌下部的牙掌轴颈2上，由锁定装8锁定，润滑脂孔9给牙轮与牙掌轴颈相接合的轴承处提供润滑脂，在牙轮轴孔口部开设有一孔肩，孔肩内镶装有一截面为L形的L形金属环4，形成一个环形密封槽8，环形密封槽中安设有保持环6，保持环的截面可为矩形或L形或V形，V形的夹角为90-160°，保持环的径向截面厚度为0.1-1.0mm，由弹性合金钢制成，保持环外径面11与环形密封槽的槽底10保持有适当的径向浮动间隙，该间隙应大于牙轮钻头的轴承间隙，在保持环内放置O形橡胶密封圈3，O形橡胶密封圈位于由牙轮的环形密封槽的内边壁13、外边壁20和保持环内径面12、牙掌轴颈面14组成的矩形环槽内，受到轴向和径向的挤压，形成O形橡胶密封圈与牙轮环形密封槽内边壁13的端面密封，与牙掌轴颈面14的径向密封，由于O形橡胶密封圈与环形密封槽内、外边壁的滑动摩擦力远小于O形橡胶密封圈所受的径向挤压力，所以，在牙轮7相对牙掌轴颈作旋转时，O形橡胶密封圈3将会与牙轮的环形密封槽内、外边壁作相对滑动，而基本保持与牙掌轴颈的同轴旋转；此外，在牙轮轴孔口部的孔肩底部镂有一环槽16，环槽的一侧通过L形金属环底端缺口15与环形密封槽5内腔相通，另一侧通过牙轮上开设的小孔18与外界相导通，形成一个传压通道，小孔18与L形金属环底端缺口15的方位通常相错180

在L形金属环的中上部沿径向钻有一导通孔19，导通孔与L型金属环外径面的外壁环槽17相连通，在外壁环槽的另一侧(偏转180°)通过外壁直槽21与外界导通，形成另一个传压通道，两个传压通道通过环形密封槽内腔可相互导通，形成循环，这样便于使用时钻井液的内外流动和交换，避免密封腔内钻井液的凝固，本实施例中外界的钻井液要通过较细长的传压通道才能进入密封内腔，因此可有效避免硬质颗粒的进入，以保证O形橡胶密封圈的有效使用。

本发明可用于单牙轮钻头，也可用于三牙轮及多牙轮钻头。

Claims (5)

1、一种牙轮钻头轴承密封结构，包括有牙掌轴颈(2)、套装于牙掌轴颈上的牙轮(7)，在牙轮轴孔口部设有环形密封槽(5)，环形密封槽中安设有O形橡胶密封圈(3)和保持环(6)，其特征在于所述的环形密封槽由开设于牙轮轴孔口部的孔肩内镶装L形金属环(4)配置而成，在环形密封槽(5)的周向开设有使环形密封槽内腔与外界相导通的传压通道。

2、按权利要求1所述的牙轮钻头轴承密封结构，其特征在于在环形密封槽(5)的底部开设传压通道，在环形密封槽(5)的中上部也开设有传压通道，由此而形成两个经环形密封内腔可相互导通的传压通道。

3、按权利要求1或2所述的牙轮钻头轴承密封结构，其特征在于保持环(6)的截面为矩形或L形或V形。

4、按权利要求3所述的牙轮钻头轴承密封结构，其特征在于保持环(6)的径向截面厚度为0.1-1.0mm，由弹性合金钢制成，保持环外径面与环形密封槽(5)的槽底保持有径向浮动间隙。

5、按权利要求1或2所述的牙轮钻头轴承密封结构，其特征在于在在牙轮轴孔口部的孔肩底部镂有一环槽(16)，环槽的一侧通过L形金属环底端缺口(15)与环形密封槽(5)内腔相通，另一侧通过牙轮上开设的小孔(18)与外界相导通，形成一个传压通道，在L形金属环的中上部沿径向钻有一导通孔(19)，导通孔与L型金属环外径面的外壁环槽(17)相连通，在外壁环槽的另一侧通过外壁直槽(21)与外界导通，形成另一个传压通道，两个传压通道通过环形密封槽内腔相互导通，形成循环。

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