CN211573400U - 一种组合密封结构牙轮钻头 - Google Patents

Abstract

一种组合密封结构牙轮钻头，其牙轮的牙轮腔体的开口处与轴端之间设有一组合密封结构，该组合密封结构包括一牙掌密封面，该牙掌密封面为设于轴端根部一周的环形面；还包括一密封槽，该密封槽为开设于牙轮腔体端口处的环形台阶槽，且密封槽具有相邻连接的两个牙轮密封面；还包括一组合密封件，该组合密封件由一塑料密封件和一橡胶密封圈组成，塑料密封件设于密封槽内靠向两个牙轮密封面侧，塑料密封件上设有与密封槽的两个牙轮密封面对应接触配合的动密封面，而塑料密封件上朝向牙掌密封面的一侧上设有一静接触保持面，该静接触保持面为一凹面。该方案的密封结构密封寿命高，密封效果好，耐磨性能高，占用轴承空间小，且具有成本优势。

Description

一种组合密封结构牙轮钻头

技术领域

本实用新型涉及钻井工具技术领域，尤其涉及一种组合密封结构牙轮钻头。

背景技术

牙轮钻头广泛应用于石油、天然气钻井以及其他矿用钻探领域，牙轮钻头密封结构能防止轴承内的润滑脂发生泄漏，同时防止外界砂石及水分进入轴承，从而达到密封的效果。实践中发现，密封结构的寿命很大程度上决定了钻头的使用寿命。

牙轮钻头最常用的密封型式有横截面为圆形的橡胶密封和金属密封。其中，横截面为圆形的橡胶密封结构如附图1和附图2所示，该结构简单、安装方便，但将橡胶密封圈摩擦磨损性能、耐温性不足，密封寿命低，可靠性不高。目前常见的金属密封如附图3和附图4所示，由一对横截面为圆形的橡胶密封圈和一对金属环组成，橡胶圈做静密封，一对金属环做动密封，动密封摩擦磨损性能好，耐温性好，密封寿命高。但金属密封结构复杂，金属密封面和牙轮密封面的加工精度要求均较高，安装难度大，所以成本很高，同时占用轴承空间大，在一定程度上减小轴承承载，实际应用中局限性很大。

因此，目前亟待解决的技术问题是，在传统的组合密封中，横截面为圆形的橡胶密封圈耐磨性能差、耐温性不足导致密封寿命较低和金属组合密封结构复杂、占用轴承空间的问题。

发明内容

本实用新型提供一种组合密封结构牙轮钻头，其目的是，解决耐磨性能差、占用轴承空间和耐温性能不足三者难以同时克服的问题，实现牙轮钻头的更高的密封稳定性和更高的密封寿命。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种组合密封结构牙轮钻头，包括牙掌以及牙轮，所述牙掌上设有一轴端，所述牙轮上设有一牙轮腔体，所述牙轮以所述牙轮腔体套设于所述牙掌的所述轴端上；其创新在于：所述牙轮的牙轮腔体的开口处与所述轴端之间设有一组合密封结构，该组合密封结构包括一牙掌密封面，该牙掌密封面为设于所述轴端根部一周的环形面，该环形面在所述牙轮轴向横截面上的投影为一斜线段，该斜线段与所述牙轮轴向的夹角为20°至70°。

该组合密封结构还包括一密封槽，该密封槽为开设于牙轮腔体端口处的环形台阶槽，该环形台阶槽开口与所述牙掌密封面相对，且所述密封槽具有相邻连接的两个牙轮密封面。

该组合密封结构还包括一组合密封件，该组合密封件由一塑料密封件和一橡胶密封圈组成，所述塑料密封件设于所述密封槽内靠向所述两个牙轮密封面侧，塑料密封件上设有与所述密封槽的两个所述牙轮密封面对应接触配合的动密封面，而所述塑料密封件上朝向所述牙掌密封面的一侧上设有一静接触保持面，该静接触保持面为一凹面；所述橡胶密封圈设于所述塑料密封件的所述静接触保持面与所述牙掌密封面之间，所述橡胶密封圈沿所述牙轮轴向的横截面为圆形，所述橡胶密封圈一侧与所述静接触保持面接触静密封，另一侧与所述牙掌密封面接触静密封。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1．上述方案中，所述动密封面上设有沟槽，该沟槽为绕所述牙轮轴向的环形槽。所述环形沟槽长度低于所述动密封面长度的二分之一。该环形槽可以形成多面密封结构，有助于提高密封效果。

2．上述方案中，所述沟槽内容纳有油脂。所述沟槽形成润滑油腔，可进一步降低摩擦力；同时在旋转运动中，蓄油的动力学作用可增强密封效果。

3．上述方案中，所述静接触保持面在所述牙轮轴向横截面上的投影由一中间直线段与两端的两个弧线段连接构成，对橡胶密封圈起到一定的包覆效果，增加两者之间的静密封效果。

4．上述方案中，组合密封结构中牙掌密封面和所述静接触保持面均设计有斜面型式，橡胶密封圈预压缩变形后为塑料密封件提供了径向和轴向两个方向的分力。轴承转动过程中牙轮的轴向密封端面与塑料密封件端面之间形成主密封面，牙轮的径向密封面与塑料密封件径向面之间形成辅助密封面。主密封面处的密封压力较大，起主要的轴承密封作用；辅助密封面处的密封压力较小，起辅助密封效果。

5．上述方案中，所述橡胶密封圈的硬度范围为A70至A85；所述塑料密封件的材料为可用于密封件的塑料材料，优选为聚四氟乙烯、聚氨酯、尼龙和酚醛夹布树脂。

本实用新型的优点如下：

1．本实用新型和现有的横截面为圆形的橡胶密封和金属密封结构相比在保证了密封寿命和可靠性的同时，具有结构紧凑、节省安装空间和防尘效果好的优点，能有效地提高轴承寿命和钻头寿命。

2．本实用新型采用塑料密封件结构，其塑料材料密封性能优越，摩擦磨损性能好，耐温性好。

3．本实用新型采用塑料密封件结构，与金属密封件相比，对密封件和牙轮的动密封面要求均较低，制作工艺简单，可大幅度降低成本。

4．本实用新型结构中，静密封环斜面的设计，以及塑料密封件上沟槽的多面密封和蓄油设计，能有效提高密封效果。

附图说明

附图1为现有技术一的结构示意图；

附图2为附图1一局部放大的结构示意图；

附图3为现有技术二的结构示意图；

附图4为附图3局部放大的结构示意图；

附图5为本实用新型的组合密封结构示意图；

附图6为附图5局部放大的结构示意图。

以上附图中：1．牙掌；11．轴端；12．牙掌密封面；2．牙轮；21．牙轮腔体；22．密封槽；23．牙轮密封面；3．塑料密封件；31．动密封面；32．沟槽；33．静接触保持面；5．横截面为圆形的橡胶密封圈；61．橡胶密封圈；62．橡胶密封圈；63．金属密封圈；64．金属密封圈。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一

参见附图5和图6所示，一种组合密封结构牙轮钻头，包括牙掌1以及牙轮2，所述牙掌1上设有一轴端11，所述牙轮2上设有一牙轮腔体21，所述牙轮2以所述牙轮腔体21套设于所述牙掌1的所述轴端11上；所述牙轮2的牙轮腔体21的开口处与所述轴端11之间设有一组合密封结构，该组合密封结构包括：一牙掌密封面12、一密封槽22和一组合密封件。

所述牙掌密封面12为设于所述轴端11根部一周的环形面，该环形面在所述牙轮2轴向横截面上的投影为一斜线段，该斜线段与所述牙轮2轴向的夹角为20°至70°。

所述密封槽22为开设于牙轮腔体21端口处的环形台阶槽，该环形台阶槽开口与所述牙掌密封面12相对；且所述密封槽22具有相邻连接的两个牙轮密封面23。

所述组合密封件由一塑料密封件3和一橡胶密封圈4组成，所述塑料密封件3设于所述密封槽22内靠向所述两个牙轮密封面23侧，塑料密封件3上设有与所述密封槽22的两个所述牙轮密封面23对应接触配合的动密封面31，而所述塑料密封件3上朝向所述牙掌密封面12的一侧上设有一静接触保持面33，该静接触保持面33为一凹面，所述橡胶密封圈4设于所述塑料密封件3的所述静接触保持面33与所述牙掌密封面12之间，所述橡胶密封圈4沿所述牙轮2轴向的横截面为圆形，所述橡胶密封圈4一侧与所述静接触保持面33接触静密封，另一侧与所述牙掌密封面12接触静密封。所述静接触保持面33在所述牙轮2轴向横截面上的投影由一中间直线段与两端的两个弧线段连接构成。所述直线段与所述牙掌密封面12在所述牙轮2轴向横截面上的投影的一斜线段接近平行。

所述两个动密封面31上均设有两个沟槽32，该沟槽32为绕所述牙轮2轴向的环形槽。所述环形沟槽32长度低于所述动密封面31长度的二分之一。所述沟槽32内容纳有油脂。

所述塑料密封件3的材料优选为聚四氟乙烯，因聚四氟乙烯具有极低的动摩擦系数和自润滑性（无润滑摩擦系数能达到0.04），动密封面处的摩擦磨损非常小，同时聚四氟乙烯能在200℃的高温下正常工作，提高了密封的可靠性。所述橡胶密封圈4的硬度范围为A70至A85。

在使用过程中，轴向密封端面与塑料密封件端面之间形成的主密封面起主要的轴承密封作用；牙轮的径向密封面与塑料密封件径向面之间形成的辅助密封面在直径方向限制了塑料密封件的运动，当牙轮旋转方向发生偏转时，保证了密封结构的可靠性。同时辅助密封隔绝了外部岩屑，防止岩屑进入，磨损主密封面，还能其到一定的防尘效果。

下面针对本实用新型的其他实施情况以及结构变化作如下说明：

1．以上实施例中，沟槽中蓄有润滑油，个数优选为两个动密封面上均设有两个，长度低于所述动密封面长度的二分之一，但本实用新型不限于此，沟槽中不蓄油还有多面密封的积极效果，同时，不同的长度和个数都应当被包括进本实用新型的保护范围。这是本领域技术人员能够理解并接受的。

2．以上实施例中，所述塑料密封件的材料优选为聚四氟乙烯，本实用新型不限于此，所有可用于密封件的塑料材料制成的本组合密封结构都应当被包括进本实用新型的保护范围。这是本领域技术人员能够理解并接受的。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种组合密封结构牙轮钻头，包括牙掌（1）以及牙轮（2），所述牙掌（1）上设有一轴端（11），所述牙轮（2）上设有一牙轮腔体（21），所述牙轮（2）以所述牙轮腔体（21）套设于所述牙掌（1）的所述轴端（11）上；其特征在于：所述牙轮（2）的牙轮腔体（21）的开口处与所述轴端（11）之间设有一组合密封结构，该组合密封结构包括：

一牙掌密封面（12），该牙掌密封面（12）为设于所述轴端（11）根部一周的环形面，该环形面在所述牙轮（2）轴向横截面上的投影为一斜线段，该斜线段与所述牙轮（2）轴向的夹角为20°至70°；

一密封槽（22），该密封槽（22）为开设于牙轮腔体（21）端口处的环形台阶槽，该环形台阶槽开口与所述牙掌密封面（12）相对，且所述密封槽（22）具有相邻连接的两个牙轮密封面（23）；

一组合密封件，该组合密封件由一塑料密封件（3）和一橡胶密封圈（4）组成，所述塑料密封件（3）设于所述密封槽（22）内靠向所述两个牙轮密封面（23）侧，塑料密封件（3）上设有与所述密封槽（22）的两个所述牙轮密封面（23）对应接触配合的动密封面（31），而所述塑料密封件（3）上朝向所述牙掌密封面（12）的一侧上设有一静接触保持面（33），该静接触保持面（33）为一凹面；所述橡胶密封圈（4）设于所述塑料密封件（3）的所述静接触保持面（33）与所述牙掌密封面（12）之间，所述橡胶密封圈（4）沿所述牙轮（2）轴向的横截面为圆形，所述橡胶密封圈（4）一侧与所述静接触保持面（33）接触静密封，另一侧与所述牙掌密封面（12）接触静密封。

2.根据权利要求1所述的组合密封结构牙轮钻头，其特征在于：所述动密封面（31）上设有沟槽（32），该沟槽（32）为绕所述牙轮（2）轴向的环形槽。

3.根据权利要求2所述的组合密封结构牙轮钻头，其特征在于：所述沟槽（32）长度低于所述动密封面（31）长度的二分之一。

4.根据权利要求2所述的组合密封结构牙轮钻头，其特征在于：所述沟槽（32）内容纳有油脂。

5.根据权利要求1所述的组合密封结构牙轮钻头，其特征在于：所述静接触保持面（33）在所述牙轮（2）轴向横截面上的投影由一中间直线段与两端的两个弧线段连接构成。

6.根据权利要求1至5任一所述的组合密封结构牙轮钻头，其特征在于：所述橡胶密封圈（4）的硬度范围为A70至A85。

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