CN212454254U - 牙轮钻头用双w型组合式金属密封结构 - Google Patents

Abstract

牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构，动密封环位于密封腔的顶部，过盈配合于牙轮内孔，随牙轮一起转动；密封腔由牙轮内孔和牙掌轴颈根部围成；动密封环和静密封环相对转动，端面互相配合，形成动密封面；静密封环上部的外柱面上设有外矩形凹槽，外矩形凹槽内嵌入外W型橡胶圈，外W型橡胶圈开口朝向密封腔的外柱面，外W型橡胶圈与静密封环和密封腔的外柱面紧密贴合，形成静密封面；静密封环底部嵌入内W异型橡胶圈的凹槽中；内W异型橡胶圈压缩嵌于静密封环与牙掌轴颈根部之间，与静密封环、密封腔的下端面和内柱面保持紧密贴合，形成静密封面；内W型橡胶结构开口朝向密封腔的内柱面；内W异型橡胶圈的凹槽上设有储油槽。

Description

牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构

技术领域

本实用新型涉及一种牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构。

背景技术

金属密封是井下牙轮钻头中一种常见的旋转动密封件，相比传统O型圈橡胶密封，其具有耐高温、耐磨损、适用转速广等优势，被广泛使用在油气及矿石开采等相关行业。以单金属密封为例，密封结构由动密封环、静密封环、O形橡胶圈和橡胶支撑环组成。在牙轮钻头工作时，受密封系统内侧润滑脂和外侧泥浆液同时施压，O形橡胶圈和橡胶支撑环发生压缩变形，紧贴静环，组成静密封；同时动环与静环之间存在相对转动，在密封端面处形成油膜，组成动密封。然而，在井下高温、高压的多相流环境下，金属密封端面容易产生热力变形，加上牙轮钻头的高频振动使得金属密封处于长期不稳定的工作状态，同时周围泥浆液中的磨砺性颗粒不断侵入，金属密封端面磨粒磨损加剧，很快造成密封失效，进而影响钻头的工作效率和使用寿命。

因此，为克服现有金属密封结构在高温高压及磨砺性工况条件下工作寿命短、易发生密封失效以及抗振动能力弱的问题，需进一步设计一种新型金属密封结构，有效阻挡外部颗粒进入密封端面，维持金属密封稳定可靠运行，提高密封系统运行寿命。

发明内容

本实用新型要克服现有技术的上述问题，提出一种结构简单、耐磨性强、抗振动效果好的牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构。

本实用新型所述的牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构，其特征在于：

包括动密封环、静密封环、外W型橡胶圈和内W异型橡胶圈。所述动密封环位于密封腔的顶部，过盈配合于牙轮内孔，随牙轮一起转动。所述密封腔由牙轮内孔和牙掌轴颈根部围成，包括上端面、下端面、外柱面和内柱面。所述动密封环和静密封环相对转动，端面互相配合，形成动密封面。所述静密封环上部的外柱面上设有外矩形凹槽，所述外矩形凹槽内嵌入外W型橡胶圈，外W型橡胶圈开口朝向密封腔的外柱面，外W型橡胶圈与静密封环和密封腔的外柱面紧密贴合，形成静密封面。所述静密封环底部嵌入内W异型橡胶圈的凹槽中。所述内W异型橡胶圈包括上部的内W型橡胶结构与下部的凵型橡胶结构，压缩嵌于静密封环与牙掌轴颈根部之间，与静密封环、密封腔的下端面和内柱面保持紧密贴合，形成静密封面。所述内W型橡胶结构开口朝向密封腔的内柱面。所述内W异型橡胶圈的凹槽上设有储油槽。

优选地，所述储油槽在凹槽上间隔开设若干个。

本实用新型所述的牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构的另一技术方案，其特征在于：

包括动密封环、静密封环、外W型橡胶圈、内W型橡胶圈和橡胶支撑环。所述动密封环位于密封腔的顶部，过盈配合于牙轮内孔，随牙轮一起转动。所述密封腔由牙轮内孔和牙掌轴颈根部围成，包括上端面、下端面、外柱面和内柱面。所述动密封环和静密封环相对转动，端面互相配合，形成动密封面。所述静密封环上部的外柱面和内柱面上分别设有外矩形凹槽、内矩形凹槽，底部端面设有下矩形凹槽。所述外矩形凹槽内嵌入外W型橡胶圈，外W型橡胶圈开口朝向密封腔的外柱面，外W型橡胶圈与静密封环和密封腔的外柱面紧密贴合，形成静密封面。所述内矩形凹槽内嵌入内W型橡胶圈，内W型橡胶圈开口朝向密封腔的内柱面，内W型橡胶圈与静密封环和密封腔的内柱面紧密贴合，形成静密封面。所述橡胶支撑环上部设有内凹槽和外凹槽，橡胶支撑环底部嵌入牙掌轴颈根部的凹槽中，形成静密封面。所述静密封环底部嵌入橡胶支撑环的内凹槽和外凹槽内紧密贴合，形成静密封面。所述橡胶支撑环的内凹槽和外凹槽上设有储油槽。

优选地，所述储油槽在内凹槽和外凹槽上间隔开设1～3个。

本实用新型的有益效果是：

牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构采用静密封环侧壁开槽辅以双W型橡胶圈组的形式，在狭小密封空间内实现多重密封，结构简单、安装方便、稳定可靠。

双W型橡胶圈组可呈上下交错式或对称式布置于静密封环两侧，亦可与底部橡胶支撑环集成为一体式内W异型橡胶圈。在密封系统的预计使用寿命内，可以只更换W型橡胶圈，即可确保良好的整体密封性能。

双W型橡胶圈组中的外W型橡胶圈能够充当泥浆液进入动密封面前的第一道屏障，利用自身形成的多级密封和多个封闭空腔来提前阻挡并滞留磨砺性颗粒，大大减少颗粒进入动密封面的可能性；内W异型橡胶圈(或内W型橡胶圈)一方面可有效抵御润滑脂向外泄漏，另一方面，与外W型橡胶圈共同作用，通过自身压缩膨胀变形和侧壁双圈组的动态平衡作用抵消静密封环所受的频繁变化的三向作用力，减弱牙轮钻头工作所致密封系统的轴向和径向振动。即使在高压状态下，也能保证静密封环相对稳定、偏移量小，增强密封系统可靠性和总体性能。

静密封环底部嵌入内W异型橡胶圈或橡胶支撑环中，既可保持静密封环位置相对固定，进一步强化抗振性能，又可有效抵御泥浆液经由底部进入密封系统，保证底部静密封的可靠性。此外，在静密封环底部与橡胶支撑环的接触面上开设有储油槽，在减少摩擦的同时也可将侵入的少量颗粒滞留缓冲，大大减少磨粒磨损的产生。

附图说明

图1为本实用新型应用的牙轮钻头轴截面示意图。

图2为本实用新型的实施例1的局部放大图。

图3为本实用新型的实施例2的局部放大图。

图4为本实用新型的外W型橡胶圈的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型。

参照附图：

实施例1本实用新型所述的牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构，包括动密封环1、静密封环2、外W型橡胶圈3和内W异型橡胶圈4。所述动密封环1位于密封腔5的顶部，过盈配合于牙轮6内孔，随牙轮6一起转动。所述密封腔5由牙轮6内孔和牙掌轴颈7根部围成，包括上端面51、下端面52、外柱面53和内柱面54。所述动密封环1和静密封环2相对转动，端面互相配合，形成动密封面。所述静密封环2上部的外柱面上设有外矩形凹槽21，所述外矩形凹槽21内嵌入外W型橡胶圈3，外W型橡胶圈3开口朝向密封腔5的外柱面53，外W型橡胶圈3与静密封环2和密封腔5的外柱面53紧密贴合，形成静密封面。所述静密封环2底部嵌入内W异型橡胶圈4的凹槽41中。所述内W异型橡胶圈4包括上部的内W型橡胶结构42与下部的凵型橡胶结构43，压缩嵌于静密封环2与牙掌轴颈7根部之间，与静密封环2、密封腔5的下端面52和内柱面54保持紧密贴合，形成静密封面。所述内W型橡胶结构42开口朝向密封腔5的内柱面54。所述内W异型橡胶圈4的凹槽41上设有储油槽44。所述储油槽44可在凹槽41上间隔开设1～3个。

实施例2在上述本实用新型所述的牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构的基础上，改变W型橡胶圈和橡胶支撑环的设置与配合，包括动密封环1、静密封环2、外W型橡胶圈3、内W型橡胶圈8和橡胶支撑环9。所述动密封环1位于密封腔5的顶部，过盈配合于牙轮6内孔，随牙轮6一起转动。所述密封腔5由牙轮6内孔和牙掌轴颈7根部围成，包括上端面51、下端面52、外柱面53和内柱面54。所述动密封环1和静密封环2相对转动，端面互相配合，形成动密封面。所述静密封环2上部的外柱面和内柱面上分别设有外矩形凹槽21、内矩形凹槽22，底部端面设有下矩形凹槽23。所述外矩形凹槽21内嵌入外W型橡胶圈3，外W型橡胶圈3开口朝向密封腔5的外柱面53，外W型橡胶圈3与静密封环2和密封腔5的外柱面53紧密贴合，形成静密封面。所述内矩形凹槽22内嵌入内W型橡胶圈8，内W型橡胶圈8开口朝向密封腔5的内柱面54，内W型橡胶圈8与静密封环2和密封腔5的内柱面54紧密贴合，形成静密封面。所述橡胶支撑环9上部设有内凹槽91和外凹槽92，橡胶支撑环9底部嵌入牙掌轴颈7根部的凹槽中，形成静密封面。所述静密封环2底部嵌入橡胶支撑环9的内凹槽91和外凹槽92内紧密贴合，形成静密封面。所述橡胶支撑环9的内凹槽91和外凹槽92上设有储油槽93。所述储油槽93可在内凹槽91和外凹槽92上间隔开设1～3个。

本实用新型的工作原理如下：

牙轮钻头工作时，动密封环1位于密封腔5的顶部，过盈配合于牙轮6内孔，与静密封环2相对转动，端面互相配合，形成动密封面。静密封环2侧壁上设有1～2个矩形凹槽。外W型橡胶圈3与静密封环2和密封腔5的外柱面53紧密贴合，在静密封环2外侧形成静密封面；内W异型橡胶圈4(或内W型橡胶圈8和橡胶支撑环9)与静密封环2、密封腔5的下端面52和内柱面54紧密贴合，在静密封环2内侧和下部形成静密封面。

高压润滑脂从流动通道Ⅰ进入密封腔5，主要沿着动密封环1内壁面与牙掌轴颈7之间的间隙流入动密封面，另外少量进入静密封环1内柱面与牙掌轴颈7之间间隙的润滑脂由内W异型橡胶圈4(或内W型橡胶圈8)实现密封，由动密封面泄漏进入静密封环1外柱面与牙轮6之间间隙的润滑脂由外W型橡胶圈3实现密封。

泥浆液从流动通道Ⅱ进入密封腔5，一部分泥浆液沿密封腔5的外柱面53向动密封面方向流动，由外W型橡胶圈3实现密封，另一部分泥浆液沿密封腔5的下端面54向静密封环另一侧流动，由内W异型橡胶圈4(或橡胶支撑环9)实现密封。

以泥浆液在外W型橡胶圈3内的流动过程为例，具体说明W型橡胶圈的工作原理：外W型橡胶圈3与静密封环2和密封腔5的外柱面53紧贴形成五个封闭空间，泥浆液在流经外W型橡胶圈3时进一步发生分流，分别向外W型橡胶圈3与密封腔5的外柱面53之间的间隙(即流动通道Ⅲ)和外W型橡胶圈3与外矩形凹槽21之间的间隙(即流动通道Ⅳ)流动。在流动通道Ⅲ和Ⅳ中，泥浆液依次经历3级和4级密封，受多级密封的作用，泥浆液中的磨砺性颗粒绝大部分被滞留在上述五个封闭空间内，很大程度上减少了泥浆液侵入对金属密封端面造成的磨损及扰动。

另外，在静密封环2底部与内W异型橡胶圈4(或橡胶支撑环9)的接触面上设置储油槽，既可以少量存储泄漏的润滑脂，减少端面摩擦，又可以对外界泥浆液的侵入起到很好的缓冲作用。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构，其特征在于：

包括动密封环、静密封环、外W型橡胶圈和内W异型橡胶圈；所述动密封环位于密封腔的顶部，过盈配合于牙轮内孔，随牙轮一起转动；所述密封腔由牙轮内孔和牙掌轴颈根部围成，包括上端面、下端面、外柱面和内柱面；所述动密封环和静密封环相对转动，端面互相配合，形成动密封面；所述静密封环上部的外柱面上设有外矩形凹槽，所述外矩形凹槽内嵌入外W型橡胶圈，外W型橡胶圈开口朝向密封腔的外柱面，外W型橡胶圈与静密封环和密封腔的外柱面紧密贴合，形成静密封面；所述静密封环底部嵌入内W异型橡胶圈的凹槽中；所述内W异型橡胶圈包括上部的内W型橡胶结构与下部的凵型橡胶结构，压缩嵌于静密封环与牙掌轴颈根部之间，与静密封环、密封腔的下端面和内柱面保持紧密贴合，形成静密封面；所述内W型橡胶结构开口朝向密封腔的内柱面；所述内W异型橡胶圈的凹槽上设有储油槽。

2.如权利要求1所述的牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构，其特征在于：所述储油槽在凹槽上间隔开设若干个。

3.牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构，其特征在于：

包括动密封环、静密封环、外W型橡胶圈、内W型橡胶圈和橡胶支撑环；所述动密封环位于密封腔的顶部，过盈配合于牙轮内孔，随牙轮一起转动；所述密封腔由牙轮内孔和牙掌轴颈根部围成，包括上端面、下端面、外柱面和内柱面；所述动密封环和静密封环相对转动，端面互相配合，形成动密封面；所述静密封环上部的外柱面和内柱面上分别设有外矩形凹槽、内矩形凹槽，底部端面设有下矩形凹槽；所述外矩形凹槽内嵌入外W型橡胶圈，外W型橡胶圈开口朝向密封腔的外柱面，外W型橡胶圈与静密封环和密封腔的外柱面紧密贴合，形成静密封面；所述内矩形凹槽内嵌入内W型橡胶圈，内W型橡胶圈开口朝向密封腔的内柱面，内W型橡胶圈与静密封环和密封腔的内柱面紧密贴合，形成静密封面；所述橡胶支撑环上部设有内凹槽和外凹槽，橡胶支撑环底部嵌入牙掌轴颈根部的凹槽中，形成静密封面；所述静密封环底部嵌入橡胶支撑环的内凹槽和外凹槽内紧密贴合，形成静密封面；所述橡胶支撑环的内凹槽和外凹槽上设有储油槽。

4.如权利要求3所述的牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构，其特征在于：所述储油槽在内凹槽和外凹槽上间隔开设1～3个。

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