CN2934549Y - 牙轮钻头轴承密封结构 - Google Patents

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郑家伟
李建伟
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Abstract

一种牙轮钻头轴承密封结构,用于牙轮钻头轴承的密封,涉及牙轮钻头的轴承密封结构制造技术领域,本实用新型可以解决现有技术只能进行径向密封,岩屑容易进入密封面对密封圈造成磨损的问题;本实用新型在牙轮内孔上端开有矩形环槽,在矩形环槽中设置唇形密封圈,利用井底的压力增大密封圈在被密封轴承副上的接触面积,具有在井底压力作用下,增大了密封圈外侧面与牙轮矩形环槽接触面积的特点,同时还由于唇形密封圈内侧面开口端与牙爪密封面配合,形成多重密封,有效地阻止岩屑与其他污染物进入钻头轴承副,提高了轴承密封的可靠性和使用寿命。

Description

牙轮钻头轴承密封结构
技术领域:一种牙轮钻头轴承密封结构,用于石油天然气开采钻井的牙轮钻头轴承的密封,涉及用于石油、天然气钻井、地质勘探、矿山开采钻井牙轮钻头的轴承密封结构设计制造技术领域。
背景技术:牙轮钻头的轴承密封是牙轮钻头最重要的环节之一,轴承密封的好坏直接影响到轴承的寿命,并最终决定了钻头的使用寿命,当钻头在井底钻进时,牙轮绕钻头轴线公转的同时,绕自身轴线自转,在一定的液压下,密封圈实现轴承副的密封,现有技术的牙轮钻头轴承密封结构中密封圈一般为“O”形,其结构简单,但是,“O”形橡胶圈只能实现轴承的径向密封,因此在钻进过程中存在以下问题:1、由于密封面积小,岩屑容易进入密封面对密封圈造成损坏,并因此造成轴承先期失效;2、目前在“O”形密封圈的一侧为轴承副,另一侧为钻井介质,没有过渡区间,一旦泥浆进入密封面,很快造成密封失效;3、“O”形密封圈容易与牙轮密封槽发生相对运动,因此加速了密封圈的磨损,缩短了密封寿命。
发明内容:本实用新型的目的是针对现有技术容易失效的问题,利用井底压力增大密封圈在被密封轴承副上的接触面积,设计一种在牙轮内孔上开设矩形环槽,并具有唇形密封圈的牙轮钻头轴承密封结构。
本实用新型是这样实现的:本实用新型包括牙爪和安装在牙爪轴颈上的牙轮,在牙轮内孔上端开有矩形环槽,在矩形环槽中设置唇形密封圈,唇形密封圈的外圆面宽度大于矩形环槽的底宽,唇形密封圈的内圆面为唇形,外圆面为内凹的圆弧面,唇形密封圈的外圆面与牙轮的矩形环槽的圆柱面过盈配合,唇形密封圈内圆面与牙爪轴颈的密封部位相配合,唇形密封圈的外侧面与牙轮矩形环槽的圆柱面形成至少一个空腔。
本实用新型的优点是:1、在钻头钻进过程中,在井底压力的作用下,因密封圈外侧面与牙轮矩形环槽的环形空腔被部分压实,增大了接触面积,有效地减少或防止密封圈相对牙轮密封槽运动,延长密封圈的使用寿命;2、由于唇形密封圈内侧面开口端与牙爪密封面配合,形成多重密封,有效地阻止岩屑与其他污染物进入钻头轴承副,提高了轴承密封的可靠性。
附图说明:
图1为本实用新型在牙轮钻头局部上的装配示意图。
图2为本实用新型唇形密封圈3的正面放大示意图。
图3为本实用新型唇形密封圈3截面放大示意图。
图4为本实用新型牙轮内孔的矩形环槽4的截面局部放大示意图。
图5为本实用新型密封结构局部放大的装配剖面示意图。
具体实施方式:下面结合附图对本实用新型进一步说明:以三牙轮钻头为例:本实用新型包括牙爪1和安装在牙爪轴颈上的牙轮2,在牙轮2的内孔上端开有矩形环槽4,矩形环槽4中设置有唇形密封圈3,唇形密封圈3的内圆面8为唇形开口结构,唇形密封圈3的外圆设置有一个内凹的外圆面5,连接内圆面8与外圆面5的外侧面是圆弧面9和10,由圆弧面9和10构成的外侧面与牙轮矩形环槽4的圆柱面形成的空腔11≥1个;矩形环槽4具有与牙轮内孔轴线同轴的柱面,矩形环槽4的底面是平的,矩形环槽4的底为密封柱面6,矩形环槽4的底面也可以是向内的凹面;唇形密封圈3的外圆面5横向截面的宽度≥矩形环槽4的宽度;唇形密封圈3的内圆面8横向截面的宽度<矩形环槽4的宽度;唇形密封圈3截面的纵向高度>矩形环槽4的高度,唇形密封圈3的内圆面8的唇形开口数量≥1个,唇形密封圈3的外圆面5的凹形圆弧面的数量≥1个,唇形密封圈3外圆面5向内凹的圆弧面也可以是平面的,唇形密封圈3的内圆面8的唇形开口结构可以对称布置,也可以非对称布置;唇形密封圈3的外圆面5与矩形环槽4的底面形成的环形空腔7的数量≥1个,环形空腔7的容积为唇形密封圈体积的0.5~15%;当钻头牙轮在井底工作时,由于受到四面挤压,唇形密封圈3与牙爪1的轴颈形成径向密封,与矩形环槽4的边壁形成轴线密封,在钻头钻进过程中,当牙轮2绕牙爪轴颈旋转时,唇形密封圈3始终保持与牙爪轴颈同轴,使其能适应高转速并确保密封的可靠性;由于在唇形密封圈3的内圆面8和外圆面5上分别设置的唇形开口数量和凹形圆弧面都不少于1个,因此在唇形密封圈3的外圆面5与矩形环槽4的底面形成至少一个环形空腔7,这个环形空腔7就形成了两个密封面,这两个密封面可以有效的防止钻削和泥浆在钻井的过程中进入轴承,同时,由于唇形密封圈3由耐磨橡胶材料制作,因此能够适应较长期的旋转磨损。

Claims (5)

1、一种牙轮钻头轴承密封结构,包括牙爪和牙轮,其特征在于:
a、所述牙轮的内孔上端设有矩形环槽,矩形环槽中设有唇形密封圈,矩形环槽具有与牙轮内孔轴线同轴的柱面,矩形环槽的底是平面的,唇形密封圈的内圆面为唇形开口结构,唇形密封圈的外圆面为内凹的圆弧面,连接内圆面与外圆面的中间部分为圆弧面;
b、所述唇形密封圈的外侧面横向截面的宽度≥矩形环槽的宽度,唇形密封圈的内圆面横向截面的宽度<矩形环槽的宽度,唇形密封圈截面的纵向高度>矩形环槽的高度。
C、所述唇形密封圈的外侧面与牙轮矩形环槽的圆柱面形成的空腔≥1个,唇形密封圈的外圆面与矩形环槽的底面形成的环形空腔≥1个,环形空腔的容积为唇形密封圈体积的0.5~15%。
2、根据权利要求1所述的牙轮钻头轴承密封结构,其特征在于:所述唇形密封圈的内圆面的唇形开口数量≥1个;所述唇形密封圈的外圆面的凹形圆弧面的数量≥1个。
3、根据权利要求1所述的牙轮钻头轴承密封结构,其特征在于:所述唇形密封圈外圆面向内凹的圆弧面也可以是平面的。
4、根据权利要求1所述的牙轮钻头轴承密封结构,其特征在于:所述矩形环槽的底面也可以是内凹面的。
5、根据权利要求1所述的牙轮钻头轴承密封结构,其特征在于:所述唇形密封圈的内圆面的唇形开口结构可以对称布置,也可以非对称布置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110984864A (zh) * 2019-12-25 2020-04-10 西南石油大学 一种牙轮钻头密封结构
CN114320163A (zh) * 2022-03-14 2022-04-12 西南石油大学 一种用于牙轮钻头的密封件及牙轮钻头

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CN110984864B (zh) * 2019-12-25 2022-03-15 西南石油大学 一种牙轮钻头密封结构
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