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CN108533179A - 牙轮钻头哑铃式密封结构 - Google Patents

牙轮钻头哑铃式密封结构 Download PDF

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CN108533179A CN201810298768.XA CN201810298768A CN108533179A CN 108533179 A CN108533179 A CN 108533179A CN 201810298768 A CN201810298768 A CN 201810298768A CN 108533179 A CN108533179 A CN 108533179A
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Abstract

本发明涉及一种牙轮钻头哑铃式密封结构，广泛应用于矿山和钻井领域中，具有结构简单、紧凑和占用空间小等特点。主要由动密封环、静密封环、哑铃型橡胶密封圈、牙轮和牙掌轴颈组成。其技术方案：动密封环所处的牙轮内孔与静密封环所处的牙掌轴颈凹槽构成密封腔，将动密封环、静密封环和哑铃型橡胶密封圈组成的金属密封装置放入密封腔内；动密封环与牙轮内孔过盈配合，静密封环与牙掌轴颈凹槽过盈配合；动密封环随牙轮一起转动，哑铃型橡胶密封圈压缩于动密封环与静密封环之间。本发明改进了金属密封的结构，增加了密封的可靠性，提高了耐磨性和耐高温性能。

Description

牙轮钻头哑铃式密封结构
技术领域
本发明涉及一种金属密封结构，尤其是用于矿山和钻井领域中井下动力工具旋转动密封中的牙轮钻头哑铃式密封结构。
背景技术
金属密封作为井下动力工具中常用的旋转动密封，具有结构简单、紧凑和占用空间小等特点，能够在较高的转速下工作，因而广泛应用于矿山和钻井领域中，其作用是防止轴承内部润滑油泄漏，阻止外部泥浆进入轴承内部。现目前使用的金属密封结构由O型橡胶圈、动密封环、静密封环、牙轮和牙掌轴颈组成。金属密封结构不仅会受到O型橡胶圈的弹性力，还会受到内侧润滑油与外侧钻井泥浆的压力载荷，早期失效严重，轴承使用寿命短，导致钻头快速失效，增加钻井成本，降低钻井效率。
针对现有金属密封结构易发生密封失效的问题，设计可减缓橡胶圈磨损和老化、延长轴承使用寿命的金属密封结构具有现实意义和广泛前景。
发明内容
本发明的目的是：为克服现有金属密封装置在井下恶劣工况中易发生密封失效的问题，设计一种可减缓橡胶圈摩擦和老化、延长轴承使用寿命的金属密封结构。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：牙轮钻头哑铃式密封结构，包括动密封环、静密封环、哑铃型橡胶密封圈、牙轮和牙掌轴颈，其特征在于：动密封环所处的牙轮内孔与静密封环所处的牙掌轴颈凹槽构成密封腔，由动密封环、静密封环和哑铃型橡胶密封圈组成的金属密封结构放入密封腔内，动密封环与牙轮内孔过盈配合，静密封环与牙掌轴颈凹槽过盈配合，动密封环随牙轮一起转动，哑铃型橡胶密封圈压缩于动密封环与静密封环之间。
作为进一步的技术方案，所述的动密封环和静密封环截面为矩形，与哑铃型橡胶密封圈接触面为圆弧形；动密封环与静密封环对称分布；动密封环与静密封环由高速钢、不锈钢、硬质合金等材料制成，在动密封环和静密封环与哑铃型橡胶密封圈接触端面上有石墨类耐高温润滑涂层。
作为进一步的技术方案，所述的哑铃型橡胶密封圈中间凹陷处的横截面尺寸，大于与之接触的动密封环和静密封环圆弧形截面尺寸。
本发明的有益效果是：(1)本发明所述动密封环和静密封环为矩形，与哑铃型橡胶密封圈接触面为圆弧形，动密封环与静密封环对称分布，可增加接触面积，提高密封可靠性；(2)动密封环与静密封环与哑铃型橡胶密封圈接触端面上有石墨类耐高温润滑涂层，在井下高温作业时可减少实现动密封产生的摩擦；(3)哑铃型橡胶密封圈凹陷处横截面尺寸，大于与之接触的动密封环和静密封环圆弧形截面尺寸，形成凹槽可储存润滑油，减少摩擦。
附图说明
图1为本发明应用的牙轮钻头轴截面示意图。
图2为本发明密封结构局部放大图。
图中：1.牙轮，2.滚珠，3.轴颈销，4.长油孔，5.塞销，6.金属密封结构，7.径向轴承，8.静密封环，9.哑铃型橡胶密封圈，10.动密封环，11.牙轮内孔，12.牙掌轴颈凹槽，13.牙掌轴颈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。
由图1～图2所示，牙轮钻头哑铃式密封结构，主要由动密封环10、静密封环8、哑铃型橡胶密封圈9、牙轮1和牙掌轴颈13组成，其中：动密封环10所处的牙轮内孔11与静密封环8所处的牙掌轴颈凹槽12构成密封腔，由动密封环10、静密封环8和哑铃型橡胶密封圈9组成的金属密封结构6放入密封腔内，动密封环10与牙轮内孔11过盈配合，静密封环8与牙掌轴颈凹槽12过盈配合，动密封环10随牙轮1一起转动，哑铃型橡胶密封圈9被压缩于动密封环10与静密封环8之间。
如图1所示为本发明应用的牙轮钻头轴截面示意图，可以看出本发明所设计的密封结构处于牙轮内孔11的外端部位与牙掌轴颈13根部构成的密封空腔中。安装时先把动密封环10压入牙轮内孔11，静密封环8压入牙掌轴颈凹槽12，保证过盈配合，然后在带有静密封环8的牙掌轴颈13上依次套上哑铃型橡胶密封圈9和带有动密封环10的牙轮1。轴颈销3和牙轮1的腔体都包括用于牙轮1保持滚珠2轴承和径向轴承7的互补轴承座圈锁紧滚珠2从塞销孔放入轴承后将塞销5焊接固定，通过锁紧滚珠2将牙轮1保持在牙掌轴颈13上，长油孔4给钻头轴承提供润滑脂。当动密封环10挤压哑铃型橡胶密封圈9时，哑铃型橡胶密封圈9对动密封环10和静密封环8施加一径向力，形成密封面。动密封环10与静密封环8由高速钢、不锈钢、硬质合金等材料制成。动密封环10与静密封环8的端面上有石墨类耐高温润滑涂层，在井下高温作业时可减少实现动密封产生的摩擦。
如图2所示，本发明包括动密封环10、静密封环8、哑铃型橡胶密封圈9、牙轮1和牙掌轴颈13。动密封环10与牙轮内孔11过盈配合，静密封环8与牙掌轴颈凹槽12过盈配合，动密封环10随牙轮1一起转动，哑铃型橡胶密封圈9压缩于动密封环10与静密封环8之间。

Claims (3)

1.牙轮钻头哑铃式密封结构，包括动密封环(10)、静密封环(8)、哑铃型橡胶密封圈(9)、牙轮(1)和牙掌轴颈(13)，其特征在于：动密封环(10)所处的牙轮内孔(11)与静密封环(8)所处的牙掌轴颈凹槽(12)构成密封腔，由动密封环(10)、静密封环(8)和哑铃型橡胶密封圈(9)组成的金属密封结构(2)放入密封腔内，动密封环(10)与牙轮内孔(11)过盈配合，静密封环(8)与牙掌轴颈凹槽(12)过盈配合，动密封环(10)随牙轮(1)一起转动，哑铃型橡胶密封圈(9)压缩于动密封环(10)与静密封环(8)之间。
2.根据权利要求1所述的牙轮钻头哑铃式密封结构，其特征在于：所述的动密封环(10)和静密封环(8)截面为矩形，与哑铃型橡胶密封圈(9)接触面为圆弧形；动密封环(10)与静密封环(8)对称分布；动密封环(10)与静密封环(8)由高速钢、不锈钢、硬质合金等材料制成，在动密封环(10)和静密封环(8)与哑铃型橡胶密封圈(9)接触端面上有石墨类耐高温润滑涂层。
3.根据权利要求1所述的牙轮钻头哑铃式密封结构，其特征在于：所述的哑铃型橡胶密封圈(9)中间凹陷处的横截面尺寸，大于与之接触的动密封环(10)和静密封环(8)圆弧截面尺寸。
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