CN201297132Y - 一种高速牙轮钻头轴承的新型密封系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及用于石油天然气钻井中的一种高速牙轮钻头轴承的新型密封系统，由牙轮内孔、大轴径、动金属环、静金属环和O型橡胶圈构成。所述动金属环的底部端面为小角度锥面，小角度斜面润滑面以及在小角度斜面润滑面上的飞轮槽；所述静金属环的底部端面为小角度锥面；动金属环和静金属环的背部支撑部位均采用圆弧槽、小角度斜面、圆弧槽的交叉结构。动金属环与静金属环通过小角度锥面配合实现轴向密封。该新型密封系统有效的克服了原橡胶圈密封系统压缩量过大、受热易老化、磨损严重导致早期失效的问题，可以有效地提供轴向和径向密封功能，可起到良好的对中和防振动作用，又能增强密封的可靠性、稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及用于石油天然气钻井中的一种高速牙轮钻头轴承的新型密封系统。
背景技术
在石油天然气钻井中，影响牙轮钻头使用寿命的关键因素之一是轴承系统的寿命。随着钻井技术的发展，将普遍采用井下高速钻具。在高速钻井中，由于牙轮钻头在井底工作时承受重载及振动，钻头轴承、密封系统空间很小，且周围为含磨粒和腐蚀性的钻井液，提高转速后，轴承和密封元件摩擦磨损加剧，寿命极短，由于密封失效而导致轴承系统及钻头先期失效；目前现有三牙轮钻头轴承中安装的O形橡胶圈密封系统，在高转速下，摩擦热量增大，密封很快失效。因此研究一种新型高速牙轮钻头轴承密封系统是当前钻井行业迫切需要解决的问题之一。
实用新型内容
本实用新型的目的是为解决高速钻井中三牙轮钻头轴承密封系统的密封性能及使用寿命存在的问题，提供一种高速牙轮钻头轴承的新型密封系统。
为了达到上述目的，本实用新型提出的技术方案是：一种高速牙轮钻头轴承的新型密封系统由牙轮内孔、大轴径、动金属环、静金属环和O型橡胶圈构成。所述动金属环的底部端面为小角度锥面，小角度斜面润滑面以及在小角度斜面润滑面上的飞轮槽，动金属环背部支撑部位采用圆弧槽、小角度斜面、圆弧槽的交叉结构；所述静金属环的底部端面为小角度锥面，其背部支撑部位采用圆弧槽、小角度斜面、圆弧槽的交叉结构。动金属环与静金属环通过小角度锥面配合实现轴向密封。
动金属环与静金属环与密封腔的腔壁有一定的轴向和径向间隙。两个O型橡胶圈以很大的过盈量不许滑动地紧紧箍在粗糙的动金属环圆弧槽与牙轮内孔、静金属环圆弧槽与大轴径之间，使动金属环与静金属环的小角度锥面始终保持良好接触，同时起到径向密封的作用。
本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)有效的克服了原橡胶圈密封系统压缩量过大、受热易老化、磨损严重导致早期失效的问题，可提高其耐磨、耐振动、耐高温、耐腐蚀的性能；(2)可以有效地提供轴向和径向密封功能，提高其密封性能；(3)动金属环与静金属环的小角度锥面，既可起到良好的对中和防振动的作用，又能增强密封的可靠性和稳定性，起到很好的密封作用。(4)动金属环的小角度斜面润滑面、飞轮槽设计起到了良好的润滑作用，降低了摩擦力及摩擦热。(5)在密封腔内压力波动时，动金属环与静金属环不会与腔壁碰撞，具有一定的浮动间隙，这样可以减少摩擦，增强工作的稳定性和可靠性，提高密封性能和使用寿命。(6)动金属环与静金属环的小角度锥面采用研磨工艺并对其进行表面材料强化处理，提高其耐磨、耐腐蚀特性。(7)橡胶圈的材料采用氢化丁腈橡胶，可提高其耐高温、耐磨、耐腐蚀特性。
附图说明
图1为本实用新型一种高速牙轮钻头轴承的新型密封系统的装配结构图；
图2为本实用新型一种高速牙轮钻头轴承的新型密封系统的截面结构示意图；
图3为本实用新型一种高速牙轮钻头轴承的新型密封系统动环底部端面的结构示意图；
图4为图3的A-A截面结构示意图。
图中：1.牙爪，2.牙轮，3.轴承，4.动金属环，5.静金属环，6.O型橡胶圈，7.O型橡胶圈，8.牙轮内孔，9.大轴径，10.小角度锥面，11.小角度斜面润滑面，12.小角度锥面，13.圆弧槽，14.小角度斜面，15.圆弧槽，16.圆弧槽，17.小角度斜面，18.圆弧槽，19.飞轮槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1、图2，图3，图4所示，本实用新型一种高速牙轮钻头轴承的新型密封系统由牙轮内孔8、大轴径9、动金属环4、静金属环5和O型橡胶圈(6、7)构成。通过将O型橡胶圈7装在动金属环4的背部支撑部位的圆弧槽13中，然后再将它们装在牙轮钻头牙轮2的牙轮内孔8中；将O型橡胶圈6装在静金属环5的背部支撑部位的圆弧槽18中，然后再将它们装在牙轮钻头牙爪1轴承3的大轴径9处，组成新型密封系统。
所述动金属环4的底部端面为小角度锥面10，小角度斜面润滑面11以及在小角度斜面润滑面11上的飞轮槽19，动金属环4背部支撑部位采用圆弧槽13、小角度斜面14、圆弧槽15的交叉结构；所述静金属环5的底部端面为小角度锥面12，其背部支撑部位采用圆弧槽16、小角度斜面17、圆弧槽18的交叉结构。
动金属环4与静金属环5通过底部小角度锥面(10、12)配合实现轴向密封。既起到良好的对中防振动作用，又可防止润滑脂漏失及阻止钻井泥浆液进入轴承区，实现可靠密封作用。动金属环4的小角度斜面润滑面11上的飞轮槽19能够使润滑脂很容易进入动金属环4与静金属环5的小角度锥面之间起到良好的润滑作用。
采用O型橡胶圈(6、7)起到径向密封与悬挂作用；O型橡胶圈(6、7)以很大的过盈量，不许滑动地紧紧箍在粗糙的动金属环4与牙轮内孔8、静金属环5与大轴径9之间，起到径向密封的作用，并通过压缩变形将动金属环4和静金属环5的小角度锥面(10、12)正对地支撑悬挂起来，使密封总成对角线斜跨密封腔，为小角度锥面(10、12)提供足够大的轴向弹力；主要通过径向压缩获得径向的静密封作用及密封面磨损自补偿。
动金属环4与静金属环5的小角度锥面(10、12)采用研磨工艺并对其进行表面材料强化处理，提高其耐磨、耐腐蚀特性。O型橡胶圈(6、7)的材料采用氢化丁腈橡胶，可提高其耐高温、耐磨、耐腐蚀特性。
Claims (2)
1.一种高速牙轮钻头轴承的新型密封系统由牙轮内孔(8)、大轴径(9)、动金属环(4)、静金属环(5)和O型橡胶圈(6、7)构成，其特征在于：所述动金属环(4)的底部端面为小角度锥面(10)，小角度斜面润滑面(11)以及在小角度斜面润滑面(11)上的飞轮槽(19)；所述静金属环(5)的底部端面为小角度锥面(12)；动金属环(4)和静金属环(5)的背部支撑部位均采用圆弧槽(13、18)、小角度斜面(14、17)、圆弧槽(15、16)的交叉结构，动金属环(4)与静金属环(5)通过小角度锥面(10、12)配合实现轴向密封。
2.根据权利要求1所述的一种高速牙轮钻头轴承的新型密封系统，其特征在于：O型橡胶圈(6、7)以很大的过盈量不许滑动地紧紧箍在粗糙的动金属环(4)的圆弧槽(13)与牙轮内孔(8)、静金属环(5)的圆弧槽(18)与大轴径(9)之间，使动金属环(4)与静金属环(5)的小角度锥面(10、12)始终保持良好的接触，同时起到径向密封的作用。
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