[實用新型]牙輪鉆頭金屬浮動密封裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020236159.0
• 申請日: 2010-06-18
• 公開（公告）號: CN201826754U
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張寶生;陳家慶
• 申請（專利權(quán)）人: 北京石油化工學(xué)院
• 主分類號: E21B10/25
• 分類號: E21B10/25;F16J15/16;F16J15/26;F16J15/18
• 代理公司: 小松專利事務(wù)所 11132
• 代理人: 陳祚齡

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種牙輪鉆頭金屬密封裝置，尤其是用于石油、天然氣、礦山、水井及地質(zhì)鉆探用的牙輪鉆頭軸承部位密封的牙輪鉆頭金屬浮動密封裝置。

背景技術(shù)

金屬浮動密封是一種具有良好的耐高溫、耐磨性能的密封結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于石油、礦山、等領(lǐng)域的惡劣工況場合，其作用是防止密封腔內(nèi)的潤滑油泄漏，阻止外部雜質(zhì)的侵入，保證被密封的機件(如軸承等)在良好的環(huán)境條件下工作，以延長使用周期。早期使用的浮動密封為雙O型橡膠圈結(jié)構(gòu)，即采用兩個硬度很高的金屬端面密封環(huán)和兩個O型橡膠密封圈構(gòu)成密封裝置，結(jié)構(gòu)對稱，兩個密封環(huán)一個旋轉(zhuǎn)一個靜止，靠接觸面的軸向壓力壓緊形成端面密封，該密封結(jié)構(gòu)稱為雙金屬浮動密封。由于牙輪鉆頭在井下工作時，轉(zhuǎn)速要求較高，鉆頭軸承密封系統(tǒng)空間小，還要承受重載及振動，雙金屬密封結(jié)構(gòu)中的一只橡膠圈也要高速旋轉(zhuǎn)，就使軸承和密封元件的摩擦磨損加劇，降低了工作壽命，因此雙金屬密封存在密封結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、密封結(jié)構(gòu)軸向尺寸較大、泥漿易侵入導(dǎo)致密封圈受腐蝕等不足。為了克服雙金屬密封的缺點，出現(xiàn)了單金屬密封結(jié)構(gòu)，這種密封結(jié)構(gòu)減少了一只需要旋轉(zhuǎn)的橡膠圈，有助于提高密封性能和鉆頭使用的可靠性，同時減小了軸向尺寸，使牙輪鉆頭的滑動軸承有更大的承載面積。

在中國專利CN1069557A中提出了單金屬密封結(jié)構(gòu)，但是其O型密封圈仍然易受泥漿腐蝕，致使O型密封圈不能長時間保持足夠的彈性力。另外，與密封環(huán)貼合的牙輪內(nèi)孔臺肩面要成為高精度的密封面加工難度大，且耐磨性也不好。另一件中國專利CN2099225U對上述專利結(jié)構(gòu)作了改進，在內(nèi)孔臺肩上裝了一個全接觸的密封墊，但需要在內(nèi)孔臺肩面上加工放置密封墊的凹槽，雖然節(jié)省了密封結(jié)構(gòu)軸向尺寸，但同樣加工難度大、不能滿足高精度的配合要求。在中國專利CN200982158提出的技術(shù)，雖然通過增加輔助密封墊和牙輪內(nèi)孔壓入環(huán)，解決了牙輪內(nèi)孔臺肩面的加工和耐磨問題，提高了密封的可靠性，但是仍然需要加工牙掌軸頸上的容納O型密封圈的斜面，加工難度大、裝配精度高的缺點依然存在，而且輔助密封墊和O型圈的匹配也是個問題。美國專利US7,413,037中提出的技術(shù)，僅僅對輔助密封墊牙輪內(nèi)孔壓入環(huán)的結(jié)構(gòu)做了優(yōu)化，但是還是存在牙掌軸頸加工難度大、O型橡膠圈容易磨損，輔助密封墊和O型圈的不易匹配的問題。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)背景技術(shù)所述，本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)有金屬浮動密封存在的不足，采用一個異型橡膠密封圈代替橡膠O型圈和支撐橡膠圈的方式，設(shè)計了一種牙輪鉆頭金屬浮動密封裝置。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種牙輪鉆頭金屬浮動密封裝置，主要由動密封環(huán)(1)、靜密封環(huán)(2)和異型橡膠密封圈(3)組成，其中：動密封環(huán)(1)所處的牙輪(4)內(nèi)孔的外端部位與牙掌軸頸(5)根部構(gòu)成密封腔(6)，由動密封環(huán)(1)、靜密封環(huán)(2)和異型橡膠密封圈(3)組成的金屬浮動密封裝置安裝在密封腔(6)內(nèi)，動密封環(huán)(1)與牙輪(4)的內(nèi)孔(11)過盈配合，動密封環(huán)(1)的另一端面與牙輪(4)內(nèi)孔臺肩接觸，動密封環(huán)(1)隨牙輪(4)一起轉(zhuǎn)動，動密封環(huán)(1)、靜密封環(huán)(2)的端面相配合，構(gòu)成相對轉(zhuǎn)動的密封面，異型橡膠密封圈(3)被靜密封環(huán)(2)壓縮于牙掌軸頸(5)上。

所述的牙掌軸頸(5)和靜密封環(huán)(2)的內(nèi)錐面之間裝有異型橡膠密封圈(3)，異型橡膠密封圈(3)的密封面包括端面(31)、錐面(32)和外圓面(33)，在錐面(32)上有環(huán)狀凸起(34)，異型橡膠密封圈(3)與靜密封環(huán)(2)之間形成靜密封面。

所述的異型橡膠密封圈(3)的錐面(32)，其軸截面傾斜的角度小于靜密封環(huán)(2)的內(nèi)錐面傾斜角度。

所述的牙掌軸頸(5)為圓柱形，牙掌根部有環(huán)形凹槽(51)，異型橡膠密封圈(3)嵌入在牙掌軸頸(5)根部的環(huán)形凹槽(51)內(nèi)并緊套在牙掌軸頸(5)上。

所述的靜密封環(huán)(2)的外圓面為階梯狀，靜密封環(huán)(2)與動密封環(huán)(1)接觸的端面外徑要大于靜密封環(huán)(2)另一個端面的外徑。

所述的動密封環(huán)(1)與靜密封環(huán)(2)由不銹鋼、硬質(zhì)合金、高速鋼等材料制成，在動密封環(huán)(1)與靜密封環(huán)(2)的端面上有硬陶瓷材料或金剛石類超硬材料涂層。

所述的異型橡膠密封圈(3)由橡膠等彈性材料制成。