[發明專利]牙輪鉆頭用雙W型組合式金屬密封結構

在審

• 申請號: 202010241346.6
• 申請日: 2020-03-31
• 公開（公告）號: CN111456635A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 馬藝;張敏佳;彭旭東;孟祥鎧;江錦波
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: E21B10/25
• 分類號: E21B10/25
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

牙輪鉆頭用雙W型組合式金屬密封結構，動密封環位于密封腔的頂部，過盈配合于牙輪內孔，隨牙輪一起轉動；密封腔由牙輪內孔和牙掌軸頸根部圍成；動密封環和靜密封環相對轉動，端面互相配合，形成動密封面；靜密封環上部的外柱面上設有外矩形凹槽，外矩形凹槽內嵌入外W型橡膠圈，外W型橡膠圈開口朝向密封腔的外柱面，外W型橡膠圈與靜密封環和密封腔的外柱面緊密貼合，形成靜密封面；靜密封環底部嵌入內W異型橡膠圈的凹槽中；內W異型橡膠圈壓縮嵌于靜密封環與牙掌軸頸根部之間，與靜密封環、密封腔的下端面和內柱面保持緊密貼合，形成靜密封面；內W型橡膠結構開口朝向密封腔的內柱面；內W異型橡膠圈的凹槽上設有儲油槽。

技術領域

本發明涉及一種牙輪鉆頭用雙W型組合式金屬密封結構。

背景技術

金屬密封是井下牙輪鉆頭中一種常見的旋轉動密封件，相比傳統O型圈橡膠密封，其具有耐高溫、耐磨損、適用轉速廣等優勢，被廣泛使用在油氣及礦石開采等相關行業。以單金屬密封為例，密封結構由動密封環、靜密封環、O形橡膠圈和橡膠支撐環組成。在牙輪鉆頭工作時，受密封系統內側潤滑脂和外側泥漿液同時施壓，O形橡膠圈和橡膠支撐環發生壓縮變形，緊貼靜環，組成靜密封；同時動環與靜環之間存在相對轉動，在密封端面處形成油膜，組成動密封。然而，在井下高溫、高壓的多相流環境下，金屬密封端面容易產生熱力變形，加上牙輪鉆頭的高頻振動使得金屬密封處于長期不穩定的工作狀態，同時周圍泥漿液中的磨礪性顆粒不斷侵入，金屬密封端面磨粒磨損加劇，很快造成密封失效，進而影響鉆頭的工作效率和使用壽命。

因此，為克服現有金屬密封結構在高溫高壓及磨礪性工況條件下工作壽命短、易發生密封失效以及抗振動能力弱的問題，需進一步設計一種新型金屬密封結構，有效阻擋外部顆粒進入密封端面，維持金屬密封穩定可靠運行，提高密封系統運行壽命。

發明內容

本發明要克服現有技術的上述問題，提出一種結構簡單、耐磨性強、抗振動效果好的牙輪鉆頭用雙W型組合式金屬密封結構。

本發明所述的牙輪鉆頭用雙W型組合式金屬密封結構，其特征在于：

包括動密封環、靜密封環、外W型橡膠圈和內W異型橡膠圈。所述動密封環位于密封腔的頂部，過盈配合于牙輪內孔，隨牙輪一起轉動。所述密封腔由牙輪內孔和牙掌軸頸根部圍成，包括上端面、下端面、外柱面和內柱面。所述動密封環和靜密封環相對轉動，端面互相配合，形成動密封面。所述靜密封環上部的外柱面上設有外矩形凹槽，所述外矩形凹槽內嵌入外W型橡膠圈，外W型橡膠圈開口朝向密封腔的外柱面，外W型橡膠圈與靜密封環和密封腔的外柱面緊密貼合，形成靜密封面。所述靜密封環底部嵌入內W異型橡膠圈的凹槽中。所述內W異型橡膠圈包括上部的內W型橡膠結構與下部的凵型橡膠結構，壓縮嵌于靜密封環與牙掌軸頸根部之間，與靜密封環、密封腔的下端面和內柱面保持緊密貼合，形成靜密封面。所述內W型橡膠結構開口朝向密封腔的內柱面。所述內W異型橡膠圈的凹槽上設有儲油槽。

優選地，所述儲油槽在凹槽上間隔開設若干個。

本發明所述的牙輪鉆頭用雙W型組合式金屬密封結構的另一技術方案，其特征在于：

包括動密封環、靜密封環、外W型橡膠圈、內W型橡膠圈和橡膠支撐環。所述動密封環位于密封腔的頂部，過盈配合于牙輪內孔，隨牙輪一起轉動。所述密封腔由牙輪內孔和牙掌軸頸根部圍成，包括上端面、下端面、外柱面和內柱面。所述動密封環和靜密封環相對轉動，端面互相配合，形成動密封面。所述靜密封環上部的外柱面和內柱面上分別設有外矩形凹槽、內矩形凹槽，底部端面設有下矩形凹槽。所述外矩形凹槽內嵌入外W型橡膠圈，外W型橡膠圈開口朝向密封腔的外柱面，外W型橡膠圈與靜密封環和密封腔的外柱面緊密貼合，形成靜密封面。所述內矩形凹槽內嵌入內W型橡膠圈，內W型橡膠圈開口朝向密封腔的內柱面，內W型橡膠圈與靜密封環和密封腔的內柱面緊密貼合，形成靜密封面。所述橡膠支撐環上部設有內凹槽和外凹槽，橡膠支撐環底部嵌入牙掌軸頸根部的凹槽中，形成靜密封面。所述靜密封環底部嵌入橡膠支撐環的內凹槽和外凹槽內緊密貼合，形成靜密封面。所述橡膠支撐環的內凹槽和外凹槽上設有儲油槽。