專利名稱：牙輪鉆頭金屬浮動(dòng)密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)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(dòng)密封裝置。
背景技術(shù)：
金屬浮動(dòng)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(chǎng)合，其作用是防止密封腔內(nèi)的潤(rùn)滑油泄漏，阻止外部雜質(zhì)的侵 入，保證被密封的機(jī)件(如軸承等)在良好的環(huán)境條件下工作，以延長(zhǎng)使用周期。早期使用 的浮動(dòng)密封為雙0型橡膠圈結(jié)構(gòu)，即采用兩個(gè)硬度很高的金屬端面密封環(huán)和兩個(gè)0型橡膠 密封圈構(gòu)成密封裝置，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，兩個(gè)密封環(huán)一個(gè)旋轉(zhuǎn)一個(gè)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(dòng)密封。由于牙輪鉆頭在井下工作時(shí)，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(dòng)，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(diǎn)，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(shí)減小了軸向尺寸，使牙輪鉆頭的滑動(dòng)軸承有 更大的承載面積。在中國(guó)專利CN1069557A中提出了單金屬密封結(jié)構(gòu)，但是其0型密封圈仍然易受泥 漿腐蝕，致使0型密封圈不能長(zhǎng)時(shí)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(tái) 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(guó)專利CN2099225U對(duì) 上述專利結(jié)構(gòu)作了改進(jìn)，在內(nèi)孔臺(tái)肩上裝了一個(gè)全接觸的密封墊，但需要在內(nèi)孔臺(tái)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(guó)專利CN200982158提出的技術(shù)，雖然通過(guò)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(tái)肩面的加工和耐磨問(wèn)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0型密封圈的斜面，加工難度大、裝配精度高的缺點(diǎn)依然存在，而且 輔助密封墊和0型圈的匹配也是個(gè)問(wèn)題。美國(guó)專利US7，413，037中提出的技術(shù)，僅僅對(duì)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、0型橡膠圈 容易磨損，輔助密封墊和0型圈的不易匹配的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)背景技術(shù)所述，本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有金屬浮動(dòng)密封存在的不 足，采用一個(gè)異型橡膠密封圈代替橡膠0型圈和支撐橡膠圈的方式，設(shè)計(jì)了一種牙輪鉆頭 金屬浮動(dòng)密封裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種牙輪鉆頭金屬浮動(dòng)密封裝置，主要由動(dòng)密封環(huán)(1)、靜密封環(huán)( 和異型橡膠 密封圈⑶組成，其中動(dòng)密封環(huán)⑴所處的牙輪⑷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(dòng)密封環(huán)(1)、靜密封環(huán)( 和異型橡膠密封圈C3)組成的金屬浮動(dòng)密 封裝置安裝在密封腔(6)內(nèi)，動(dòng)密封環(huán)(1)與牙輪(4)的內(nèi)孔(11)過(guò)盈配合，動(dòng)密封環(huán)(1) 的另一端面與牙輪(4)內(nèi)孔臺(tái)肩接觸，動(dòng)密封環(huán)(1)隨牙輪(4) 一起轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)密封環(huán)(1)、靜 密封環(huán)( 的端面相配合，構(gòu)成相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的密封面，異型橡膠密封圈C3)被靜密封環(huán)(2)壓 縮于牙掌軸頸(5)上。所述的牙掌軸頸( 和靜密封環(huán)( 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(3 和外圓面(33)，在錐面(3 上有環(huán)狀 凸起(34)，異型橡膠密封圈( 與靜密封環(huán)( 之間形成靜密封面。所述的異型橡膠密封圈( 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( 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)O)的外圓面為階梯狀，靜密封環(huán)⑵與動(dòng)密封環(huán)(1)接觸的端 面外徑要大于靜密封環(huán)(2)另一個(gè)端面的外徑。所述的動(dòng)密封環(huán)(1)與靜密封環(huán)O)由不銹鋼、硬質(zhì)合金、高速鋼等材料制成，在 動(dòng)密封環(huán)(1)與靜密封環(huán)O)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。本實(shí)用新型包括動(dòng)密封環(huán)、靜密封環(huán)和異型橡膠密封圈。動(dòng)密封環(huán)與牙輪內(nèi)孔為 過(guò)盈配合，動(dòng)密封環(huán)的另一端面與牙輪內(nèi)孔臺(tái)肩接觸，動(dòng)密封環(huán)隨牙輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)密封 環(huán)、靜密封環(huán)的端面相配合，構(gòu)成相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的密封面。異型橡膠密封圈套在牙掌軸頸上，底 部嵌在牙掌軸頸的根部凹槽內(nèi)，在鉆頭工作過(guò)程中，異型橡膠密封圈套不在牙掌軸頸上運(yùn) 動(dòng)，同時(shí)與靜密封環(huán)之間的摩擦力也阻止了靜密封環(huán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在牙掌軸頸和靜密封環(huán) 之間裝有異型橡膠密封圈，異型橡膠密封圈的端面和錐面與靜密封環(huán)構(gòu)成靜密封，阻止泥 漿和巖屑侵入密封腔，同時(shí)對(duì)靜密封環(huán)施加軸向力，使動(dòng)密封環(huán)、靜密封環(huán)緊密接觸形成密 封面，防止外部泥漿的侵入和潤(rùn)滑脂漏失。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果1、本實(shí)用新型采用一個(gè)異型橡膠密封圈代替金屬密封中的橡膠0型圈和支撐橡 膠圈，簡(jiǎn)化了密封結(jié)構(gòu)；2、本實(shí)用新型牙掌軸頸由原來(lái)的復(fù)雜曲面簡(jiǎn)化為圓柱面，加工更方便，降低了制 造成本；3、本實(shí)用新型的異型橡膠環(huán)密封圈的端面和錐面與靜密封環(huán)緊密貼合形成靜密 封面。錐面上有環(huán)狀凸起，能起到橡膠0型圈密封的作用。由于錐面橡膠的支撐作用，使凸 起能以較小的變形提供更大的的軸向密封力。端面與靜密封環(huán)之間的密封能阻止泥漿進(jìn)入 錐面和凸起與靜密封環(huán)之間組成的密封面，增加了密封的可靠性；4、本實(shí)用新型異型橡膠密封圈套在牙掌軸頸上，并被靜密封環(huán)緊緊壓在牙掌根部 的環(huán)形凹槽里，運(yùn)行過(guò)程不在軸頸上運(yùn)動(dòng)，減小了其與牙掌軸頸之間的磨損，提高了使用壽 命。5、本實(shí)用新型增加了靜密封環(huán)與動(dòng)密封環(huán)端面之間的接觸長(zhǎng)度，減小了接觸比 壓，降低了磨損。[0020]6、本實(shí)用新型靜密封環(huán)與動(dòng)密封環(huán)端面采用硬陶瓷材料或金剛石類超硬材料涂 層，提高了耐磨性能。
圖1是三牙輪鉆頭外觀示意圖圖2是牙輪鉆頭軸截面示意圖圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖4是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)局部結(jié)構(gòu)放大圖圖5是本實(shí)用新型異型橡膠密封圈結(jié)構(gòu)剖面圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)。由圖1至圖5示出，一種牙輪鉆頭金屬浮動(dòng)密封裝置，主要由動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)密封裝 置安裝在密封腔6內(nèi)，動(dòng)密封環(huán)1與牙輪4的內(nèi)孔11過(guò)盈配合，動(dòng)密封環(huán)1的另一端面與 牙輪4內(nèi)孔臺(tái)肩接觸，動(dòng)密封環(huán)1隨牙輪4 一起轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)密封環(huán)1、靜密封環(huán)2的端面相配 合，構(gòu)成相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)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。如圖1所示為本實(shí)用新型所應(yīng)用的三牙輪鉆頭，三牙輪對(duì)稱分布。圖2為單個(gè)牙 輪軸截面的示意圖，可以看出本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的密封結(jié)構(gòu)處于牙輪4與牙掌軸頸5的根 部之間。如圖3所示，本實(shí)用新型包括動(dòng)密封環(huán)1、靜密封環(huán)2、異型橡膠密封圈3，動(dòng)密封環(huán) 1的上端面與靜密封環(huán)2的下端面相配合，構(gòu)成相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的密封端面。動(dòng)密封環(huán)1與牙輪4 內(nèi)孔為過(guò)盈配合，能隨著牙輪4 一起轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)密封環(huán)1的下端面與牙輪4內(nèi)孔臺(tái)肩面接觸。 在牙掌軸頸5根部的環(huán)形凹槽51、牙掌軸頸5的軸頸和靜密封環(huán)2的錐面21之間裝有異型 橡膠密封圈3。如圖4所示，安裝時(shí)先把動(dòng)密封環(huán)1壓入牙輪4的內(nèi)孔11，保證過(guò)盈配合，然后在 牙掌軸頸5的軸頸上依次套上異型橡膠密封圈3、靜密封環(huán)2、帶有動(dòng)密封環(huán)1的牙輪4，裝 入鎖緊滾珠12即完成安裝。當(dāng)靜密封環(huán)2擠壓異型橡膠密封圈3的錐面和上面的環(huán)狀突 起34時(shí)，異型橡膠密封圈3能對(duì)靜密封環(huán)2施加一軸向力，使靜密封環(huán)2與轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)密封 環(huán)1端面緊密接觸，形成動(dòng)密封，防止?jié)櫥┦АＳ捎阱F面環(huán)狀突起34受到異型橡膠密 封圈3底部橡膠的支撐，不會(huì)沿軸向移動(dòng)，不但能產(chǎn)生更大的軸向力，而且不易磨損。靜密 封環(huán)2和異型橡膠密封圈3的端面接觸，所形成的密封面能進(jìn)一步阻止泥漿和巖屑侵入密 封腔，同時(shí)也可對(duì)靜密封環(huán)2施加一輔助軸向力，使密封更加可靠。動(dòng)密封環(huán)1和靜密封環(huán) 2的接觸密封面為平面，靜密封環(huán)端面3的內(nèi)側(cè)為斜面，能使?jié)櫥M(jìn)入該接觸密封面。動(dòng) 密封環(huán)1和靜密封環(huán)2都是由硬質(zhì)合金材料、不銹鋼，或者其他金屬材料制成，表面有硬陶 瓷材料或金剛石類超硬材料涂層，具有更好的耐磨性能。靜密封環(huán)2的外圓面為階梯狀，動(dòng) 密封環(huán)1和靜密封環(huán)2接觸端面的寬度大于靜密封環(huán)2另一個(gè)端面的寬度，通過(guò)增大接觸 寬度，能降低動(dòng)密封環(huán)1和靜密封環(huán)2之間的接觸比壓，減小磨損。牙掌軸頸5為圓柱面，降低了加工難度。動(dòng)密封環(huán)1、靜密封環(huán)2相對(duì)應(yīng)的牙掌軸頸表面應(yīng)通過(guò)磨削加工保證較高 的表面光潔度，而安裝異型橡膠密封圈的軸頸面則無(wú)須磨削加工，較為粗糙的表面有利于 增大與異型橡膠圈3的摩擦力。 如圖5所示，異型橡膠密封圈3由橡膠等彈性材料制成，異型橡膠密封圈3的密封 面主要由端面31、錐面32和外圓面33組成。異型橡膠密封圈3的錐面32，其傾斜的角度 小于靜密封環(huán)2的內(nèi)錐面21傾斜角度。在錐面上有環(huán)狀凸起34，凸起34的軸截面呈圓弧 形，與錐面相接處平滑過(guò)渡。端面31、錐面32和外圓面33分別與靜密封環(huán)2的端面、錐面 和凹槽邊緣之間形成靜密封面。異型橡膠密封圈3對(duì)靜密封環(huán)2的摩擦力能有效的阻止靜 密封環(huán)2在牙輪4鉆頭工作過(guò)程中隨動(dòng)密封環(huán)1的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求1.一種牙輪鉆頭金屬浮動(dòng)密封裝置，主要由動(dòng)密封環(huán)(1)、靜密封環(huán)( 和異型橡膠密 封圈⑶組成，其特征在于動(dòng)密封環(huán)⑴所處的牙輪⑷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(dòng)密封環(huán)(1)、靜密封環(huán)( 和異型橡膠密封圈( 組成的金屬浮 動(dòng)密封裝置安裝在密封腔(6)內(nèi)，動(dòng)密封環(huán)⑴與牙輪⑷的內(nèi)孔(11)過(guò)盈配合，動(dòng)密封 環(huán)⑴的另一端面與牙輪⑷內(nèi)孔臺(tái)肩接觸，動(dòng)密封環(huán)⑴隨牙輪⑷一起轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)密封環(huán)(1)、靜密封環(huán)( 的端面相配合，構(gòu)成相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的密封面，異型橡膠密封圈C3)被靜密封環(huán)(2)壓縮于牙掌軸頸(5)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙輪鉆頭金屬浮動(dòng)密封裝置，其特征在于所述的牙掌軸頸 (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(3 和外圓面(33)，在錐面(3 上有環(huán)狀凸起(34)，異型橡膠密封圈(3)與靜密封環(huán)( 之間形成靜密封面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的牙輪鉆頭金屬浮動(dòng)密封裝置，其特征在于所述的異型橡膠 密封圈( 的錐面(32)，其軸截面傾斜的角度小于靜密封環(huán)O)的內(nèi)錐面傾斜角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙輪鉆頭金屬浮動(dòng)密封裝置，其特征在于所述的牙掌軸頸 (5)為圓柱形，牙掌根部有環(huán)形凹槽(51)，異型橡膠密封圈C3)嵌入在牙掌軸頸( 根部的 環(huán)形凹槽(51)內(nèi)并緊套在牙掌軸頸(5)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙輪鉆頭金屬浮動(dòng)密封裝置，其特征在于所述的靜密封環(huán) (2)的外圓面為階梯狀，靜密封環(huán)( 與動(dòng)密封環(huán)(1)接觸的端面外徑要大于靜密封環(huán)(2) 另一個(gè)端面的外徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙輪鉆頭金屬浮動(dòng)密封裝置，其特征在于所述的動(dòng)密封環(huán) (1)與靜密封環(huán)O)由不銹鋼、硬質(zhì)合金、高速鋼材料制成，在動(dòng)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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙輪鉆頭金屬浮動(dòng)密封裝置，其特征在于所述的異型橡膠 密封圈(3)由橡膠彈性材料制成。
專利摘要一種牙輪鉆頭金屬浮動(dòng)密封裝置，主要由動(dòng)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(dòng)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)，將由動(dòng)密封環(huán)(1)、靜密封環(huán)(2)和異型橡膠密封圈(3)組成的金屬密封裝置安裝在密封腔(6)內(nèi)，動(dòng)密封環(huán)(1)與牙輪(4)內(nèi)孔過(guò)盈配合，其另一端與牙輪(4)內(nèi)孔臺(tái)肩接觸，動(dòng)密封環(huán)(1)、靜密封環(huán)(2)的端面構(gòu)成密封面，異型橡膠密封圈(3)被靜密封環(huán)(2)壓縮于根部環(huán)形凹槽(51)內(nèi)。本實(shí)用新型改進(jìn)了牙輪(4)的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了密封結(jié)構(gòu)，加工更方便，降低了制造成本，增加了密封的可靠性，降低了磨損，提高了耐磨性能及使用壽命。
文檔編號(hào)E21B10/25GK201826754SQ201020236159
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者張寶生, 陳家慶 申請(qǐng)人:北京石油化工學(xué)院