牙輪鉆頭的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及鉆井工具【技術領域】，尤其涉及一種牙輪鉆頭，包括牙輪、牙掌軸以及用于將所述牙輪和牙掌軸固定的定位鋼球，所述牙輪的根部設有牙輪軸承孔，所述牙輪軸承孔中設有軸承密封系統(tǒng)，所述軸承密封系統(tǒng)由牙輪金屬密封環(huán)、牙掌金屬密封環(huán)、牙輪金屬橡膠密封圈、牙輪金屬環(huán)供能用波形彈簧構成，所述牙輪金屬橡膠密封圈位于所述牙輪金屬密封環(huán)一側，用于密封牙輪金屬密封環(huán)與牙輪軸承孔之間的間隙。本實用新型通過以對頂波簧為主或全部由對頂波簧供能的金屬端面密封系統(tǒng)，密封端面可精確控制接觸比壓，接觸比壓較大而且持久恒定。
【專利說明】牙輪鉆頭

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及鉆井工具【技術領域】，尤其涉及一種牙輪鉆頭。

【背景技術】
[0002]牙輪鉆頭是在地殼中破碎巖石的一種工具，廣泛應用與石油、天然氣鉆井以及其他礦產(chǎn)資源鉆探和開發(fā)等領域。
[0003]對三牙輪鉆頭失效的分析表明，軸承的損壞是牙輪鉆頭失效的主要形式，而軸承提前失效的絕大多數(shù)是因為軸承密封系統(tǒng)失效，致使軸承潤滑油脂流失異入侵入軸承導致，因此我們經(jīng)常會看到牙輪鉆頭牙齒磨損并不嚴重，軸承卻已失效而曠動的現(xiàn)象。
[0004]眾所周知，現(xiàn)今的密封系統(tǒng)都利用氫化丁腈橡膠(HNBR)的彈性為密封工作面提供能量，氫化丁腈橡膠(HNBR)在耐化學性、壓縮永永久變形彈性，以及撕裂強度方面具有優(yōu)異的性能，然而在120°C之上的連續(xù)井眼循環(huán)溫度下的鉆井場合中，用于為密封系統(tǒng)供能的氫化丁腈橡膠(HNBR)材料元件就會加快老化而失效(必競氫化丁腈橡膠(HNBR)硫化成形溫度才170°C )，密封系統(tǒng)橡膠元件一旦失效整過密封系統(tǒng)在井下惡劣工況下將會立即崩潰，導致軸承失效鉆頭報度，如果不能及時發(fā)現(xiàn)就會釀成井下事故。
[0005]密封面的接觸比壓是金屬端面密封和橡膠密封的關鍵參數(shù)。如果比壓太小就封不住，比壓過大則工作面磨損快，壽命短。新裝好的密封系統(tǒng)工作面都有一定的接觸比壓，它至少必須大于密封壓差，否則必漏無疑，而且隨著密封系統(tǒng)的工作進程，密封系統(tǒng)的氫化丁腈橡膠(HNBR)原件會老化和磨損。因此新裝鉆頭接觸比壓會大一些，大多少才能保證封住不漏，這要看密封面的寬度，兩邊的材料性質、表面形狀和粗糙度，牙輪鉆頭工況介質的質地(水、油、泥漿、油脂還是空氣)、壓力、溫度等等條件，軸承密封系統(tǒng)內(nèi)側的介質是高粘度軸承潤滑脂，外側則是含巖屑的泥漿。環(huán)境壓力范圍數(shù)十MPa，溫度范圍數(shù)十至一百多攝氏度，在上述這些條件下，不同型號的鉆頭要面對不同的工況，如何精確的為不同型號的牙輪鉆頭密封系統(tǒng)提供密封面恒定持久的接觸比壓，則是密封系統(tǒng)的關鍵所在。是從事本行業(yè)工程設計人員必須要做的課題。
[0006]圖1是某型12 1/4英寸三牙輪鉆頭軸承裝配時，密封系統(tǒng)工作面的接觸比壓與密封系統(tǒng)的位移變化，此曲線統(tǒng)計圖是收集100只鉆頭在金屬密封分裝機上測試的結果。從以上統(tǒng)計表上可以發(fā)現(xiàn)，同樣的密封系統(tǒng)(密封系統(tǒng)各元件尺寸都是按設計要求制造，并經(jīng)檢測合格)位移1.45-2mm，密封面接觸比壓從50KG-90KG，變化范圍很大。說明現(xiàn)今密封系統(tǒng)并不能精確控制密封系統(tǒng)的接觸比壓。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種牙輪鉆頭，提高密封系統(tǒng)的密封性能。
[0008]本實用新型為實現(xiàn)上述目的，采用以下技術方案:
[0009]一種牙輪鉆頭，包括牙輪、牙掌軸以及用于將所述牙輪和牙掌軸固定的定位鋼球，所述牙輪的根部設有牙輪軸承孔，所述牙輪軸承孔中設有軸承密封系統(tǒng)，其特征在于:所述軸承密封系統(tǒng)由牙輪金屬密封環(huán)、牙掌金屬密封環(huán)、牙輪金屬橡膠密封圈、牙輪金屬環(huán)供能用波形彈簧構成，所述牙輪金屬密封環(huán)和牙掌金屬密封環(huán)相接觸組成端面密封結構，所述牙輪金屬密封環(huán)中部帶有凹槽，所述牙輪金屬環(huán)供能用波形彈簧置于所述凹槽中，牙輪金屬環(huán)供能用波形彈簧上部與所述牙輪軸承孔的內(nèi)壁觸接，所述牙輪金屬橡膠密封圈位于所述牙輪金屬密封環(huán)一側，用于密封牙輪金屬密封環(huán)與牙輪軸承孔之間的間隙。
[0010]優(yōu)選地，所述牙掌金屬密封環(huán)的截面呈方形。
[0011]優(yōu)選地，所述牙掌金屬密封環(huán)的截面呈梯形，所述牙掌金屬密封環(huán)與所述牙掌軸之間設有牙掌金屬環(huán)橡膠供能圈。工作端面精衍至鏡面，并且可有涂層或沒有涂層，內(nèi)側為斜面表面噴砂用于安裝橡膠供能圈防止橡膠圈轉動。
[0012]優(yōu)選地，所述牙輪金屬密封環(huán)和牙掌金屬密封環(huán)由高強度合金不銹工具鋼精制而成，工作端面精衍成鏡面，平面度小于0.005mm，粗糙度小于0.2。
[0013]優(yōu)選地，所述牙輪金屬環(huán)供能用波形彈簧由高強度合金不繡鋼扁線材一圈圈連續(xù)卷饒、堆疊而成。
[0014]本實用新型的有益效果是:與現(xiàn)有技術相比，本實用新型通過以對頂波簧為主或全部由對頂波簧供能的金屬端面密封系統(tǒng)，密封端面可精確控制接觸比壓，接觸比壓較大而且持久恒定，盡管牙輪鉆頭工作時會產(chǎn)生因軸承軸向間隙造成的牙輪軸向振動、軸線偏移造成的鉆頭滑動、以及數(shù)千米彈性桿柱造成的振動，都能及時進行動能補給，同時因密封系統(tǒng)主供能元件為鋼性元件，鋼性曲線平滑，位移大，所以密封系統(tǒng)耐高溫，壽命長。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為現(xiàn)有的金屬端面密封系統(tǒng)100只鉆頭裝配時接觸比壓曲線統(tǒng)計圖；
[0016]圖2為對頂波形彈簧結構示意圖；
[0017]圖3為圖2的側視圖；
[0018]圖4為100只對頂波形彈簧的鋼性曲線統(tǒng)計圖；
[0019]圖5為現(xiàn)有金屬端面S封結構圖；
[0020]圖6為圖5的局部放大圖；
[0021]圖7為波形彈簧供能全屬端面密封第一種結構；
[0022]圖8為圖7的局部放大圖；
[0023]圖9為波形彈簧供能全屬端面密封第二種結構；
[0024]圖10為圖9的局部放大圖。

【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖及較佳實施例詳細說明本實用新型的【具體實施方式】。如圖7和圖8所示，一種牙輪鉆頭，包括牙輪、牙掌2以及用于將所述牙輪和牙掌固定的定位鋼球9，所述牙輪的根部設有牙輪軸承孔1，所述牙輪軸承孔中設有軸承密封系統(tǒng)，所述軸承密封系統(tǒng)由牙輪金屬密封環(huán)3、牙掌金屬密封環(huán)4、牙輪金屬橡膠密封圈6、牙輪金屬環(huán)供能用波形彈簧7構成，所述牙輪金屬密封環(huán)和牙掌金屬密封環(huán)相接觸組成端面密封結構，所述牙輪金屬密封環(huán)中部帶有凹槽，所述牙輪金屬環(huán)供能用波形彈簧置于所述凹槽中，牙輪金屬環(huán)供能用波形彈簧上部與所述牙輪軸承孔的內(nèi)壁觸接，所述牙輪金屬橡膠密封圈位于所述牙輪金屬密封環(huán)一側，用于密封牙輪金屬密封環(huán)與牙輪軸承孔之間的間隙。
[0026]如圖2和圖3所示，是從國外定制的一種用于8 1/2英寸三牙輪鉆頭金屬端面的軸承密封系統(tǒng)的對頂波形彈簧，抽檢100件兩端平面度都小于0.1mm，外觀尺寸精確，圖4是同批次100件對頂波形彈簧在金屬密封分裝機上測試出的鋼性曲線統(tǒng)計圖，從圖上可以看出位移和負荷變化范圍很小，幾乎一致。而且鋼性曲線平滑，位移范圍大，提供能量高。因此用于新型的波形彈簧供能金屬端面軸承密封系統(tǒng)，可以精確控制密封系統(tǒng)的接觸比壓。
[0027]如圖9和圖10所示，所述牙掌金屬密封環(huán)的截面呈方形。
[0028]如圖7和圖8所示，所述牙掌金屬密封環(huán)的截面呈梯形，所述牙掌金屬密封環(huán)與所述牙掌軸之間設有牙掌金屬環(huán)橡膠供能圈5。工作端面精衍至鏡面，并且可有涂層或沒有涂層，內(nèi)側為斜面表面噴砂用于安裝橡膠供能圈防止橡膠圈轉動。
[0029]所述牙輪金屬密封環(huán)和牙掌金屬密封環(huán)由高強度合金不銹工具鋼精制而成，工作端面精衍成鏡面，平面度小于0.005mm，粗糙度小于0.2。
[0030]所述牙輪金屬環(huán)供能用波形彈簧由高強度合金不繡鋼扁線材一圈圈連續(xù)卷饒、堆疊而成。為金屬密封環(huán)提供動能。金屬密封環(huán)為I件或多件，金屬端面工作時貼合在一起繞軸反向旋轉取到隔離軸承內(nèi)外的作用。所述牙掌金屬環(huán)橡膠供能圈、牙輪金屬橡膠密封圈由高飽合氫化丁腈橡膠制。
[0031]具體安裝步驟如下:首先清洗牙輪軸承孔、牙掌軸和所有密封系統(tǒng)原件并用潔凈氣體吹干，分別存放在專用的潔凈容器或工作臺上；
[0032]第二步將牙輪金屬密封環(huán)、牙輪金屬橡膠密封圈和牙輪金屬環(huán)供能用波形彈簧裝配在牙輪軸承的牙輪軸承孔內(nèi)；
[0033]第三步將牙掌軸固定在金屬密封分裝機上，使牙掌軸的中心線與金屬密封分裝機軸線相合，接著安裝牙掌金屬密封環(huán)、牙掌金屬環(huán)橡膠供能圈，安裝完成后，在牙掌金屬密封環(huán)工作端面上滴三滴潔凈的機械油，滴油位置均勻；
[0034]第四步把已裝配完成后的牙輪軸承整體順牙掌軸線套裝在牙掌軸上；
[0035]第五步用金屬密封分裝機測線密封系統(tǒng)的負荷(接觸比壓)和位移曲線是否符合要求，如不符合換密封原件，重新裝配，直到符合設計要求；
[0036]最后安裝鎖緊鋼球和塞銷，并焊接固定塞銷8。通過上述安裝方法能夠將帶有牙輪金屬環(huán)功能用波形彈簧安裝到牙輪軸孔中，快速便捷，提高工作效率。
[0037]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型通過以對頂波簧為主或全部由對頂波簧供能的金屬端面密封系統(tǒng)，密封端面可精確控制接觸比壓，接觸比壓較大而且持久恒定，盡管牙輪鉆頭工作時會產(chǎn)生因軸承軸向間隙造成的牙輪軸向振動、軸線偏移造成的鉆頭滑動、以及數(shù)千米彈性桿柱造成的振動，都能及時進行動能補給，同時因密封系統(tǒng)主供能元件為鋼性元件，鋼性曲線平滑，位移大，所以密封系統(tǒng)耐高溫，壽命長。
[0038]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種牙輪鉆頭，包括牙輪、牙掌軸以及用于將所述牙輪和牙掌軸固定的定位鋼球，所述牙輪的根部設有牙輪軸承孔，所述牙輪軸承孔中設有軸承密封系統(tǒng)，其特征在于:所述軸承密封系統(tǒng)由牙輪金屬密封環(huán)、牙掌金屬密封環(huán)、牙輪金屬橡膠密封圈、牙輪金屬環(huán)供能用波形彈簧構成，所述牙輪金屬密封環(huán)和牙掌金屬密封環(huán)相接觸組成端面密封結構，所述牙輪金屬密封環(huán)中部帶有凹槽，所述牙輪金屬環(huán)供能用波形彈簧置于所述凹槽中，牙輪金屬環(huán)供能用波形彈簧上部與所述牙輪軸承孔的內(nèi)壁觸接，所述牙輪金屬橡膠密封圈位于所述牙輪金屬密封環(huán)一側，用于密封牙輪金屬密封環(huán)與牙輪軸承孔之間的間隙。
2.根據(jù)權利要求1所述的牙輪鉆頭，其特征在于:所述牙掌金屬密封環(huán)的截面呈方形。
3.根據(jù)權利要求1所述的牙輪鉆頭，其特征在于:所述牙掌金屬密封環(huán)的截面呈梯形，所述牙掌金屬密封環(huán)與所述牙掌軸之間設有牙掌金屬環(huán)橡膠供能圈。
4.根據(jù)權利要求1所述的牙輪鉆頭，其特征在于:所述牙輪金屬密封環(huán)和牙掌金屬密封環(huán)由高強度合金不銹工具鋼精制而成，工作端面精衍成鏡面，平面度小于0.005mm。
【文檔編號】E21B10/25GK204002566SQ201420468779
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權日:2014年8月20日
【發(fā)明者】陳斌, 羅緒良 申請人:天津立林鉆頭有限公司