一種高速牙輪鉆頭軸承螺旋組合密封結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及適用于石油鉆井、地質(zhì)鉆探的一種高速牙輪鉆頭軸承螺旋組合密封，屬于牙輪鉆頭軸承密封領域。
【背景技術】
[0002]高速化是牙輪鉆頭發(fā)展的新方向，長壽命的高速牙輪鉆頭研究已成為世界石油鉆井工程迫切需要解決的重大技術課題。軸承密封是決定高速牙輪鉆頭壽命的關鍵，是高速牙輪鉆頭最薄弱的環(huán)節(jié)。對牙輪鉆頭的失效分析表明，牙輪鉆頭中只要一只牙輪軸承先期損壞，就會使整個鉆頭很快失效?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明，因軸承先期損壞導致失效的鉆頭占失效鉆頭總數(shù)的80%，而軸承的壽命在很大程度上又依賴密封的壽命，因密封先期失效而嚴重磨損的軸承占失效軸承總數(shù)的30%。
[0003]國內(nèi)外密封研究主要是針對普通牙輪鉆頭，對高速牙輪鉆頭密封的研究還很少。美國休斯公司一直引領著牙輪鉆頭密封技術，國內(nèi)的研究水平顯然落后于國外。目前，現(xiàn)有密封大多是被動密封的方式，不具有主動排砂功能，通過被動阻止泥漿磨粒的進入來提高密封性能，一旦泥漿顆粒進入，造成的磨損對密封性能的損害就無法彌補。本項目將被動密封方式轉變?yōu)橹鲃优派胺绞?，設計螺旋結構可直接阻止泥漿的進入，適合于高速牙輪鉆頭，相比于被動密封方式，密封的可靠性就會大大提高。
[0004]“螺旋組合密封”采用螺旋密封圈與O型橡膠圈有機組合的新結構形式。當鉆頭高速轉動時，螺旋密封起排砂、主密封作用，可顯著克服固體顆粒造成的磨損，輔助橡膠圈實現(xiàn)雙級密封，可靠性高。當牙輪鉆頭停止轉動時，采用O型橡膠圈密封。同時，螺旋組合密封具有變形自動補償功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有高速牙輪鉆頭軸承密封結構存在的排砂性能差、磨損嚴重、可靠性低的問題，特提供一種高速牙輪鉆頭軸承螺旋組合密封。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:本發(fā)明一種高速牙輪鉆頭軸承螺旋組合密封結構，主要由牙輪、軸承、螺旋密封圈和O型橡膠圈構成，位于牙輪與軸承組成的密封腔內(nèi)。所述螺旋密封圈安裝于牙輪內(nèi)孔的螺旋槽內(nèi)，當鉆頭高速旋轉時，通過螺旋槽的栗送作用，實現(xiàn)自動排砂功能，有效防止泥漿顆粒進入軸承中造成磨損，同時增加了 O型橡膠圈外側壓力，減小了 O型橡膠圈兩側壓差，提高了 O型橡膠圈的密封效果；所述O型橡膠圈位于螺旋密封圈的上面，以一定的過盈量安裝在軸承凹槽中，在鉆頭高速旋轉時起到輔助雙級密封作用，當鉆頭停止轉動時可采用O型橡膠圈密封，適于牙輪鉆頭不同工況時的密封要求，提高了密封的可靠性。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點:1、新密封具有栗送排砂特點，可顯著克服泥漿顆粒造成的磨損；2、采用螺旋結構增大了 O型橡膠圈的外側壓力，減小了內(nèi)外壓差，使得O型橡膠圈的壓縮量減小、受熱減少，提高了其密封性能；3、螺旋組合密封不僅可以實現(xiàn)鉆頭高速轉動時的密封，還可以解決牙輪鉆頭停止轉動時的密封問題，可靠性較高；4、螺旋組合密封具有變形自動補償功能，使密封面始終保持良好接觸；5、螺旋組合密封放置在牙輪凹槽和軸承螺旋槽中，不需要增加其他元件支撐，占用空間小，為牙輪鉆頭節(jié)省了寶貴的空間。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明一種高速牙輪鉆頭軸承螺旋組合密封結構圖。
[0009]圖2是圖1A處密封結構的放大圖。
[0010]圖中:1.牙爪；2.牙輪；3.鋼球；4.塞銷；5.軸承；6.螺旋密封圈；7.0型橡膠圈【具體實施方式】:
[0011]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0012]如圖1所示，一種高速牙輪鉆頭軸承螺旋組合密封結構，由牙輪(2)、軸承(5)、螺旋密封圈(6)及O型橡膠圈(7)組成。螺旋組合密封結構安裝在軸承(5)與牙輪(2)之間的密封腔內(nèi)。
[0013]如圖2所示，所述牙輪⑵內(nèi)孔加工有螺旋槽，用于安裝螺旋密封圈(6);所述O型橡膠圈(7)通過過盈配合安裝在軸承(5)的凹槽中，使其緊箍于軸承上，位于螺旋密封圈
(6)的上面。
[0014]配合參照圖1，本密封現(xiàn)場應用時，牙爪(I)及牙輪(2)分別通過牙輪內(nèi)孔套接在軸承(5)上，鋼球(3)從塞銷孔放入軸承后將塞銷(4)焊接固定，通過鋼球(3)將牙輪(2)保持在軸承(5)上。在牙輪(2)和軸承(5)之間安裝螺旋組合密封。螺旋密封圈(6)安裝在牙輪(2)內(nèi)，工作時可隨鉆頭一起轉動，通過螺旋栗送作用，將鉆頭外部的泥漿顆粒排出密封腔外，防止泥漿顆粒進入造成軸承的磨損；0型橡膠圈(7)在鉆頭高速轉動時作為輔助雙級密封，在鉆頭停止轉動時還可起到有效密封作用，當螺旋密封圈(6)失效后，O型橡膠圈(7)還可實現(xiàn)摩擦接觸密封，還能有效阻止軸承腔內(nèi)潤滑脂外泄，以保證軸承的良好潤滑。
[0015]本發(fā)明結構具有較好的排砂性能，能有效降低軸承的磨損，該結構不僅適用鉆頭高速旋轉時的密封，還適用于鉆頭靜止時的密封，能滿足不同工況時的密封要求，大大提高了密封的可靠性及穩(wěn)定性，確保了密封件的使用壽命。螺旋組合密封不需要增加其他支撐元件，占用空間小，為牙輪鉆頭節(jié)省了寶貴的空間。
【主權項】
1.一種高速牙輪鉆頭軸承螺旋組合密封結構，包括牙輪(2)、軸承(5)、螺旋密封圈(6)和O型橡膠圈(7)，該螺旋組合密封結構位于牙輪(2)與軸承(5)組成的密封腔內(nèi)。所述螺旋密封圈(6)安裝于牙輪(2)內(nèi)孔的螺旋槽內(nèi)，當鉆頭高速旋轉時，通過螺旋槽的栗送作用，實現(xiàn)自動排砂功能，有效防止泥漿顆粒進入軸承中造成磨損，同時增加了 O型橡膠圈(7)外側壓力，減小了 O型橡膠圈(7)兩側壓差，提高了 O型橡膠圈(7)的密封效果；所述O型橡膠圈(7)位于螺旋密封圈(6)的上面，在鉆頭高速旋轉時起到輔助雙級密封作用，當鉆頭停止轉動時可采用O型橡膠圈密封(7)，提高了密封的可靠性。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高速牙輪鉆頭軸承螺旋組合密封結構，由牙輪、軸承、螺旋密封圈、O型橡膠圈組成。所述螺旋密封圈安裝在牙輪內(nèi)孔的螺旋槽中，當鉆頭高速旋轉時，通過螺旋槽的泵送作用，實現(xiàn)自動排砂功能，同時增加了O型橡膠圈外側壓力，減小了O型橡膠圈兩側壓差，提高了O型橡膠圈的密封效果；所述O型橡膠圈位于螺旋密封圈的上面，以一定的過盈量安裝在軸承凹槽中，在鉆頭高速旋轉時實現(xiàn)輔助雙級密封，鉆頭停止轉動時也可起到有效密封作用。本發(fā)明具有較好的排砂性能，可有效降低軸承磨損，能滿足不同工況時的密封要求，大大提高了密封的可靠性及穩(wěn)定性，提高了密封使用壽命。該密封不需要增加其他支撐元件，為牙輪鉆頭節(jié)省了寶貴的空間。
【IPC分類】E21B10/25
【公開號】CN105134083
【申請?zhí)枴緾N201510613467
【發(fā)明人】周已, 王林, 黃志強, 伍開松, 張富曉, 湯海平, 張浩辰, 唐宇杰
【申請人】西南石油大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月24日