本發(fā)明涉及鉆井工程機械領(lǐng)域，特別是涉及一種水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置。

背景技術(shù)：

牙輪鉆頭是鉆井工程中最主要的破巖工具，在井底破巖中起著主導作用，其工作性能的好壞直接影響鉆井質(zhì)量、鉆井效率和鉆井成本，牙輪鉆頭的使用壽命幾乎直接取決于鉆頭軸承的壽命，而軸承的壽命在很大程度上又依賴密封的壽命。牙輪鉆頭目前的發(fā)展趨勢是實現(xiàn)高速化，隨著鉆頭轉(zhuǎn)速的不斷提高，在惡劣環(huán)境下工作的軸承密封這一環(huán)節(jié)的薄弱性將顯得越來越突出。因此，在研究鉆頭的同時，決不可忽視對軸承壽命的研究和改進。軸承密封是高速牙輪鉆頭最薄弱的環(huán)節(jié)，也是易損部件，是決定高速牙輪鉆頭壽命的最關(guān)鍵因素。據(jù)現(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％，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％。牙輪鉆頭的軸承密封問題已經(jīng)成為嚴重影響高速牙輪鉆頭鉆井效率及鉆井成本的技術(shù)瓶頸，是目前石油鉆采工程中亟待解決的問題。

實踐表明，目前常規(guī)牙輪鉆頭軸承密封性能不能很好的滿足使用要求，特別是在較高轉(zhuǎn)速鉆進的時候，其密封使用壽命更低，密封的耐久性能較差，密封的磨損、老化較嚴重。牙輪鉆頭密封的工況是十分惡劣的，包括高溫、高磨礪性介質(zhì)、高載荷，并且密封腔的尺寸很小，這些工況和環(huán)境就加劇了密封的失效，也給密封的研究帶來了巨大的困難和挑戰(zhàn)。泥漿磨礪介質(zhì)的進入是影響高速牙輪鉆頭密封壽命的最關(guān)鍵因素，現(xiàn)有軸承密封均屬被動密封方式，不具有自動排砂功能，一旦泥漿顆粒進入密封腔，密封將會快速磨損后失效。目前，針對高速牙輪鉆頭螺旋密封的試驗裝置還未涉及，試驗研究是現(xiàn)場試驗及產(chǎn)品應用順利進行的前提保障，而試驗裝置更是決定試驗研究成功與否的關(guān)鍵，進行高速牙輪鉆頭螺旋密封試驗裝置的開發(fā)對提高鉆頭壽命具有重要意義。

因此，如何改變現(xiàn)有技術(shù)中，高速牙輪鉆頭螺旋密封試驗無法進行的現(xiàn)狀，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，使牙輪鉆頭螺旋密封的密封性能能夠通過試驗進行測試，為實際生產(chǎn)應用提供便利。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置，包括軸、螺旋軸套和牙輪，所述螺旋軸套與所述牙輪螺紋連接，所述螺旋軸套的內(nèi)徑上設(shè)置密封螺紋，所述螺旋軸套和所述牙輪均套裝于所述軸上，所述螺旋軸套、所述牙輪和所述軸之間形成第一空腔，所述軸具有第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第一通孔與所述第一空腔相連通，所述螺旋軸套和所述牙輪與所述軸之間存在軸向間隙并形成第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔相連通，所述第二通孔和所述第三通孔均與所述第二空腔相連通。

優(yōu)選地，水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置還包括電機、機座、機蓋和機架，所述電機通過聯(lián)軸器與所述牙輪相連，所述電機和所述機座均設(shè)置于所述機架上，所述機座與所述機蓋可拆卸連接，所述軸、所述螺旋軸套和所述牙輪均設(shè)置于所述機座與所述機蓋形成的腔體內(nèi)。

優(yōu)選地，所述牙輪與所述機座、所述機蓋轉(zhuǎn)動連接處加裝軸承，并用軸承端蓋固定，所述軸承端蓋與所述機座、所述機蓋用螺釘連接。

優(yōu)選地，所述軸通過螺釘與所述機座和所述機蓋連接在一起，所述牙輪的軸線平行于所述機架所在的平面。

優(yōu)選地，水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置還包括收集槽，所述收集槽設(shè)置于所述機架的內(nèi)部，所述機座上還設(shè)置有收集容器，所述收集槽與所述第二空腔相連通，所述收集容器通過管路與所述收集槽相連通。

優(yōu)選地，水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置還包括第一介質(zhì)容器和第二介質(zhì)容器，所述第一通孔通過管路分別與所述第一介質(zhì)容器和外界相連通，所述第二通孔和所述第三通孔分別通過管路與所述第二介質(zhì)容器相連通。

優(yōu)選地，所述第一通孔與所述第一介質(zhì)容器之間、所述第一通孔與外界之間均加裝閥門，所述第二通孔與所述第二介質(zhì)容器之間、所述第三通孔與所述第二介質(zhì)容器之間均加裝閥門。

優(yōu)選地，所述第一通孔與所述軸同軸，所述第二通孔和所述第三通孔相對于所述軸的軸線對稱布置。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：本發(fā)明的水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置，包括螺旋軸套，螺旋軸套內(nèi)側(cè)上設(shè)置密封螺紋，模擬牙輪鉆頭軸承螺旋密封結(jié)構(gòu)，牙輪帶動螺旋軸套旋轉(zhuǎn)，可以通過測量含砂液體排出時間和含砂液體排出量兩種方法，測試螺旋密封的排砂性能，為螺旋密封產(chǎn)品順利生產(chǎn)應用提供了保障。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置的俯視方向的剖切示意圖；

圖3為本發(fā)明水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置的正向的剖切示意圖；

圖4為本發(fā)明水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置的a部的放大示意圖；

圖5為本發(fā)明水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置的螺旋軸套的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置的螺旋軸套的剖切結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1為軸，101為第一通孔，102為第二通孔，103為第三通孔，2為螺旋軸套，201為密封螺紋，3為牙輪，4為第一空腔，5為第二空腔，6為軸套，7為電機，8為機座，9為機蓋，10為機架，11為軸承端蓋，12為螺釘，13為收集槽，14為收集容器，15為第一介質(zhì)容器，16為第二介質(zhì)容器。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，使牙輪鉆頭螺旋密封的密封性能能夠通過試驗進行測試，為實際生產(chǎn)應用提供便利。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

請參考圖1至圖6，圖1為本發(fā)明水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置的俯視方向的剖切示意圖，圖3為本發(fā)明水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置的正向的剖切示意圖，圖4為本發(fā)明水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置的a部的放大示意圖，圖5為本發(fā)明水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置的螺旋軸套的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為本發(fā)明水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置的螺旋軸套的剖切結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明提供一種水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置，包括軸1、螺旋軸套2和牙輪3，螺旋軸套2與牙輪3可拆卸連接，螺旋軸套2的內(nèi)徑上設(shè)置密封螺紋201，螺旋軸套2和牙輪3均套裝于軸1上，螺旋軸套2、牙輪3和軸1之間形成第一空腔4，軸1具有第一通孔101、第二通孔102和第三通孔103，第一通孔101與第一空腔4相連通，螺旋軸套2和牙輪3與軸1之間存在軸向間隙并形成第二空腔5，第一空腔4和第二空腔5相連通，第二通孔102和第三通孔103均與第二空腔5相連通。

本發(fā)明的水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置，包括螺旋軸套2，螺旋軸套2內(nèi)側(cè)上設(shè)置密封螺紋201，模擬牙輪鉆頭軸承螺旋密封結(jié)構(gòu)，牙輪3帶動螺旋軸套2旋轉(zhuǎn)，可以通過測量含砂液體排出時間和含砂液體排出量兩種方法，測試螺旋密封的排砂性能，為螺旋密封產(chǎn)品順利生產(chǎn)應用提供了保障。

試驗時，通過第一通孔101向第一空腔4內(nèi)通入一定量的含砂液體，含砂液體沿著第一空腔4流向螺旋軸套2中的密封螺紋201處，由密封螺紋201與軸1之間的間隙流出，通過牙輪3與軸1之間的間隙流出，通過牙輪3與軸1之間的間隙流到第二空腔5中，第二空腔5中的含砂液體向裝置外流動，當?shù)诙涨?中的含砂液體流盡時，記錄所用時間，此時為密封螺紋201無泵送效應時的排砂時間。當牙輪3帶動螺旋軸套2旋轉(zhuǎn)時，重復上述操作，向第一空腔5內(nèi)通入同樣量的含砂液體，此時，螺旋軸套2中的密封螺紋201旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生泵送效應，記錄含砂液體排盡時的時間。通過比較排盡含砂液體的時間長短，可以評價螺旋軸套2中的密封螺紋201的密封性能。

同時，本發(fā)明的水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置還能夠通過螺旋軸套2的排砂量來評估螺旋軸套2中的密封螺紋201的密封性能，試驗時，通過第二通孔102和第三通孔103向軸1與螺旋軸套2中的密封螺紋201之間的間隙通入含砂液體，事先對要注入的含砂液體稱重，牙輪3帶動螺旋軸套2旋轉(zhuǎn)，如果螺旋軸套2中的密封螺紋201泵送排砂性能較好，則含砂液體無法進入第一空腔4中，含砂液體沿著螺旋軸套2和牙輪3與軸1之間的間隙，進入第二空腔5中，再由第二空腔5中排出裝置外；若螺旋軸套2中的密封螺紋201泵送排砂性能較差，則一部分含砂液體會通過密封螺紋201進入第一空腔4中，然后經(jīng)由第一通孔101排出裝置外，將含砂液體由第二空腔5排出裝置外的部分稱重，即為螺旋軸套2中的密封螺紋201的泵送排砂量，通過比較排砂量的大小，可以評價螺旋軸套2中的密封螺紋201的密封性能。

具體地，水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置還包括電機7、機座8、機蓋9和機架10，電機7通過聯(lián)軸器與牙輪3相連，電機7和機座8均設(shè)置于機架10上，機座8與機蓋9可拆卸連接，軸1、螺旋軸套2和牙輪3均設(shè)置于機座8與機蓋9形成的腔體內(nèi)。

本發(fā)明用螺旋軸套2內(nèi)壁上的密封螺紋201模擬高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封結(jié)構(gòu)，解決了螺旋密封結(jié)構(gòu)的安裝問題，提高了使用壽命。同時，不用頻繁更換牙輪，節(jié)約成本，提高試驗效率，提高牙輪3的適用性，在本具體實施方式中，螺旋軸套2和牙輪3螺紋連接，螺紋連接穩(wěn)固，拆卸方便，便于測試不同規(guī)格的螺旋軸套2的密封螺紋的密封性能，密封螺紋201與軸1之間存在間隙，一般0.5mm-1.0mm左右。同時應注意，螺旋軸套2和牙輪3連接螺紋的旋向與電機7的轉(zhuǎn)向相反，防止旋轉(zhuǎn)過程中，螺旋軸套2和牙輪3松脫，影響試驗結(jié)果。

電機7為牙輪3提供了動力來源，電機7帶動牙輪3高速運轉(zhuǎn)，繼而牙輪3帶動與之相連的螺旋軸套2高速旋轉(zhuǎn)，為測試密封螺紋201的排砂性能提供了便利條件。軸1、螺旋軸套2和牙輪3均設(shè)置于機座8與機蓋9形成的腔體內(nèi)，機座8與機蓋9可拆卸連接，為裝置的維修、保養(yǎng)以及清潔等提供了便利，電機7和機座8均設(shè)置于機架10上，支架10為電機7和機座8提供了支撐，防止試驗過程中裝置晃動、產(chǎn)生位移等影響試驗結(jié)果，提高裝置整體穩(wěn)定性。

其中，牙輪3與電機7連接的一端穿過機座8和機蓋9連接處的孔，牙輪3與機座8、機蓋9轉(zhuǎn)動連接處加裝軸承，并用軸承端蓋11固定，軸承端蓋11與機座8、機蓋9用螺釘連接，連接穩(wěn)定，拆卸方便。

更具體地，軸1通過銷釘12與機座8和機蓋9連接在一起，定位簡單，連接便捷，牙輪3的軸線平行于機架10所在的平面。

進一步地，水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置還包括收集槽13，收集槽13設(shè)置于機架10的內(nèi)部，用于收集從第二空腔5內(nèi)流出的含砂液體，機座8上還設(shè)置有收集容器14，收集槽13與第二空腔5相連通，收集容器14通過管路與收集槽13相連通。在測試密封螺紋201的排砂時間時，含砂液體由第一空腔4，通過密封螺紋201，經(jīng)由牙輪3與軸1之間的間隙流到第二空腔5中，由第二空腔5中流到與之相連通的收集槽13中，在本具體實施方式中，收集槽13設(shè)置在軸1的下方，進入第二空腔5中的含砂液體，流到位于其下方的收集槽13中，收集槽13設(shè)置為類似抽屜的抽拉式結(jié)構(gòu)，可以將收集槽13抽出，方便倒掉含砂液體和進行清洗。收集槽13中的含砂液體還可以通過管道流入收集容器14中，用收集容器14將流出裝置外的含砂液體進行收集，干凈方便，避免污染，還能夠?qū)耙后w進行回收利用。

更進一步地，水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置還包括第一介質(zhì)容器15和第二介質(zhì)容器16，第一通孔101通過管路分別與第一介質(zhì)容器15和外界相連通，第二通孔102和第三通孔103分別通過管路與第二介質(zhì)容器16相連通。在測試密封螺紋201的排砂時間時，向第一介質(zhì)容器15中注入一定體積的含砂液體，含砂液體通過管路由第一通孔101進入第一空腔4中，最后由第二空腔5排出裝置外，記錄含砂液體的排盡時間。在本具體實施方式中，第一介質(zhì)容器15上加裝振動裝置，使得含砂液體的輸出更均勻，同時避免砂礫堆積，堵塞第一介質(zhì)容器15的出口。

在測試密封螺紋201的排砂重量時，向第二介質(zhì)容器16中注入一定重量的含砂液體，含砂液體通過第二通孔102和第三通孔103進入軸1與螺旋軸套2中的密封螺紋201之間的間隙，最終由第二空腔5排出流入收集容器14中，對收集容器14中的含砂液體進行稱重，即為密封螺紋201的排砂量。在本具體實施方式中，第二介質(zhì)容器16上加裝振動裝置和稱重傳感裝置，在避免含砂液體堆積的同時，可以方便地對第二介質(zhì)容器16中的含砂液體進行稱重、差量稱重，方便試驗的進行。

另外，第一通孔101與第一介質(zhì)容器15之間、第一通孔102與外界之間均加裝閥門，方便控制含砂液體的流量和啟停。

第一通孔101與軸1同軸設(shè)置，第二通孔102和第三通孔103相對于軸1的軸線對稱布置，在本具體實施方式中，第二通孔102和第三通孔103正對軸1和牙輪3之間的間隙，方便進行試驗，避免含砂液體不接觸密封螺紋201直接流入第二空腔5中，使試驗結(jié)果更準確。

本發(fā)明的水平式高速牙輪鉆頭軸承螺旋密封試驗裝置，包括軸1、螺旋軸套2和牙輪3，螺旋軸套2與牙輪3螺紋連接，螺旋軸套2的內(nèi)徑上設(shè)置密封螺紋201，螺旋軸套2和牙輪3均套裝于軸1上，螺旋軸套2、牙輪3和軸1之間形成密封的第一空腔4軸1具有第一通孔101、第二通孔102和第三通孔103，第一通孔101與第一空腔4相連通，螺旋軸套2和牙輪3與軸1之間存在軸向間隙并形成第二空腔5，第一空腔4與第二空腔5相連通，第二通孔102和第三通孔103均與第二空腔5相連通。

試驗時，牙輪3帶動螺旋軸套2高速旋轉(zhuǎn)，向第一介質(zhì)容器15內(nèi)注入含砂液體，打開閥門，通過第一通孔101向第一空腔4內(nèi)通入一定量的含砂液體，含砂液體沿著第一空腔4流向螺旋軸套2中的密封螺紋201處，密封螺紋201高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生泵送效應，由密封螺紋201與軸1之間的間隙流出，通過牙輪3與軸1之間的間隙流出，通過牙輪3與軸1之間的間隙流到第二空腔5中，第二空腔5中的含砂液體向裝置外流動，當?shù)诙涨?中的含砂液體流盡時，記錄所用時間，即為排砂時間；與此同時，還可以通過密封螺紋201的排砂量進行測試，測試時，向第二介質(zhì)容器16中注入含砂液體，打開閥門，通過第二通孔102和第三通孔103向軸1與螺旋軸套2中的密封螺紋201之間的間隙通入含砂液體，事先對要注入的含砂液體稱重，牙輪3帶動螺旋軸套2旋轉(zhuǎn)，將含砂液體由第二空腔5排出裝置外的部分稱重，即為螺旋軸套2中的密封螺紋201的泵送排砂量。通過比較排砂時間的長短和排砂量的大小即可用來評價螺旋軸套2的密封螺紋201的排砂性能，為螺旋密封產(chǎn)品順利應用于生產(chǎn)中提供了保障。

本發(fā)明中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。