CN102606075A

CN102606075A - 牙轮钻头弹簧蓄能轴承密封圈

Info

Publication number: CN102606075A
Application number: CN2012100890201A
Authority: CN
Inventors: 幸发芬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明属牙轮钻头轴承密封技术领域。主要由牙掌轴承、牙轮内孔、弹性密封件、密封槽组成。其特征是：弹性密封件采用主要由弹簧内圈和密封外壳组成弹簧蓄能密封圈。其内圈是由不锈钢类材料制作的金属弹簧，外圈是由高分子塑料制成的密封外壳。在密封圈截面内还可以填充一些物质，以防止泥浆堵塞密封圈，影响弹簧的弹性。密封圈内的填充物可选择低硬度耐高温的硅胶。密封外壳的前沿有内凸缘和内、外密封唇。内凸缘用于固定弹簧内圈。内、外密封唇分别与轴承密封槽的两个密封面接触，实现牙掌轴承与牙轮内孔之间密封的目的。密封外壳采用耐磨性好摩擦系数极小的高分子塑料制成。提高了密封件适应钻头高速旋转的能力，延长了密封寿命。

Description

牙轮钻头弹簧蓄能轴承密封圈

技术领域

本发明属于牙轮钻头轴承密封技术领域。适用于石油、地质、工程用的密封型牙轮钻头。

背景技术

牙轮钻头的寿命主要取决于轴承。而轴承的寿命主要取决于密封。密封的任务一是防止轴承内的润滑脂泄漏，二是阻止钻头外部具有腐蚀性和研磨性的泥浆侵入轴承。密封一旦失效，轴承就会很快地被磨损，从而导致钻头失效。

目前，牙轮钻头采用的密封主要有两种形式：橡胶密封和机械密封。

如，专利US 5524718、5655611采用的是一个橡胶O形圈密封，US 3765495、US 4037673采用的是一个矩形橡胶圈密封，其优点是制造简单，缺点是密封寿命短，与钻头其它构件的寿命不匹配。

专利CN 201080787Y、US 6033117、US 6254275 B1采用的是双橡胶密封圈，它们的优点是比常规的单橡胶密封圈多了一重密封、延长了密封寿命，但是，结构复杂，制造难度大。

另外一种形式的密封是机械密封。如专利US 4516641、US 4666001、US4923020，采用的是由两个橡胶供能密封圈和两个金属密封环组成的机械密封。其优点是动密封由金属密封面承担，延长了密封的寿命，缺点是制造难度大。

专利CN 101182756A采用金属弹簧蓄能圈作为静密封圈的同时为机械密封提供密封压力。其缺点与常规机械密封相同，制造难度较大。

发明内容

本发明针对牙轮钻头上述密封中的不足，采用在密封槽内安装一个弹簧蓄能轴承密封圈的技术，依靠密封圈的弹簧内圈给耐磨性极好、摩擦系数极低的塑料外壳提供压缩力的方式，实现轴承的旋转密封。即具有制造简单的优点，又提高了轴承密封适应高转速的能力，延迟了密封件的寿命和牙轮钻头的寿命。

附图说明

图1是本发明的一种典型结构图。

图2是弹簧蓄能密封圈的典型截面示意图。

图3是V形弹簧内圈的结构示意图。

图4是本发明的第二种典型结构图。

图5是本发明的第三种典型结构图。

图6是中间装有填充物的弹簧蓄能密封圈的典型截面示意图。

图7是本发明的第四种典型结构图。

图8是本发明的第五种典型结构图。

图9是本发明的第六种典型结构图。

图10是采用U形弹簧内圈的弹簧蓄能密封圈典型截面图。

图11是采用椭圆形弹簧内圈的弹簧蓄能密封圈典型截面图。

图12是采用○形弹簧内圈的弹簧蓄能密封圈典型截面图。

图13是U形弹簧内圈示意图。

图14是用圆钢丝制作的○形弹簧示意图。

图15是用条状钢丝制作的○形弹簧示意图。

具体实施方式

图1是本发明的一种典型结构图。牙掌轴承1与牙轮内孔2配合，形成牙轮钻头的轴承。在轴承的根部有密封槽3，槽3内装有弹簧蓄能密封圈4。密封圈4的截面形状是V形的，其V形开口5朝着轴承的内部方向。弹簧蓄能密封圈是正向安装在密封槽中。

图2是V形弹簧蓄能密封圈的截面示意图。弹簧蓄能密封圈由弹簧内圈8和密封外壳9组成。在外壳9上有内凸缘6、内密封唇18、外密封唇7。内凸缘6用于固定弹簧内圈8，外密封唇7、内密封唇18与密封槽接触，减少密封接触面积，提高密封圈适应高转速的能力。

图3是V形弹簧内圈的结构示意图。由条状不锈钢类别的钢材制作而成。如1Cr17Ni7、NiMo16Cr15W、CoCr20Ni15Mo等不锈钢。

密封外壳9由耐高温、耐磨损、摩擦系数低的塑料类材质制作而成。如高分子或超高分子的聚四氟乙烯，且在聚四氟乙烯中填充一些能承受聚四氟乙烯烧结温度的添加剂，如玻璃纤维、金属、金属化氧化物、石墨、二硫化钼、碳纤维等。又如由聚醚醚酮、聚酰亚胺等塑料制作密封外壳。

图4是本发明的第二种典型结构图。图中牙掌轴承1、牙轮内孔2、密封槽3与图1中的相同。所不同的是，弹簧蓄能密封圈4是反向装在密封槽3中，其开口5朝着轴承的外部方向。

图5是本发明的第三种典型结构图。图中牙掌轴承1、牙轮内孔2、密封槽3、密封圈11的开口方向12与图4中的相同。所不同的是，在密封圈11的中间装有填充物13。即：中间装有填充物的弹簧蓄能密封圈反向安装在密封槽中。

图6是中间装有填充物的弹簧蓄能密封圈11的典型截面示意图。由弹簧内圈8、密封外壳9、中间填充物13组成。在密封外壳9上有内凸缘6、内密封唇18、外密封唇7。中间填充物13由低硬度、耐高温的硅橡胶制成，用于防止外部泥浆进入密封圈内部空腔，影响弹簧内圈的弹性。

图7是本发明的第四种典型结构图。图中牙轮内孔2、密封圈4与图1中的相同。所不同的是，牙掌轴承14采用了“牙轮钻头偏心等宽轴承密封槽”专利技术中的偏心等宽密封槽17。牙掌轴承14的承压圆柱体15与密封圆柱体16间有偏心和直径的差异，这种专利技术的“偏心”和“差异”，确保密封槽17在圆周方向是等宽度的，从而为密封圈4提供了一个在圆周方向等压缩的工作环境，降低了密封圈的设计压缩率，提高了密封圈适应高转速的能力和密封的寿命。这种结构的特点是：弹簧蓄能密封圈正向安装在偏心等宽的密封槽中。

图8是本发明的第五种典型结构图。图中的牙轮内孔2、密封圈4与图4中的相同。牙掌轴承14、密封槽17与图7中的相同。这种结构的特点是：弹簧蓄能密封圈反向安装在偏心等宽的密封槽中。

图9是本发明的第六种典型结构图。图中的牙轮内孔2、密封圈11与图5中的相同。牙掌轴承14、密封槽17与图7中的相同。这种结构的特点是：中间装有填充物的弹簧蓄能密封圈反向安装在偏心等宽的密封槽中。

图10是第二种弹簧蓄能密封圈典型截面图。图中的弹簧内圈是U形结构。

图11是第三种弹簧蓄能密封圈典型截面图。图中的弹簧内圈是椭圆形结构。

图12是第四种弹簧蓄能密封圈典型截面图。图中的弹簧内圈是○形结构。

图13是U形弹簧内圈示意图，由不锈钢类条状材料绕制成型后对焊而成。

图14是由圆形钢丝卷制而成的○形弹簧，两头对焊即得○形弹簧内圈。

图15是由条状钢丝卷制而成的○形弹簧，两头对焊即得○形弹簧内圈。

本发明中的技术可以进行各种组合与扩展。

Claims

1.一种牙轮钻头轴承密封系统，主要由密封槽和一个弹簧蓄能密封圈组成。

2.根据权利要求1所述的弹簧蓄能密封圈，主要由弹簧内圈和密封外壳组成。

3.根据权利要求1所述的弹簧蓄能密封圈，主要由弹簧内圈、密封外壳、中间填充物组成。

4.根据权利要求2和3所述的弹簧内圈，其截面形状为U形、V形、○形、或椭圆形等，由条状或圆形钢丝绕制而成。

5.根据权利要求4所述的弹簧内圈，其材质为不锈钢类合金。

6.根据权利要求2和3所述的密封外壳，其前沿有内凸缘、外密封唇、内密封唇。

7.根据权利要求6所述的密封外壳，由高分子或超高分子的塑料类材料制作而成。

8.根据权利要求2所述的中间填充物由低硬度、耐高温的硅橡胶制作而成。