一种高速牙轮钻头轴承螺旋组合密封结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及适用于石油钻井、地质钻探的一种高速牙轮钻头轴承螺旋组合密封，属于牙轮钻头轴承密封领域。
【背景技术】
[0002]高速化是牙轮钻头发展的新方向，长寿命的高速牙轮钻头研究已成为世界石油钻井工程迫切需要解决的重大技术课题。轴承密封是决定高速牙轮钻头寿命的关键，是高速牙轮钻头最薄弱的环节。对牙轮钻头的失效分析表明，牙轮钻头中只要一只牙轮轴承先期损坏，就会使整个钻头很快失效。现场数据统计分析表明，因轴承先期损坏导致失效的钻头占失效钻头总数的80%，而轴承的寿命在很大程度上又依赖密封的寿命，因密封先期失效而严重磨损的轴承占失效轴承总数的30%。
[0003]国内外密封研究主要是针对普通牙轮钻头，对高速牙轮钻头密封的研究还很少。美国休斯公司一直引领着牙轮钻头密封技术，国内的研究水平显然落后于国外。目前，现有密封大多是被动密封的方式，不具有主动排砂功能，通过被动阻止泥浆磨粒的进入来提高密封性能，一旦泥浆颗粒进入，造成的磨损对密封性能的损害就无法弥补。本项目将被动密封方式转变为主动排砂方式，设计螺旋结构可直接阻止泥浆的进入，适合于高速牙轮钻头，相比于被动密封方式，密封的可靠性就会大大提高。
[0004]“螺旋组合密封”采用螺旋密封圈与O型橡胶圈有机组合的新结构形式。当钻头高速转动时，螺旋密封起排砂、主密封作用，可显著克服固体颗粒造成的磨损，辅助橡胶圈实现双级密封，可靠性高。当牙轮钻头停止转动时，采用O型橡胶圈密封。同时，螺旋组合密封具有变形自动补偿功能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决现有高速牙轮钻头轴承密封结构存在的排砂性能差、磨损严重、可靠性低的问题，特提供一种高速牙轮钻头轴承螺旋组合密封。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:本发明一种高速牙轮钻头轴承螺旋组合密封结构，主要由牙轮、轴承、螺旋密封圈和O型橡胶圈构成，位于牙轮与轴承组成的密封腔内。所述螺旋密封圈安装于牙轮内孔的螺旋槽内，当钻头高速旋转时，通过螺旋槽的栗送作用，实现自动排砂功能，有效防止泥浆颗粒进入轴承中造成磨损，同时增加了 O型橡胶圈外侧压力，减小了 O型橡胶圈两侧压差，提高了 O型橡胶圈的密封效果；所述O型橡胶圈位于螺旋密封圈的上面，以一定的过盈量安装在轴承凹槽中，在钻头高速旋转时起到辅助双级密封作用，当钻头停止转动时可采用O型橡胶圈密封，适于牙轮钻头不同工况时的密封要求，提高了密封的可靠性。
[0007]本发明的优点:1、新密封具有栗送排砂特点，可显著克服泥浆颗粒造成的磨损；2、采用螺旋结构增大了 O型橡胶圈的外侧压力，减小了内外压差，使得O型橡胶圈的压缩量减小、受热减少，提高了其密封性能；3、螺旋组合密封不仅可以实现钻头高速转动时的密封，还可以解决牙轮钻头停止转动时的密封问题，可靠性较高；4、螺旋组合密封具有变形自动补偿功能，使密封面始终保持良好接触；5、螺旋组合密封放置在牙轮凹槽和轴承螺旋槽中，不需要增加其他元件支撑，占用空间小，为牙轮钻头节省了宝贵的空间。
【附图说明】
[0008]图1是本发明一种高速牙轮钻头轴承螺旋组合密封结构图。
[0009]图2是图1A处密封结构的放大图。
[0010]图中:1.牙爪；2.牙轮；3.钢球；4.塞销；5.轴承；6.螺旋密封圈；7.0型橡胶圈【具体实施方式】:
[0011]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0012]如图1所示，一种高速牙轮钻头轴承螺旋组合密封结构，由牙轮(2)、轴承(5)、螺旋密封圈(6)及O型橡胶圈(7)组成。螺旋组合密封结构安装在轴承(5)与牙轮(2)之间的密封腔内。
[0013]如图2所示，所述牙轮⑵内孔加工有螺旋槽，用于安装螺旋密封圈(6);所述O型橡胶圈(7)通过过盈配合安装在轴承(5)的凹槽中，使其紧箍于轴承上，位于螺旋密封圈
(6)的上面。
[0014]配合参照图1，本密封现场应用时，牙爪(I)及牙轮(2)分别通过牙轮内孔套接在轴承(5)上，钢球(3)从塞销孔放入轴承后将塞销(4)焊接固定，通过钢球(3)将牙轮(2)保持在轴承(5)上。在牙轮(2)和轴承(5)之间安装螺旋组合密封。螺旋密封圈(6)安装在牙轮(2)内，工作时可随钻头一起转动，通过螺旋栗送作用，将钻头外部的泥浆颗粒排出密封腔外，防止泥浆颗粒进入造成轴承的磨损；0型橡胶圈(7)在钻头高速转动时作为辅助双级密封，在钻头停止转动时还可起到有效密封作用，当螺旋密封圈(6)失效后，O型橡胶圈(7)还可实现摩擦接触密封，还能有效阻止轴承腔内润滑脂外泄，以保证轴承的良好润滑。
[0015]本发明结构具有较好的排砂性能，能有效降低轴承的磨损，该结构不仅适用钻头高速旋转时的密封，还适用于钻头静止时的密封，能满足不同工况时的密封要求，大大提高了密封的可靠性及稳定性，确保了密封件的使用寿命。螺旋组合密封不需要增加其他支撑元件，占用空间小，为牙轮钻头节省了宝贵的空间。
【主权项】
1.一种高速牙轮钻头轴承螺旋组合密封结构，包括牙轮(2)、轴承(5)、螺旋密封圈(6)和O型橡胶圈(7)，该螺旋组合密封结构位于牙轮(2)与轴承(5)组成的密封腔内。所述螺旋密封圈(6)安装于牙轮(2)内孔的螺旋槽内，当钻头高速旋转时，通过螺旋槽的栗送作用，实现自动排砂功能，有效防止泥浆颗粒进入轴承中造成磨损，同时增加了 O型橡胶圈(7)外侧压力，减小了 O型橡胶圈(7)两侧压差，提高了 O型橡胶圈(7)的密封效果；所述O型橡胶圈(7)位于螺旋密封圈(6)的上面，在钻头高速旋转时起到辅助双级密封作用，当钻头停止转动时可采用O型橡胶圈密封(7)，提高了密封的可靠性。
【专利摘要】本发明涉及一种高速牙轮钻头轴承螺旋组合密封结构，由牙轮、轴承、螺旋密封圈、O型橡胶圈组成。所述螺旋密封圈安装在牙轮内孔的螺旋槽中，当钻头高速旋转时，通过螺旋槽的泵送作用，实现自动排砂功能，同时增加了O型橡胶圈外侧压力，减小了O型橡胶圈两侧压差，提高了O型橡胶圈的密封效果；所述O型橡胶圈位于螺旋密封圈的上面，以一定的过盈量安装在轴承凹槽中，在钻头高速旋转时实现辅助双级密封，钻头停止转动时也可起到有效密封作用。本发明具有较好的排砂性能，可有效降低轴承磨损，能满足不同工况时的密封要求，大大提高了密封的可靠性及稳定性，提高了密封使用寿命。该密封不需要增加其他支撑元件，为牙轮钻头节省了宝贵的空间。
【IPC分类】E21B10/25
【公开号】CN105134083
【申请号】CN201510613467
【发明人】周已, 王林, 黄志强, 伍开松, 张富晓, 汤海平, 张浩辰, 唐宇杰
【申请人】西南石油大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月24日