牙轮钻头轴承密封圈及其牙轮钻头的制作方法
【专利摘要】本发明涉及石油钻井固井技术领域，尤其涉及一种牙轮钻头轴承密封圈，包括橡胶圈基体，所述橡胶圈基体的上下两侧分别开有压力槽，在所述压力槽的两侧设有支撑突台；所述压力槽单侧的深度为橡胶圈基体总厚度的8%～10%，压力槽宽度大于等于密封圈截面宽的50%。这样使密封区域接触压力均匀，密封性能稳定，而且压力槽可以增加密封力同时允许密封圈的热膨胀，这样又增强了密封效果。
【专利说明】
牙轮钻头轴承密封圈及其牙轮钻头
技术领域
[0001]本发明涉及石油钻井固井技术领域，尤其涉及一种牙轮钻头轴承密封圈及其牙轮钻头。
【背景技术】
[0002]牙轮钻头是在地壳中破碎岩石的一种工具。在石油钻井及其他矿用钻探方面使用的牙轮钻头大多数是密封形式的。密封式牙轮钻头主要由牙掌、牙掌轴、牙轮、牙轮孔、锁紧元件和密封件构成。而现行的牙轮钻头轴承密封件，主要有橡胶圈密封和金属端面密封。橡胶圈密封是利用橡胶良好的塑性变形能力，给密封圈以一定的压缩变形来保证密封。以往的矩形橡胶圈虽然结构简单、紧凑，但是装入牙轮槽后会相对于槽产生不对齐或歪斜，造成密封区域接触压力不均匀，密封效果不是很好，经常出现密封过早的失效，进而使整个牙轮钻头过早的损坏。而金属端面密封它由金属环、橡胶圈等组成密封件。其中橡胶圈作为功能圈和静密封圈，金属环承担动密封。其优点是密封件摩擦力小、适应高速能力强;但是密封元件多，占用空间多，系统复杂，制造精度要求高，组装工艺繁琐，限制了使用范围。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种牙轮钻头轴承密封圈及其牙轮钻头，占用空间小。
[0004]本发明为实现上述目的，采用以下技术方案:
一种牙轮钻头轴承密封圈，其特征在于:包括橡胶圈基体，所述橡胶圈基体的上下两侧分别开有压力槽，在所述压力槽的两侧设有支撑突台；所述压力槽单侧的深度为橡胶圈基体总厚度的8%?10%，压力槽宽度大于等于密封圈截面宽的50%。
[0005]优选地，所述压力槽设置在密封圈基体上下两端的中间部位。
[0006]一种牙轮钻头，其特征在于:包括牙轮、牙掌、定位钢球以及轴承密封圈;所述定位钢球设置在所述牙轮和牙掌的“R”槽之间，所述轴承密封圈装在牙轮钻头牙掌与牙掌轴衔接根部的牙轮孔槽中，所述轴承密封圈包括橡胶圈基体，所述橡胶圈基体的上下两侧分别开有压力槽，在所述压力槽的两侧设有支撑突台；所述压力槽单侧的深度为橡胶圈基体总厚度的8%?10%，压力槽宽度大于等于密封圈截面宽的50%。
[0007]本发明的有益效果是:与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:1、密封性能稳定。带压力槽和支撑突台高密封性能的牙轮钻头轴承密封圈与传统的牙轮钻头轴承矩形橡胶圈密封相比，以往的牙轮钻头轴承密封圈为了允许在使用过程中热膨胀，通常牙轮密封槽的高度比轴承密封圈的厚度大很多，这种有间隙的缺点在于装配过后密封圈相对于牙轮密封槽会发生不对齐或歪斜，这种不对齐或歪斜会造成密封区域接触压力不均匀，密封效果不是很好，经常出现密封过早的失效，而带压力槽和支撑突台高密封性能的牙轮钻头轴承密封圈就避免了装配过后的不对齐或歪斜，这样使密封区域接触压力均匀，密封性能稳定，而且压力槽可以增加密封力同时允许密封圈的热膨胀，这样又增强了密封效果。
[0008]2、现行的金属密封装置繁杂、元件多，增加了制造工序和成本。用带压力槽和支撑突台高密封性能的牙轮钻头轴承密封圈做牙轮钻头密封元件，制造简单，减少了加工工序，产品一致性好，质量稳定，降低了制造成本。
[0009]3、结构简单、紧凑，占用轴承空间小。与金属端面密封相比本密封圈占用轴承空间相对小，节约了轴承空间，在承受大钻压时有一定的优势。
【附图说明】
[0010]图1是本发明牙轮钻头的结构示意图；
图2是本发明中轴承密封圈的结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的【具体实施方式】。如图1所示，一种牙轮钻头轴承密封圈，包括橡胶圈基体I，所述橡胶圈基体的上下两侧分别开有压力槽2、3，在所述压力槽的两侧设有支撑突台4、5、6、7;所述压力槽单侧的深度为橡胶圈基体总厚度的8%?10%，压力槽宽度大于等于密封圈截面宽的50%。所述压力槽设置在密封圈基体上下两端的中间部位。
[0012]本牙轮钻头由牙轮8、牙轮8内部的牙掌9，以及位于牙掌外侧的定位钢球10构成，所述的带压力槽和支撑突台的牙轮钻头轴承密封圈装在牙轮钻头牙掌与牙掌轴衔接根部的牙轮孔槽1、4中，所述的定位钢球10设置在牙轮和牙掌的“R”槽之间。
[0013]图1是本发明牙轮钻头牙轮8与牙掌9及带压力槽和支撑突台的牙轮钻头轴承密封圈的组装结构图，橡胶基体I由丁腈橡胶、高饱和丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶中的一种构成或与聚四氟乙烯、尼龙、芳纶纤维、高硬度丁腈橡胶等组成复合橡胶圈构成，密封圈截面形状为长圆形截面、矩形截面等。如图2示，压力槽2、3设置在密封圈上下两端的中间部位，压力槽单侧的深度H为橡胶圈总厚度B的8%?10%，压力槽宽度C大于等于密封圈截面宽L的50%，支撑突台4、5、6、7设置在密封圈上下两个端面压力槽2、3的两侧，上下端面的支撑突台和橡胶基体总厚度B应为牙轮密封槽高度A的90%左右。
[0014]如图1和图2所示，在牙轮钻头的牙轮8与牙掌9装配时，同时装配带压力槽和支撑突台的牙轮钻头轴承密封圈，带压力槽和支撑突台的轴承密封圈装入牙轮孔槽14中，带压力槽和支撑突台的轴承密封圈外径15靠牙轮孔槽14的孔底部位14压缩，密封圈内径16和牙掌轴9形成密封面11，此密封面形成密封阻止了轴承腔油脂的外溢和钻井液和井底岩肩的进入。
以往的牙轮钻头轴承密封圈为了允许在使用过程中热膨胀，通常牙轮密封槽的高度比轴承密封圈的厚度大很多，这种有间隙的缺点在于装配过后密封圈相对于牙轮密封槽会发生不对齐或歪斜，这种不对齐或歪斜会造成密封区域接触压力不均匀，密封效果不是很好，经常出现密封过早的失效，而带压力槽和支撑突台高密封性能的牙轮钻头轴承密封圈就避免了装配过后的不对齐或歪斜，如图1装配过后支撑突台4、5、6、7起了一定的支撑作用，避免了密封圈相对于牙轮密封槽发生不对齐或歪斜的可能，这样使密封区域接触压力均匀，密封性能稳定。
[0015]牙轮钻头在井底工作时轴承内部以及外部钻井液都有一定的压力，钻头工作过程中压力如图1、2会作用到轴承密封圈的压力槽2、3上，轴承内部压力作用到压力槽2上方向由D—E—密封面11，轴承外部压力作用到压力槽3上方向由F—N—密封面11，这样增加了密封力增加了密封效果，从而可以延长整个钻头的使用时间，提高了综合钻井效率。
[0016]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种牙轮钻头轴承密封圈，其特征在于:包括橡胶圈基体，所述橡胶圈基体的上下两侧分别开有压力槽，在所述压力槽的两侧设有支撑突台；所述压力槽单侧的深度为橡胶圈基体总厚度的8%?10%，压力槽宽度大于等于密封圈截面宽的50%。2.根据权利要求1所述的牙轮钻头轴承密封圈，其特征在于:所述压力槽设置在密封圈基体上下两端的中间部位。3.—种牙轮钻头，其特征在于:包括牙轮、牙掌、定位钢球以及轴承密封圈；所述定位钢球设置在所述牙轮和牙掌的“R”槽之间，所述轴承密封圈装在牙轮钻头牙掌与牙掌轴衔接根部的牙轮孔槽中，所述轴承密封圈包括橡胶圈基体，所述橡胶圈基体的上下两侧分别开有压力槽，在所述压力槽的两侧设有支撑突台；所述压力槽单侧的深度为橡胶圈基体总厚度的8%?10%，压力槽宽度大于等于密封圈截面宽的50%。
【文档编号】E21B10/25GK105927155SQ201610507175
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】吴玉旺
【申请人】天津立林钻头有限公司