专利名称：牙轮钻头浮动金属密封装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机械密封领域，适用于石油钻井用的滑动及滚动轴承牙轮钻头。
牙轮钻头的寿命主要取决于轴承和密封润滑系统。密封的任务是防止轴承腔内的润滑脂漏失，同时阻止钻头外部具有腐蚀性及研磨性的泥浆侵入轴承腔，密封一旦失效，将很快导致轴承过早地磨损，钻头报废。目前，牙轮钻头普遍采用“O”形橡胶圈密封，它只能在低速条件下使用，因为在高速条件下，会迅速磨损而失效。其根本原因在于为了有效地密封具有振动和摆动状态下工作的牙轮钻头，必须增加“O”形圈压缩量，即增大密封压力，大的密封压力造成高转速下密封接触面的加剧磨损。此外，在“O”形圈接触泥浆的一侧会形成流体动压的收敛楔形，泥浆易于侵入密封接触面，加速其磨损。
近期美国专利 US4955400、US4516641、US4466622、US4394020等公开了一种用金属密封代替“O”形圈密封的技术方案，有些已用于牙轮钻头的生产。上述方案具有结构新颖，提供密封压力的元件多样化等特点，但存在密封结构较复杂，对振动及摆动的顺应性较差以及密封结构的轴向尺寸较大等不足之处。
本实用新型的目的在于克服上述技术中的不足，提供一种能够适应牙轮钻头振动及摆动、抗磨减摩性能好、轴向尺寸较小，适用于高速，工作可靠、寿命长的浮动金属密封装置。
本实用新型牙轮钻头浮动金属密封装置，主要由主要由牙轮、牙爪轴、密封环、密封圈等组成，在牙轮的内孔台肩上装有密封垫，密封环与密封垫接触面靠近泥浆一侧做成直角平面，防止泥浆侵入；靠近润滑腔的内侧做成斜面，以形成流体动压润滑密封面。
本实用新型还通过如下技术方案实现，金属密封环的内侧是内锥面，其锥面的半锥角α为10°至40°，牙爪轴外锥面的半锥角β为5°至25°。
本实用新型
如下图1为牙轮钻头浮动金属密封装置结构图(相同的三个部份中的一个)；图2为牙轮钻头浮动金属密封装置密封部分A的放大图。
本实用新型能完全顺应牙轮钻头的振动及摆动，抗磨减摩性能好，轴向尺寸较小，并具有流体动压润滑效应，适用转速可比目前使用的“O”形圈密封提高4～6倍，使用寿命超过80小时。
以下结合附图，对本实用新型的技术特征做进一步说明。
参看图1，牙爪1向下伸出牙爪轴2(两者为一整体)，带切削齿4的牙轮3与牙爪轴2相配合，牙轮3套装在牙爪轴2上，并用滚球5将牙轮3及牙爪轴2联接在一起。滚球5通过通孔6装入，用塞销7顶住并与牙爪1焊在一起。贮油腔(未画出)内的润滑脂经过通道9进入轴承区。浮动金属密封A放置在牙轮3的端部。
参看图2，浮动金属密封由牙爪轴2轴颈的外锥面11、密封环10、密封圈8以及固定在牙轮3内孔台肩上的密封垫12组成，密封环10带有内锥面13及密封端面，密封环10与密封垫12接触面的内侧加工成一斜面，当牙轮3振动时产生流体动压润滑，从而减小接触面的摩擦磨损。密封圈8被压缩在11和13两个锥面之间，构成静密封，防止润滑脂漏失及泥浆侵入，密封圈8同时还对密封环10施加一轴向力，迫使密封环10与转动着的密封垫12紧密接触，当牙轮3摆动或振动时，密封圈8的弹性变形对其补偿，实现可靠的密封。
牙爪轴2的锥面11半锥角β＝5～25°(本实施例为10°)，密封环10内锥半锥角α＝10～40°(本实施例为20°)。密封垫12与密封环10的动密封面要求光滑，紧密接触，装配时必须经严格检验，并不得有漏失。密封圈8材料一般采用丁腈橡胶，邵式硬度为60～80，截面可采用“O”形、“T”形等。根据实验，钻头在井下工作时如密封两侧压力差为0.3～0.7MPa，密封圈8应保证提供给动密封面约0.8～1.2MPa的密封压力。
权利要求1.牙轮钻头浮动金属密封装置，主要由牙轮、牙爪轴、密封环、密封圈组成，其特征在于牙轮的内孔台肩上装有密封垫；密封环与密封垫接触面外侧做成直角平面，内侧做成斜面。
2.根据权利要求1中所述的牙轮钻头浮动金属密封装置，其特征在于牙爪轴外锥面的半锥角β为5°至25°，密封环内锥面的半锥角α为10°至40°。
专利摘要本实用新型属于机械密封领域，适用于石油钻井用的滑动及滚动轴承牙轮钻头，主要由牙轮、牙爪轴、密封圈等组成，在牙轮和牙爪轴之间还装有一密封环，在牙爪轴轴颈上有一外锥面，在牙轮的内孔中固定有与密封环接触的密封垫12。它能完全顺应牙轮钻头的振动及摆动，抗磨减摩性能好，轴向尺寸较小，并具有流体动压润滑效应，适用转速可比目前使用的“O”形圈密封提高4-6倍，使用寿命超过80小时。
文档编号F16J15/16GK2099225SQ9122465
公开日1992年3月18日 申请日期1991年9月12日 优先权日1991年9月12日
发明者罗纬, 何其翔, 国洪领 申请人:石油大学