专利名称:一种具有韧性陶瓷机械密封的牙轮钻头的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及石油钻探用的一种具有韧性陶瓷机械密封的牙轮钻头，主要由储油室、泥浆喷嘴、韧性陶瓷密封静环、O形密封圈、密封动环、球面固定套、轴向防掉钢球、牙爪、牙轮和牙齿组成，在牙爪的根部与牙轮孔外端口之间安装了镶入牙轮内孔的由密封动环、O形密封圈及用韧性陶瓷加工制造而成的密封静环所构成的机械密封；O形圈在被压缩的情况下与牙爪根部的曲面及韧性陶瓷密封静环内侧表面贴合形成两个静密封面，韧性陶瓷密封静环的大端平面与密封动环的外端面贴合形成动密封面；韧性陶瓷密封静环是由以ZrO2为基的韧性陶瓷材料制造而成。本实用新型韧性陶瓷密封静环硬度大、抗压强度大、韧性好；密封效果好、提高牙轮钻头寿命。
【专利说明】一种具有韧性陶瓷机械密封的牙轮钻头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石油钻探用的一种具有韧性陶瓷机械密封的牙轮钻头，属于石油天燃气钻井工具。
【背景技术】
[0002]牙轮钻头是石油钻井中最主要的破岩工具之一，随着钻井技术的发展以及钻井深度的增加，对牙轮钻头的使用寿命及钻井效率的要求越来越高，尤其是牙轮钻头轴承的密封能否适应高转速钻井的要求是关键。目前普遍使用的、传统的橡胶密封钻头因橡胶密封圈在轴承腔内所受压力通常难以达到平衡状态，尤其是在深井、高温或地质复杂的条件下使用时，橡胶密封圈会被挤出或被间隙扯裂，并且其直接与高速旋转的牙爪接触，摩擦升温快，易过早损坏造成密封失效。而纯金属的机械密封因为金属摩擦系数大，会出现金属密封件粘着磨损的现象，进而导致密封失效。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是为了克服上述普通橡胶密封牙轮钻头和纯金属密封牙轮钻头的不足，提供一种具有韧性陶瓷机械密封的牙轮钻头，它是在牙爪的根部和牙轮孔外端口之间安装了镶入牙轮内孔并与牙轮一起转动的密封动环、O形密封圈及用韧性陶瓷加工制造的密封静环构成的密封系统，形成了两个静密封面和一个由韧性陶瓷和金属配对的动密封面；韧性陶瓷密封静环是以Zr02为基，加入金属氧化物，经过球磨、喷雾造粒、干燥、静压成型，以及胚体在1600°C的高温炉中烧结4h，最后加工而成；密封动环的内侧表面为球面与球面固定套配合。
[0004]本实用新型所采用的技术方案是:
[0005]本实用新型一种具有韧性陶瓷机械密封的牙轮钻头，主要由储油室、泥浆喷嘴、韧性陶瓷密封静环、O形密封圈、密封动环、球面固定套、轴向防掉钢球、牙爪、牙轮和牙齿组成，所述密封动环通过过盈配合嵌入牙轮的内孔中；球面固定套通过过盈配合装配在牙爪上并与密封动环上面的球面配合；牙轮装在牙爪上，在牙爪的根部与牙轮的内孔外端口之间安装了镶入牙轮内孔的由密封动环、韧性陶瓷密封静环及O形密封圈所构成的机械密封；O形密封圈被韧性陶瓷密封静环的内侧面压缩在牙爪的根部曲面上，在韧性陶瓷密封静环的内侧面与O形密封圈之间以及O形密封圈与牙爪的根部曲面之间形成了两个静密封面，O形密封圈被压缩后产生的变形弹力使韧性陶瓷密封静环的大端面与密封动环的外端面紧密贴合形成动密封面；韧性陶瓷密封静环是以Zr02为基，加入金属氧化物，经过球磨、喷雾造粒、干燥、静压成型，以及胚体在1600°C的高温炉中烧结4h，最后加工而成；密封动环的内侧表面为球面与球面固定套配合。
[0006]本实用新型的优点是:韧性陶瓷密封静环具有硬度高、抗压强度大、韧性好；其与金属制成的密封动环配对形成的动密封面，比橡胶密封强度高，密封效果好、同时耐高温、高转速，摩擦系数小，抗粘着磨损，增强了密封的效果，进而提高了牙轮钻头的寿命。
【附图说明】
[0007]图1是本实用新型一种具有韧性陶瓷机械密封的牙轮钻头结构示意图；
[0008]图2是本实用新型的牙轮结构示意图；
[0009]图3是本实用新型的韧性陶瓷机械密封系统的局部放大图。
[0010]图中:1.储油室、2.泥浆喷嘴、3.韧性陶瓷密封静环、4.0形密封圈、5.密封动环、6.球面固定套、7.轴向防掉钢球、8.牙爪、9.牙轮、10.牙齿。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0012]如图1、图2所示，本实用新型一种具有韧性陶瓷机械密封的牙轮钻头，主要由储油室1、泥浆喷嘴2、韧性陶瓷密封静环3、O形密封圈4、密封动环5、球面固定套6、轴向防掉钢球7、牙爪8、牙轮9和牙齿10组成，所述密封动环5通过过盈配合嵌入牙轮9的内孔中；球面固定套6通过过盈配合装配在牙爪8上并与密封动环5上面的球面配合；牙轮9装在牙爪8上，在牙爪8的根部与牙轮9的内孔外端口之间安装了镶入牙轮9内孔的由密封动环5、韧性陶瓷密封静环3及O形密封圈4所构成的机械密封；0形密封圈4被韧性陶瓷密封静环3的内侧面压缩在牙爪8的根部曲面上，在韧性陶瓷密封静环3的内侧面与O形密封圈4之间以及O形密封圈4与牙爪8的根部曲面之间形成了两个静密封面，O形密封圈4被压缩后产生的变形弹力使韧性陶瓷密封静环3的大端面与密封动环5的外端面紧密贴合形成动密封面。
[0013]如图3所示，所述的O形密封圈4被韧性陶瓷密封静环3的内侧面压缩在牙爪的根部曲面上，在韧性陶瓷密封静环3的内侧面与O形密封圈4之间以及O形密封圈4与牙爪8的根部曲面之间形成了两个静密封面，O形密封圈4被压缩后产生的变形弹力使韧性陶瓷密封静环3的大端面与密封动环5的外端面紧密贴合形成动密封面；韧性陶瓷密封静环3是以Zr02为基，加入金属氧化物，经过球磨、喷雾造粒、干燥、静压成型，以及胚体在1600°C的高温炉中烧结4h，最后加工而成；密封动环5的内侧表面为球面与球面固定套6配合。
【权利要求】
1.一种具有韧性陶瓷机械密封的牙轮钻头，主要由储油室(I)、泥浆喷嘴(2)、韧性陶瓷密封静环(3)、O形密封圈(4)、密封动环(5)、球面固定套￠)、轴向防掉钢球(7)、牙爪(8)、牙轮(9)和牙齿(10)组成，其特征在于:所述密封动环(5)通过过盈配合嵌入牙轮(9)的内孔中；球面固定套(6)通过过盈配合装配在牙爪(8)上并与密封动环(5)上面的球面配合；牙轮(9)装在牙爪⑶上，在牙爪⑶的根部与牙轮(9)的内孔外端口之间安装了镶入牙轮(9)内孔的由密封动环(5)、韧性陶瓷密封静环(3)及O形密封圈(4)所构成的机械密封；O形密封圈(4)被韧性陶瓷密封静环(3)的内侧面压缩在牙爪(8)的根部曲面上，在韧性陶瓷密封静环(3)的内侧面与O形密封圈(4)之间以及O形密封圈(4)与牙爪(8)的根部曲面之间形成了两个静密封面，O形密封圈(4)被压缩后产生的变形弹力使韧性陶瓷密封静环(3)的大端面与密封动环(5)的外端面紧密贴合形成动密封面。2.根据权利要求1所述的一种具有韧性陶瓷机械密封的牙轮钻头，其特征在于:韧性陶瓷密封静环(3)是由韧性陶瓷材料制成。3.根据权利要求1所述的一种具有韧性陶瓷机械密封的牙轮钻头，其特征在于:密封动环(5)的内侧表面为球面。
【文档编号】E21B10-25GK204299472SQ201420720038
【发明者】何畏, 郝广辉, 胡玉茂, 肖祥, 陈洋, 贺军超, 张志魁 [申请人]西南石油大学