专利名称：牙轮钻头轴承密封结构的制作方法
技术领域：
一种牙轮钻头轴承密封结构，用于石油天然气开采钻井的牙轮钻头轴承的密封，涉及用于石油、天然气钻井、地质勘探、矿山开采钻井牙轮钻头的轴承密封结构设计制造技术领域。
背景技术：
牙轮钻头的轴承密封是牙轮钻头最重要的环节之一，轴承密封的好坏直接影响到轴承的寿命，并最终决定了钻头的使用寿命，当钻头在井底钻进时，牙轮绕钻头轴线公转的同时，绕自身轴线自转，在一定的液压下，密封圈实现轴承副的密封，现有技术的牙轮钻头轴承密封结构中密封圈一般为“O”形，其结构简单，但是，“O”形橡胶圈只能实现轴承的径向密封，因此在钻进过程中存在以下问题1、由于密封面积小，岩屑容易进入密封面对密封圈造成损坏，并因此造成轴承先期失效；2、目前在“O”形密封圈的一侧为轴承副，另一侧为钻井介质，没有过渡区间，一旦泥浆进入密封面，很快造成密封失效；3、“O”形密封圈容易与牙轮密封槽发生相对运动，因此加速了密封圈的磨损，缩短了密封寿命。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术容易失效的问题，利用井底压力增大密封圈在被密封轴承副上的接触面积，设计一种在牙轮内孔上开设矩形环槽，并具有唇形密封圈的牙轮钻头轴承密封结构。
本实用新型是这样实现的本实用新型包括牙爪和安装在牙爪轴颈上的牙轮，在牙轮内孔上端开有矩形环槽，在矩形环槽中设置唇形密封圈，唇形密封圈的外圆面宽度大于矩形环槽的底宽，唇形密封圈的内圆面为唇形，外圆面为内凹的圆弧面，唇形密封圈的外圆面与牙轮的矩形环槽的圆柱面过盈配合，唇形密封圈内圆面与牙爪轴颈的密封部位相配合，唇形密封圈的外侧面与牙轮矩形环槽的圆柱面形成至少一个空腔。
本实用新型的优点是1、在钻头钻进过程中，在井底压力的作用下，因密封圈外侧面与牙轮矩形环槽的环形空腔被部分压实，增大了接触面积，有效地减少或防止密封圈相对牙轮密封槽运动，延长密封圈的使用寿命；2、由于唇形密封圈内侧面开口端与牙爪密封面配合，形成多重密封，有效地阻止岩屑与其他污染物进入钻头轴承副，提高了轴承密封的可靠性。
图1为本实用新型在牙轮钻头局部上的装配示意图。
图2为本实用新型唇形密封圈3的正面放大示意图。
图3为本实用新型唇形密封圈3截面放大示意图。
图4为本实用新型牙轮内孔的矩形环槽4的截面局部放大示意图。
图5为本实用新型密封结构局部放大的装配剖面示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步说明以三牙轮钻头为例本实用新型包括牙爪1和安装在牙爪轴颈上的牙轮2，在牙轮2的内孔上端开有矩形环槽4，矩形环槽4中设置有唇形密封圈3，唇形密封圈3的内圆面8为唇形开口结构，唇形密封圈3的外圆设置有一个内凹的外圆面5，连接内圆面8与外圆面5的外侧面是圆弧面9和10，由圆弧面9和10构成的外侧面与牙轮矩形环槽4的圆柱面形成的空腔11≥1个；矩形环槽4具有与牙轮内孔轴线同轴的柱面，矩形环槽4的底面是平的，矩形环槽4的底为密封柱面6，矩形环槽4的底面也可以是向内的凹面；唇形密封圈3的外圆面5横向截面的宽度≥矩形环槽4的宽度；唇形密封圈3的内圆面8横向截面的宽度＜矩形环槽4的宽度；唇形密封圈3截面的纵向高度＞矩形环槽4的高度，唇形密封圈3的内圆面8的唇形开口数量≥1个，唇形密封圈3的外圆面5的凹形圆弧面的数量≥1个，唇形密封圈3外圆面5向内凹的圆弧面也可以是平面的，唇形密封圈3的内圆面8的唇形开口结构可以对称布置，也可以非对称布置；唇形密封圈3的外圆面5与矩形环槽4的底面形成的环形空腔7的数量≥1个，环形空腔7的容积为唇形密封圈体积的0.5～15％；当钻头牙轮在井底工作时，由于受到四面挤压，唇形密封圈3与牙爪1的轴颈形成径向密封，与矩形环槽4的边壁形成轴线密封，在钻头钻进过程中，当牙轮2绕牙爪轴颈旋转时，唇形密封圈3始终保持与牙爪轴颈同轴，使其能适应高转速并确保密封的可靠性；由于在唇形密封圈3的内圆面8和外圆面5上分别设置的唇形开口数量和凹形圆弧面都不少于1个，因此在唇形密封圈3的外圆面5与矩形环槽4的底面形成至少一个环形空腔7，这个环形空腔7就形成了两个密封面，这两个密封面可以有效的防止钻削和泥浆在钻井的过程中进入轴承，同时，由于唇形密封圈3由耐磨橡胶材料制作，因此能够适应较长期的旋转磨损。
权利要求1.一种牙轮钻头轴承密封结构，包括牙爪和牙轮，其特征在于a、所述牙轮的内孔上端设有矩形环槽，矩形环槽中设有唇形密封圈，矩形环槽具有与牙轮内孔轴线同轴的柱面，矩形环槽的底是平面的，唇形密封圈的内圆面为唇形开口结构，唇形密封圈的外圆面为内凹的圆弧面，连接内圆面与外圆面的中间部分为圆弧面；b、所述唇形密封圈的外侧面横向截面的宽度≥矩形环槽的宽度，唇形密封圈的内圆面横向截面的宽度＜矩形环槽的宽度，唇形密封圈截面的纵向高度＞矩形环槽的高度。C、所述唇形密封圈的外侧面与牙轮矩形环槽的圆柱面形成的空腔≥1个，唇形密封圈的外圆面与矩形环槽的底面形成的环形空腔≥1个，环形空腔的容积为唇形密封圈体积的0.5～15％。
2.根据权利要求1所述的牙轮钻头轴承密封结构，其特征在于所述唇形密封圈的内圆面的唇形开口数量≥1个；所述唇形密封圈的外圆面的凹形圆弧面的数量≥1个。
3.根据权利要求1所述的牙轮钻头轴承密封结构，其特征在于所述唇形密封圈外圆面向内凹的圆弧面也可以是平面的。
4.根据权利要求1所述的牙轮钻头轴承密封结构，其特征在于所述矩形环槽的底面也可以是内凹面的。
5.根据权利要求1所述的牙轮钻头轴承密封结构，其特征在于所述唇形密封圈的内圆面的唇形开口结构可以对称布置，也可以非对称布置。
专利摘要一种牙轮钻头轴承密封结构，用于牙轮钻头轴承的密封，涉及牙轮钻头的轴承密封结构制造技术领域，本实用新型可以解决现有技术只能进行径向密封，岩屑容易进入密封面对密封圈造成磨损的问题；本实用新型在牙轮内孔上端开有矩形环槽，在矩形环槽中设置唇形密封圈，利用井底的压力增大密封圈在被密封轴承副上的接触面积，具有在井底压力作用下，增大了密封圈外侧面与牙轮矩形环槽接触面积的特点，同时还由于唇形密封圈内侧面开口端与牙爪密封面配合，形成多重密封，有效地阻止岩屑与其他污染物进入钻头轴承副，提高了轴承密封的可靠性和使用寿命。
文档编号E21B10/22GK2934549SQ20062003527
公开日2007年8月15日 申请日期2006年8月14日 优先权日2006年8月14日
发明者郑家伟, 李建伟, 乔丽卡 申请人:四川石油管理局成都总机械厂