专利名称：旋转式泥土钻头的密封组件的制作方法
技术领域：
一般而言，本发明涉及用于在旋转式泥土钻头的凸缘(或称突起、凸耳、把柄， lug)和切削锥之间提供密封的密封组件。
背景技术：
泥土钻头通常用于向地层钻孔。许多不同的原因需要形成这样的钻孔，例如为石油、矿物和地热蒸汽而钻孔。目前存在许多不同类型的用于钻孔的泥土钻头。一种类型是旋转式泥土钻头，在典型的装置中，其包括可旋转地安装于相应的凸缘上的三个切削锥。凸缘连接到一起以形成钻头体。随着钻头体在钻孔中旋转，切削锥因接触地层而旋转。在正常的使用中，泥土钻头接触岩石地层时，暴露于极端环境中，例如高温和高压。结果，泥土钻头受到磨损。由于轴颈部分和相应的切削锥之间的摩擦力，凸缘的轴颈部分尤其容易磨损。通常保留润滑剂以及位于凸缘和切削锥之间的钻头密封装置，以减少凸缘和切削锥之间的摩擦力。钻头密封装置也限制碎片流进凸缘和切削锥之间的区域，以减少二者之间的摩擦力。在凸缘和切削锥之间保留润滑剂，以及避免碎片进入凸缘和切削锥之间的区域，可延长泥土钻头的使用寿命。钻头密封装置通常与凸缘和/或切削锥旋转接触。与凸缘或切削锥旋转接触的钻头密封装置的表面部分为动态密封面。当钻头密封装置和切削锥彼此旋转接触，钻头密封装置和切削锥形成动态密封。进一步地，当钻头密封装置和凸缘彼此旋转接触，钻头密封装置和凸缘形成动态密封。与钻头凸缘或切削锥非旋转接触的钻头密封装置的表面部分为静态密封。当钻头密封装置和切削锥彼此非旋转接触，钻头密封装置和切削锥形成静态密封。 进一步地，当钻头密封装置和凸缘彼此非旋转接触，钻头密封装置和凸缘形成静态密封。美国专禾Ij7，347，290,7, 188，691,7, 392，862,7, 000，712,6, 837，317,6, 695，079、 6，679，342,6，196，339,6，033，117,6，513，607,6，305，483,6，254，275,6，176，331, 6，123，337,5，586，611,5，570，750,5，009，519,4，762，189,5，005，989,4，753，303, 4，516，641以及美国专利申请20080041634公开了多种类型的钻头密封装置。一类钻头密封装置包括弹性密封环，例如0形环密封。弹性密封环通常在经受上述极端环境后，被碎片浸蚀(impregnate)，尤其是当弹性密封环形成动态密封的一部分。被碎片浸蚀的弹性密封环更加容易撕裂或失去弹性材料，这抑制了弹性密封环形成密封。进一步地，被碎片浸蚀的弹性密封环成为磨蚀环，其不希望地从其动态密封的凸缘或切削锥磨损材料。被碎片浸蚀的弹性密封环从凸缘或切削锥磨损材料，经常导致凸缘或切削锥上形成凹槽。对于弹性密封环而言，如果凸缘或切削锥上出现不希望的凹槽，其在凸缘和切削锥之间提供密封更加困难。另一类钻头密封装置包括与弹性密封环接合(engaged with)的金属面密封装置。 在一典型的装置中，金属面密封装置动态接合凸缘的表面或切削锥的表面，或另一个金属面密封装置。进一步地，金属面密封装置和弹性密封环之间通常形成静态密封。金属面密封装置保护弹性密封环不被碎片浸蚀。因此，金属面密封装置减少了弹性密封环所损失的弹性材料。金属面密封装置不会像包括弹性材料的密封装置那样容易被碎片浸蚀。因此， 金属面密封装置不容易成为磨蚀环而从与其动态密封的凸缘或切削锥上磨损材料。已知随着切削锥钻入地层，其受到一定的扭矩。切削锥因钻入地层受到的扭矩使切削锥的尖端相对于凸缘向下向外旋转。随着切削锥远离凸缘的后部，切削锥因钻入地层受到的扭矩增加；而随着切削锥靠近凸缘的后部，切削锥因钻入地层受到的扭矩减少。通过减少钻头密封装置所占据的轴向空间，切削锥可以更接近凸缘的后部。因此，提供一种占据较小轴向空间的密封组件就成为业界需要解决的问题。
发明概述总体上，本发明涉及一种泥土钻头的密封组件。附图及后文的描述提供了可实施的公开内容；而权利要求则特别指出并清楚要求所保护的客体及其等同物。
图Ia是旋转式泥土钻头(earth bit)的透视图；图Ib是图Ia中的旋转式泥土钻头沿着图Ia中的切割线Ib-Ib所取的局部剖面图；图加是图Ib的密封区域的近距离视图，其中密封区域包括空隙；图2b是图Ib的密封区域的近距离视图，其显示了位于图加中的空隙内的空隙密封组件；图3a是图2b中的空隙密封组件的透视图；图北是图2b中的空隙密封组件沿着图3a中的切割线北-北所取的局部透视图；图如是包括于图2b中的空隙密封组件内的刚性密封环的透视图；图4b是图2b中的刚性密封环沿着图如中的切割线4b_4b所取的局部透视图；图fe是包括于图2b中的空隙密封组件内的弹性密封环的透视图；图恥是图2b中的弹性密封环沿着图fe中的切割线恥-恥所取的局部透视图；图6a、6b、6c是图4b中的刚性密封环的端面近距离视图，其更详细地显示了长臂和短臂；图6d是图北中的空隙密封组件的端面局部视图，其显示了与长臂和短臂接触的弹性密封环；图6d是图北的空隙密封组件的端面局部视图，其显示了与长臂接触而与短臂不接合的弹性密封环；图7a是单密封旋转式泥土钻头沿着图Ia中的切割线Ib-Ib所取的局部视图，其中单密封旋转式泥土钻头包括图加和图2b中的空隙；图7b是图7a的单密封旋转式泥土钻头的局部视图，其中，单密封旋转式泥土钻头包括位于如图2b所示的空隙内的空隙密封组件；图7c是图7a和图7b的单密封旋转式泥土钻头的近距离视图，其更详细地显示了空隙密封组件的刚性密封环和弹性密封环；图7d是图7a和图7b的单密封旋转式泥土钻头的局部视图，其显示了刚性密封环和弹性密封环相对于切削锥的旋转轴的位置；图8a是双密封旋转式泥土钻头沿着图Ia中的切割线2『加所取的局部视图，其
5中双密封旋转式泥土钻头包括图加中的空隙和凸缘凹槽；图8b是图8a的双密封旋转式泥土钻头的局部视图，其中双密封旋转式泥土钻头包括位于图加的空隙内的图2b的空隙密封组件，以及位于凸缘凹槽内的凹槽密封组件；图8c是图8a和图8b的双密封旋转式泥土钻头的近距离视图，其更详细地显示了空隙密封组件和凹槽密封组件；图8d是图8a和图8b的双密封旋转式泥土钻头的局部视图，其显示了刚性密封环、弹性密封环和凹槽密封组件相对于切削锥的旋转轴的位置；图8e是双密封旋转式泥土钻头的局部视图，该双密封旋转式泥土钻头在空隙中具有空隙密封组件，以及弹性密封环；图8f是双密封旋转式泥土钻头的局部视图，该双密封旋转式泥土钻头在空隙中具有空隙密封组件，在锥凹槽中具有弹性密封环；图9a是包括于图8b的凹槽密封组件内的弹性密封环的透视图；图9b是图9a中的弹性密封环沿着图9a中的切割线9b_9b所取的局部透视图；图IOa和图IOb是为泥土钻头提供密封的方法的流程图；图Ila和图lib是制造泥土钻头的方法的流程图。 发明详述密封组件与泥土钻头(例如旋转式泥土钻头)一起使用。旋转式泥土钻头包括以旋转的方式安装于凸缘的切削锥。包括泥土钻头内部区域的润滑剂腔在切削锥和凸缘之间延伸。随着将切削锥安装于凸缘，形成润滑剂腔。特别是，随着将切削锥安装于凸缘的轴颈 (journal segment)，而形成润滑剂腔。安装密封组件的目的是限制润滑剂腔内的润滑剂流出，以及限制碎片流进润滑剂腔。密封组件包括空隙密封组件，该空隙密封组件具有刚性密封环和弹性密封环，其中刚性密封环包括长臂和短臂。如下文更详细的讨论，长臂比短臂长。进一步地，长臂背向短臂延伸，以使刚性密封环具有L形的横截面形状。空隙密封组件位于凸缘和切削锥的空隙。随着将切削锥安装到凸缘上，而形成该空隙。特别地，随着将切削锥安装到凸缘的轴颈部分，而形成该空隙。该空隙由凸缘的轴向和径向空隙凸缘面、以及切削锥的轴向和径向空隙锥面限定(bound)，这样，空隙位于凸缘和切削锥之间。应该注意的是，空隙的一部分通常由轴颈的一部分限定。例如，轴向和/或径向空隙凸缘面可为轴颈的表面。进一步地，应该注意的是，该空隙为环形空隙，其环绕轴颈延伸，并位于轴颈和切削锥之间。如下文更详细的讨论，径向空隙凸缘面是沿着轴颈的径向延伸的凸缘的表面，并形成凸缘和切削锥的空隙的一部分。径向空隙凸缘面为凸缘的表面，其不形成凸缘或切削锥的凹槽部分。关于空隙和凹槽的更多信息可以在美国专利6033117中找到，该专利的内容以参考的方式合并至本申请中。轴向空隙凸缘面是沿着轴颈的轴向延伸的凸缘的表面，并形成凸缘和切削锥的空隙的一部分。轴向空隙凸缘面为凸缘的表面，其不形成凸缘或切削锥的凹槽部分。径向空隙锥面是沿着切削锥的径向延伸的切削锥的表面，并形成凸缘和切削锥的空隙的一部分。径向空隙锥面为切削锥的表面，其不形成凸缘或切削锥的凹槽部分。应该注意的是，当将切削锥安装到凸缘上时，径向空隙凸缘面和径向空隙锥面彼此相对。进一步地，当将切削锥安装到凸缘上时，径向空隙凸缘面和径向空隙锥面互相面对。轴向空隙锥面是沿着切削锥的轴向延伸的切削锥的表面，并形成凸缘和切削锥的空隙的一部分。轴向空隙锥面为切削锥的表面，其不形成凸缘或切削锥的凹槽部分。应该注意的是，当将切削锥安装到凸缘上时，轴向空隙凸缘面和轴向空隙锥面彼此相对。进一步地，当将切削锥安装到凸缘上时，轴向空隙凸缘面和轴向空隙锥面互相面对。同样应该注意的是，当将切削锥安装到轴颈上时，轴颈的径向和切削锥的径向通常是平行的。进一步地，当将切削锥安装到轴颈上时，轴颈的轴向和切削锥的轴向通常是平行的。在某些实施方式中，密封组件包括凹槽密封组件，该凹槽密封组件具有位于凸缘的凸缘凹槽内的弹性密封环。由于凸缘凹槽穿过凸缘延伸，所以其为凸缘的凹槽。凸缘凹槽不穿过切削锥延伸。特别地，由于凸缘凹槽穿过凸缘的轴颈延伸，所以其为凸缘的凹槽。 在其它实施方式中，密封组件包括凹槽密封组件，该凹槽密封组件具有位于切削锥的锥凹槽内的弹性密封环。由于锥凹槽穿过切削锥延伸，所以其为切削锥的凹槽。锥凹槽不穿过凸缘延伸。应该注意的是，在一些实施方式中，泥土钻头包括分别穿过凸缘的凹槽和切削锥的凹槽的凹槽密封组件和锥密封组件。空隙密封组件位于空隙内，这样刚性密封环的长臂沿着径向空隙凸缘面延伸。空隙密封组件位于空隙内，这样长臂面向径向空隙凸缘面。长臂沿着径向空隙凸缘面延伸，并面向径向空隙凸缘面，以在二者之间形成动态密封。随着将空隙密封组件安装到凸缘上，形成动态密封。特别地，随着将刚性密封环安装到凸缘的轴颈上，以使长臂与径向空隙凸缘面接合(engage)，而形成动态密封。空隙密封组件可以多种方式安装到凸缘上。在一些实施方式中，通过使轴颈穿过空隙密封组件的中心开口，将空隙密封组件安装到凸缘上。在这种实施方式中，切削锥安装到凸缘上，以使其与空隙密封组件接合。在其它实施方式中，弹性密封环和刚性密封环接合到一起，并由切削锥承载。在这种实施方式中，轴颈穿过空隙密封组件和切削锥的中心开口。空隙密封组件位于空隙内，以使刚性密封环的短臂沿着轴向空隙凸缘面延伸。在一些实施方式中，空隙密封组件空隙内，以使短臂面对轴向空隙凸缘面。短臂沿着轴向空隙凸缘面延伸，并面对轴向空隙凸缘面，以在二者之间形成动态密封。在一些实施方式中，短臂与轴向空隙凸缘面接合，在其它实施方式中，短臂与轴向空隙凸缘面之间留有空隙。在一些实施方式中，短臂朝向轴向空隙凸缘面设置，在其它实施方式中，短臂背向轴向空隙凸缘面设置。进一步地，短臂背向径向空隙凸缘面延伸。由于如上所述，刚性密封环具有L形的横截面，长臂从短臂向外延伸，所以短臂背向径向空隙凸缘面延伸。空隙密封组件位于空隙内，以使长臂沿着径向空隙凸缘面延伸、短臂平行于轴向空隙凸缘面延伸。当将密封组件安装到轴颈上，长臂从轴颈径向延伸，短臂沿着轴颈轴向延伸。如下文更详细的描述，在一些实施方式中，短臂紧邻轴颈，在其它实施方式中，短臂背向轴颈设置。在一些短臂背向轴颈的实施方式中，短臂与轴颈之间留有长臂的空隙。如上所述，需要将切削锥设置为更靠近凸缘的后部，以减少切削锥因钻入地层而受到的扭矩。由于短臂沿轴颈的轴向延伸，长臂沿轴颈的径向延伸，因而切削锥可以设置为更靠近凸缘的后部。短臂比长臂短，这样密封组件占据较小的轴向空间，切削锥更接近凸缘的后部。由于密封组件占据较小的轴向空间，锥端更接近凸缘的后部，切削锥钻入地层受到更小的扭矩。这样，密封组件减少了切削锥因钻入地层而受到的扭矩。空隙密封组件还包括与刚性密封环接合的弹性密封环。弹性密封环布置为，刚性密封环位于弹性密封环和凸缘之间。特别地，弹性密封环布置为，长臂位于弹性密封环和径向空隙凸缘面之间，短臂位于弹性密封环和轴向空隙凸缘面之间。在一些实施方式中，弹性密封环也设置于短臂和轴向空隙锥面之间。在其它实施方式中，弹性密封环位于短臂和轴向空隙凸缘面之间。进一步地，弹性密封环位于长臂和径向空隙锥面之间。这样，弹性密封环就由长臂、短臂、径向空隙锥面和轴向空隙锥面限定。弹性密封环使刚性密封环顶着凸缘。特别地，弹性密封环使长臂顶着径向空隙凸缘面。长臂位于弹性密封环和径向空隙凸缘面之间。进一步地，弹性密封环位于长臂和径向空隙锥面之间。弹性密封环位于长臂和径向空隙锥面之间，以使弹性密封环与长臂和径向空隙锥面接合。随着弹性密封环与长臂和径向空隙锥面接合，弹性密封环使长臂顶着径向空隙凸缘面。这样，弹性密封环使刚性密封环顶着凸缘。随着将弹性密封环置于长臂和径向空隙锥面之间，弹性密封环从非压缩状态转化至压缩状态。特别地，随着与长臂和径向空隙锥面接合，弹性密封环从非压缩状态转化至压缩状态。随着将切削锥安装到凸缘上，弹性密封环推动长臂顶着径向空隙凸缘面。特别地， 随着使轴颈穿过刚性密封环和弹性密封环的中心开口来将切削锥安装到凸缘上，弹性密封环推动长臂顶着径向空隙凸缘面。弹性密封环通常随着将切削锥安装到凸缘的轴颈上而压缩。因此，当弹性密封环处于压缩状态，其使刚性密封环顶着凸缘。由于弹性密封环使长臂顶着径向空隙凸缘面，长臂和径向空隙凸缘面之间存在压力。可以通过多种方式来控制长臂和径向空隙凸缘面之间的压力。例如，可以分别通过减少或增加长臂的长度来增加或减少压力。进一步地，可以分别通过增加或减少弹性密封环的材料的硬度来增加或减少压力。可以通过改变所用材料的硬度指标(durometer)来改变弹性密封环的材料的硬度(hardness)。如下文更详细的讨论，通常需要弹性密封环与刚性密封环和切削锥形成静态密封。特别地，需要弹性密封环与长臂和径向空隙锥面形成静态密封。需要弹性密封环与刚性密封环和切削锥形成静态密封，以使弹性密封环和刚性密封环不相对于切削锥旋转。进一步地，需要弹性密封环与刚性密封环和切削锥形成静态密封，以使弹性密封环和刚性密封环因切削锥的旋转而相对于凸缘旋转。刚性密封环相对于凸缘旋转，以使二者之间形成动态密封。因此，空隙密封组件以非旋转的方式与切削锥接合，以旋转的方式与凸缘接合。 这样，空隙密封组件分别与切削锥和凸缘形成静态密封和动态密封。如上所述，随着将切削锥安装到凸缘上，形成空隙。特别地，随着将切削锥安装到凸缘的轴颈上，形成空隙。在一些情况下，在轴颈套上(receive)空隙密封组件之后，切削锥安装到轴颈上。在其它情况下，空隙密封组件由切削锥承载，轴颈穿过空隙密封组件，以安装切削锥。因此，随着将弹性密封环设置于长臂和径向空隙锥面之间，而形成空隙。进一步地，随着将弹性密封环与长臂和径向空隙锥面接合，而形成空隙。随着弹性密封环在未压缩和压缩状态之间运动，而形成空隙。特别地，随着形成空隙，弹性密封环从非压缩状态转化至压缩状态。如上所述，需要弹性密封环与长臂和径向空隙锥面形成静态密封。随着将弹性密封环置于长臂和径向空隙锥面之间，形成静态密封。进一步地，随着使弹性密封环与长臂和径向空隙锥面接合，而形成静态密封。随着使弹性密封环在非压缩状态和压缩状态之间转化，而形成静态密封。特别地，随着形成静态密封，弹性密封环从非压缩状态转化至压缩状态。如上所述，随着将切削锥安装至凸缘的轴颈，而形成润滑剂腔。在一些情况下，轴颈套上(receive)空隙密封组件之后，将切削锥安装至轴颈。因此，在这些情况下，轴颈套上(receive)空隙密封组件之后，形成润滑剂腔。在其它情况下，空隙密封组件由切削锥承载，轴颈穿过空隙密封组件，以安装至切削锥。因此，在这些情况下，在切削锥承载空隙密封组件之后，形成润滑剂腔。在这些情况的任意一种中，随着将弹性密封环设置于长臂和径向空隙锥面之间，而形成润滑剂腔。进一步地，随着使弹性密封环与长臂和径向空隙锥面接合，而形成润滑剂腔。随着使弹性密封环在非压缩状态和压缩状态之间转化，而形成润滑剂腔。特别地，随着形成润滑剂腔，弹性密封环从非压缩状态转化至压缩状态。图Ia是旋转式泥土钻头100的透视图，图Ib是图Ia中的旋转式泥土钻头100沿着图Ia中的切割线Ib-Ib所取的局部剖面图。在本实施方式中，旋转式泥土钻头100为三锥旋转式泥土钻头，其包括三个凸缘101。然而，图Ia的透视图中仅显示了两个凸缘。如图Ia和图Ib所示，具有切削锥齿103的切削锥102，可旋转地安装于每个凸缘 101的轴颈IOla(图lb)。这样，旋转式泥土钻头100包括由凸缘承载的切削锥。切削锥102 和轴颈IOla限定了内部区域108，该内部区域108位于二者之间，并作为润滑剂腔。旋转式泥土钻头100可包括一个或多个与内部区域108流体连通的滚柱轴承107a和/或滚珠轴承 107b。滚柱轴承107a和滚珠轴承107b促进切削锥102相对于凸缘101的旋转。特别地， 滚柱轴承107a和滚珠轴承107b促进切削锥102相对于轴颈IOla关于旋转轴112(图lb) 旋转。在本实施方式中，旋转轴112穿过切削锥102的中心，切削锥102关于旋转轴112旋转。在一些实施方式中，通过轴颈轴承(例如美国专利6691804和71821M公开的轴颈轴承，上述专利的内容在此通过参考进行合并)将凸缘101和切削锥102连接到一起。密封组件的空隙密封组件(未显示)通常位于密封区域内，密封区域的一部分显示为密封区域10 和104b (图lb)，以限制润滑剂从内部区域108通过开口 111 (图Ia和图lb)流向外部区域109。应该注意的是，外部区域109位于旋转式泥土钻头100的外部， 开口 111为环形开口，其环绕轴颈IOla延伸，并位于轴颈IOla和切削锥102之间。随着将切削锥102安装到轴颈IOla上，而形成开口 111。润滑剂润滑滚柱轴承107a和滚珠轴承 107b,以减少二者和凸缘以及切削锥102之间的摩擦。密封组件同样限制碎片从外部区域 109通过开口 111流进内部区域108。这样，密封组件限制内部区域108和外部区域109之间的材料的流动。由于切削锥102的旋转，空隙密封组件通常需要相对于凸缘101旋转。当空隙密封组件相对于凸缘101旋转，空隙密封组件需要与凸缘101形成动态密封，以及与切削锥102 形成静态密封。同样应该注意的是，随着切削锥102相对于凸缘101在轴向105和径向106运动， 空隙密封组件需要在凸缘101和切削锥102之间提供密封。切削锥102可以多种方式在轴向105和径向106运动。例如，切削锥102可以随着与凸缘101之间不希望的位移而在轴向105和径向106运动。进一步地，切削锥102可以随着钻入地层在轴向105和径向106运动。同样应该注意的是，当将切削锥102安装到轴颈IOla上，轴向105是与轴颈IOla 和切削锥102的轴向一致的。进一步地，当将切削锥102安装到轴颈IOla上，径向106是与轴颈IOla和切削锥102的径向一致的。旋转方向112与轴向105平行，与径向106垂直。切削锥102需要设置得更加接近凸缘101的后部101b，以减少切削锥102随着钻入地层所受到的扭矩。切削锥102所受到的扭矩通常由施加到切削锥101上的力F产生， 该力F使切削锥102以方向144向下向外旋转(如图Ib所示)。应该注意的是图Ib中的力F是向上的。同样应该注意的是，切削锥102紧邻区域104b的部分响应力F而脱离轴颈 101a。进一步地，切削锥102紧邻区域10 的部分则响应力F而接合轴颈101a。切削锥102紧邻区域10 的部分，在力F的作用下与轴颈IOla接合，可导致轴颈IOla在紧邻区域10 处发生不希望的断裂。当轴颈IOla断裂，润滑剂更有可能从润滑剂腔108泄露。进一步地，当轴颈IOla断裂，碎片更有可能从外部区域109流进润滑剂腔 108。同样，当轴颈IOla断裂，切削锥102不能有效地关于轴颈IOla旋转。例如，随着关于断裂的轴颈IOla旋转，切削锥102更加可能摇晃。由于短臂沿着轴颈的轴向延伸，长臂沿着轴颈的径向延伸，本发明所公开的密封组件可使切削锥102设置得更靠近凸缘101的后部101b。短臂比长臂短，以使密封组件占据较小的轴向空间，以及使切削锥102设置得更靠近凸缘101的后部101b。由于密封组件占据较小的轴向空间，锥103的尖端102a(图lb)更靠近凸缘101的后部101b，切削锥102 因所施加的力F而产生的扭矩更小。这样，密封组件减少了切削锥102随着钻入地层所受到的扭矩。切削锥受到更小的扭矩，可使轴颈IOla不容易断裂。空隙密封组件可以有多种结构。然而，其包括位于凸缘和切削锥的空隙内的弹性密封环和刚性密封环。弹性密封环和刚性密封环可为多种类型，在此将详细讨论。图加是旋转式泥土钻头IOOa的局部视图，其沿图Ia中的切割线Ib-Ib所取，显示了图Ib中的密封区域l(Ma。在本实施方式中，旋转式泥土钻头IOOa与泥土钻头100相同，并包括位于密封区域10 内的空隙120，其中空隙120位于开口 111和内部区域108之间。应该注意的是，空隙120为环形空隙，其环绕轴颈IOla延伸，并位于轴颈IOla和切削锥102之间。在本实施方式中，空隙120包括切削锥102的径向空隙锥面121和轴向空隙锥面122。进一步地，空隙120包括凸缘101的径向空隙凸缘面123和轴向空隙凸缘面124。 应该注意的是，径向空隙凸缘面123和轴向空隙凸缘面IM通常为轴颈IOla的面。如图加所示，空隙120由径向空隙锥面121、轴向空隙锥面122、径向空隙凸缘面 123和轴向空隙凸缘面IM所限定。径向空隙表面121和123彼此相对，轴向空隙表面122 和1 彼此相对。进一步地，径向空隙表面121和123彼此面对，轴向空隙表面122和IM 彼此面对。径向空隙锥面121和轴向空隙锥面122在角125处相交，径向空隙凸缘面123 和轴向空隙凸缘面1 在角126处相交，其中，角125和角1 彼此相对。角125为切削锥 102的角，角1 为凸缘101的角。角125环绕旋转轴112延伸，角1 环绕轴颈IOla延伸。应该注意的是，因为表面121和表面123沿径向106延伸，所以其为径向面。进一步地，因为表面122和表面IM沿轴向105延伸，所以其为轴向面。同样应该注意的是，因为表面121和表面122为切削锥102的面，所以其为锥面。进一步地，因为表面123和表面
10IM为凸缘101的面，所以其为凸缘面或凸面。因为表面121和表面122环绕切削锥102的旋转轴112延伸，所以其为环形面。进一步地，因为表面123和表面IM环绕轴颈IOla延伸，所以其为环形面。随着将切削锥102安装到凸缘101上，形成空隙120。特别地，随着将切削锥102 安装到轴颈IOla上，形成空隙120。随着安装径向空隙锥面121，形成空隙120，因此径向空隙锥面121与径向空隙凸缘面123彼此相对。进一步地，随着安装轴向空隙锥面122，形成空隙120，因此轴向空隙锥面122与轴向空隙凸缘面IM彼此相对。随着将切削锥102安装到轴颈IOla上，形成空隙120。随着安装径向空隙锥面121形成空隙120，因此径向空隙锥面121与径向空隙凸缘面123彼此面对。进一步地，随着安装轴向空隙锥面122形成空隙 120，因此轴向空隙锥面122与轴向空隙凸缘面IM彼此面对。这样，随着将切削锥120安装到凸缘101上，形成空隙120。图2b是旋转式泥土钻头IOOa的局部视图，其沿图Ia中的切割线Ib-Ib所取，显示了位于空隙120(图2a)内的空隙密封组件117。图3a是空隙密封组件117的一种实施方式的透视图，图北是图3a的密封组件117的局部透视图，其沿着图3a中的切割线;3b_3b 所取。图2b中的空隙密封组件117，为沿着图北中118方向所取的图像。空隙密封组件117包括刚性密封环130和弹性密封环140。图如为刚性密封环 130 一种实施方式的透视图，图4b是图如中的刚性密封环130沿着图如中的切割线4b-4b 所取的局部透视图。图2b中的刚性密封环130，为沿着图4b中118方向所取的图像。如下文更详细的讨论，刚性密封环130包括长臂131和短臂132。刚性密封环130包括刚性材料，例如金属，以使其不易被碎片浸蚀。图fe为弹性密封环140 —种实施方式的透视图，图4b是图fe中的弹性密封环 140沿着图fe中的切割线恥-恥所取的局部透视图。图2b中的弹性密封环140，为沿着图恥中118方向所取的图像。弹性密封环140包括弹性材料，以使其在压缩状态和非压缩状态之间反复转化。 在本实施方式中，当处于非压缩状态时，弹性密封环140具有圆形横截面。然而，如图恥中的指示箭头160所示，当处于压缩状态时，弹性密封环140具有非圆形的横截面。特别地， 当处于压缩状态时，弹性密封环140具有椭圆形的横截面。应该注意的是，若需要，当处于非压缩状态，弹性密封环可具有非圆形的横截面。例如，当处于非压缩状态，弹性密封环可具有椭圆形、长方形、正方形的横截面。在上面参考的美国专利6033117中，公布了当处于非压缩状态时，具有非圆形横截面的弹性密封环的实施例。对于当处于非压缩状态时、具有圆形横截面的弹性密封环140的实施方式，在非压缩状态中，弹性密封环140在轴向105和径向106的尺寸(dimension)相等。在这些实施方式中，当处于压缩状态时，弹性密封环140在轴向105和径向106的尺寸(dimension) 不相等。特别地，弹性密封环140在轴向105的尺寸相对于非压缩状态时的对应尺寸减少。 进一步地，弹性密封环140在径向106的尺寸相对于非压缩状态时的对应尺寸增加。同样应该注意的是，图2b中，弹性密封环140处于压缩状态。弹性密封环140处于非压缩状态的实施例将在下文详细讨论。如下文更详细的讨论，随着径向空隙锥面121相对于径向空隙凸缘面123运动，弹性密封环140在压缩状态和非压缩状态之间转化。一种径向空隙锥面121相对于径向空隙凸缘面123运动的方式是，使切削锥102沿轴向105运动。随着使径向空隙锥面121相对于径向空隙凸缘面123运动，弹性密封环140在压缩状态和非压缩状态之间转化。随着与径向空隙锥面121和刚性密封环130接合，弹性密封环140在压缩状态和非压缩状态之间转化。特别地，随着与径向空隙锥面121和长臂131接合，弹性密封环140在压缩状态和非压缩状态之间转化。应该注意的是，切削锥102的移动量限制为少于或等于弹性密封环140 的压缩量。如图3a、3b、4a、4b、5a、5b所示，空隙密封组件117、刚性密封环130、弹性密封环 140均为环形，且均具有中心开口。刚性密封环130的中心开口具有内径R1 (图如)，其尺寸和形状设置为套在(receive)轴颈IOla上，如后文的图7b和图8b所示。进一步地，弹性密封环140的中心开口具有内径&，其尺寸和形状设置为套在(receive)短臂132上，如图 3b、图7b、图8b所示。由于弹性密封环140的中心开口的尺寸和形状设置为套在短臂132 上，所以民比R1大。应该注意的是，可以通过多种方式确定刚性密封环130和弹性密封环 140的内径。在本实施方式中，刚性密封环130和弹性密封环140的内径由与中点113之间的距离确定，如图3a、图4a、图fe所示。同样应该注意的是，旋转轴112 (图lb)通常穿过中点113，以使切削锥102和密封组件117关于旋转轴112旋转。图6a、图6b、图6c为刚性密封环130沿图4b中的方向118所取的端面近距离视图，其更详细地显示了长臂131和短臂132。长臂131比短臂132长，且长臂131从短臂132 伸出，以使刚性密封环130具有L形的横截面。长臂131和短臂132在相交部134连接到一起。应该注意的是，在本实施方式中， 当刚性密封环130安装到轴颈IOla上，相交部134紧邻角126(图加和图2b)，并远离角 125(图加和图2b)。长臂131和短臂132互相以非零角度连接到一起。在本实施方式中， 非零角度为大约90度，以使长臂131与短臂132相垂直，且刚性密封环具有L形的横截面。 大体上，刚性密封环130的横截面选择为，当刚性密封环130套到轴颈IOla上，刚性密封环 130沿着径向空隙凸缘面123和轴向空隙凸缘面IM延伸。如下文更详细的讨论，刚性密封环130需要沿着径向空隙凸缘面123延伸，以使二者之间形成动态密封。特别地，长臂131 需要沿着径向空隙凸缘面123延伸，以使二者之间形成动态密封135(图2b)。动态密封135 将在下文详细讨论。如图6b、图6c所示，刚性密封环130包括长臂动态面151和长臂静态面150，其均为长臂131的面。长臂动态面151与长臂静态面150相对。进一步地，长臂静态面150背对长臂动态面151。刚性密封环130包括短臂动态面152和短臂动态面153，其均为短臂132的面。短臂动态面152与短臂静态面153相对。进一步地，短臂动态面152背对短臂静态面153。刚性密封环130包括长臂端面137，其为长臂131的面，并在长臂静态面150和长臂动态面151之间延伸。长臂端面137背对短臂动态面152。刚性密封环130包括短臂端面138，其为短臂132的面，并在短臂动态面152和短臂动态面153之间延伸。短臂端面138 背对长臂动态面151。图6c显示，长臂131长于短臂132，短臂132短于长臂131。长臂131长于短臂 132，以使长臂端面137比短臂端面138距离相交部134更远。进一步地，长臂131长于短臂132，以使短臂端面138比长臂端面137距离相交部134更近。短臂132短于长臂131，以使短臂端面138比长臂端面137距离相交部134更近。进一步地，短臂132短于长臂131， 以使长臂端面137比短臂端面138距离相交部134更远。长臂131长于短臂132，以使长臂端面137比短臂端面138距离角1 (图加和图2b)更远。进一步地，长臂131长于短臂132，以使短臂端面138比长臂端面137距离角 126更近。短臂132短于长臂131，以使短臂端面138比长臂端面137距离角1 更近。进一步地，短臂132短于长臂131，以使长臂端面137比短臂端面138距离角1 更远。图6c中，长臂端面137和短臂动态面152之间的距离以L1表示，短臂端面138和长臂动态面151之间的距离以L2表示。在本实施方式中，长臂端面137和相交部134之间的距离对应于距离L1，短臂端面138和相交部134之间的距离对应于距离L2。长臂131长于短臂132，以使长臂端面137和短臂动态面152之间的距离L1大于短臂端面138和长臂动态面151之间的距离L2。这样，距离L1大于距离L2，长臂131长于短臂132。短臂132短于长臂131，以使短臂端面138和长臂动态面151之间的距离L2小于长臂端面137和短臂动态面152之间的距离Lp这样，距离L2小于距离L1，短臂132短于长臂131。如图6a、图6b、图6c、图6d所示，刚性密封环130包括凹口 133。应该注意的是， 图6c和图6d为空隙密封组件117沿着图北中的方向118所得的端面局部视图。当将刚性密封环130套到轴颈IOla上，凹口 133面向角125 (图加和图沘)，角125为切削锥102 的轴向空隙锥面121和径向空隙锥面122的相交部。进一步地，凹口 133背向角126，角1 为轴向空隙凸缘面123和径向空隙凸缘面124的相交部。凹口 133在长臂131和短臂132之间延伸。进一步地，长臂静态面150和短臂静态面153面向凹口 133。这样，当将刚性密封环130置入空隙120中(如图2b所示)，凹口 133由径向空隙锥面121、轴向空隙锥面122、长臂静态面150和短臂静态面153限定。如图6d和图6e所示，凹口 133的尺寸和形状设置为套弹性密封环140。这样，当将刚性密封环130和弹性密封环140置入空隙120中(如图2b所示)，弹性密封环140由径向空隙锥面121、轴向空隙锥面122、长臂静态面150和短臂静态面153限定。总体上，弹性密封环140接合长臂131和/或短臂132。在图6d中，弹性密封环140 既接合长臂131，又接合短臂132。在图6d的实施方式中，弹性密封环140接合长臂131，以在其之间形成静态密封142。特别地，弹性密封环140接合长臂静态面150，以在其之间形成静态密封142。在这些实施方式中，弹性密封环140也接合短臂132，以在其之间形成静态密封143。特别地，弹性密封环140接合短臂静态面153，以在其之间形成静态密封143。应该注意的是，在某些实施方式中，弹性密封环140接合长臂静态面150，在非压缩状态，弹性密封环140不接合短臂静态面153。在这些实施方式中，然而，随着从非压缩状态转化压缩状态，弹性密封环140可接合长臂静态面150和短臂静态面153。这样，随着弹性密封环140从非压缩状态转化压缩状态，形成静态密封143。在图6e的实施方式中，弹性密封环140接合长臂131，并且当弹性密封环140和刚性密封环130的中心重合(align)时，弹性密封环140不接合短臂132。在这些实施方式中，弹性密封环140接合长臂131，以在其之间形成静态密封142。特别地，弹性密封环140 接合长臂静态面150，以在其之间形成静态密封142。应该注意的是，在图6e的实施方式中，弹性密封环140的一部分可接合短臂132，
13弹性密封环140的其它部分不接合短臂132。特别地，弹性密封环140的一部分可接合短臂动态面153。然而，弹性密封环140的另一部分不接合短臂132。特别地，弹性密封环140 的另一部分不接合短臂动态面153。如果弹性密封环140和刚性密封环130的中心不重合， 弹性密封环140的该部分可接合短臂132，而弹性密封环140的其它部分不接合短臂132。 在一些实施方式中，弹性密封环140不接合短臂132。在这些实施方式中，弹性密封环140 与长臂131形成密封，弹性密封环140不与短臂132形成密封。在一些情况下，在刚性密封环130套到轴颈IOla上之后，形成静态密封142和/或 143。在这些情况中，刚性密封环130套(receive)到轴颈IOla上，然后弹性密封环140套到轴颈IOla上并安装(mount)到刚性密封环130上，以形成静态密封142和/或143。在其它情况下，在刚性密封环130套到轴颈IOla上之前，形成静态密封142和/或143。在这些情况中，弹性密封环140安装到刚性密封环130上，以形成静态密封142和/或143，然后如上所述，空隙密封环117安装到轴颈IOla上或切削锥102上。应该注意的是，如图2b所示，弹性密封环140与切削锥102形成静态密封139。特别地，弹性密封环140与轴向空隙锥面121形成静态密封139。如上所述，如图6d和图6e 所示，弹性密封环140需要与刚性密封环130形成静态密封142。特别地，弹性密封环140 需要与刚性密封环130的长臂形成静态密封142。应该注意的是，静态密封139与静态密封 142相对(图6d和图6e)。在一些情况下，空隙密封环117套到轴颈IOla上之后，形成静态密封139。在这些情况中，空隙密封环117套到轴颈IOla上，然后切削锥102安装到轴颈IOla上。在其它情况下，空隙密封环117套到轴颈IOla上之前，形成静态密封139。在这些情况中，空隙密封环117由切削锥102承载，以形成静态密封139，然后如上文所述，空隙密封环117和切削锥 102安装到轴颈IOla上。因此，弹性密封环140通常需要与刚性密封环130形成静态密封142，与切削锥 102形成静态密封139。特别地，弹性密封环140需要与长臂131形成静态密封142，与径向空隙锥面121形成静态密封139。弹性密封环140需要形成静态密封142和139，以使弹性密封环140和刚性密封环130不相对于切削锥102旋转。进一步地，弹性密封环140需要与刚性密封环130形成静态密封142，与切削锥102形成静态密封139，以使弹性密封环140 和刚性密封环130随着切削锥102的旋转，相对于凸缘101旋转。刚性密封环相对于凸缘 101旋转，以在二者之间形成动态密封。这样，空隙密封组件117分别与切削锥102和凸缘 101形成静态密封和动态密封。应该注意的是，因为动态密封135沿径向106延伸，所以其为径向动态密封。刚性密封环131位于空隙120内，以使长臂131接合径向空隙凸缘面123(如图2b 所示)。进一步地，刚性密封环130的长臂131接合径向空隙凸缘面123，以使二者之间形成动态密封135。特别地，刚性密封环130设置为，长臂动态面151接合径向空隙凸缘面123。 长臂动态面151接合径向空隙凸缘面123，以使长臂动态面151和径向空隙凸缘面123之间形成动态密封135。应该注意的是，长臂动态面151面向径向空隙凸缘面123。因此，随着将空隙密封组件117安装到凸缘101上，形成动态密封135。特别地，随着将刚性密封环130安装到轴颈IOla上，以使长臂131接合径向空隙凸缘面123，而形成动态密封135。进一步地，随着将刚性密封环130安装到轴颈IOla上，以使长臂动态面151接合径向空隙凸缘面123，而形成动态密封135。应该注意的是，在一些实施方式中，在将切削锥102安装到轴颈IOla上之前，形成动态密封135。在其它实施方式中，空隙密封组件117 由切削锥102承载，然后它们安装到轴颈IOla上，以随之形成动态密封135。这样，随着将切削锥102安装到凸缘101上，形成动态密封135。如图2b所示，刚性密封环130设置为，刚性密封环130的长臂131沿着径向空隙凸缘面123延伸。进一步地，刚性密封环131的长臂131沿着径向空隙凸缘面123延伸，以使在其之间形成动态密封135。特别地，刚性密封环130设置为，长臂动态面151沿着径向空隙凸缘面123延伸。长臂动态面151沿着径向空隙凸缘面123延伸，以在长臂动态面151 和径向空隙凸缘面123之间形成动态密封135。如上所述，随着将空隙密封组件117安装到凸缘101，形成动态密封135。特别地， 随着将刚性密封环130安装到凸缘101的轴颈IOla上，以使长臂131沿着径向空隙凸缘面 123延伸，而形成动态密封135。进一步地，随着将刚性密封环130安装到凸缘101的轴颈 IOla上，以使长臂动态面151沿着径向空隙凸缘面123延伸，而形成动态密封135。刚性密封环130在空隙120内设置为，使长臂131远离轴向空隙凸缘面124延伸 (如图2b所示)。特别地，刚性密封环130在空隙120内设置为，使长臂静态面150和长臂动态面151背向轴向空隙凸缘面1 延伸。因为如上所述，长臂131从短臂132向外延伸， 所以，长臂131背向轴向空隙凸缘面IM延伸。刚性密封环130在空隙120内设置为，使长臂131朝向开口 111延伸。特别地，如图2b所示，刚性密封环130在空隙120内设置为，使长臂静态面150和长臂动态面151朝向开口 111延伸。刚性密封环130在空隙120内设置为，使长臂端面137紧邻开口 111，并背向轴向空隙凸缘面124。刚性密封环130在空隙120内设置为，使长臂端面137面向轴向空隙锥面 122。这样，穿过开口 111的材料流，在长臂端面137和轴向空隙锥面122之间流动。刚性密封环130在空隙120内设置为，使短臂132沿着轴向空隙凸缘面IM延伸 (如图2b所示)。特别地，刚性密封环130设置为，短臂动态面152沿着轴向空隙凸缘面IM 延伸。刚性密封环130在空隙120内设置为，使短臂动态面152面向轴向空隙凸缘面124。在一些实施方式中，刚性密封环130在空隙120内设置为，使短臂131接合轴向空隙凸缘面124，以在二者之间形成动态密封110(图6d)。特别地，刚性密封环130设置为， 短臂动态面152接合轴向空隙凸缘面124。短臂动态面152接合轴向空隙凸缘面124，以使短臂动态面152和轴向空隙凸缘面IM之间形成动态密封110。应该注意的是，因为动态密封110沿轴向105延伸，所以其为轴向动态密封。在其它实施方式中，短臂132与轴向空隙凸缘面IM之间有间隔，如图2b所示，使二者之间形成空隙129。空隙1 在短臂132和轴向空隙凸缘面IM之间延伸。特别的地， 空隙129在短臂动态面152和轴向空隙凸缘面124之间延伸。这样，短臂132和轴向空隙凸缘面1 之间不形成动态密封。刚性密封环130在空隙120内设置为，使短臂132背向(away from)径向空隙凸缘面123延伸(如图2b所示)。特别地，刚性密封环130在空隙120内设置为，使短臂动态面152和短臂静态面153背向径向空隙凸缘面123延伸。刚性密封环130在空隙120内设置为，使短臂朝向内部区域108延伸(如图2b所示)。特别地，刚性密封环130在空隙120设置为，使短臂动态面152和短臂静态面153朝向内部区域108延伸。刚性密封环130在空隙120内设置为，使短臂端面138紧邻内部区域108，并背向径向空隙凸缘面123。刚性密封环130在空隙120内设置为，使短臂端面138面向内部区域108。刚性密封环130在空隙120内设置为，使短臂端面138面向径向空隙锥面121。这样，内部区域108和弹性密封环140之间的材料流，在短臂端面138和径向空隙锥面121之间流动。如上所述，如图2b所示，弹性密封环140使刚性密封环130顶着凸缘101。特别地，弹性密封环140设置为，使刚性密封环130顶着径向空隙凸缘面123。进一步地，弹性密封环140设置为，使长臂131顶着径向空隙凸缘面123。弹性密封环140设置为，使长臂动态面151顶着径向空隙凸缘面123。如后文更详细的讨论，空隙密封组件117和凸缘101 之间的动态密封的力，取决于弹性密封环140使刚性密封环130顶着凸缘101的力。弹性密封环140可以多种方式使刚性密封环130顶着凸缘101。在本实施方式中， 刚性密封环130的长臂131位于弹性密封环140和径向空隙凸缘面123之间。进一步地， 弹性密封环140位于长臂131和径向空隙锥面121之间。弹性密封环140接合长臂131和径向空隙锥面121。在一些情况下，随着将切削锥102安装到轴颈IOla上，弹性密封环140 接合长臂131和径向空隙锥面121。在这些情况中，随着将切削锥102安装到轴颈IOla上， 弹性密封环140从非压缩状态转化至压缩状态。图恥显示了弹性密封环140的压缩状态和非压缩状态。随着从非压缩状态转化至压缩状态，弹性密封环140推动长臂131顶着径向空隙凸缘面123。特别地，随着从非压缩状态转化至压缩状态，弹性密封环140推动长臂动态面151顶着径向空隙凸缘面123，以形成动态密封135。这样，弹性密封环140使刚性密封环130顶着凸缘101。长臂131与径向空隙凸缘面123之间的接合力，增加了弹性密封环140为长臂131 提供的顶着径向空隙凸缘面123的能量。进一步地，弹性密封环140为长臂131提供顶着径向空隙凸缘面123的能量越少，长臂131和径向空隙凸缘面123之间的力越小。长臂131和径向空隙凸缘面123之间的力可以多种方式进行调节。例如，可以通过调节弹性密封环140的材料的刚度，来调节长臂131和径向空隙凸缘面123之间的力。总体上，随着弹性密封环140的材料刚度的增加和减少，长臂131和径向空隙凸缘面123之间的力分别增加和减少。可以通过调节弹性密封环140的横截面半径，来调节长臂131和径向空隙凸缘面 123之间的力。总体上，随着弹性密封环140横截面半径的增加和减少，长臂131和径向空隙凸缘面123之间的力分别增加和减少。可以通过调节短臂132的长度L2，来调节长臂131和径向空隙凸缘面123之间的力。总体上，随着短臂132的长度L2的增加和减少，长臂131和径向空隙凸缘面123之间的力分别减少和增加。随着短臂132的长度L2减少，弹性密封环140可以有更大的压缩量。 进一步地，随着短臂132的长度L2增加，弹性密封环140可以有更小的压缩量。可以通过调节长臂端面137，来调节长臂131和径向空隙凸缘面123之间的压力。 总体上，随着长臂端面137的轴向尺寸(dimension)的增加和减少，长臂131和径向空隙凸缘面123之间的压力分别增加和减少。随着长臂端面137的轴向尺寸增加，弹性密封环140可以有更大的压缩量。进一步地，随着长臂端面137的轴向尺寸减少，弹性密封环140可以有更小的压缩量。长臂端面137的轴向尺寸可以多种方式增加和减少。可以通过形成刚性密封环130为，分别增加和减少长臂静态面150和长臂动态面151之间的距离，来增加和减少长臂端面137。如上所述，随着将切削锥102安装到凸缘101上，形成空隙120。特别地，随着将切削锥102安装到轴颈IOla上，形成空隙120。在一些情况下，在将空隙密封组件117套到轴颈IOla上之后，将切削锥102安装到轴颈IOla上。这样，随着将弹性密封环140置于长臂131和径向空隙锥面121之间，形成空隙120。进一步地，随着使弹性密封环140与长臂 131和径向空隙锥面121接合，形成空隙120。随着弹性密封环140在非压缩状态和压缩状态之间转化，形成空隙120。特别地，随着形成空隙120，弹性密封环140从非压缩状态转化至压缩状态。如上所述，弹性密封环140需要分别与长臂131和径向空隙锥面121形成静态密封142和139。随着将弹性密封环140置于长臂131和径向空隙锥面121之间，形成静态密封142和139。进一步地，随着使弹性密封环140与长臂131和径向空隙锥面121接合，分别形成静态密封142和139。随着弹性密封环140在非压缩状态和压缩状态之间转化，形成静态密封142和139。特别地，随着形成静态密封142和139，弹性密封环140从非压缩状态转化至压缩状态。如上所述，随着将切削锥102安装到轴颈IOla上，形成润滑剂腔(即，内部区域 108)。这样，随着将弹性密封环140置于长臂131和径向空隙锥面121之间，形成润滑剂腔。 进一步地，随着使弹性密封环140与长臂131和径向空隙锥面121接触，形成润滑剂腔。随着使弹性密封环140从非弹性状态转化至弹性状态，也形成润滑剂腔。特别地，随着形成润滑剂腔，弹性密封环140从非压缩状态转化至压缩状态。应该注意的是，旋转式泥土钻头100通常包括一个或多个密封。在旋转式泥土钻头包括一个密封(即单密封)的实施方式中，该密封位于凸缘和切削锥之间的空隙中。在旋转式泥土钻头包括两个密封(即双密封)的实施方式中，一个密封位于凸缘和切削锥之间的空隙中。另一个密封可位于穿过凸缘延伸的凹槽或穿过切削锥延伸的凹槽中。结合图 7a、图7b、图7c、图7d，将更详细地讨论单密封旋转式泥土钻头的实施方式；结合图8a、图 Sb、图Sc、图8d、图Se、图8f，将更详细地讨论双密封旋转式泥土钻头的实施方式。图7a和图7b是单密封旋转式泥土钻头IOOb沿着图Ia中的切割线Ib-Ib所取的局部视图。应该注意的是，单密封旋转式泥土钻头IOOb与旋转式泥土钻头100和IOOa相似，包括空隙120和密封区域10 和104b。上文结合图加讨论了空隙120的细节。如图 7b所示，单密封旋转式泥土钻头IOOb包括位于空隙120内的空隙密封组件117。应该注意的是，在图7b中，弹性密封环140处于压缩状态。关于空隙密封组件117与空隙120的定位，上文结合图2b进行了详细讨论。图7c为单密封旋转式泥土钻头IOOb的近距离视图，如指示箭头161所示，空隙密封组件117穿过空隙120延伸。在本实施方式中，刚性密封环130如此设置，使得短臂端面 138面向接口(interface) 128，长臂端面137面向开口 111。接口 1 为轴向空隙凸缘面 124、内部区域108和径向空隙锥面121之间的接口。短臂138面向接口 128，以限制润滑剂从内部区域108流到弹性密封环140。刚性密封环130的相交部134(图6a_6e)面向角126 (图2a和图2b)，以更好限制从内部区域108和外部区域109之间流出的材料的量。由于材料环绕角126流动更加困难，所以能更好地限制材料的量。这样，空隙密封组件117为泥土钻头IOOb提供了更好的密封。动态密封135的力度取决于多种因素。当动态密封135的力度增加，内部区域108 和外部区域109之间有更少的材料流动。进一步地，当动态密封135的力度减少，内部区域 108和外部区域109之间有更多的材料流动。总体上，随着长臂131的尺寸(dimension)增力口，动态密封135的力度增加。特别地，随着长臂动态面151的面积增加，动态密封135的力度增加。进一步地，随着距离L1 (图6c)的增加，动态密封135的力度增加。动态密封110(图7b)的力度取决于 种因素。当动态密封110的力度增加，内部区域108和外部区域109之间有更少的材料流动。进一步地，当动态密封110的力度减少，内部区域108和外部区域109之间有更多的材料流动。总体上，随着短臂132的尺寸 (dimension)增加，动态密封110的力度增加。特别地，随着短臂动态面152的面积增加， 动态密封110的力度增加。进一步地，随着距离L2(图6c)的增加，动态密封110的力度增力口。应该注意的是，在图7c的指示箭头161所指的实施方式中，间隔129在短臂132和轴向空隙凸缘面124之间延伸，以使短臂动态面152不接合轴向空隙凸缘面124，不形成动态密封110。然而，在图7b的实施方式中，短臂132和轴向空隙凸缘面124彼此接触，而不会形成间隔129。这样，随着调节刚性密封环130的尺寸(dimension)，刚性密封环130和凸缘101之间的动态密封为可调。图7d为单密封旋转式泥土钻头IOOb的局部视图，显示了当将密封组件117安装到空隙120内，刚性密封环130和弹性密封环140相对于旋转轴112的位置。在本实施方式中，刚性密封环130位于与旋转轴112之间有距离D1的位置。D1可以多种方式进行确定。 在本实施方式中，距离D1在中心113和短臂动态面152之间延伸，与刚性密封环130 (如图 4a所示)的内径R1—致。在本实施方式中，弹性密封环140位于与旋转轴112之间有距离D2的位置。D2可以多种方式进行确定。在本实施方式中，距离D2与弹性密封环140(如图5a所示)的内径 R2 —致。应该注意的是，随着调节弹性密封环140的压缩，距离D2可调。随着弹性密封环 140的压缩量的增加，距离D2减少。进一步地，随着弹性密封环140的压缩量的减少，距离 D2增加。因为上文的详细讨论，距离R1小于距离R2，所以距离D1小于距离D2。这样，弹性密封环140距离旋转轴112比短臂132更远。特别地，弹性密封环140距离旋转轴比短臂动态面152、短臂静态面153、短臂端面138 (如图7c所示)更远。进一步地，弹性密封环140 距离旋转轴112比轴向空隙凸缘面124(图7c)更远。图8a和图8b是双密封旋转式泥土钻头IOOc沿着图Ia中的切割线Ib-Ib所取的局部视图。应该注意的是，双密封旋转式泥土钻头IOOc与旋转式泥土钻头100、100a、IOOb 相似，包括位于密封区域104a和104b (图Ia和图lb)内的空隙120。双密封旋转式泥土钻头IOOc包括位于空隙120内的空隙密封组件117 (如图8b所示)。应该注意的是，图8b 中的弹性密封环140处于压缩状态。上文中结合图2b详细讨论了密封组件117与空隙120 的位置。同样应该注意的是，关于单密封旋转式泥土钻头IOOb的空隙密封组件117的讨论，适用于双密封旋转式泥土钻头100c。例如，如上文结合图7a-图7d的讨论，双密封旋转式泥土钻头IOOc可包括动态密封135和/或110，动态密封135和110的力度可调节。因此，如上文所述，随着调节刚性密封环130的尺寸(dimension)，泥土钻头IOOc的刚性密封环130和凸缘101之间的动态密封的力度可调。双密封旋转式泥土钻头IOOc也包括用于套凹槽密封组件116的凸缘凹槽127。凸缘凹槽127穿过凸缘101延伸，所以其为凸缘凹槽，特别地，凸缘凹槽127穿过轴颈IOla延伸。凹槽密封组件116限制内部区域108和空隙密封组件117之间的润滑剂的流动。应该注意的是，凹槽密封组件116和空隙密封组件117经常分别称为 第一密封和第二密封。同样应该注意的是，在一些实施方式中，双密封旋转式泥土钻头IOOc的凹槽穿过切削锥102 延伸，而称为锥凹槽。在其它实施方式中，双密封旋转式泥土钻头IOOc既包括凸缘凹槽又包括锥凹槽，以分别套上(receive)凸缘密封组件和锥密封组件。在本实施方式中，凹槽密封组件116包括弹性密封环141。图9a为弹性密封环141 一种实施方式的透视图，图9b为图9a中的弹性密封环141沿着图9a的切割线9b_9b所取的局部透视图。图Sb、图Sc、图8d中的弹性密封环141为沿着图9b的方向118所取的视图。应该注意的是，锥密封组件可与凹槽密封组件116相同或相似。弹性密封环141为环形，且包括中心开口，该中心开口的内径为R3(图9a)。如图 8b、8c、8d所示，弹性密封环141的尺寸和形状设置为容纳到凸缘凹槽127内。因为弹性密封环141的中心开口小于弹性密封环140和刚性密封环130的中心开口，所以半径R3小于半径R1和半径R2。应该注意的是，弹性密封环141的内径可以多种方式确定。在本实施方式中，弹性密封环141的内径由与中心点113(图9a所示)之间的距离确定。同样应该注意的是，当安装到凸缘凹槽内(如图8b、图Sc、图8d所示)，凹槽密封组件116通常与切削锥102形成静态密封。然而，当安装到锥凹槽内，凹槽密封组件116通常与凸缘101 (即轴颈101a)形成静态密封。图8c为双密封旋转式泥土钻头IOOc的近距离视图，该视图中，空隙密封组件117 穿过空隙120延伸，凹槽密封组件116穿过凹槽127延伸。在本实施方式中，刚性密封环 130设置为，短臂132在凹槽密封组件116和长臂131之间延伸。在本实施方式中，刚性密封环130设置为，短臂端面138面向接口 128，长臂端面137面向开口 111。短臂端面138 面向接口 128，以限制润滑剂从凹槽密封组件116流向弹性密封环140。图8d为双密封旋转式泥土钻头IOOc的局部视图，显示了当将空隙密封组件117 置于空隙120内，刚性密封环130和弹性密封环140相对于旋转轴112的位置。在本实施方式中，刚性密封环130与旋转轴112之间的距离为Dp如上所述，可以多种方式确定距离 D10在本实施方式中，距离D1为中心113和短臂动态面152之间的距离，并且与图4a中所示的刚性密封环130的内径R1 —致。在本实施方式中，弹性密封环140与旋转轴112之间的距离为D2。如上所述，可以多种方式确定距离D2。在本实施方式中，距离D2与图5a中所示的弹性密封环140的内径
R2 一致。在本实施方式中，弹性密封环141与旋转轴112之间的距离为D3。如上所述，可以多种方式确定距离D3。在本实施方式中，距离D3与图9a中所示的弹性密封环141的内径
R3 一致。
应该注意的是，由于如上文更详细的讨论，半径R1小于半径&，所以距离D1小于距离D2。因此，弹性密封环140距离旋转轴112比短臂132更远。特别地，弹性密封环140距离旋转轴112比短臂动态面152、短臂动态面153和短臂端面138更远。进一步地，弹性密封环140距离旋转轴112比轴向空隙凸缘面124更远。应该注意的是，由于如上文更详细的讨论，半径R3小于半径R2,所以距离D3小于距离D2。因此，短臂132距离旋转轴112比弹性密封环141更远。特别地，短臂动态面152、 短臂动态面153和短臂端面138距离旋转轴112比弹性密封环141更远。进一步地，轴向空隙凸缘面124距离旋转轴112比弹性密封环141更远。图8e为双密封旋转式泥土钻头IOOc的局部视图，显示了当将空隙密封组件117 置于空隙120内、弹性密封环141置于凸缘凹槽127内时，刚性密封环130a和弹性密封环 140相对于旋转轴112的位置。刚性密封环130a包括长臂131和短臂132，其中长臂131和短臂132分别沿轴轴向105和径向106延伸。然而，在本实施方式中，短臂132与轴颈IOla 之间以长臂131间隔开。进一步地，在本实施方式中，弹性密封环140位于轴颈IOla和短臂132之间。图8f为双密封旋转式泥土钻头IOOd的局部视图，显示了当将空隙密封组件117 置于空隙120内、弹性密封环141置于锥凹槽143内时，刚性密封环130和弹性密封环140 相对于旋转轴112的位置。在本实施方式中，刚性密封环130与旋转轴112之间的距离为 Diq在本实施方式中，距离D1为中心113和短臂动态面152之间的距离，并且与图4a中所示的刚性密封环130的内径R1 —致。在本实施方式中，弹性密封环140与旋转轴112之间的距离为D2。在本实施方式中，距离D2与图5a中所示的弹性密封环140的内径R2 —致。在本实施方式中，弹性密封环141与旋转轴112之间的距离为D3。如上所述，可以多种方式确定距离D3。在本实施方式中，距离D3与图9a中所示的弹性密封环141的内径 R3—致。在本实施方式中，距离D3约等于距离Dp然而，在一些实施方式中，距离D3小于距离Dp例如，在一些实施方式中，距离D3比距离D1小大约0. 001英寸至0. 005英寸。图IOa是为泥土钻头提供密封的方法200的流程图。在本实施方式中，方法200 包括提供凸缘的步骤201，提供密封组件的步骤202。方法200包括设置密封组件为其与凸缘的径向密封凸面形成动态密封的步骤203。密封组件包括具有长臂和短臂的刚性密封环， 其中刚性密封环接触径向空隙凸缘面。应该注意的是，方法200可包括许多其它的步骤。例如，在一些实施方式中，方法 200包括将刚性密封环设置为，短臂沿着凸缘的轴向空隙凸缘面延伸。在一些实施方式中， 方法200包括将刚性密封环设置为，长臂从短臂向外伸出。在一些实施方式中，方法200包括将弹性密封环设置为，长臂位于弹性密封环和径向空隙凸缘面之间。在一些实施方式中， 方法200包括将切削锥与凸缘安装为，刚性密封环和弹性密封环在空隙中延伸。在一些实施方式中，方法200包括，随着将切削锥安装到凸缘上，长臂顶着径向空隙凸缘面。在一些实施方式中，方法200包括，随着将切削锥安装到凸缘上，弹性密封环从非压缩状态转化至压缩状态。在一些实施方式中，方法200包括将凹槽密封组件设置为，其穿过凸缘的凹槽延伸。图IOb是为泥土钻头提供密封的方法210的流程图。在本实施方式中，方法210包括提供凸缘的步骤211。方法210包括设置刚性密封环，以使其与凸缘的径向空隙凸缘面形成刚性密封环的步骤212。刚性密封环具有长臂和短臂。方法210包括设置弹性密封环，以使其与刚性密封环接触的步骤213。随着将切削锥安装到凸缘上，弹性密封环使长臂顶着径向空隙凸缘面。在一些实施方式中，短臂在弹性密封环和凸缘的轴向空隙凸缘面之间延伸。长臂从短臂向外延伸。进一步地，在一些实施方式中，弹性密封环接触长臂和切削锥的径向空隙锥面。在一些实施方式中，随着与长臂和径向空隙锥面的接触，弹性密封环从非压缩状态转化至压缩状态。在一些实施方式中，空隙密封组件穿过由径向空隙凸缘面和径向空隙锥面限定的空隙。在一些实施方式中，刚性密封环包括凹口，该凹口面向位于切削锥的轴向空隙锥面和径向空隙锥面之间的相交部(intersection)。应该注意的是，方法210可以包括许多其它的步骤。例如，在一些实施方式中，方法210包括设置凹槽密封组件，以使其穿过凸缘的凹槽。在这些实施方式中，短臂背向径向空隙凸缘面、朝向凹槽密封组件延伸。在一些实施方式中，方法210包括设置凹槽密封组件为，使其穿过切削锥的凹槽。图Ila是生产泥土钻头的方法220的流程图。在本实施方式中，方法220包括提供凸缘的步骤221。方法220包括提供空隙密封组件的步骤222，其中空隙密封组件包括刚性密封环和弹性密封环。刚性密封环包括长臂和短臂，其中长臂从短臂向外延伸。进一步地，刚性密封环具有L形的横截面，且长臂长于短臂。应该注意的是，总体上，空隙密封组件可由终端用户生产，或向终端用户提供成品。方法220包括安装空隙密封组件，以使长臂与凸缘的径向空隙凸缘面形成动态密封。方法220可包括许多其它的步骤。例如，在一些实施方式中，方法220包括设置弹性密封环为，长臂位于弹性密封环和径向空隙凸缘面之间。在这些实施方式中，方法220可包括将切削锥安装到凸缘上的步骤。将切削锥安装到凸缘上的步骤可包括，使弹性密封环与切削锥接触，以使弹性密封环推动长臂顶着径向空隙凸缘面。将切削锥安装到凸缘上的步骤可包括，使弹性密封环与切削锥接触，以使弹性密封环从非压缩状态转化至压缩状态。 应该注意的是，总体上，空隙密封组件可由终端用户生产，或向终端用户提供成品。在一些实施方式中，方法220包括安装凹槽密封组件，以使其穿过凸缘的凹槽延伸。进一步地，将切削锥安装到凸缘上的步骤可包括，使弹性密封环与切削锥的径向空隙锥面接触，以使弹性密封环推动长臂顶着径向空隙凸缘面。将切削锥安装到凸缘上可包括，使弹性密封环与切削锥的径向空隙锥面接触，以使弹性密封环从非压缩状态转化至压缩状态。应该注意的是，将切削锥安装到凸缘上的步骤包括形成空隙，空隙密封组件穿过空隙。特别地，刚性密封环和弹性密封环穿过空隙。空隙由径向空隙凸缘面和径向空隙锥面，以及轴向空隙凸缘面和轴向空隙锥面限定。进一步地，弹性密封环由刚性密封环的长臂和短臂，以及径向空隙锥面和轴向空隙锥面限定。图lib是生产泥土钻头的方法230的流程图。在本实施方式中，方法230包括提供凸缘的步骤221，穿过凸缘形成凸缘凹槽的步骤232。特别地，凸缘凹槽穿过凸缘的轴颈形成。应该注意的是，在一些实施方式中，对终端用户提供具有凸缘凹槽的凸缘。方法230 包括安装凹槽密封组件以使其穿过凸缘凹槽延伸的步骤233。
方法230包括提供空隙密封组件的步骤234，该空隙密封组件包括刚性密封环和弹性密封环。刚性密封环包括长臂和短臂，其中，长臂从短臂向外伸出。进一步地，刚性密封环具有L形横截面，且长臂长于短臂。方法230包括设置空隙密封组件以使长臂与凸缘的径向空隙凸缘面形成动态密封的步骤235。方法230可包括多个步骤。例如，在一些实施方式中，方法230包括设置凹槽密封组件，以使其穿过凸缘的凹槽延伸。在一些实施方式中，方法230包括设置弹性密封环为， 长臂位于弹性密封环和径向空隙凸缘面之间。在这些实施方式中，方法230可包括将切削锥安装到凸缘上的步骤。将切削锥安装到凸缘上的步骤可包括使弹性密封环与切削锥接触，以使弹性密封环推动长臂顶着径向空隙凸缘面。将切削锥安装到凸缘上的步骤可包括使弹性密封环与切削锥接触，以使弹性密封环从非压缩状态转化至压缩状态。进一步地，将切削锥安装到凸缘上的步骤可包括，使弹性密封环与切削锥的径向空隙锥面接触，以使弹性密封环推动长臂顶着径向空隙凸缘面。将切削锥安装到凸缘上可包括，使弹性密封环与切削锥的径向空隙锥面接触，以使弹性密封环从非压缩状态转化至压缩状态。应该注意的是，将切削锥安装到凸缘上的步骤包括形成空隙。空隙密封组件穿过空隙。特别地，刚性密封环和弹性密封环穿过空隙。空隙由径向空隙凸缘面和径向空隙锥面，以及轴向空隙凸缘面和轴向空隙锥面限定。进一步地，弹性密封环由刚性密封环的长臂和短臂，以及径向空隙锥面和轴向空隙锥面限定。应该注意的是，方法200、210、220、230可以按照不同的顺序执行。进一步地，方法 200、210、220、230可以以多种不同的方式合并。同样应该注意的是，在这里所讨论的实施方式中，凸缘可由终端用户生产，或者作为成品提供给终端用户。进一步地，在这里所讨论的实施方式中，密封组件可以由终端用户生产和/或组装，或者作为生产和/或组装好的成品提供给终端用户。这里描述了本发明的典型实施方式，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，许多修改、变化、重组也能实现实质性相同的效果。
权利要求
1.一种泥土钻头，其包括凸缘；由所述凸缘承载的切削锥；以及密封组件，其与所述凸缘的径向空隙凸缘面形成动态密封；所述的密封组件包括具有长臂和短臂的刚性密封环，其中，所述的长臂与所述的径向空隙凸缘面相接合。
2.如权利要求1所述的钻头，其中，所述的密封组件包括弹性密封环，其使所述的长臂顶着所述的径向空隙凸缘面。
3.如权利要求2所述的钻头，其中，所述的弹性密封环位于所述长臂和所述切削锥的径向空隙锥面之间。
4.如权利要求2所述的钻头，其中，所述的短臂位于所述弹性密封环和所述凸缘的轴向空隙凸缘面之间。
5.如权利要求1所述的钻头，其中，所述的短臂朝向所述凸缘的轴向空隙凸缘面，所述长臂从所述短臂向外伸出。
6.如权利要求5所述的钻头，其中，所述长臂和短臂的相交部(intersection)面向所述径向空隙凸缘面和轴向空隙凸缘面的相交部。
7.如权利要求1所述的钻头，其进一步包括穿过所述凸缘之凹槽而延伸的凹槽密封组件。
8.如权利要求1所述的钻头，其进一步包括穿过所述切削锥之凹槽而延伸的凹槽密封组件。
9.一种泥土钻头，其包括；凸缘；由所述凸缘承载的切削锥；以及空隙密封组件，其与所述凸缘的径向空隙凸缘面形成动态密封；所述的空隙密封组件包括具有长臂和短臂的刚性密封环，以及弹性密封环；其中，所述的弹性密封环使所述长臂顶着所述径向空隙凸缘面。
10.如权利要求9所述的钻头，其中，所述的短臂在所述弹性密封环和所述凸缘的轴向空隙凸缘面之间延伸。
11.如权利要求9所述的钻头，其中，所述的刚性密封环包括凹口，所述凹口面向所述切削锥的轴向空隙锥面和径向空隙锥面之间的相交部。
12.如权利要求9所述的钻头，其中，所述的弹性密封环与所述长臂和所述切削锥的径向空隙锥面相接合。
13.如权利要求12所述的钻头，其中，为了与所述长臂和所述径向空隙锥面的接合，所述的弹性密封环从非压缩状态转变至压缩状态。
14.如权利要求12所述的钻头，其中，所述的空隙密封组件穿过由所述径向空隙凸缘面和所述径向空隙锥面所限定的空隙。
15.如权利要求9所述的钻头，其进一步包括穿过所述凸缘之凹槽而延伸的凹槽密封组件。
16.如权利要求15所述的钻头，其中，所述的短臂背向所述径向空隙凸缘面、朝向所述凹槽密封组件延伸。
17.—种对泥土钻头提供密封的方法，其包括提供凸缘；设置密封组件，使其与所述凸缘的径向空隙凸缘面形成动态密封；其中，所述密封组件包括具有长臂和短臂的刚性密封环，所述长臂与所述径向空隙凸缘面相接合。
18.如权利要求17所述的方法，其进一步包括如此设置所述的刚性密封环，以使所述短臂沿着所述凸缘的一轴向空隙凸缘面延伸。
19.如权利要求17所述的方法，其进一步包括如此设置弹性密封环，以使所述长臂位于所述弹性密封环和所述径向空隙凸缘面之间。
20.如权利要求19所述的方法，其进一步包括将切削锥安装到所述凸缘上，以使所述刚性密封环和弹性密封环在一空隙中延伸。
21.如权利要求19所述的方法，其进一步包括为了将切削锥安装到所述凸缘上，使所述长臂顶着所述径向空隙凸缘面。
22.如权利要求19所述的方法，其进一步包括为了将切削锥安装到所述凸缘上，所述弹性密封环从非压缩状态转变至压缩状态。
23.如权利要求17所述的方法，其进一步包括如此设置一凹槽密封组件，以使其穿过所述凸缘的凹槽而延伸。
24.如权利要求17所述的方法，其进一步包括如此设置一凹槽密封组件，以使其穿过所述切削锥的凹槽而延伸。
全文摘要
本发明公开了一种泥土钻头，其包括承载切削锥的凸缘，以及与凸缘的径向空隙凸缘面形成动态密封的空隙密封组件。空隙密封组件包括具有长臂和短臂的刚性密封环。长臂从短臂向外伸出，并与径向空隙凸缘面接触。
文档编号E21B10/25GK102449258SQ200980159317
公开日2012年5月9日 申请日期2009年4月29日 优先权日2009年3月16日
发明者格雷戈里·W·彼德森 申请人:阿特拉斯科普柯塞科罗克有限责任公司