专利名称：一种弹性蓄能轴承密封结构的牙轮钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油天然气、矿山、水井及地质勘探用的牙轮钻头技术领域，涉及一种弹性蓄能轴承密封结构的牙轮钻头。
背景技术：
目前国内外对石油天然气用量持续增长，一方面，勘探开发区块也不断向难采地层转移，钻井深度也不断增加，由此而来面临着高温高压等恶劣井底工况；另一方面，随着钻井装备和工艺的进步，钻井参数向高钻压、高转速方向发展，这些措施对提高钻井速度、降低钻井成本起到了积极的作用，但也给钻头的使用寿命提出了更高的要求，因此，牙轮钻头的轴承密封性能成为决定其使用寿命的最重要因素之一。目前钻头轴承密封技术以O形橡胶密封圈为主，橡胶是高分子聚合物，牙轮钻头多用氢化丁腈橡胶和丁腈橡胶，适用温度为-55 150°C，且力学性能随着时间和温度的改变而改变。目前地热井的井底温度更是高达300°C以上，钻头密封圈的工作条件非常恶劣，通常面临100°C以上的高温和几十兆帕的高压。钻头在井下工作时，O形密封圈因井内温度较高，加上轴承运转发热，轴承腔内会出现局部高温，其峰值有可能达到200 300°C，这远远超过了丁腈橡胶170°C的极限工作温度。在含矿物油的润滑脂和含各种化学剂的钻井液环境里，高温仍会加速橡胶老化。普通橡胶密封圈的耐高温、耐腐蚀、抗磨损等性能已不能满足当前面临的钻井要求。
发明内容本实用新型的目的是提供一种弹性蓄能轴承密封结构的牙轮钻头，解决了现有技术中结构不合理，导致磨损快，使用寿命短的问题。本实用新型所采用的技术方案是，一种弹性蓄能轴承密封结构的牙轮钻头，包括牙爪的轴颈与牙轮的内孔配装，牙轮的密封槽内安装有弹性蓄能密封圈，弹性蓄能密封圈的内表面设置有支撑环，支撑环横截面采用U形或O型，弹性蓄能密封圈的横截面为U形或O形，弹性蓄能密封圈周向选用螺旋状或锯齿状。本实用新型的有益效果是，耐温性能好、密封性能高的弹性蓄能密封圈结构，增强牙轮钻头的轴承密封性能，延长牙轮钻头寿命。钻头寿命的增加不但可以减少钻头用量，节约钻头费用，更主要的还是减少了起下钻和钻井费用，这对加快油气田的开发，提高经济效益有着十分重要的意义。
图1是本实用新型弹性蓄能轴承密封结构的牙轮钻头的安装结构示意图；图2是图1中的局部放大图；图3是本实用新型装置中的弹性蓄能密封圈的截面示意图。图中，1.牙轮，2.支撑环，3.弹性蓄能密封圈，4.牙爪，5.牙爪轴颈，6锁紧钢球，7塞销孔，8跑道，9塞销，10.长油孔。
具体实施方式
参照图1、图2，本实用新型结构是，包括牙轮1、支撑环2、弹性蓄能密封圈3、牙爪
4、牙爪轴颈5、锁紧钢球6、塞销孔7、跑道8、塞销9、长油孔10。牙爪4的牙爪轴颈5与牙轮I的内孔配装，形成牙轮钻头的轴承密封结构；在钻头轴承的密封部位，即牙轮I的密封槽内安装有弹性蓄能密封圈3，弹性蓄能密封圈3是一个橡胶夹套的压力辅助密封装置；弹性蓄能密封圈3的内表面设置有支撑环2，或者说在支撑环2表面包裹有弹性蓄能密封圈3。参照图3，支撑环2的截面为U形或O型，支撑环2为开口结构或封闭结构。支撑环2外形根据密封槽结构形状设定，其横截面采用U形或O型。弹性蓄能密封圈3的横截面为U形或O形，弹性蓄能密封圈3周向选用螺旋状、锯齿状或者其他形状。安装时，先做好安装准备，对牙轮1、牙爪4、弹性蓄能密封圈3、锁紧钢球6等进行清洗，然后将弹性蓄能密封圈3装入牙轮I的密封槽内，再将牙轮I安装到牙爪轴颈5上，再将锁紧钢球6从塞销孔7装入跑道8，最后将塞销9插入塞销孔7并从尾部焊接固定，锁紧钢球6将牙轮I锁定在牙爪轴颈5上，完成装配。弹性蓄能密封圈3经过压缩后它的张力使支撑环2唇边与牙轮密封槽和牙爪轴颈紧密贴合在一起形成密封。钻头在钻进过程中，随着支撑环2唇边的磨损，弹性蓄能密封圈3释放弹性，使支撑环2密封面始终紧贴牙轮密封槽和牙爪轴颈密封面，从而保证钻头轴承密封的稳定有效。弹性蓄能密封圈3给支撑环2提供永久弹力，并弥补材料磨损及配合零件的偏移或偏心，系统压力也会辅助弹性蓄能密封圈蓄能。通过弹性蓄能密封圈3的弹力和系统压力，无论在高压或低压下，都可实现有效密封。本实用新型装置的优点是:支撑环2可以选用高密度聚乙烯、聚四氟乙烯等耐磨性、耐温性更好的材料，提高了钻头轴承密封的耐磨性和耐高温的能力，更适合深井、超深井、地热井等复杂工况环境的钻进。支撑环2内装有弹性蓄能密封圈3，其力学性能更好，随着密封面的磨损，及时提供密封补偿，保持钻头轴承密封功能的良好性。支撑环和弹性蓄能密封圈采用金属材料的时候，更可以避免橡胶〇形圈性能随着时间变化大的缺点，具有更长的存储期。支撑环2形状能够任意变化，实现径向密封和轴向密封或多重密封。弹性蓄能密封圈3的结构,避免了〇形 密封圈容易出现的扭转现象，安装方便。
权利要求1.一种弹性蓄能轴承密封结构的牙轮钻头，包括牙爪(4)的轴颈与牙轮(I)的内孔配装，其特征在于:牙轮(I)的密封槽内安装有弹性蓄能密封圈(3)，弹性蓄能密封圈(3)的内表面设置有支撑环(2 )，所述支撑环(2 )横截面采用U形或O型，所述弹性蓄能密封圈(3 )的横截面为U形 或O形，弹性蓄能密封圈(3)周向选用螺旋状或锯齿状。
专利摘要本实用新型公开了一种弹性蓄能轴承密封结构的牙轮钻头，包括牙爪的轴颈与牙轮的内孔配装，牙轮的密封槽内安装有弹性蓄能密封圈，弹性蓄能密封圈的内表面设置有支撑环，支撑环横截面采用U形或O型，弹性蓄能密封圈的横截面为U形或O形，弹性蓄能密封圈周向选用螺旋状或锯齿状。本实用新型的弹性蓄能密封圈结构，耐温性能好、密封性能高，增强牙轮钻头的轴承密封性能，延长牙轮钻头寿命，减少了起下钻和钻井费用。
文档编号E21B10/25GK203114177SQ20122051100
公开日2013年8月7日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者杨君, 郑家伟, 邹子由, 李东明 申请人:宝鸡石油机械有限责任公司