一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105604486A(43)申请公布日2016.05.25(21)申请号201610008497.0(22)申请日2016.01.08(71)申请人西南石油大学地址610500四川省成都市新都区新都大道8号(72)发明人周已王林黄志强肖扬谢豆张天行(51)Int.Cl.E21B10/25(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图1页(54)发明名称一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构(57)摘要本发明涉及一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构，由牙轮、轴承、Z型密封圈、一对O型橡胶圈组成；所述Z型密封圈为主密封，起径向密封作用，在Z型密封圈与轴承、Z型密封圈与牙轮的径向接触处均布仿生蚯蚓型的凸起和凹槽，凸起和凹槽的结构为圆弧形，减小了接触面积，减小了摩擦热；Z型密封圈的多个凸起可实现多级密封，提高了密封可靠性；Z型密封圈的凹槽可储存润滑脂，具有较好的润滑性能；所述一对O型橡胶圈为辅助密封，分别位于Z型密封圈与牙轮、Z型密封圈与轴承的轴向接触处，起轴向密封作用，通过O型橡胶圈的压缩为Z型密封圈提供密封力，具有变形自动补偿特点；O型橡胶圈的设置减小了Z型密封圈的振动，提高了密封的稳定性。CN105604486ACN105604486A权利要求书1/1页1.一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构，由牙轮(2)、轴承(5)、Z型密封圈(6)、一对O型橡胶圈(7)组成，位于牙轮(2)与轴承(5)组成的密封腔内。2.如权利要求1所述一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构，其特征在于：Z型密封圈(6)为主密封，起径向多级密封作用，在Z型密封圈(6)与轴承(5)、Z型密封圈(6)与牙轮(2)的径向接触处均布仿生蚯蚓型的凸起和凹槽，凸起和凹槽的结构为圆弧形。3.如权利要求1所述一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构，其特征在于：所述一对O型橡胶圈(7)为辅助密封，起轴向密封作用，分别位于Z型密封圈(6)与牙轮(2)、Z型密封圈(6)与轴承(5)的轴向接触处，通过O型橡胶圈(7)的压缩为Z型密封圈(6)提供密封力，具有变形自动补偿功能。2CN105604486A说明书1/2页一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构技术领域[0001]本发明涉及适用于石油钻井、地质勘探的一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构，属于牙轮钻头轴承密封领域。背景技术[0002]牙轮钻头是钻井工程中最主要的破岩工具，牙轮钻头的使用寿命取决于轴承密封的寿命。牙轮钻头密封系统工作环境非常恶劣，包括：较小的密封空间、高磨砺性的密封介质、腐蚀性的钻井液、高温、高压、振动等。现有密封寿命较短，密封失效严重导致钻井成本增加、钻井效率大大降低。牙轮钻头密封问题已成为制约牙轮钻头使用及发展的重要的技术瓶颈，是迫切需要解决的技术问题。[0003]目前，牙轮钻头常用的密封型式为O型橡胶圈、金属浮动密封。牙轮钻头密封系统存在的主要问题是：O型橡胶圈的接触面积较大，加之井底的高温、高压，使得橡胶圈的摩擦力及摩擦热加大，橡胶圈老化、磨损加剧，橡胶材料变硬变脆，失去弹性，从而加剧了密封的失效；密封腔的空间较小很难实现多级密封，单级密封的可靠性较差，一但密封失效，整个密封就失效；金属浮动密封的主密封面是金属密封面，金属密封面磨损后不具有自动补偿功能，就失去了密封作用。发明内容[0004]本发明的目的是克服现有牙轮钻头轴承密封系统接触面积大、单级密封性能差、金属密封面磨损后不能自动补偿的问题，特提供一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构。[0005]本发明解决其技术问题采用的技术方案是：本发明一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构，由牙轮、轴承、Z型密封圈、一对O型橡胶圈组成，位于牙轮和轴承组成的密封腔内；所述Z型密封圈为主密封，主要起径向多级密封作用，在Z型密封圈与轴承、Z型密封圈与牙轮的径向接触处均布仿生蚯蚓型的凸起和凹槽，凸起和凹槽的结构为圆弧形，有效减小了Z型密封圈的接触面积，减小了摩擦力及摩擦热；Z型密封圈的多个仿生蚯蚓型凸起结构可实现多级密封，提高了密封的可靠性；Z型密封圈的凹槽内可储存润滑脂，具有较好的润滑性能；所述一对O型橡胶圈为辅助密封，分别位于Z型密封圈与牙轮、Z型密封圈与轴承的轴向接触处，主要起轴向密封的作用，通过O型橡胶圈的压缩为Z型密封圈提供密封力，使Z型密封圈与轴承、Z型密封圈与牙轮紧密贴合，使Z型密封圈更好的起到密封作用；O型橡胶圈的设置减小了Z型密封圈的振动，提高了密封的稳定性。[0006]本发明的优点：1、牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构采用仿生蚯蚓型的Z型密封圈和O型橡胶圈复合密封型式。Z型密封圈为主密封，起径向密封作用，O型橡胶圈为辅助密封，起轴向密封作用；2、Z型密封圈具有多个仿生蚯蚓型的凸起和凹槽，接触面积较小，大大减