一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102661123A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102661123A(43)申请公布日2012.09.12(21)申请号201210131881.1(22)申请日2012.05.03(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)发明人张晓东张毅姜中舰张明陈晓丽(51)Int.Cl.E21B10/25(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书22页页附图附图22页(54)发明名称一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置(57)摘要本发明涉及用于石油、天然气、矿山及地质钻探方面的一种牙轮钻头密封装置，属于机械装置技术领域。它主要由动密封环、静密封环、焊接波纹管、动环座和防砂密封组成；所述动密封环、静密封环、焊接波纹管和动环座安装在牙轮的内孔和牙掌形成的密封腔体内；动密封环通过焊接波纹管和动环座固定在牙轮上，随着牙轮一起转动，动密封环和静密封环紧密贴合组成动密封来隔断焊接波纹管外侧的钻井液和焊接波纹管内侧的润滑油。所述防砂密封由橡胶块和钢丝块构成。本发明采用焊接波纹管代替橡胶弹性元件，可使动密封在高温下稳定工作；焊接波纹管采用阶梯型波片结构，可防止泥沙沉积在波纹管的外侧；能避免高温下动环座和静密封环脱落。CN10263ACN102661123A权利要求书1/1页1.一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置，主要由动密封环（6）、静密封环（5）、焊接波纹管（8）、动环座（10）和防砂密封（2）构成，其特征在于：所述动密封环（6）、静密封环（5）、焊接波纹管（8）和动环座（10）安装在牙轮（1）的内孔和牙掌（3）形成的密封腔体内；动密封环（6）通过焊接波纹管（8）和动环座（10）随牙轮（1）一起转动，牙轮（1）绕着牙掌（3）的中心转动，通过牙轮（1）上的动密封环（6）和牙掌（3）上的静密封环（5）组成旋转动密封；所述动环座（10）和牙轮（1）的内孔采用过盈配合，动环座（10）冷冻后安装在牙轮（1）的内孔中，动环座（10）材质的热膨胀系数要大于牙轮（1）的材质，避免动环座（10）脱落；所述静密封环（5）加热后镶嵌在牙掌（3）内径上，静密封环（5）的热膨胀系数要小于牙掌（3）的轴颈，避免高温下静密封环（5）脱落；所述防砂密封（2）由橡胶块（13）和钢丝块（12）构成。2.根据权利要求1所述的一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置，其特征在于：所述钢丝块（12）由细钢丝编制而成，钢丝块（12）的上端呈毛刷状，钢丝块（12）的下端嵌入橡胶块（13）成为一起；防砂密封（2）装配后，橡胶块（13）可以提供钢丝块（12）的密封力。3.根据权利要求1所述的一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置，其特征在于：所述焊接波纹管（8）的两端分别焊接在动环座（10）和动密封环（6）上，波片（14）采用阶梯型焊接。2CN102661123A说明书1/2页一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置技术领域[0001]本发明涉及用于石油、天然气、矿山及地质钻探方面的一种牙轮钻头密封装置，属于机械装置技术领域。背景技术[0002]牙轮钻头的轴承密封工况比较恶劣，随着地层钻采深度的进一步加大，井下高温成为制约橡胶弹性发挥的关键因素，常用的橡胶密封或金属密封中的橡胶元件对温度比较敏感，同时橡胶的非线性特征将造成金属密封端面比压极不稳定。中国专利CN101086197A提出一种单金属密封，该结构主要有动环、固定在牙轮上的密封垫环、橡胶密封和橡胶支撑环构成，橡胶密封可以提供轴向力，同时也可以阻止泥浆进入密封腔，但需要在轴颈上加工装纳密封圈的斜面，加工难度大；另一件中国专利CN102287139A中提出采用一个异形橡胶密封圈代替橡胶密封圈和橡胶支撑环的方式，简化了密封结构，提高了密封的稳定性；但这些密封无一例外都是把橡胶作为主要的密封部件。发明内容[0003]本发明的目的在于针对超深井高温工况下橡胶性能变化比较大的特点，克服现有牙轮钻头动密封技术的不足，对现有的动密封结构进行改进，提供一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置。[0004]本发明的技术方案是：本发明一种耐高温的牙轮钻头浮动密封装置，主要由动密封环、静密封环、焊接波纹管、动环座和防砂密封组成；所述动密封环、静密封环、焊接波纹管和动环座安装在牙轮的内孔和牙掌形成的密封腔体内；动密封环通过焊接波纹管和动环座固定在牙轮上，随着牙轮一起转动，动密封环和静密封环紧密贴合组成动密封来隔断焊接波纹管外侧的钻井液和焊接波纹管内侧的润滑油，润滑油通过通油孔进入焊接波纹管内侧；所述焊接波纹管内侧内的润滑油用来润滑牙轮和牙掌轴颈内的钢球，从而使钻头正常工作。[0005]所述焊接波纹管由AM-350或Inconel718合金焊接制成，波形采用阶梯型；焊接波纹管的两端分别焊接在动环