專利名稱：油用牙輪鉆頭浮動復合密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于動密封領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)是介于機械密封和填料密封之間的另一種 形式，特別涉及一種油用牙輪鉆頭浮動復合密封裝置。
背景技術(shù)：
目前，在石油鉆井及其它礦用鉆探方面使用的牙輪鉆頭，大多采用橡膠填 料密封裝置或簡化的機械密封裝置，其中橡膠填料密封裝置的橡膠與軸頸或輪 孔直接摩擦，產(chǎn)生的熱量大，磨損較快，只能低速運轉(zhuǎn)，使用時間短，密封早 期失效，進而使整個牙輪鉆頭過早報廢。而機械密封裝置對元件要求極為嚴格， 加工難度較大，組裝工藝繁瑣，產(chǎn)品一致性差；在工作中如遇特殊工況，使密 封面稍有分離，在泥漿壓力高于軸承腔壓力時，泥漿攜帶巖屑便浸入，使形成 密封面的兩個密封環(huán)表面光潔度遭到破壞，失去密封作用，導致鉆頭失效。普 通的機械密封允許有一定量的泄漏，這樣更利于磨擦面的潤滑。而不管哪種密 封形式的牙輪鉆頭，由于工作條件所限，都不允許泄漏，確切的說是不允許外 部的泥漿向注有潤滑脂的軸承腔內(nèi)部泄漏。要求其密封性要好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述現(xiàn)有問題，而提供一種介于填料密封與機 械密封之間的一種油用牙輪鉆頭浮動復合密封裝置，該密封裝置制作相對簡單， 適用于較高轉(zhuǎn)速，延長使用壽命，提高鉆井效率。
為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是油用牙輪鉆頭浮動復合密封裝 置，其特征在于由浮動復合密封環(huán)、可裝配的牙輪與牙掌，及位于牙掌外側(cè) 的定位鋼球構(gòu)成，所述的浮動復合密封環(huán)設(shè)置在牙輪鉆頭牙輪孔的階臺與牙掌 軸底的平面之間，所述的定位鋼球設(shè)置在牙輪和牙掌的"R"槽之間。
上述浮動復合密封環(huán)由用聚四氟乙烯制成的主浮動密封環(huán)與用橡膠制成的 輔助浮動密封環(huán)組成。
上述浮動復合密封環(huán)的兩工作面分別與所述的牙輪孔的階臺、牙掌軸底的平面緊密貼合，形成兩對摩擦副。 本發(fā)明的有益效果在于
1、 牙輪鉆頭使用該裝置取代傳統(tǒng)的橡膠密封，可降低摩擦系數(shù)，有效延長 工作時間，進而提高牙輪鉆頭的使用壽命。
2、 牙輪鉆頭使用該裝置取代結(jié)構(gòu)復雜的機械密封，加工制造簡單，產(chǎn)品一 致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。
3、 浮動復合密封適應較高轉(zhuǎn)速。使用該密封裝置的牙輪鉆頭可與井下動力 螺桿鉆具配合，實現(xiàn)復合鉆進，提高綜合鉆井效率。
4、 浮動復合密封使用了輔助密封，使主密封面免于接觸泥漿的浸蝕；主密 封面有瞬時脫離跡象時，輔助密封起到了臨時密封的保護作用。
5、 由于聚四氟乙烯是柔性的， 一旦有雜質(zhì)浸入密封面，很快被壓入聚四氟 乙烯的基體里，對密封面造成的影響極小。


圖1為木發(fā)明的牙輪鉆頭牙掌與牙輪的組裝結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明未組裝狀態(tài)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明組裝壓緊后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為本發(fā)明在只對聚四氟乙烯密封環(huán)施壓后的理論剖面結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
圖中l(wèi)為主浮動密封環(huán)，2為輔助浮動密封環(huán)，3為牙輪及輪孔，4為牙掌 及掌軸，5為定位鋼球，6為聚四氟乙烯主浮動密封環(huán)與牙輪/牙掌組成的摩擦副 的工作面，7為橡膠輔助浮動密封環(huán)與牙輪/牙掌組成的摩擦副的工作面。
如圖1所示，本發(fā)明由浮動復合密封環(huán)、可裝配的牙輪(3)與牙掌(4)， 及位于牙掌(4)外側(cè)的定位鋼球(5)構(gòu)成，浮動復合密封環(huán)設(shè)置在牙輪鉆頭 牙輪孔(3)的階臺與牙掌(4)軸底的平面之間，定位鋼球(5)設(shè)置在牙輪(3) 和牙掌(4)的"R"槽之間。
浮動復合密封環(huán)由用聚四氟乙烯制成的主浮動密封環(huán)(1)與用橡膠制成的 輔助浮動密封環(huán)(2)組成。
施實例如圖2所示，是本發(fā)明第一種方案未組裝狀態(tài)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，輔助浮 動密封環(huán)(2)沒有被壓縮。當件1一5裝配時，輔助浮動密封環(huán)(2)受壓變形 后形成如圖3所示的(21)的形狀，圖3所示是組裝壓緊后的情況，這時裝入 定位鋼球(5)，鎖定牙輪(3)與牙掌(4)的軸向相對位置。主浮動密封環(huán)(1) 和輔助浮動密封環(huán)(2)組成的復合浮動密封環(huán)的兩工作面分別與牙掌軸(4)、 牙輪孔(3)的特定端面緊密貼合，形成兩對摩擦副(6)、 (7)。兩個摩擦副(6) 兩工作面的貼合力的大小，取決于輔助浮動密封環(huán)(2)的壓縮及變形量。當輔 助浮動密封環(huán)(2)壓縮至圖3所示的(21)幾何形狀后，由于其本身的回彈作 用，試圖恢復到圖2所示的輔助浮動密封環(huán)(2)的幾何形狀，所產(chǎn)生的作用力 加在主浮動密封環(huán)(1)的工作面上，使摩擦副(6)始終保持一定的力矩范圍， 隔離軸承內(nèi)腔與外部空間。與此同時，輔助浮動密封環(huán)(2)的兩個端面分別與 牙掌軸(4)、牙輪孔(3)的特定端面緊密貼合，形成兩個摩擦副(7)，摩擦副 (7)類似于橡膠填料密封，不同的是一般橡膠填料密封壓縮量較大，摩擦系數(shù) 亦大。如圖4所示，是主浮動密封環(huán)(1)和輔助浮動密封環(huán)(2)分別同時壓 縮于牙輪孔(3)和牙掌軸(4)的兩個特定端面，形成兩個復合密封面。橡膠 密封面已經(jīng)在對聚四氟乙烯密封環(huán)施壓時進行了預壓縮，其本身的壓縮量只是 凸出于主浮動密封環(huán)(1)的微小部分，如圖4所示的陰影部分，其壓縮量很小 而儲能較大。當牙輪轉(zhuǎn)動時，牙輪(3)與牙掌(4)的特定端面作相對運動， 而浮動復合密封環(huán)瞬間總是在壓力及摩擦系數(shù)較小的一面做相對運動，形成動 密封，而壓力及摩擦系數(shù)較大的一面沒有相對運動則為靜密封。牙輪鉆頭工作 中在不停的振動，壓力不斷變化，兩個密封面交替產(chǎn)生動密封和靜密封的作用， 或同時產(chǎn)生動密封的作用，進而使浮動復合密封環(huán)兩個復合密封面的相對位移 交替進行或同時進行，形成浮動密封，防止軸承腔內(nèi)潤滑油脂外溢和外部鉆井 液內(nèi)浸。
填充聚四氟乙烯的主浮動密封環(huán)(1)起主要密封作用，輔助浮動密封環(huán)(2) 不僅為填充聚四氟乙烯的主浮動密封環(huán)(1)提供彈性能量，而且它的兩個端面 亦能起到一定的密封作用，牙輪鉆頭工作時主浮動密封環(huán)(1)可能出現(xiàn)瞬時分 離，由于輔助浮動密封環(huán)(2)面凸出于主浮動密封環(huán)(1)面，它的整體壓縮 量和儲能較大，反應速度很快，不會與牙輪(3)或牙掌(4)的密封面分離，起到瞬時密封作用。當橡膠承受不住壓力時，主浮動密封環(huán)(1)面又恢復密封 功能。兩種材料互補，形成復合密封。
圖3可看出，由聚四氟乙烯構(gòu)成的摩擦副(6)位于牙掌軸(4) 一側(cè)，與 潤滑脂接觸，由橡膠構(gòu)成的摩擦副(76)位于牙輪(3) —側(cè)，與泥漿接觸。牙 輪鉆頭在井下的工作環(huán)境中，軸承腔內(nèi)外的壓差在不斷的變化，在上文所述的 主浮動密封環(huán)(l)出現(xiàn)的瞬時分離，如果正處在軸承腔內(nèi)部的壓力高于外部時， 潤滑脂外泄，無論輔助浮動密封環(huán)(2)能否起到密封作用，泄漏的潤滑脂都能 在密封面中起到潤滑作用，摩擦系數(shù)減小，降低發(fā)熱量，延長使用壽命。如果 正處在軸承腔外部的壓力高于內(nèi)部時，輔助浮動密封環(huán)(2)受壓后緊緊貼合于 主浮動密封環(huán)(1)，把分離的縫隙封嚴，使外部的泥漿不能浸入密封面。由聚 四氟乙烯制成的主浮動密封環(huán)(1)和由橡膠制成的輔助浮動密封環(huán)(2)構(gòu)成 的復合密封裝置，在某種意義上講，起到單向閥的作用，只允許內(nèi)部潤滑脂外 泄，不允許外部泥漿內(nèi)浸。
以上所述，僅為本發(fā)明的一種實施例，并非可以用于限定本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、油用牙輪鉆頭浮動復合密封裝置，其特征在于由浮動復合密封環(huán)、可裝配的牙輪與牙掌，及位于牙掌外側(cè)的定位鋼球構(gòu)成，所述的浮動復合密封環(huán)設(shè)置在牙輪鉆頭牙輪孔的階臺與牙掌軸底的平面之間，所述的定位鋼球設(shè)置在牙輪和牙掌的“R”槽之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油用牙輪鉆頭浮動復合密封裝置，其特征在于-所述的浮動復合密封環(huán)由用聚四氟乙烯制成的主浮動密封環(huán)與用橡膠制成的輔 助浮動密封環(huán)組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油用牙輪鉆頭浮動復合密封裝置，其特征在于 所述的浮動復合密封環(huán)的兩工作面分別與所述的牙輪孔的階臺、牙掌軸底的平面 緊密貼合，形成兩對摩擦副。
全文摘要
本發(fā)明屬于動密封領(lǐng)域，特別涉及一種油用牙輪鉆頭浮動復合密封裝置，由浮動復合密封環(huán)、可裝配的牙輪與牙掌，及位于牙掌外側(cè)的定位鋼球構(gòu)成，所述的浮動復合密封環(huán)設(shè)置在牙輪鉆頭牙輪孔的階臺與牙掌軸底的平面之間，所述的定位鋼球設(shè)置在牙輪和牙掌的“R”槽之間。有益效果為使用該裝置取代傳統(tǒng)的橡膠密封，可降低摩擦系數(shù)，有效延長工作時間，進而提高牙輪鉆頭的使用壽命；取代結(jié)構(gòu)復雜的機械密封，加工制造簡單，產(chǎn)品一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。
文檔編號E21B10/22GK101629475SQ20091007004
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者劉子洲 申請人:天津立林鉆頭有限公司