[发明专利]一种水平式高速牙轮钻头轴承螺旋密封试验装置

说明书

本发明公开了一种水平式高速牙轮钻头轴承螺旋密封试验装置，包括轴、螺旋轴套和牙轮，螺旋轴套与牙轮螺纹连接，螺旋轴套的内径上设置密封螺纹，螺旋轴套和牙轮均套装于轴上，螺旋轴套、牙轮和轴之间形成密封的第一空腔，轴具有第一通孔、第二通孔和第三通孔，第一通孔与第一空腔相连通，螺旋轴套和牙轮与轴之间存在轴向间隙并形成第二空腔，第一空腔与第二空腔相连通，第二通孔和第三通孔均与第二空腔相连通。本发明试验装置，模拟牙轮钻头轴承螺旋密封结构，牙轮带动螺旋轴套旋转，可以通过测量含砂液体排出时间和含砂液体排出量两种方法，测试螺旋密封的排砂性能，为螺旋密封产品顺利生产应用提供了保障。

技术领域

本发明涉及钻井工程机械领域，特别是涉及一种水平式高速牙轮钻头轴承螺旋密封试验装置。

背景技术

牙轮钻头是钻井工程中最主要的破岩工具，在井底破岩中起着主导作用，其工作性能的好坏直接影响钻井质量、钻井效率和钻井成本，牙轮钻头的使用寿命几乎直接取决于钻头轴承的寿命，而轴承的寿命在很大程度上又依赖密封的寿命。牙轮钻头目前的发展趋势是实现高速化，随着钻头转速的不断提高，在恶劣环境下工作的轴承密封这一环节的薄弱性将显得越来越突出。因此，在研究钻头的同时，决不可忽视对轴承寿命的研究和改进。轴承密封是高速牙轮钻头最薄弱的环节，也是易损部件，是决定高速牙轮钻头寿命的最关键因素。据现场数据统计分析表明，因轴承先期损坏导致失效的钻头占失效钻头总数的80％，因密封先期失效而严重磨损的轴承占失效轴承总数的30％。牙轮钻头的轴承密封问题已经成为严重影响高速牙轮钻头钻井效率及钻井成本的技术瓶颈，是目前石油钻采工程中亟待解决的问题。

实践表明，目前常规牙轮钻头轴承密封性能不能很好的满足使用要求，特别是在较高转速钻进的时候，其密封使用寿命更低，密封的耐久性能较差，密封的磨损、老化较严重。牙轮钻头密封的工况是十分恶劣的，包括高温、高磨砺性介质、高载荷，并且密封腔的尺寸很小，这些工况和环境就加剧了密封的失效，也给密封的研究带来了巨大的困难和挑战。泥浆磨砺介质的进入是影响高速牙轮钻头密封寿命的最关键因素，现有轴承密封均属被动密封方式，不具有自动排砂功能，一旦泥浆颗粒进入密封腔，密封将会快速磨损后失效。目前，针对高速牙轮钻头螺旋密封的试验装置还未涉及，试验研究是现场试验及产品应用顺利进行的前提保障，而试验装置更是决定试验研究成功与否的关键，进行高速牙轮钻头螺旋密封试验装置的开发对提高钻头寿命具有重要意义。

因此，如何改变现有技术中，高速牙轮钻头螺旋密封试验无法进行的现状，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水平式高速牙轮钻头轴承螺旋密封试验装置，以解决上述现有技术存在的问题，使牙轮钻头螺旋密封的密封性能能够通过试验进行测试，为实际生产应用提供便利。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种水平式高速牙轮钻头轴承螺旋密封试验装置，包括轴、螺旋轴套和牙轮，所述螺旋轴套与所述牙轮螺纹连接，所述螺旋轴套的内径上设置密封螺纹，所述螺旋轴套和所述牙轮均套装于所述轴上，所述螺旋轴套、所述牙轮和所述轴之间形成第一空腔，所述轴具有第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第一通孔与所述第一空腔相连通，所述螺旋轴套和所述牙轮与所述轴之间存在轴向间隙并形成第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔相连通，所述第二通孔和所述第三通孔均与所述第二空腔相连通。

优选地，水平式高速牙轮钻头轴承螺旋密封试验装置还包括电机、机座、机盖和机架，所述电机通过联轴器与所述牙轮相连，所述电机和所述机座均设置于所述机架上，所述机座与所述机盖可拆卸连接，所述轴、所述螺旋轴套和所述牙轮均设置于所述机座与所述机盖形成的腔体内。

优选地，所述牙轮与所述机座、所述机盖转动连接处加装轴承，并用轴承端盖固定，所述轴承端盖与所述机座、所述机盖用螺钉连接。

优选地，所述轴通过螺钉与所述机座和所述机盖连接在一起，所述牙轮的轴线平行于所述机架所在的平面。