[发明专利]一种能够产生周期性接触压力的橡胶动密封组件

说明书

本发明涉及一种钻井领域用的低磨损橡胶旋转动密封，主要用于石油钻井井下设备，包括橡胶套、主轴和壳体。所设计的旋转动密封可通过主轴上微孔的动压效应迫使橡胶套上均布的橡胶条发生径向变形，从而使得动密封在圆周方向上的接触压力呈现周期性分布，而不均匀的接触压力会使得动密封圆周方向上的径向变形不一致，基于流体动压效应理论，当主轴旋转时，密封面上就会产生动压润滑，从而迫使润滑油进入密封面，避免密封面的磨损，延长密封的寿命。

技术领域

本发明涉及一种钻井领域用的低磨损橡胶旋转动密封，属于石油钻井井下设备技术领域。

背景技术

钻井过程中经常由于井下工具动密封的失效而造成巨大的经济损失，单金属密封主要应用于牙轮钻头上，中国专利CN 101086197A提出一种单金属密封，该结构可以适应井底振动工况，然而金属密封面很容易被泥浆介质中的岩屑侵入，造成润滑油的大量泄漏。常规的橡胶动密封为了尽可能的减小泄漏量，密封面上基本为边界摩擦状态，摩擦系数比较大，磨损严重。因此如何能够通过在保证密封泄漏量很小的情况下，尽可能的降低密封面接触压力对井下动密封的寿命是非常重要的。美国Kalsi公司提出一种波形密封，该密封通过密封面的波形能产生周期性接触压力，从而在密封面上形成一层动态油膜，避免橡胶密封的磨损失效，并在井下应用中取得了良好的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有井下动密封技术的不足，对现有的动密封结构进行改进，本发明的技术方案是：本发明一种能够产生周期性接触压力的橡胶动密封组件，主要由橡胶套、主轴和壳体构成。

所述橡胶套的外圆的中间区域直径小于两端，橡胶套中间区域的圆周方向上均布多个橡胶条，橡胶条之间通过圆弧形或者三角形的橡胶凹槽过渡，相邻橡胶条在圆周方向上的距离大于橡胶条的宽度，橡胶套中间区域的内圆周直径大于两端直径；橡胶套的左侧动密封和主轴紧密配合，而橡胶套上的右侧动密封和主轴之间存在缝隙。

所述主轴的中间区域周向分布有多组微孔，微孔为矩形或者圆形；主轴和橡胶套之间有0.5~1.5毫米的间隙，当主轴旋转时，微孔会使得主轴和橡胶条之间的动压润滑区中的润滑油产生动压效应，从而使橡胶条产生沿圆周方向的径向力，在径向力的作用下，橡胶条的两端会收缩变形，使得橡胶条圆周方向上相应宽度的左侧动密封的区域发生倾斜，则左侧动密封的对应宽度区域和主轴台阶之间可以形成楔形间隙，但橡胶套上开槽部分对应宽度的左侧动密封的区域则不会和主轴台阶形成楔形间隙，使得橡胶条对应宽度的左侧动密封发生倾斜，则左侧动密封和主轴台阶之间可以形成楔形间隙，而切槽对应宽度的左侧动密封则不会发生倾斜，从而使得左侧动密封的圆周方向上的接触压力呈现周期性分布；对于右侧动密封，橡胶条的收缩变形同样会使得右侧动密封和主轴之间的缝隙由平行缝隙变成倾斜的微小缝隙，从而减缓润滑油从润滑油腔向动压润滑区中泄露。

所述壳体和橡胶套外圆周上的两端紧密接触，且不发生相对转动。

本发明的有益效果和优点如下：1. 常规橡胶动密封的接触压力是一致的，润滑油很难进入密封面，导致密封面的磨损比较严重，从而造成橡胶动密封的早期失效；本发明则通过主轴上微孔的动压效应迫使橡胶套上均布的橡胶条变形，从而使得左侧动密封在圆周方向上的接触压力分布不一致，而不均匀的接触压力会使得左侧动密封圆周方向上的径向变形不一致，基于流体动压效应理论，当主轴旋转时，密封面上就会产生动压润滑，从而迫使润滑油进入密封面，避免密封面的磨损，延长密封的寿命；2. 当橡胶条发生变形时，右侧动密封和主轴的间隙会变得很小，从而将润滑油隔为两个区域，降低润滑油向外界的泄漏速率；3.橡胶套在流体动压效应作用下，可形成两次密封，左侧动密封为主密封，右侧动密封为辅助密封。

附图说明：

图1为本发明一种能够产生周期性接触压力橡胶动密封组件的截面示意图；

图2为主轴未旋转时橡胶动密封组件的组装示意图；

图3为主轴旋转时橡胶套变形和润滑油流动方向的示意图；