[发明专利]牙轮钻头用斜对称双C型自适应密封结构

说明书

牙轮钻头用斜对称双C型自适应密封结构，包括环形密封槽、双C型橡胶圈组和金属环组；环形密封槽由牙轮与牙掌轴颈围成，包括上端面、下端面和内柱面、外柱面；双C型橡胶圈组的正C型橡胶圈和反C型橡胶圈以环形密封槽右上顶角和左下顶角的连线为对称轴布置；正C型橡胶圈和反C型橡胶圈内部设有蓄能金属弹簧，外部用橡胶包裹；金属环组包括金属动环和金属静环；金属动环上端面和外侧壁分别贴于环形密封槽的上端面和外柱面，下端面和内侧壁分别与正C型橡胶圈和反C型橡胶圈相切；金属静环下端面和内侧壁分别贴于环形密封槽的下端面和内柱面，上端面和外侧壁分别与反C型橡胶圈和正C型橡胶圈相切；金属动环和金属静环分别固定于牙轮、牙掌轴颈根部。

技术领域

本发明涉及一种牙轮钻头用的密封结构。

背景技术

牙轮钻头是钻井过程中的一种重要的破岩工具，而轴承密封件是牙轮钻头的关键部件，主要起到防止轴承润滑脂向外泄漏和外部泥浆内侵磨损的作用。牙轮钻头的寿命很大程度上依赖于密封结构的寿命，特别是在井底高温高压、磨粒介质和冲击振动等工况下，轴承润滑密封系统往往因密封失效而导致钻头轴承磨损严重，从而影响钻井效率。

目前牙轮钻头的密封结构主要有橡胶密封结构、金属密封结构和橡胶-金属组合式密封结构。其中最常见的是O型圈密封结构和单金属密封结构。O型圈密封利用密封圈压缩变形来保证密封，结构简单，成本低，但使用寿命短，密封效果欠佳，而且容易产生黏附磨损，从而使得钻井泥浆进入密封面加剧密封磨粒磨损，导致密封过早失效。单金属密封主要有金属动环、静环及橡胶辅助支撑圈等组成，动、静环之间形成的动密封面使其具有更好的密封稳定性和更长的使用寿命，同时橡胶增能件可以在一定程度上吸收冲击振动，但总体来说，单金属密封结构复杂，成本较高，所占轴、径向空间较大，而且对外界泥浆、岩屑侵入的抵御程度和井底多变工况的适应性有待增强。

因此，非常有必要设计一种结构简单、稳定可靠，能适应井底复杂多变工况，而且能有效抵御泥浆、岩屑等侵入的牙轮钻头用密封结构。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述问题，提出一种结构简单、稳定可靠，能适应井底复杂多变工况，而且能有效抵御泥浆、岩屑等侵入的牙轮钻头用斜对称双C型自适应密封结构。

本发明所述的牙轮钻头用斜对称双C型自适应密封结构，其特征在于：包括环形密封槽、双C型橡胶圈组和金属环组。所述环形密封槽由牙轮与牙掌轴颈围成，包括上端面、下端面和内柱面、外柱面。

所述双C型橡胶圈组包括斜下端的正C型橡胶圈和斜上端的反C型橡胶圈，所述正C型橡胶圈和反C型橡胶圈以环形密封槽右上顶角和左下顶角的连线为对称轴对称布置，正C型橡胶圈和反C型橡胶圈背靠背设置，正C型橡胶圈和反C型橡胶圈的开口朝所述的对称轴反向设置。所述正C型橡胶圈的两个平端面分别与环形密封槽的下端面和外柱面接触，所述反C型橡胶圈的两个平端面分别与环形密封槽的上端面和内柱面接触，所述正C型橡胶圈和反C型橡胶圈内部为蓄能金属弹簧，外部用橡胶包裹。

所述金属环组包括金属动环和金属静环。所述金属动环呈“匚”形，所述金属动环上端面和外侧壁分别贴于环形密封槽的上端面和外柱面，下端面和内侧壁分别与正C型橡胶圈和反C型橡胶圈相切，金属动环的开口朝向外柱面。所述金属静环呈反向“匚”形，所述金属静环下端面和内侧壁分别贴于环形密封槽的下端面和内柱面，上端面和外侧壁分别与反C型橡胶圈和正C型橡胶圈相切，金属静环的开口朝向内柱面。所述金属动环和金属静环分别通过销钉固定于牙轮、牙掌轴颈根部或通过过盈配合固定于牙轮、牙掌轴颈根部。

所述金属动环内侧壁设有动环稳压孔，所述动环稳压孔位于金属动环与反C型橡胶圈切点的上方，连通金属动环的动环稳压腔和反C型橡胶圈、金属动环和上端面围成的三角形区域。所述金属动环下部设有动环调压孔，所述动环调压孔位于金属动环与正C型橡胶圈切点的外侧，连通动环稳压腔和正C型橡胶圈、金属动环和外柱面围成的三角形区域。所述动环调压孔直径小于动环稳压孔直径。