[发明专利]一种牙轮钻头搭接可滑移嵌套密封结构

说明书

本发明公开了一种牙轮钻头搭接可滑移嵌套密封结构，包括密封槽、搭接U型金属环组和O型橡胶圈组；搭接U型金属环组包括上U型金属环和下U型金属环，上U型金属环外侧面与外柱面、上端面和内柱面接触，开口斜向下布置；下U型金属环外侧面与内柱面、下端面和外柱面接触，开口斜向上布置；上U型金属环和下U型金属环通过下波形锥面和上波形锥面上下搭接形成S型，内嵌于所述密封槽内；上O型橡胶圈紧密嵌套于上U型金属环内，下O型橡胶圈紧密嵌套于下U型金属环内。本发明金属环组内嵌橡胶支撑体并斜向搭接的方式可灵活应对钻头振动引起的轴向和径向密封空间的变化，大大强化动态密封效果，降低高频振动下金属环组疲劳破坏的可能性。

技术领域

本发明属于牙轮钻头密封技术领域，具体涉及一种牙轮钻头搭接可滑移嵌套密封结构。

背景技术

牙轮钻头是广泛应用于石油钻采、矿采工程等领域的一种破岩工具。随着井下环境愈加恶劣复杂，轴承及其密封系统失效成为牙轮钻头最主要损坏的形式之一。经研究发现，该失效与高温高压的地层环境、钻头的频繁振动以及外部钻井液、岩屑颗粒等侵入轴承腔有关。所以，设计合理可靠的轴承密封结构是保障牙轮钻头长时间稳定运行的关键。

目前最常用的牙轮钻头密封结构主要有橡胶弹性体密封和金属端面密封。橡胶弹性体密封因弹塑性变形能力良好、价格低廉、制造简单等优点常被用作牙轮钻头密封，其通过一定的压缩变形贴合腔壁来实现轴承腔的密封。但单一的橡胶密封往往受高温高压及稠密颗粒流环境影响出现性能劣化及严重磨粒磨损，造成提早失效。金属端面密封则成本较高，抗冲击和摆动能力有待加强，同时金属密封环端面受地层压力、温度和摩擦热等作用产生端面变形，导致外部研磨性强的泥浆极易侵入端面间隙，并在动环的旋转作用下逐渐内移进入轴承腔，造成密封环端面磨损和轴承损坏，进而影响牙轮钻头的可靠性。

综上可知，牙轮钻头密封面临着变温变压的钻井地层环境以及钻头长时间随机振动的复杂工况，需要能够有效减少内部润滑油的泄漏并抵御外部钻井泥浆砂粒的侵入。

因此，如何提供一种抗振效果好、能够吸纳储砂、灵活适应密封空间变化、结构合理的牙轮钻头密封结构，使得钻头轴承密封系统更加可靠、寿命更长，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

为克服现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种牙轮钻头搭接可滑移嵌套密封结构，本发明采用搭接U型金属环组和O型橡胶圈组搭接组合的形式，在密封槽内形成多重自适应密封，在钻井高频振动状态下两个U型金属环之间的波形锥面可以自由斜向滑动、移槽卡搭，内嵌O型橡胶圈即时变形并紧密贴合于金属环和密封槽，灵活应对轴向和径向密封空间的变化，大大强化动态密封效果，延长钻头使用寿命。

本发明采用的技术方案是：

一种牙轮钻头搭接可滑移嵌套密封结构，其特征在于，包括密封槽、搭接U型金属环组和O型橡胶圈组；所述密封槽由牙轮和牙掌轴颈围成，包括上端面、下端面和内柱面、外柱面；

所述搭接U型金属环组包括上U型金属环和下U型金属环，所述上U型金属环和下U型金属环内、外侧表面均呈波形；所述上U型金属环外侧面与外柱面、上端面和内柱面接触，开口斜向下布置，下部开口端内侧为下波形锥面；所述下U型金属环外侧面与内柱面、下端面和外柱面接触，开口斜向上布置，上部开口端内侧为上波形锥面；所述上U型金属环的开口和所述下U型金属环的开口设置方向相反；所述上U型金属环和下U型金属环通过下波形锥面和上波形锥面上下搭接形成S型，内嵌于所述密封槽内；所述下波形锥面和上波形锥面之间形成搭接间隙；

所述O型橡胶圈组包括上O型橡胶圈和下O型橡胶圈；所述上O型橡胶圈紧密嵌套于上U型金属环内，与外柱面接触，所述上O型橡胶圈与上U型金属环内侧波形面围成若干个第一储砂凹槽；所述下O型橡胶圈紧密嵌套于下U型金属环内，与内柱面接触，所述下O型橡胶圈与下U型金属环内侧波形面围成若干个第二储砂凹槽；

所述下波形锥面开设有第一导砂孔，所述上波形锥面开设有第二导砂孔。