[实用新型]牙轮钻头金属浮动密封装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种牙轮钻头金属密封装置，尤其是用于石油、天然气、矿山、水井及地质钻探用的牙轮钻头轴承部位密封的牙轮钻头金属浮动密封装置。

背景技术

金属浮动密封是一种具有良好的耐高温、耐磨性能的密封结构，广泛应用于石油、矿山、等领域的恶劣工况场合，其作用是防止密封腔内的润滑油泄漏，阻止外部杂质的侵入，保证被密封的机件(如轴承等)在良好的环境条件下工作，以延长使用周期。早期使用的浮动密封为双O型橡胶圈结构，即采用两个硬度很高的金属端面密封环和两个O型橡胶密封圈构成密封装置，结构对称，两个密封环一个旋转一个静止，靠接触面的轴向压力压紧形成端面密封，该密封结构称为双金属浮动密封。由于牙轮钻头在井下工作时，转速要求较高，钻头轴承密封系统空间小，还要承受重载及振动，双金属密封结构中的一只橡胶圈也要高速旋转，就使轴承和密封元件的摩擦磨损加剧，降低了工作寿命，因此双金属密封存在密封结构较复杂、密封结构轴向尺寸较大、泥浆易侵入导致密封圈受腐蚀等不足。为了克服双金属密封的缺点，出现了单金属密封结构，这种密封结构减少了一只需要旋转的橡胶圈，有助于提高密封性能和钻头使用的可靠性，同时减小了轴向尺寸，使牙轮钻头的滑动轴承有更大的承载面积。

在中国专利CN1069557A中提出了单金属密封结构，但是其O型密封圈仍然易受泥浆腐蚀，致使O型密封圈不能长时间保持足够的弹性力。另外，与密封环贴合的牙轮内孔台肩面要成为高精度的密封面加工难度大，且耐磨性也不好。另一件中国专利CN2099225U对上述专利结构作了改进，在内孔台肩上装了一个全接触的密封垫，但需要在内孔台肩面上加工放置密封垫的凹槽，虽然节省了密封结构轴向尺寸，但同样加工难度大、不能满足高精度的配合要求。在中国专利CN200982158提出的技术，虽然通过增加辅助密封垫和牙轮内孔压入环，解决了牙轮内孔台肩面的加工和耐磨问题，提高了密封的可靠性，但是仍然需要加工牙掌轴颈上的容纳O型密封圈的斜面，加工难度大、装配精度高的缺点依然存在，而且辅助密封垫和O型圈的匹配也是个问题。美国专利US7,413,037中提出的技术，仅仅对辅助密封垫牙轮内孔压入环的结构做了优化，但是还是存在牙掌轴颈加工难度大、O型橡胶圈容易磨损，辅助密封垫和O型圈的不易匹配的问题。

发明内容

根据背景技术所述，本实用新型的目的是针对上述现有金属浮动密封存在的不足，采用一个异型橡胶密封圈代替橡胶O型圈和支撑橡胶圈的方式，设计了一种牙轮钻头金属浮动密封装置。

为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种牙轮钻头金属浮动密封装置，主要由动密封环(1)、静密封环(2)和异型橡胶密封圈(3)组成，其中：动密封环(1)所处的牙轮(4)内孔的外端部位与牙掌轴颈(5)根部构成密封腔(6)，由动密封环(1)、静密封环(2)和异型橡胶密封圈(3)组成的金属浮动密封装置安装在密封腔(6)内，动密封环(1)与牙轮(4)的内孔(11)过盈配合，动密封环(1)的另一端面与牙轮(4)内孔台肩接触，动密封环(1)随牙轮(4)一起转动，动密封环(1)、静密封环(2)的端面相配合，构成相对转动的密封面，异型橡胶密封圈(3)被静密封环(2)压缩于牙掌轴颈(5)上。

所述的牙掌轴颈(5)和静密封环(2)的内锥面之间装有异型橡胶密封圈(3)，异型橡胶密封圈(3)的密封面包括端面(31)、锥面(32)和外圆面(33)，在锥面(32)上有环状凸起(34)，异型橡胶密封圈(3)与静密封环(2)之间形成静密封面。

所述的异型橡胶密封圈(3)的锥面(32)，其轴截面倾斜的角度小于静密封环(2)的内锥面倾斜角度。

所述的牙掌轴颈(5)为圆柱形，牙掌根部有环形凹槽(51)，异型橡胶密封圈(3)嵌入在牙掌轴颈(5)根部的环形凹槽(51)内并紧套在牙掌轴颈(5)上。

所述的静密封环(2)的外圆面为阶梯状，静密封环(2)与动密封环(1)接触的端面外径要大于静密封环(2)另一个端面的外径。

所述的动密封环(1)与静密封环(2)由不锈钢、硬质合金、高速钢等材料制成，在动密封环(1)与静密封环(2)的端面上有硬陶瓷材料或金刚石类超硬材料涂层。

所述的异型橡胶密封圈(3)由橡胶等弹性材料制成。