[发明专利]一种垂直式高速牙轮钻头轴承螺旋密封试验装置

说明书

本发明公开了一种垂直式高速牙轮钻头轴承螺旋密封试验装置，包括上固定板、液体筒、牙轮、螺旋轴套、轴和下固定板，螺旋轴套与牙轮螺纹连接，牙轮和螺旋轴套均套装于轴的外径上，螺旋轴套的内表面上设置密封螺纹，密封螺纹与轴之间存在间隙，牙轮与轴之间形成密封的第一空腔，轴上设置第一通孔，第一通孔与第一空腔相连通，牙轮、螺旋轴套、和轴均设置于液体筒的内部，上固定板、下固定板分别与液体筒的上下两端连接形成第二空腔，第二空腔与第一空腔相连通。本发明的试验装置，模拟牙轮钻头轴承螺旋密封结构，牙轮带动螺旋轴套旋转，通过测量含砂介质排出时间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

本发明涉及牙轮钻头领域，特别是涉及一种垂直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普通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垂直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，对牙轮钻头密封效果进行可靠试验，确保牙轮钻头螺旋密封在实际生产中顺利发挥作用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种垂直式高速牙轮钻头轴承螺旋密封试验装置，包括上固定板、液体筒、牙轮、螺旋轴套、轴和下固定板，所述螺旋轴套与所述牙轮螺纹连接，所述牙轮和所述螺旋轴套均套装于所述轴上，所述螺旋轴套的内表面上设置密封螺纹，所述密封螺纹与所述轴之间存在间隙，所述牙轮与所述轴之间形成密封的第一空腔，所述轴上设置第一通孔，所述第一通孔与所述第一空腔相连通，所述牙轮、所述螺旋轴套、和所述轴均设置于所述液体筒的内部，所述上固定板、所述下固定板分别与所述液体筒的上下两端连接形成第二空腔，所述第二空腔与所述第一空腔相连通。

优选地，所述轴上还设置第二通孔、第三通孔，所述第二通孔和所述第三通孔均与所述第二空腔相连通，所述第二通孔与所述第三通孔通过管路相连通。

优选地，所述第一通孔与所述轴同轴设置，所述第二通孔与所述第三通孔相对于所述轴的轴线对称布置。

优选地，所述第二通孔的轴线与所述第三通孔的轴线之间的距离不大于所述牙轮的内径。