[发明专利]牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构

说明书

牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构，动密封环位于密封腔的顶部，过盈配合于牙轮内孔，随牙轮一起转动；密封腔由牙轮内孔和牙掌轴颈根部围成；动密封环和静密封环相对转动，端面互相配合，形成动密封面；静密封环上部的外柱面上设有外矩形凹槽，外矩形凹槽内嵌入外W型橡胶圈，外W型橡胶圈开口朝向密封腔的外柱面，外W型橡胶圈与静密封环和密封腔的外柱面紧密贴合，形成静密封面；静密封环底部嵌入内W异型橡胶圈的凹槽中；内W异型橡胶圈压缩嵌于静密封环与牙掌轴颈根部之间，与静密封环、密封腔的下端面和内柱面保持紧密贴合，形成静密封面；内W型橡胶结构开口朝向密封腔的内柱面；内W异型橡胶圈的凹槽上设有储油槽。

技术领域

本发明涉及一种牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构。

背景技术

金属密封是井下牙轮钻头中一种常见的旋转动密封件，相比传统O型圈橡胶密封，其具有耐高温、耐磨损、适用转速广等优势，被广泛使用在油气及矿石开采等相关行业。以单金属密封为例，密封结构由动密封环、静密封环、O形橡胶圈和橡胶支撑环组成。在牙轮钻头工作时，受密封系统内侧润滑脂和外侧泥浆液同时施压，O形橡胶圈和橡胶支撑环发生压缩变形，紧贴静环，组成静密封；同时动环与静环之间存在相对转动，在密封端面处形成油膜，组成动密封。然而，在井下高温、高压的多相流环境下，金属密封端面容易产生热力变形，加上牙轮钻头的高频振动使得金属密封处于长期不稳定的工作状态，同时周围泥浆液中的磨砺性颗粒不断侵入，金属密封端面磨粒磨损加剧，很快造成密封失效，进而影响钻头的工作效率和使用寿命。

因此，为克服现有金属密封结构在高温高压及磨砺性工况条件下工作寿命短、易发生密封失效以及抗振动能力弱的问题，需进一步设计一种新型金属密封结构，有效阻挡外部颗粒进入密封端面，维持金属密封稳定可靠运行，提高密封系统运行寿命。

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、耐磨性强、抗振动效果好的牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构。

本发明所述的牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构，其特征在于：

包括动密封环、静密封环、外W型橡胶圈和内W异型橡胶圈。所述动密封环位于密封腔的顶部，过盈配合于牙轮内孔，随牙轮一起转动。所述密封腔由牙轮内孔和牙掌轴颈根部围成，包括上端面、下端面、外柱面和内柱面。所述动密封环和静密封环相对转动，端面互相配合，形成动密封面。所述静密封环上部的外柱面上设有外矩形凹槽，所述外矩形凹槽内嵌入外W型橡胶圈，外W型橡胶圈开口朝向密封腔的外柱面，外W型橡胶圈与静密封环和密封腔的外柱面紧密贴合，形成静密封面。所述静密封环底部嵌入内W异型橡胶圈的凹槽中。所述内W异型橡胶圈包括上部的内W型橡胶结构与下部的凵型橡胶结构，压缩嵌于静密封环与牙掌轴颈根部之间，与静密封环、密封腔的下端面和内柱面保持紧密贴合，形成静密封面。所述内W型橡胶结构开口朝向密封腔的内柱面。所述内W异型橡胶圈的凹槽上设有储油槽。

优选地，所述储油槽在凹槽上间隔开设若干个。

本发明所述的牙轮钻头用双W型组合式金属密封结构的另一技术方案，其特征在于：

包括动密封环、静密封环、外W型橡胶圈、内W型橡胶圈和橡胶支撑环。所述动密封环位于密封腔的顶部，过盈配合于牙轮内孔，随牙轮一起转动。所述密封腔由牙轮内孔和牙掌轴颈根部围成，包括上端面、下端面、外柱面和内柱面。所述动密封环和静密封环相对转动，端面互相配合，形成动密封面。所述静密封环上部的外柱面和内柱面上分别设有外矩形凹槽、内矩形凹槽，底部端面设有下矩形凹槽。所述外矩形凹槽内嵌入外W型橡胶圈，外W型橡胶圈开口朝向密封腔的外柱面，外W型橡胶圈与静密封环和密封腔的外柱面紧密贴合，形成静密封面。所述内矩形凹槽内嵌入内W型橡胶圈，内W型橡胶圈开口朝向密封腔的内柱面，内W型橡胶圈与静密封环和密封腔的内柱面紧密贴合，形成静密封面。所述橡胶支撑环上部设有内凹槽和外凹槽，橡胶支撑环底部嵌入牙掌轴颈根部的凹槽中，形成静密封面。所述静密封环底部嵌入橡胶支撑环的内凹槽和外凹槽内紧密贴合，形成静密封面。所述橡胶支撑环的内凹槽和外凹槽上设有储油槽。