[实用新型]单O形橡胶圈浮动金属环组合密封高速轴承的牙轮钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油地质钻井用单O形橡胶圈浮动金属环组合密封高速轴承的牙轮钻头，特别是单橡胶圈浮动金属环组合密封高速全浮动套滑动轴承和高速滚动浮动套滑动轴承，优化设计布齿和新齿型提高破岩效率和钻头保径，提高钻头工作稳定性，采用加长喷管水力喷系统强化清洗井底岩屑，能在高转速高钻压条件下提高钻头工作指标和降低钻井成本。

背景技术

本实用新型目的是改进现有技术推出新一代单O形橡胶圈浮动金属环组合密封高速轴承的牙轮钻头，查阅有关专利文献资料，提供现有技术的背景和现状。

1，关于单O形橡胶圈金属环组合密封问题。采用O形橡胶圈金属环组合密封牙轮钻头轴承是最先进的现有技术，美国休斯工具公司在这个领域里居领先地位，美国休斯司公专利US4923020和US4753304及休斯公司的牙轮钻头产品目录都详细介绍了双O形橡胶圈金属环组合和单O形橡胶圈金属组环合密封牙轮钻头轴承的现有技术：轴O形圈推动轴金属环使其的端面与方向相反的轮O形圈推动轮金属环的端面贴紧实现两个金属环间旋转端面密封，称为双O形橡胶圈金属环组合密封；单O形橡胶圈金属环组合密封是一个轴O形圈被轴金属环的内侧20°斜面压缩在轴颈根部凹槽的20°斜面之间，产生的轴向反力推动轴金属环使其下端面贴紧牙轮内孔镶套的外端面实现两个金属件端面间的旋转端面密封，为防止泥浆侵入在轴颈根部凹槽平面与轴金属环上端面间增设辅助橡胶垫圈，被压缩的垫圈又与O形圈内端面实现密封。查阅中国专利CN200620027466.1是天津立林钻头有限公司的实用新型专利，该专利是对休斯专利技术的一项改进，用镶环代替镶套，其它结构相似，以上是单O形圈金属环组合密封的现有技术。该组合密封的牙轮钻头适用转速范围是80-350r/min。现有技术主要缺点是密封的可靠性差，被压缩的O形圈只有轴向密封能力，随着两个直接接触的密封面不断磨损和轴向压缩量的逐渐减小，降低了密封的可靠性。

2，关于高速轴承问题。休斯公司单橡胶圈金属环组合密封的是用钢球锁紧牙轮的普通滑动轴承，它是由大轴滑动轴承，大轴端面的止推滑动轴承，小轴滑动轴承和它端面的止推滑动轴承等四个滑动轴承和一个钢球滚动轴承组成，每个滑动轴承都是由一对直接接触的摩擦副组成，钻头工作时牙轮绕牙掌轴颈转动，在高转速和钻压下每一对摩擦副工作面都要产生较大的摩擦热，其中牙轮工作面容易被拉伤，为了提高每一对摩擦副工作面都要产生较大的摩擦热，其中牙轮工作面容易被拉伤，为了提高轴承寿命休斯公司采用很多措施，在轴颈各工作面焊高碳钴铬钨耐磨合金，在牙轮内孔工作面焊条状的银锰合金减磨材料和刷镀银，提高它们的抗咬合能力。但是这种摩擦副直接接触的滑动轴承不适应在更高转速下工作，人们普遍认为应把这对摩擦副用铜合金套或垫圈隔开，使每个轴承的摩擦副变成两组，轴与浮动套内径接触的主摩擦副之间摩擦力增大时浮动套外径与牙轮孔接触的副摩擦副开始工作，如果产生的摩擦力大于主摩擦副之间的摩擦力时主摩擦副又开始工作，这样两组摩擦副不间断的反复交替工作，使摩擦副互相拉伤的可能性降低50％，也就是适应高转数和钻压能力提高一倍，满足强化钻井的需要。美国瑞德工具公司生产的牙轮钻头都是浮动套轴承钻头，有几十年历史，特点是锁紧牙轮是固定在内孔上三瓣螺纹挡圈的滑动轴承，其它轴承都是浮动套滑动轴承，密封是用矩形橡胶圈，内径是带网纹的圆弧形，轴承内钻头脂能润滑轴颈密封面但泥浆不会进入轴承，这种密封圈密封的浮动滑动轴承也适合在高转速高钻压条件下工作，这种钻头称为螺纹挡圈锁紧牙轮的橡胶密封浮动套滑动轴承牙轮钻头，其它一些公司生产的同类钻头都是用钢球锁紧牙轮的。还有一种高速轴承，它的大轴是滚柱滚动轴承，滚柱装在牙轮槽中，锁紧牙轮的是钢球滚动轴承，大轴端面和小轴端面都是浮动垫圈止推滑动轴承，小轴是浮动套滑动轴承，该钻头称为橡胶密封滚动浮动套滑动轴承牙轮钻头，美国休斯公司用双O形橡胶圈金属环组合密封滚动轴承牙轮钻头。以上两种高速轴承牙轮钻头适用于转速80-350r/min的高转速低钻压井底动力钻具使用。中国专利CN96243892.8提出锁紧牙轮用钢丝挡圈是浮动滑动轴承，能可靠锁紧牙轮。