[发明专利]一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构

说明书

技术领域

本发明涉及适用于石油钻井、地质勘探的一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构，属于牙轮 钻头轴承密封领域。

背景技术

牙轮钻头是钻井工程中最主要的破岩工具，牙轮钻头的使用寿命取决于轴承密封的寿命。牙 轮钻头密封系统工作环境非常恶劣，包括：较小的密封空间、高磨砺性的密封介质、腐蚀性 的钻井液、高温、高压、振动等。现有密封寿命较短，密封失效严重导致钻井成本增加、钻 井效率大大降低。牙轮钻头密封问题已成为制约牙轮钻头使用及发展的重要的技术瓶颈，是 迫切需要解决的技术问题。

目前，牙轮钻头常用的密封型式为O型橡胶圈、金属浮动密封。牙轮钻头密封系统存在的主 要问题是：O型橡胶圈的接触面积较大，加之井底的高温、高压，使得橡胶圈的摩擦力及摩 擦热加大，橡胶圈老化、磨损加剧，橡胶材料变硬变脆，失去弹性，从而加剧了密封的失效； 密封腔的空间较小很难实现多级密封，单级密封的可靠性较差，一但密封失效，整个密封就 失效；金属浮动密封的主密封面是金属密封面，金属密封面磨损后不具有自动补偿功能，就 失去了密封作用。

发明内容

本发明的目的是克服现有牙轮钻头轴承密封系统接触面积大、单级密封性能差、金属密封面 磨损后不能自动补偿的问题，特提供一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：本发明一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构， 由牙轮、轴承、Z型密封圈、一对O型橡胶圈组成，位于牙轮和轴承组成的密封腔内；所述 Z型密封圈为主密封，主要起径向多级密封作用，在Z型密封圈与轴承、Z型密封圈与牙轮 的径向接触处均布仿生蚯蚓型的凸起和凹槽，凸起和凹槽的结构为圆弧形，有效减小了Z型 密封圈的接触面积，减小了摩擦力及摩擦热；Z型密封圈的多个仿生蚯蚓型凸起结构可实现 多级密封，提高了密封的可靠性；Z型密封圈的凹槽内可储存润滑脂，具有较好的润滑性能； 所述一对O型橡胶圈为辅助密封，分别位于Z型密封圈与牙轮、Z型密封圈与轴承的轴向接 触处，主要起轴向密封的作用，通过O型橡胶圈的压缩为Z型密封圈提供密封力，使Z型密 封圈与轴承、Z型密封圈与牙轮紧密贴合，使Z型密封圈更好的起到密封作用；O型橡胶圈 的设置减小了Z型密封圈的振动，提高了密封的稳定性。

本发明的优点：1、牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构采用仿生蚯蚓型的Z型密封圈和O型 橡胶圈复合密封型式。Z型密封圈为主密封，起径向密封作用，O型橡胶圈为辅助密封，起 轴向密封作用；2、Z型密封圈具有多个仿生蚯蚓型的凸起和凹槽，接触面积较小，大大减小 了摩擦力与摩擦热；3、Z型密封圈的多个凸起结构可实现多级密封，提高了密封的可靠性； 4、Z型密封圈多个仿生蚯蚓型的凹槽，可储存润滑脂，具有较好的润滑作用；5、牙轮钻头 仿生蚯蚓型复合密封结构具有自动补偿功能，通过O型橡胶圈的不断压缩，Z型密封圈可起 到较好的密封作用；6、O型橡胶圈的设置减小了Z型密封圈的振动，提高了密封的稳定性。

附图说明

图1是本发明一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构图。

图2是图1A处结构的放大图。

图中：1.牙爪,2.牙轮,3.钢球,4.塞销,5.轴承,6.Z型密封圈,7.O型橡胶圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：牙爪1及牙轮2分别通过牙轮内孔套接在轴承5上，钢球3从塞销孔放入轴 承后将塞销4焊接固定，通过钢球3将牙轮2保持在轴承5上。牙轮2内孔和轴承5之间装 有Z型密封圈6、一对O型橡胶圈7。

如图2所示：本发明一种牙轮钻头仿生蚯蚓型复合密封结构，由牙轮2、轴承5、Z型密封圈 6、一对O型橡胶圈7组成，位于牙轮2和轴承5组成的密封腔内；所述Z型密封圈6为主 密封，主要起径向多级密封作用，在Z型密封圈6与轴承5、Z型密封圈6与牙轮2的径向 接触处均布仿生蚯蚓型的凸起和凹槽，凸起和凹槽的结构为圆弧形，有效减小了Z型密封圈 6的接触面积，减小了摩擦力及摩擦热；Z型密封圈6的多个仿生蚯蚓型凸起结构可实现多级 密封，提高了密封的可靠性；Z型密封圈6的凹槽内可储存润滑脂，具有较好的润滑性能； 所述一对O型橡胶圈7为辅助密封，分别位于Z型密封圈6与牙轮2、Z型密封圈6与轴承 5的轴向接触处，主要起轴向密封的作用，通过O型橡胶圈7的压缩为Z型密封圈6提供密 封力，使Z型密封圈6与轴承5、Z型密封圈6与牙轮2紧密贴合，使Z型密封圈6更好的 起到密封作用；O型橡胶圈7的设置减小了Z型密封圈6的振动，提高了密封的稳定性。