[发明专利]一种轴承密封结构

说明书

本发明涉及一种石油、地质钻井用牙轮钻头的轴承密封，也可用于其它类似机械或工具的轴承密封。

由于牙轮钻头的轴承空间有限，所以在美国专利U.S.Pat.No3,397,928率先将O形橡胶圈用作牙轮钻头的轴承径向密封件后，O形橡胶圈密封因其结构简单、性能可靠一直沿用至今。通常，牙轮钻头因工作温度高而将轴承间隙设计较大(一般为0.08～0.23mm)，然而，大的轴承间隙却给O形橡胶圈径向密封方式带来了不利的影响。因为牙轮承载后的偏心旋转，要求O形橡胶圈有较大的变形挤压量，而大的变形挤压量又会导致其滑动摩擦热的增加，高温下造成O形圈的永久变形。因此，目前采用O形橡胶圈密封的钻头不能适应高转速，而且工作寿命短。多年来，人们对牙轮钻头的橡胶圈密封结构提出过许多改进方案，但效果部不十分理想。例如，美国专利U.S.Pat.No.4,623,028采用一个较软的静态O形橡胶圈、一个较硬的动态O形橡胶圈和一个刚性保持圈组成密封件总成。较硬的动态O形橡胶圈选用较小的变形挤压量，而较软的且变形挤压量较大的静态O形圈起补偿牙轮旋转偏心的作用，从而提高其高速旋转的适应性。但由于该方案结构复杂，占用空间较大，所以限制了它的应用成功。美国专利U.S.Pat.NO.4,428,687提出了一种浮动密封结构，它是在牙掌轴颈上开一密封槽，槽内放入一个开口的保持环，由密封槽边壁、保持环外径和牙轮轴承面组成的环形空间内放置一个O形橡胶圈，形成由径向密封和端面密封组成的密封结构。但是由于O形橡胶圈与密封槽边壁形成端面密封后，保持环外径面与密封槽底之间的密封浮动空腔充满空气而且是密闭的，在钻井过程中极高的钻井液压力将使该空腔内外出现很大的压力差。所以该专利的实际应用效果并不理想。

本专利的目的在于提供一种浮动密封结构，它能适应高转速的牙轮钻头轴承密封。在钻井过程中，密封浮动空腔能与钻井液压力自动保持平衡。结构简单、性能可靠。

本发明专利的目的是这样实现的：牙轮轴孔的口部有一个密封环槽，槽底有与外界(例如钻井液或者轴承润滑脂)相通的传压孔；槽中放有一个保持环，保持环外径比牙轮密封槽底径小；将一个O形橡胶圈置入由保持环内径面与牙轮密封槽边壁组成的环槽内。当牙掌轴颈组装进牙轮轴孔后，O形橡胶圈就会受到四面挤压，使O形橡胶圈与牙掌轴颈面形成径向密封、与牙轮密封槽边壁形成端面密封。由于O形橡胶圈与牙轮密封槽边壁之间的滑动摩擦力远小于橡胶圈所受的径向密封挤压力，所以当牙轮作偏心旋转时，橡胶密封圈和保持环将始终保持与牙掌轴颈基本上同轴，确保橡胶圈基本上不会出现在轴承受力边变形挤压过大、在轴承非受力边变形挤压过小的现象，从而可在设计时减小其变形挤压量，使其适应高速旋转。因为牙轮密封槽底有与外界相通的传压孔，所以保持环外径与密封槽底之间的浮动空腔中的压力将保持与该外界的压力保持平衡，确保密封的可靠性。当密封浮动空腔是与钻井液相通时，进入该腔中的钻井液还可起到冷却O形橡胶圈的作用，从而达到延长密封寿命的目的。

本发明与现有牙轮钻头轴承密封技术相比，具有以下优点：

1、O形橡胶密封圈变形挤压量小，滑动摩擦热小，所以适应高速旋转的能力强；

2、钻井液与O形橡胶圈的接触面积大，对O形橡胶圈的冷却效果好，所以密封寿命长；

3、结构简单，紧凑，加工成本低。

说明书附图

图1是采用本轴承密封结构专利的牙轮钻头局部剖面图；

图2至图7是牙轮钻头轴承密封部位局部放大图；

图2是本专利的第一种密封结构实例；

图3是本专利第一种密封结构在牙轮偏心时轴承受力边的状态；

图4是本专利的第二种密封结构实例；

图5是本专利第二种密封结构在牙轮偏心时轴承受力边的状态；

图6是本专利的第三种密封结构实例

图7是本专利第三种密封结构在牙轮偏心时轴承受力边的状态。

附图说明：

1、牙掌；2、牙掌轴颈；3、牙轮；4、钢球；5、润滑脂孔；6、O形密封圈；7、保持环；8、牙轮密封槽；9、传压孔；21、牙掌轴颈面；31、牙轮轴孔；32、牙轮轴孔口部；71、保持环外径面；72、保持环内径面；73、L形保持环内端面；74、L形保持环外端面；81、牙轮密封槽槽底；82、牙轮密封槽内边壁；83、牙轮密封槽外边壁；84、V形保持环的V形面

下面结合附图对本发明技术作进一步说明。