一种使用磁流体和波纹管的高速转动钻杆密封结构制造技术

本发明专利技术公开一种使用磁流体和波纹管的高速转动钻杆密封结构,包括钻杆整体静密封结构与磁流体密封传动装置；其中，钻杆整体静密封结构中波纹管顶端通过波纹管上接头与钻杆固定；波纹管底端与波纹管下端接头相连；波纹管下端结构通过滑动轴承安装在钻杆.磁流体密封传动装置中，磁流体密封结构外筒套在波纹管下端接头上,上下两端分别通过滚动轴承与钻杆套筒相连；磁流体密封结构外筒与钻杆间还填充有磁流体密封结构；磁流体密封结构外筒与炉体端面间固定。本发明专利技术将钻杆的运动分解为两部分，波纹管随钻杆一起运动，使用静密封；磁流体密封装置静止，实现动密封，简化了密封的结构并提高了密封性能。

【技术实现步骤摘要】
一种使用磁流体和波纹管的高速转动钻杆密封结构
本专利技术属于空间资源探测
，涉及一种使用磁流体和波纹管的高速转动钻杆密封结构。
技术介绍
自从上世纪60年代前苏联开始尝试深空探测以来，外星球探测能力已经成为一个国家实力和科技水平的重要体现。美国和前苏联早在上世纪六七十年代已经成功实现月球土壤采样并返回，现如今，美国的“旅行者”1号已经飞出四万个地月距离，到达了太阳系的边缘；同时，日本的“隼鸟”号探测器成功的在小行星上采样并返回地球。我国的深空探测“嫦娥工程”才刚刚起步，根据我国的探月计划，月球探测工程分为“绕”、“落”、“回”三个战略阶段，目前正向第二个发展阶段迈进，探月二期要实现月球软着陆和月球车实地勘察，探月三期将要实现对月球样品的自动采集与返回。地球上的资源是有限的，外星球的资源如果能够加以开发，将会成为地球资源重要的储备和支撑，因此对外星球进行取样且分析其成分，对人类社会能源的可持续发展具有重大意义。钻取式采样器是深空探测采样中最常选用的采样器形式，钻取式的采样方式既可以采集松散的表层样品，也可以进行深层采样，经过特殊的设计还可以进行坚硬的岩石的采样，使得可以采集的样品种类较多。在钻取采样的过程中，钻杆需要高速转动。为了研究钻杆在钻进过程中的热特性，需要在地面上进行预先的实验。为了在地球上模拟外星球的高真空环境，需要将整个实验设备进行密封。钻机的驱动装置位于真空罐外，而需要在真空热环境中进行钻进试验，钻杆要进行旋转和往复运动，因此在钻杆与真空罐上端盖之间需要采用动密封方式。因此需要一种能够满足实验要求的密封结构。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种使用磁流体和波纹管的高速转动钻杆密封结构，包括钻杆整体静密封结构与磁流体密封传动装置；其中，钻杆整体静密封结构包括波纹管上端接头、波纹管与波纹管下端接头；磁流体密封传动装置包括上滚动轴承、下滚动轴承、磁流体密封结构外筒与磁流体密封结构。所述钻杆整体静密封结构中，波纹管上接头与钻杆间固定；波纹管套在钻杆上，顶端与与波纹管接头下端面固定；波纹管底端与波纹管下端接头相连。所述波纹管下端接头包括端盖、钻杆套筒以及上滑动轴承和下滑动轴承；端盖套在钻杆上，顶面与波纹管底端固定；钻杆套筒套在钻杆上，顶端与端盖间固定；钻杆套筒上下两端分别通过上滑动轴承与下滑动轴承与钻杆相连。磁流体密封传动装置中，磁流体密封结构外筒套在钻杆套筒上，上下两端分别通过上滚动轴承与下滚动轴承与钻杆套筒间相连；磁流体密封结构外筒与钻杆间还填充有磁流体密封结构，位于上滚动轴承与下滚动轴承间；磁流体密封结构外筒与炉体端面间固定。本专利技术的优点在于：1、本专利技术密封结构中，将钻杆的运动分解为两部分，波纹管随钻杆一起运动，使用静密封；磁流体密封装置静止，实现动密封；2、本专利技术密封结构中，钻杆在竖直运动过程中，会使波纹管发生压缩和拉伸，但是不会引起波纹管底部端盖和套筒的竖直方向的位置移动，这样可以使密封的效果更好；3、本专利技术密封结构中，使用了导向螺钉和导向槽配套的结构，既可以使钻杆的竖直运动沿着确定轨迹进行，又可以进一步约束套筒和钻杆的旋转运动，使之保持同步；4、本专利技术密封结构相比于其他密封方式而言，结构更加简洁，效果也更加出众。附图说明图1为本专利技术高速转动钻杆密封结构示意图。图中：1-钻杆整体静密封结构2-磁流体密封传动装置3-钻杆4-炉体端面101-波纹管上端接头102-波纹管103-波纹管下端接头201-上滚动轴承202-下滚动轴承203-轴承端盖204-磁流体密封结构外筒205-磁流体密封结构101a-波纹管接头101b-左半边钢圈101c-右半边钢圈101d-弹性垫圈103a-端盖103b-钻杆套筒103c-上滑动轴承103d-下滑动轴承103e-导向螺钉103f-导向槽具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术密封结构，包括钻杆整体静密封结构和磁流体密封传动装置，包括钻杆整体静密封结构1与磁流体密封传动装置2,如图1所示。其中，钻杆整体静密封结构1用来实现钻杆3竖直运动的密封，包括波纹管上端接头101、波纹管102与波纹管下端接头103。磁流体密封传动装置2用来实现钻杆3旋转运动的密封，包括上滚动轴承201、下滚动轴承202、轴承端盖203、磁流体密封结构外筒204与磁流体密封结构205。所述钻杆整体静密封结构1在实际工作过程中都随着钻杆3进行运动，所使用的密封方式均为静密封的方式。钻杆整体静密封结构1中，波纹管上端接头101包括波纹管接头101a、左半边钢圈101b、右半边钢圈101c与弹性垫圈101d。其中，波纹管接头101a套在钻杆3上，与钻杆3外壁间通过紧配合固定。波纹管接头101a与钻杆3外壁间设置有橡胶密封圈，实现两者间的密封。左半环钢圈101b与右半环钢圈101c间构成整体环形钢圈，套在钻杆3上，且均卡在钻杆3外壁周向上设计的环槽A内，通过环槽A实现钢圈下端面的定位。钢圈的上端面通过弹性卡圈101d实现定位，具体为：将钢圈设置于波纹管接头101a顶面周向开设的定位凹槽内，且与定位凹槽底面贴合；弹性卡圈101d套在钻杆3上，且设置在定位凹槽内，底面与左半环钢圈101b与右半环钢圈101c贴合，周向上与定位凹槽内壁周向上开设的环槽B配合嵌入；由此通过弹性卡圈101d与环槽A实现钢圈的定位，防止钢圈的轴向窜动。上述钢圈与波纹管接头101a间为紧配合固定，同时使钢圈与钻杆3间为过盈配合固定。为了更好地实现钢圈与波纹管接头101a间的配合效果，可以使用工业胶水将钢圈与波纹管接头101a进一步固定，这样在钻杆3旋转的时候，可以保证波纹管上端接头101a可与钻杆3同步旋转。所述波纹管102套在钻杆3上，波纹管102内壁与钻杆3外壁间周向具有间隙。波纹管102顶端与波纹管接头101a下端面焊接固定；波纹管102底端与波纹管下端接头相连。实际当中，由于钻杆3长度较长，因此波纹管102可采用多段同轴焊接形成，这样使波纹管上端接头101的成本降低。所述波纹管下端接头103包括端盖103a、钻杆套筒103b以及上滑动轴承103c和下滑动轴承103d。其中，端盖103a套在钻杆3上与钻杆3间存在间隙；端盖103a顶面与波纹管102底端焊接固定。钻杆套筒103b套在钻杆3上，顶端与端盖103a间通过紧固螺钉固定，且通过设置橡胶密封圈实现钻杆套筒103b与端盖103a间的密封。为了防止紧固螺钉松动，在紧固螺钉与端盖103a间设置有弹性垫圈。钻杆套筒103b上下两端分别通过上滑动轴承103c与下滑动轴承103d与钻杆3相连，通过两个滑动轴承，减小在钻杆3在竖直运动过程中，钻杆3与钻杆套筒103b间产生的摩擦力，提高机械效率。钻杆套筒103b底端壁面上固定安装有导向螺钉103e，同时在钻杆3壁面上相应位置沿钻杆3轴向铣出一个导向槽103f，使导向螺钉103e位于导向槽103f内，可沿导向槽103f运动；由此通过导向螺钉103e与导向槽103f间的配合，可使钻杆3的竖直运动沿着确定轨迹进行，又可以进一步约束钻杆套筒103b和钻杆3间的旋转运动，使钻杆套筒103b与钻杆3间保持同步。磁流体密封传动装置2中，磁流体密封结构外筒204套在钻杆套筒103b上，上下两端分别通过上滚动轴承本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用磁流体和波纹管的高速转动钻杆密封结构，其特征在于：包括钻杆整体静密封结构与磁流体密封传动装置；其中，钻杆整体静密封结构包括波纹管上端接头、波纹管与波纹管下端接头；磁流体密封传动装置包括上滚动轴承、下滚动轴承、磁流体密封结构外筒与磁流体密封结构；所述钻杆整体静密封结构中，波纹管上接头与钻杆间固定；波纹管套在钻杆上，顶端与与波纹管接头下端面固定；波纹管底端与波纹管下端接头相连；所述波纹管下端接头包括端盖、钻杆套筒以及上滑动轴承和下滑动轴承；端盖套在钻杆上，顶面与波纹管底端固定；钻杆套筒套在钻杆上，顶端与端盖间固定；钻杆套筒上下两端分别通过上滑动轴承与下滑动轴承与钻杆相连。磁流体密封传动装置中，磁流体密封结构外筒套在钻杆套筒上，上下两端分别通过上滚动轴承与下滚动轴承与钻杆套筒间相连；磁流体密封结构外筒与钻杆间还填充有磁流体密封结构，位于上滚动轴承与下滚动轴承间；磁流体密封结构外筒与炉体端面间固定。

【技术特征摘要】
1.一种使用磁流体和波纹管的高速转动钻杆密封结构，其特征在于：包括钻杆整体静密封结构与磁流体密封传动装置；其中，钻杆整体静密封结构包括波纹管上端接头、波纹管与波纹管下端接头；磁流体密封传动装置包括上滚动轴承、下滚动轴承、磁流体密封结构外筒与磁流体密封结构；所述钻杆整体静密封结构中，所述波纹管上端接头包括波纹管接头、左半环钢圈、右半环钢圈与弹性卡圈；其中，波纹管接头固定套在钻杆上；左半环钢圈与右半环钢圈间构成整体环形钢圈，套在钻杆上，且均卡在钻杆外壁周向上设计的环槽A内；钢圈的上端面通过弹性卡圈实现定位，具体为：将钢圈设置于波纹管接头顶面周向开设的定位凹槽内，且与定位凹槽底面贴合；弹性卡圈套在钻杆上，且设置在定位凹槽内，底面与左半环钢圈与右半环钢圈贴合，周向上与定位凹槽内壁周向上开设的环槽B配合嵌入；波纹管上端接头与钻杆间固定；波纹管套在钻杆上，波纹管内壁与钻杆外壁间周向具有间隙；波纹管的顶端与波纹管接头下端面固定；波纹管采用多段同轴焊接形成，波纹管底端与波纹管下端接头相连；所述波纹管下端接头包括端盖、钻杆套筒以及上滑动轴承和下滑动轴承；端盖套在钻杆上，顶面与波纹管底端固定；钻杆套筒套在钻杆上，顶端与端盖间固定，且通过设置橡胶密封圈实现密封；钻杆套筒上下...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁希仑，张沛，李京霖，张武翔，徐坤，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11