单金属密封系统和浮动轴承系统结合的牙轮钻头轴承总成技术方案

本实用新型专利技术涉及一种用于石油钻探、采矿行业的单金属密封系统和浮动轴承系统结合的牙轮钻头轴承总成，在牙爪轴的根部和牙轮孔外端口之间安装了镶入牙轮内孔的密封动环、O形密封圈及单金属密封静环构成单金属密封系统。被压缩的O形密封圈与牙爪轴的根部曲面及单金属密封静环内侧表面贴合形成两个静密封面，单金属密封静环的大端平面与密封动环的外端面贴合形成动密封面，防止钻井液进入轴承腔内；在牙爪轴与牙轮孔之间安装由减磨材制成的大浮动套、小浮动套及止推垫构成浮动轴承系统。本实用新型专利技术特点是：金属面配对的动密封面强度高，耐高温，高转速，提高了轴承的承载能力，浮动轴承系统降低了轴承的摩擦速度及摩擦热，轴承寿命长。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于一种采矿及石油钻探用牙轮钻头轴承总成，特别涉及一种单金属S封系统和浮动轴承系统结合的牙轮钻头轴承总成。
技术介绍
随着钻井技术的发展以及钻井深度的增加，特别是复合钻井技术的应用，对主要钻井工具-牙轮钻头的使用寿命及钻井效率的要求越来越高，尤其是钻头轴承及密封能否适应高转速钻井的要求是关键。目前普遍使用的、传统的橡胶密封钻头因橡胶密封圈直接与牙爪轴高速旋转摩擦升温快，易过早损坏造成密封失效。而孔、轴直接接触组成的牙轮钻头普通轴承因孔、轴直接摩擦，在井下高压、高转速作用下摩擦面升温快，使轴承腔内润滑油失效，因此无法满足高速钻井及钻深井的钻井要求，双金属密封虽可满足密封方面的要求，但由于两个金属密封环占用轴承的轴向空间较大，缩短了轴承的有效接触长度，降低了轴承的承载能力。
技术实现思路
为了克服上述橡胶密封普通轴承钻头和双金属密封钻头的不足，本技术提供了一种单金属密封系统和浮动轴承系统结合的牙轮钻头轴承总成，它是在爪牙轴的根部和牙轮孔外端口之间安装了镶入牙轮内孔并与牙轮一起转动的密封动环、O形密封圈及单金属密封静环，包括牙爪轴的根部曲面构成单金属密封系统，形成了两个静密封面和一个由金属面配对的动密封面；在牙爪轴与牙轮孔之间安装了由减磨材料制成的大浮动套、小浮动套、止推垫构成浮动轴承系统，使轴承的摩擦面增加了一倍，从而降低了每个摩擦面的摩擦热。该技术具有双金属密封摩擦系数小，耐高温、高转速的优点，克服了双金属密封占用轴向空间大、轴承承载能力低及橡胶密封和普通轴承不耐高压、高转速的缺点。技术的技术方案:1、牙轮装在牙爪轴上，可绕牙爪牙轴转动，在爪牙轴的根部和牙轮孔外端口之间安装了镶入牙轮内孔并与牙轮一起转动的密封动环、单金属密封静环、O形密封圈，包括牙爪轴的根部曲面构成单金属密封系统，O形密封圈被单金属密封静环内侧表面压缩于牙爪轴的根部曲面上，形成两个静密封面，O形密封圈被压缩后产生的变形弹力使单金属密封静环的大端平面与密封动环的外端面紧贴在一起，形成动密封面，防止钻井液进入轴承腔内。2、在牙爪轴与牙轮孔之间安装了大浮动套、小浮动套、止推垫，包括牙爪轴的大轴、小轴、轴止推面及牙轮大孔、牙轮小孔、孔止推面构成浮动轴承系统。大浮动套的内、夕卜表面分别与牙爪轴的大轴、牙轮大孔配合形成两个圆柱滑动摩擦面，小浮动套的内、外表面分别与牙爪轴的小轴和牙轮小孔配合形成另外两个圆柱滑动摩擦面，止推垫的两个平面分别与牙爪轴的轴止推面和牙轮的孔止推面配合形成两个平面滑动的摩擦面。大浮动套、小浮动套及止推垫均处于浮动状态，其转动速度为零至牙轮的转动速度之间。所述牙爪轴的根部曲面为倾斜曲面，其倾斜角b为30° 40°。所述单金属密封静环和密封动环是由马氏体不锈钢、高速钢、硬质合金、金属陶瓷等材料制成.所述O形密封圈是由丁氰橡胶、氟橡胶等弹性材料制成。所述大浮动套，小浮动套及止推垫是由铍青铜、锡青铜或锌合金等减磨材料制成。所述大浮动套、小浮动套为柱状圆环体，所述止推垫为片状圆环体。所述单金属密封静环的大端有一平面和一斜面，其斜面倾斜角c大于5° 8°。所述单金属密封静环内侧表面为由两个圆弧凹面和一个圆弧凸面组成的倾斜曲面，其倾斜角a大于30° 40°。本技术的特点是:1、动密封面为金属配对面，比橡胶密封耐高温、高转速，摩擦系数小，寿命长。2、比双金属密封占用轴向空间小，提高了轴承的承载能力。3、浮动轴承系统比孔、轴直接组成的普通轴承增加了一倍的摩擦面，从而减小了每个摩擦面的摩擦速度和摩擦热，提高了轴承的寿命。附图说明图1为本技术轴承总成结构示意图；图2为本技术轴承总成分解状态示意图；图3为图1的局部放大图即单金属密封系统结构示意图；图4为单金属密封静环的截面放大图；图5为单金属密封静环的剖视图。附图标记说明:牙爪轴1、O形密封圈2、单金属密封静环3、密封动环4、牙轮5、大浮动套6、止推垫7、小浮动套8、根部曲面9、大轴10、轴止推面11、小轴12、外表面13、内表面14、外端面15、牙轮大孔16、外表面17、内表面18、平面19、平面20、孔止推面21、牙轮小孔22、静密封面23、静密封面24、动密封面25、倒角26、平面27、斜面28、圆弧凹面29、圆弧凸面30、圆弧凹面31。具体实施方式以下结合附图进一步说明本实施新型:1、参见附图1、图3、图4，图5，牙轮5装在牙爪轴I上，可绕牙爪轴I转动。在牙爪轴I根部和牙轮5的孔外端口之间安装了镶入牙轮5内孔并与牙轮5 —起转动的密封动环4、0形密封圈2及单金属密封静环3，包括牙爪轴I的根部曲面9构成单金属密封系统。O形密封圈2被单金属密封静环3内侧圆弧凹面29、圆弧凸面30、圆弧凹面31压缩于根部曲面9上，形成两个静密封面23和24，而O形密封圈2被压缩后产生的变形弹力使单金属密封静环3的大端平面27紧贴密封动环4的外端面15形成动密封面25，以防止钻井液进入轴承腔内。根部曲面9为倾斜曲面，倾角b为30° 40°。所述单金属密封静环3其截面内侧为倾斜曲面，倾斜角度a大于30° 40°，为了使密封牢固，其截面右边大端设置了一段平面27，为便于润滑油进入动密封面25，其截面右边大端设置了一段斜面28，倾角c大于5° 8°，为防止被压缩的O形密封圈2向右串动，其截面内侧设置了圆弧凹面29，为增加O形密封圈2的径向压缩量，其截面内侧设置了圆弧凸面30，为防止被压缩的O形密封圈2向左串动，其截面内侧设置了圆弧凹面31，为了防止角部崩脱设置了倒角26。2、参见附图1、图2，在牙爪轴I与牙轮5的孔之间安装了大浮动套6、小浮动套8、止推垫7，包括牙爪轴I的大轴10、轴止推面11、小轴12及牙轮大孔16、孔止推面21、牙轮小孔22，构成浮动轴承系统。大浮动套6的内表面14及外表面13分别与大轴10及牙轮大孔16配合，形成两个圆柱滑动摩擦面；止推垫7的两个平面19和20分别与轴止推面11及孔止推面21配合，形成两个平面滑动的摩擦面；小浮动套8的外表面17及内表面18分别与牙轮小孔22及小轴12配合，形成另外两个圆柱滑动摩擦面，大浮动套6、小浮动套8、止推垫7均处于浮动状态。由于浮动轴承系统的摩擦表面比普通轴承的摩擦面增加了一倍，从而降低了每个摩擦面的摩擦速度及摩擦热。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单金属密封系统和浮动轴承系统结合的牙轮钻头轴承总成，其特征是：牙轮装在牙爪轴上，在牙爪轴的根部和牙轮孔外端口之间安装了镶入牙轮内孔的密封动环、单金属密封静环及O形密封圈，包括牙爪轴的根部曲面构成单金属密封系统，O形密封圈被单金密封静环内侧表面压缩在牙爪轴的根部曲面上，形成两个静密封面，O形密封圈被压缩后产生的变形弹力使单金属密封静环的大端平面与密封动环的外端面紧密贴合形成动密封面，在牙爪轴与牙轮孔之间安装了大浮动套、小浮动套、止推垫，包括牙爪轴的大轴、小轴、轴止推面，牙轮大孔、牙轮小孔及孔止推面构成浮动轴承系统，大浮动套的内、外表面分别与牙爪轴的大轴及牙轮大孔配合形成两个圆柱滑动摩擦面，小浮动套的内、外表面分别与牙爪轴的小轴及牙轮小孔配合形成另外两个圆柱滑动摩擦面，止推垫的两个平面分别与牙爪轴的轴止推面及牙轮的孔止推面配合形成两个平面滑动的摩擦面。

【技术特征摘要】
1.一种单金属密封系统和浮动轴承系统结合的牙轮钻头轴承总成，其特征是:牙轮装在牙爪轴上，在牙爪轴的根部和牙轮孔外端口之间安装了镶入牙轮内孔的密封动环、单金属密封静环及O形密封圈，包括牙爪轴的根部曲面构成单金属密封系统，O形密封圈被单金密封静环内侧表面压缩在牙爪轴的根部曲面上，形成两个静密封面，O形密封圈被压缩后产生的变形弹力使单金属密封静环的大端平面与密封动环的外端面紧密贴合形成动密封面，在牙爪轴与牙轮孔之间安装了大浮动套、小浮动套、止推垫，包括牙爪轴的大轴、小轴、轴止推面，牙轮大孔、牙轮小孔及孔止推面构成浮动轴承系统，大浮动套的内、外表面分别与牙爪轴的大轴及牙轮大孔配合形成两个圆柱滑动摩擦面，小浮动套的内、外表面分别与牙爪轴的小轴及牙轮小孔配合形成另外两个圆柱滑动摩擦面，止推垫的两个平面分别与牙爪轴的轴止推面及牙轮的孔止推面配合形成两个平面滑动的摩擦面。2.根据权利要求1所述的单金属密封系统和浮动轴承系统结合的牙轮钻头轴承总成，其特征是:所述单金属密封静环和密封动环是由马氏体不锈钢、硬质合金、高速钢、金属陶瓷等材料制成。...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱美丽，
申请(专利权)人：朱美丽，
类型：新型
国别省市：陕西;61