本设计介绍了一种牙轮钻头使用的双W型组合式金属密封结构。动密封环位于密封腔顶部,与牙轮内孔过盈配合并随牙轮旋转。密封腔由牙轮内孔和牙掌轴颈根部构成。动密封环与静密封环相对转动,端面配合形成动密封面。静密封环外柱面上设有外矩形凹槽,内嵌外W型橡胶圈,与静密封环和密封腔外柱面紧密贴合,形成静密封面。静密封环底部嵌入内W型橡胶圈凹槽中,内W型橡胶圈压缩嵌于静密封环与牙掌轴颈根部之间,与静密封环、密封腔下端面和内柱面紧密贴合,形成静密封面。内W型橡胶结构开口朝向密封腔内柱面,其凹槽上设有储油槽。
背景技术
金属密封是井下牙轮钻头中一种常见的旋转动密封件,相比传统O型圈橡胶密封,其具有耐高温、耐磨损、适用转速广等优势,被广泛使用在油气及矿石开采等相关行业。以单金属密封为例,密封结构由动密封环、静密封环、O形橡胶圈和橡胶支撑环组成。在牙轮钻头工作时,受密封系统内侧润滑脂和外侧泥浆液同时施压,O形橡胶圈和橡胶支撑环发生压缩变形,紧贴静环,组成静密封;同时动环与静环之间存在相对转动,在密封端面处形成油膜,组成动密封。然而,在井下高温、高压的多相流环境下,金属密封端面容易产生热力变形,加上牙轮钻头的高频振动使得金属密封处于长期不稳定的工作状态,同时周围泥浆液中的磨砺性颗粒不断侵入,金属密封端面磨粒磨损加剧,很快造成密封失效,进而影响钻头的工作效率和使用寿命。
因此,为克服现有金属密封结构在高温高压及磨砺性工况条件下工作寿命短、易发生密封失效以及抗振动能力弱的问题,需进一步设计一种新型金属密封结构,有效阻挡外部颗粒进入密封端面,维持金属密封稳定可靠运行,提高密封系统运行寿命。
实现思路