一种牙轮钻头轴承密封结构 【技术领域】
本发明涉及一种石油、地质钻井用牙轮钻头的轴承密封结构，也可用于其它类似构件的轴承密封。
背景技术
为提高牙轮钻头的密封性能其轴承的密封可采用金属密封结构，如美国专利US4,753,304提出的一种单金属密封结构，这种密封结构包括有金属密封环、牙轮镶套和O型橡胶密封圈，该专利的特点是金属端面密封结构轴向占用空间小、可靠性高。美国专利US6,026,917提出了一种具有密封保护垫的单金属密封结构，密封保护垫可以防止岩屑进入密封区，该专利是对US4,753,304的进一步改进完善。牙轮钻头采用上述这种金属密封结构可以适应高压和较高温度环境，在这种结构中O型橡胶圈除起静密封作用外还提供轴向弹力对金属密封圈进行预紧。然而，橡胶是高分子聚合物，其力学性能对温度和时间的依赖程度要大的多，随温度和时间变化橡胶有一定永久变形和力学性能的改变。如现用的橡胶材料耐温150℃，井下温度更高后尽管金属密封摩擦副可以耐更高的温度，由于提供预紧储能和静密封的橡胶无法承受，这样整体的密封结构无法在更高温度条件下使用。粘弹性是高聚物材料力学性能的一个重要特征，橡胶在加载过程和卸载过程中应力应变曲线不重合。由于这些特性，为保证牙轮窜动时卸载过程中密封可靠，设计该金属密封结构需要O型橡胶密封圈提供较大的弹性预紧储能，这样在正常钻进时密封端面比压大，密封摩擦副磨损大从而影响了密封寿命。同时在这种情况下，牙轮钻头长时间储放也会影响橡胶件性能，从而影响密封的可靠性。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种耐温性能好、密封可靠性高的牙轮钻头轴承密封结构。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有牙轮3和牙掌1，牙轮通过内孔与牙掌轴颈2相套接，构成牙轮钻头轴承，在轴承的上端牙掌轴颈的根部安设有金属端面密封环8与牙轮内孔端面相配置，在金属端面密封环的上端配置有密封圈，其不同之处在于所述的密封圈为爪式截面金属弹簧密封圈9。
按上述方案，所述的爪式截面金属弹簧密封圈9由开口向内的爪式截面环行密封圈11内置环行金属弹黄10构成。
按上述方案，所述的爪式截面环行密封圈11的截面为V形，环行金属弹簧10的截面也为V形。
按上述方案，所述的爪式截面环行密封圈11的截面为U形，环行金属弹簧10的截面为U形或O形。
按上述方案，所述的爪式截面环行密封圈11由耐温高分子材料制成。
本发明与现有牙轮钻头轴承密封结构相比，具有以下的有益效果：
1、采用金属弹簧和耐温高分子材料组合的密封圈，提高了密封的耐温性，钻头可以在更深井和更高温度环境下使用。
2、采用金属弹簧储能，力学性能更好，密封力可以得到较好的控制，由于窜动过程中力随位移变化响应速度快，设计的端面密封力可以比现有O形橡胶供能圈的端面密封力小，减少密封面磨损，提高密封的可靠性和寿命。
3、橡胶供能圈的性能随时间变化大，而金属弹簧力学性能随时间变化小，所以有更长的存放期，从而提高了轴承密封的可靠性。
4、相对现有密封结构中轴颈有复杂的凹槽，本发明的轴颈结构简化，加工工艺性较好。
附图说明：
图1是本发明一个实施例的牙轮钻头局部剖面图。
图2是本发明一个实施例中牙轮钻头轴承密封部位局部放大剖面图。
图3是本发明第二个实施例中牙轮钻头轴承密封部位局部放大剖面图。
图4是本发明第三个实施例中牙轮钻头轴承密封部位局部放大剖面图。
图5是本发明第四个实施例中牙轮钻头轴承密封部位局部放大剖面图。
【具体实施方式】
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
第一个实施例如图1、2所示，包括有牙轮3和牙掌1，牙轮通过内孔与牙掌轴颈2相套接，构成牙轮钻头轴承，钢球4从塞销孔放入轴承后将塞销6焊接固定，通过钢球4将牙轮3保持在牙掌轴颈2上，润滑脂孔5给钻头轴承提供润滑脂。牙轮内孔安有镶套7，镶套用耐磨材料制作，如不锈钢、硬质合金等，镶套采用过盈配合方式固定在牙轮3的内孔中，镶套7的内孔与轴颈2相配置构成滑动轴承，在轴承的上端牙掌轴颈的根部安设有金属端面密封环8与牙轮内孔镶套7端面相配置，组成金属端面动密封，在金属端面密封环的外周上端具有向上延伸一段距离的外边缘，使金属端面动密封截面呈L形或b形，外边缘内配置有爪式截面金属弹簧密封圈9，金属弹簧密封圈压缩在密封环8和牙掌轴颈2根部端面之间，所述的爪式截面金属弹簧密封圈9由开口向内的爪式截面环行密封圈11内置环行金属弹簧10构成，爪式截面环行密封圈11的截面为V形，环行金属弹簧10的截面也为V形。所述的爪式截面环行密封圈11由耐温高分子材料制成，如PTFE、改性PTFE、聚合物填充PTFE及氟橡胶和硅橡胶等橡胶材料；环行金属弹簧10可由金属带折叠形成，也可以为整体V形环带，为调整弹簧的力学特性，在V形金属环带上可以开有不同宽度的槽；爪式截面环行密封圈与环行金属弹簧可相结合成一体。金属弹簧密封圈受压紧贴金属端面密封环8和牙掌轴颈形成静密封，同时为金属端面密封环的端面动密封提供预紧力，从而确保密封可靠性和延长密封寿命。
本发明第二个实施例如图3所示，与上一个实施例的不同之处在于爪式截面环行密封圈11的截面为U形，环行金属弹簧10的截面也为U形。在U形金属环带上可以开有不同宽度的槽。
本发明第三个实施例如图4所示，与第二个实施例的不同之处在于环行金属弹簧10由螺旋O形金属弹簧构成，螺旋金属弹簧可以由圆形金属丝螺旋绕制而成，也可以由金属带绕制而成。
本发明第四个实施例如图5所示，环行金属弹簧10采用是螺旋O形金属弹簧，与第三个实施例的不同之处在于金属弹簧密封圈压缩方向与金属端面密封环8的密封端面垂直。