一种组合密封结构及随钻震击器

文档序号:418606 发布日期:2021-12-21 浏览:23次 >En<

阅读说明:本技术 一种组合密封结构及随钻震击器 (Combined sealing structure and drilling jar ) 是由 闭磊 贺昶明 于 2021-11-22 设计创作,主要内容包括:本申请提供一种组合密封结构及随钻震击器,组合密封结构,包括:橡胶圈、隔离环以及导向环。橡胶圈具有安装面及密封面。安装面中段的部位向密封面一侧凹陷,密封面中段的部位呈凸起结构。隔离环有两片,分别设于橡胶圈两侧。导向环有两片,分别设于隔离环外侧,导向环截面为直角三角形结构。随钻震击器,包括芯轴以及壳体,还具有上述组合密封结构;芯轴的前端设有活塞,活塞的内壁与芯轴的外壁之间以及活塞的外壁与壳体的内壁之间设有至少一组所述组合密封结构。组合密封结构,便于安装,可有效防止橡胶圈受损;随钻震击器,可避免橡胶圈局部磨损,提高震击器使用寿命,且可有效防止杂质进入液压油。(The application provides a combination seal structure and jar while drilling, combination seal structure includes: rubber circle, spacer ring and guide ring. The rubber ring is provided with a mounting surface and a sealing surface. The middle section of the mounting surface is sunken towards one side of the sealing surface, and the middle section of the sealing surface is of a convex structure. The isolating ring has two pieces, which are respectively arranged at two sides of the rubber ring. The guide ring has two, locates the isolating ring outside respectively, and the guide ring cross-section is right triangle-shaped structure. The drilling jar comprises a mandrel and a shell, and also comprises the combined sealing structure; the front end of the mandrel is provided with a piston, and at least one group of combined sealing structure is arranged between the inner wall of the piston and the outer wall of the mandrel and between the outer wall of the piston and the inner wall of the shell. The combined sealing structure is convenient to install and can effectively prevent the rubber ring from being damaged; the jar can avoid rubber circle local wear along with boring, improves jar life, and can effectively prevent that impurity from getting into hydraulic oil.)

一种组合密封结构及随钻震击器

技术领域

本发明属于震击器密封及钻井技术领域,尤其涉及一种组合密封结构及随钻震击器。

背景技术

在钻井作业中,经常发生钻柱卡滞的状况,随钻震击器是解除卡钻事故的有效工具之一。当需要震击器上击作业时,在地面施加足够的预拉力或压力,使震击器的芯轴产生冲击力形成震击,经过多次震击,使受卡钻柱脱离卡点。

现有的随钻震击器主要存在以下几个问题:(1)震击器在工作时,震击芯轴与震击壳体之间存在着较大的液压冲击,目前芯轴两端与震击器外壳之间采用的密封圈截面通常为圆形或矩形结构,由于密封圈需要利用压缩形成密封结构,因此其外径通常大于震击器外壳的内径,这种结构导致活塞难以安装;(2)现有的震击器通常直接将密封圈嵌设于活塞外壁,由于活塞为硬度较高的金属制成,密封圈通常采用橡胶材料,密封圈受到挤压时容易被活塞边沿压伤,而降低或失去密封效果;(3)井下工况比较恶劣,砂石等杂质容易附着在芯轴表面,震击器工作时,当芯轴与外壳产生相对滑动时,杂质容易进入液压油腔内,造成液压油污染以及磨损密封圈,导致密封失效;(4)活塞安装于震击器壳体内部之后,主要依靠周侧的密封圈使活塞或壳体内壁之间保持预定间隙,以减少金属零件直接接触,降低摩擦,而密封圈多数为橡胶材料,其无法保证圆周各处受到的压力相同,无法保证活塞以及芯轴与震击器壳体同轴,长期使用容易造成密封圈周侧局部磨损过快,导致震击器无法正常工作,由于不便于检查发现,只有当失去密封效果是才能被发现,导致不能及时处理,延长维修时间,这将会造成较大的经济损失。

发明内容

为同时解决上述现有技术不足,本发明提供一种组合密封结构及随钻震击器,组合密封结构,便于安装,可有效防止橡胶圈受损;具有该组合密封结构的随钻震击器,可保证芯轴与壳体之间具有较高的同轴度,避免橡胶圈局部磨损,提高震击器使用寿命,且可有效防止杂质进入液压油。

为了实现本发明的目的,拟采用以下方案:

一种组合密封结构,应用于震击器密封,其特征在于,包括:橡胶圈、隔离环以及导向环。

橡胶圈具有安装面及密封面。

当用于内壁密封时,橡胶圈的内侧面为密封面,且其外侧面为安装面。

当用于外壁密封时,橡胶圈的内侧面为安装面,且其外侧面为密封面。

安装面位于橡胶圈轴线中段的部位向密封面一侧凹陷,密封面位于橡胶圈轴线中段的部位呈凸起结构,凸起方向与安装面的凹陷的方向相同。

隔离环有两片,分别设于橡胶圈两侧,隔离环由树脂制成。

导向环有两片,分别设于隔离环外侧,导向环截面为直角三角形结构,其一条直角边与隔离环的端面接触,另一条直角边与橡胶圈的密封面处于同一侧。

进一步的,当用于内壁密封时,密封面与隔离环接触边沿的外径小于隔离环的外径;当用于外壁密封时,密封面与隔离环接触边沿的内径大于隔离环的内径。

进一步的,导向环由铜制成。

进一步的,橡胶圈为聚四氟乙烯制成。

进一步的,隔离环与导向环的外径及内径均相同。

一种随钻震击器,包括芯轴以及壳体,还具有上述组合密封结构;

芯轴的前端设有活塞,活塞的内壁与芯轴的外壁之间以及活塞的外壁与壳体的内壁之间设有至少一组所述组合密封结构。

芯轴的后端外壁与壳体的内壁之间设有至少一组所述组合密封结构。

芯轴的后端外壁、活塞的内壁及外壁均开设有限位槽,用于安装所述组合密封结构。

进一步的,限位槽截面呈梯形结构,其对应导向环的斜面均具有圆锥面,导向环的斜面与圆锥面贴合。

进一步的,导向环由至少两个圆弧段构成,震击工作时,导向环各个圆弧段相临的端面相互贴合。

进一步的,隔离环具有至少一处缺口,该缺口将隔离环断开,组装时隔离环的缺口与导向环相临圆弧段的接缝处沿圆周错开。

本发明的有益效果在于:

1、通过对橡胶圈的密封面设置斜面,对橡胶圈的安装面设置凹槽,从而使橡胶圈更加方便安装。

2、通过在橡胶圈,两端设置隔离环,隔离环采用相交于金属质地更软的树脂制作,以起到防止橡胶圈损坏的目的。同时通过优化橡胶圈密封面两侧与隔离环接触部位的结构,可防止橡胶圈边沿进入隔离环与待密封件之间,从根本上防止橡胶圈损坏。

3、利用限位槽的圆锥面与导向环配合,通过圆锥定心的原理,可使随钻震击器的活塞、芯轴以及壳体均处于同轴状态,使橡胶圈圆周各处具有均衡的压力,避免橡胶圈局部磨损,提高震击器使用寿命。

4、利用限位槽的圆锥面使导向环与待密封件之间保持贴合状态,有利于去除附着在芯轴外壁及壳体内部上的杂质,防止杂质进入液压油。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例,而不是所有可能的实施方案,更不是意图限制本发明的范围。

图1示出了本申请震击器的结构剖视图。

图2示出了图1中A处的放大图。

图3示出了图2中B处的放大图。

图4示出了芯轴与轴承的结构剖视图。

图5示出了用于内壁密封时组合密封结构的剖视图。

图6示出了用于外壁密封时组合密封结构的剖视图。

图7示出了活塞的结构破剖视图。

图8示出了组合密封结构安装于活塞时的剖视图。

图中标记:橡胶圈-11、安装面-111、密封面-112、隔离环-12、导向环-13、芯轴-2、活塞-3、限位槽-31、圆锥面-311、壳体-4。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明,但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。

应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直,而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种组合密封结构,应用于震击器密封,包括:橡胶圈11、隔离环12以及导向环13。

具体的,如图5或图6所示,橡胶圈11具有安装面111及密封面112,安装面111与密封面112,分别为橡胶圈11的圆周内壁或圆周外壁。安装面111朝向用于安装组合密封结构主体零件的一侧,密封面112则朝向待密封零件的一侧。橡胶圈11优选采用聚四氟乙烯制成。

更具体的,如图5所示,当用于内壁密封时,橡胶圈11的内侧面为密封面112,且其外侧面为安装面111。

更具体的,如图6所示,当用于外壁密封时,橡胶圈11的内侧面为安装面111,且其外侧面为密封面112。

为便于对方案的理解及描述,此后将用于安装组合密封结构的零件定义为主体零件,将与主体零件配合的密封零件,定义为待密封件。安装面111与主体零件表面接触,此处的表面可以是圆弧内表面,也可以是圆弧外表面。密封面112与待密封件的表面接触,当安装面111与主体零件的圆弧外表面接触时,密封面112将与待密封零件的圆弧内表面接触,此时主体零件具有外圆柱结构,待密封件具有内圆孔结构。当安装面111与主体零件的圆弧内表面接触时,密封面112将与待密封件的圆弧外表面接触,此时主体零件具有内圆孔结构,待密封件具有外圆柱结构。

更具体的,如图5或图6所示,安装面111位于橡胶圈11轴线中段的部位向密封面112一侧凹陷,安装面111的边沿呈尖角结构,便于组装时进行压缩。当安装面111两侧边沿处的尖角部位被压缩后将与主体零件之间形成面接触结构,以保证密封效果,同时安装面111凹陷的部位也将紧密贴合于主体零件的表面,使安装面111整体贴附在主体零件,以保证组合密封结构与主体零件之间的密封性。

更具体的,如图5或图6所示,密封面112位于橡胶圈11轴线中段的部位呈凸起结构,凸起方向与安装面111的凹陷的方向相同,凸起结构的两侧为斜面,便于被压缩组装。安装时,利用密封面112的斜面结构作为导向,使橡胶圈11更容易装入待密封件。当密封面112与待密封件表面接触后,密封面112表面的凸起结构将被压平,以增加密封面,提高密封效果。

具体的,隔离环12有两片,分别设于橡胶圈11两侧,隔离环12由树脂制成,因为树脂材料相对于金属材料质地更软,当橡胶圈11与隔离环12接触时可防止压伤橡胶圈11。

如图5所示,当用于待密封件的内壁密封时,安装面111的内径小于隔离环12的内径,密封面112的外径大于隔离环12的外径。如图6所示,当用于待密封件的外壁密封时,安装面111的外径大于隔离环12的外径,密封面112的内径小于隔离环12的内径。以保证安装面111具有足够的压缩余量与主体零件之间贴合更加紧密;使密封面112具有足够的压缩余量,保证密封面112与待密封件之间贴合更加紧密。保证密封效果。

具体的,如图5或图6所示,导向环13有两片,分别设于橡胶圈11两侧的隔离环12外侧,导向环13截面为直角三角形结构,其一条直角边与隔离环12的端面接触,另一条直角边与橡胶圈11的密封面112处于同一侧。

优选的,如图5所示,当组合密封结构用于待密封件的内壁密封时,密封面112与隔离环12接触边沿,如图5中a、b两处的外径小于隔离环12的外径。如图6所示,当组合密封结构用于外壁密封时,密封面112与隔离环12接触边沿,如图6中a、b两处的内径大于隔离环12的内径。通过上述结构设计,以减少橡胶圈11的密封面112两侧与隔离环12接触的面积,防止橡胶圈11被压缩之后,位于密封面112边沿的部分卡入隔离环12与待密封件之间而受到损坏,从而提高橡胶圈11的结构完整性。

优选的,导向环13由铜制成,以防止对主体零件、待密封件以及隔离环12造成磨损。

优选的,隔离环12与导向环13的外径及内径均相同,以防止橡胶圈11被挤压后,其边沿与导向环13接触,以避免导向环13损坏橡胶圈11。

一种随钻震击器,如图1至图4所示,包括芯轴2以及壳体4,还具有上述的组合密封结构。

具体的,如图2至图4所示芯轴2的前端设有活塞3,活塞3的内壁与芯轴2的外壁之间以及活塞3的外壁与壳体4的内壁之间设有至少一组所述组合密封结构。

活塞3滑动安装于芯轴2,当芯轴2中段的外侧与壳体4之间的液压油总量减少时,压力将会减小,活塞3将会向芯轴2的前端自行移动,以避免存在真空状态。

作为本申请优选的实施例,如图8所示,活塞3的外壁及内壁均沿轴线方向设有两组组合密封结构。且活塞3内外壁的组密封结构一一对应,内外壁的两组组合密封结构分别处于活塞3两处相同的截面。以保证各处组合密封结构受力更加均衡。

如图3所示,设于活塞3内壁与芯轴2外壁之间的组合密封结构采用如图6所示的结构实现,用于实现对芯轴2的外壁密封。此时,密封面112与芯轴2外壁接触,密封面112的凸起结构被压缩,形成密封结构,安装面111与活塞3内壁接触。

如图3所示,设于活塞3外壁与壳体4内壁之间的芯轴2的组合密封结构采用如图5所示的结构实现,用于实现对壳体4的内壁密封盖。密封面112的凸起结构被压缩,形成密封结构,安装面111与活塞3外壁接触。

芯轴2后端外壁与壳体4的内壁之间沿轴线方向设有两组如图5所示的组合密封盖结构,用于实现芯轴2外壁与壳体4内壁之间的密封。密封面112的凸起结构被压缩,形成密封结构,安装面111与芯轴2的外壁接触。

更具体的,如图7所示,芯轴2的后端以及活塞3的内壁与外壁,均开设有限位槽31,用于安装所述组合密封结构。以防止组合密封盖结构沿轴线方向移动。

优选的,如图7、图8所示,限位槽31截面呈梯形结构,其对应导向环13的斜面均具有圆锥面311,导向环13的斜面与圆锥面311贴合。

震击器工作时,芯轴2拉动活塞3沿壳体4的轴线方向移动。如图3所示,当轴承3相对芯轴2向上移动时,其位于限位槽31下方的圆锥面311将向位于组合密封结构下部的导向环13施加压力。压力主要分为两个方向,其第一方向的力使沿活塞3的轴线方向,其第二方向的力是垂直朝向活塞3的轴线方向。第一方向的力与第二方向的力仅为了便于描述定义。

第二方向的力将使芯轴2与活塞3之间位于组合密封结构下部的导向环13的内壁紧贴于芯轴2的外壁。由于圆锥面311是沿圆周均匀向导向环13的圆周施加第二方向的力,利用圆锥定心的原理,可通过此结构使芯轴2与活塞3同轴,使橡胶圈11周侧各处受力更加均匀,避免局部磨损。

同理,第二方向的力可通过活塞3与壳体4之间的组合密封结构使活塞3与壳体4保持同轴,使橡胶圈11周侧各处受力更加均匀,避免局部磨损。

同时,导向环13与芯轴2以及壳体4之间为直接接触,可利用导向环13边沿的尖角结构将附着在芯轴2外壁以及壳体4内壁上的杂质进行推除,进一步防止杂质进入芯轴2中间部位的液压油腔内,以保持液压油的清洁度,提高震击器使用寿命。

优选的,当组合密封结构用于本申请的随钻震击器时,为便于安装,导向环13由至少两个圆弧段构成。震击工作时,芯轴2沿轴线方向相对于壳体4移动,利用圆锥面311同时推动导向环13的多个圆弧段,导向环13各个圆弧段相临的端面相互贴合,形成密封结构,以防止液压油泄漏以及防止杂质进入液压油。作为本申请优选实施方案,可将导向环13设置为三段式结构,且各段弧长相同。更换时三段圆弧段成套同时更换。

优选的,当组合密封结构用于本申请的随钻震击器时,为便于安装,隔离环12具有至少一处缺口,该缺口将隔离环12断开,组装时隔离环12的缺口与导向环13相临圆弧段的接缝处沿圆周错开,以提高密封效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例,并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解,在不脱离本发明的范围情况下,对本发明进行的各种改变或同等替换,均属于本发明保护的范围。

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