一种旋转密封结构及具有其的旋转导向机构

技术领域

本发明涉及旋转密封技术领域，尤其涉及一种旋转密封结构及具有其的旋转导向机构。

背景技术

随着油田的开发，大部分油田相继进入开发后期，随着定向井、水平井钻进技术的应用日益增多，对于大斜度井和大位移井，常规的动力钻具已经很难甚至不可能满足要求，因而出现了连续旋转导向钻井技术。旋转导向钻井技术是为了适应复杂形式钻井作业的需要而出现的一项钻井技术，是现代定向钻井的研究重点和发展方向。其核心是能在旋转状态下按照控制指令改变作用在钻头的合力，或是改变钻具偏心程度的偏置导向机构，偏置机构由控制单元和执行单元组成，安装在非旋转外套上，不随钻柱一起转动。

由于系统整体处于泥浆环境中，且泥浆压力和温度均较高，现有的密封装置无法实现完全隔绝外部泥浆，导致偏置机构无法正常工作。

发明内容

本发明提供了一种旋转密封结构及具有其的旋转导向机构，能够解决现有的密封装置密封效果较差的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种旋转密封结构，包括套筒、波纹补偿器、第一密封部件、第二密封部件、封油盖、上密封支架、第一连接部件、上密封限位组件、旋转支撑组件、下密封支架、第三密封部件、下密封限位组件、端盖、第二连接部件、第四密封部件；

所述套筒套设在上主轴与下主轴的外侧，上主轴与下主轴固定连接，所述套筒第一端的端面与上主轴抵接，第二端的端面与下主轴抵接，所述套筒的中部设有用于容置偏置机构的容置孔，所述套筒上与所述波纹补偿器的波纹段相对的位置设有注油孔，所述注油孔用于向所述旋转密封结构内部注满油液；

所述封油盖盖设在所述注油孔上；

所述波纹补偿器设置在所述套筒与上主轴之间，所述波纹补偿器的第一端与所述套筒之间设置有第一密封部件，第二端与上主轴之间设置有第二密封部件；

所述上密封支架设置在所述波纹补偿器的第二端与所述套筒之间，所述上密封支架沿上主轴的轴线方向设有过油孔，所述上密封支架通过第一连接部件与所述波纹补偿器的第二端固定连接；

所述上密封限位组件设置在上主轴和所述上密封支架之间，所述上密封限位组件第一端的端面与所述波纹补偿器第二端的端面抵接，第二端的端面与所述上密封支架抵接；

所述旋转支撑组件设置于所述套筒与上主轴之间、所述套筒与下主轴之间；

所述下密封支架设置在所述套筒与上主轴之间，所述下密封支架与所述套筒之间设置有第三密封部件；

所述下密封限位组件设置在所述下密封支架与上主轴之间，所述下密封限位组件第一端的端面与所述下密封支架抵接，第二端的端面与所述端盖抵接；

所述端盖设置在所述下密封支架与上主轴之间，并通过所述第二连接部件与所述下密封支架固定连接，所述端盖与所述上主轴之间设置有第四密封部件。

优选的，所述上密封限位组件包括沿上主轴的轴线方向依次设置的上密封旋转轴套、上波纹垫片和上波纹弹簧，所述轴线方向为从上主轴指向下主轴的轴线方向。

优选的，所述上密封限位组件的数量为两组，两组所述上密封限位组件之间设置上波纹垫片。

优选的，所述下密封限位组件包括沿上主轴的轴线方向依次设置的下波纹弹簧、下波纹垫片和下密封旋转轴套，所述轴线方向为从上主轴指向下主轴的轴线方向。

优选的，所述下密封限位组件的数量为两组，两组所述下密封限位组件之间设置下波纹垫片。

优选的，所述旋转支撑组件包括上圆柱滚子轴承、向心球轴承和下圆柱滚子轴承，所述上圆柱滚子轴承设置于所述套筒与上主轴之间，且轴向方向位于所述上密封支架与偏置机构之间，所述向心球轴承设置于所述套筒与上主轴之间，且轴向方向位于所述下密封支架与偏置机构之间，所述下圆柱滚子轴承设置于所述套筒与下主轴之间。

优选的，所述第一密封部件和所述第三密封部件为O型密封圈，所述第二密封部件和所述第四密封部件为泛塞封。

优选的，所述第一密封部件、所述第二密封部件、所述第三密封部件和所述第四密封部件的数量均为两个。

优选的，所述封油盖包括密封螺钉和密封圈，所述密封螺钉拧入所述注油孔内，所述密封圈设置于所述密封螺钉与所述注油孔之间。

根据本发明的又一方面，提供了一种旋转导向机构，包括上述任一项所述的旋转密封结构。

应用本发明的技术方案，通过向所述旋转密封结构内部注满油液，以减小旋转运动过程中的摩擦系数，同时降低旋转密封结构内部的压降；通过多个密封部件实现旋转运动过程中的密封，同时防止油液溢出。本发明可适用于旋转导向机构，能够在旋转导向机构钻井过程中对偏置机构进行泥浆隔绝，实现旋转运动过程中的密封功能，以保证系统工作的可靠性。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的一种实施例提供的旋转密封结构的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、上主轴；2、套筒；3、下主轴；4、波纹补偿器；5、密封圈；6、密封螺钉；7、上密封支架；8、上密封旋转轴套；9、上波纹垫片；10、上波纹弹簧；11、上圆柱滚子轴承；12、向心球轴承；13、下密封支架；14、下密封旋转轴套；15、下波纹垫片；16、下波纹弹簧；17、端盖；18、第二连接部件；19、下圆柱滚子轴承；20、第一连接部件；21、第一密封部件；22、第二密封部件；23、第三密封部件；24、第四密封部件；25、波纹补偿器卡簧；26、下圆柱滚子卡簧；27、上圆柱滚子卡簧；28、向心球卡簧；29、支架卡簧。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。

如图1所示，本发明提供了一种旋转密封结构，包括套筒2、波纹补偿器4、第一密封部件21、第二密封部件22、封油盖、上密封支架7、第一连接部件20、上密封限位组件、旋转支撑组件、下密封支架13、第三密封部件23、下密封限位组件、端盖17、第二连接部件18、第四密封部件24；

所述套筒2套设在上主轴1与下主轴3的外侧，上主轴1与下主轴3固定连接，所述套筒2第一端的端面与上主轴1抵接，第二端的端面与下主轴3抵接，所述套筒2的中部设有用于容置偏置机构的容置孔，所述套筒2上与所述波纹补偿器4的波纹段相对的位置设有注油孔，所述注油孔用于向所述旋转密封结构内部注满油液；

所述封油盖盖设在所述注油孔上；

所述波纹补偿器4设置在所述套筒2与上主轴1之间，所述波纹补偿器4的第一端与所述套筒2之间设置有第一密封部件21，第二端与上主轴1之间设置有第二密封部件22；

所述上密封支架7设置在所述波纹补偿器4的第二端与所述套筒2之间，所述上密封支架7沿上主轴1的轴线方向设有过油孔，所述上密封支架7通过第一连接部件20与所述波纹补偿器4的第二端固定连接；

所述上密封限位组件设置在上主轴1和所述上密封支架7之间，所述上密封限位组件第一端的端面与所述波纹补偿器4第二端的端面抵接，第二端的端面与所述上密封支架7抵接；

所述旋转支撑组件设置于所述套筒2与上主轴1之间、所述套筒2与下主轴3之间；

所述下密封支架13设置在所述套筒2与上主轴1之间，所述下密封支架13与所述套筒2之间设置有第三密封部件23；

所述下密封限位组件设置在所述下密封支架13与上主轴1之间，所述下密封限位组件第一端的端面与所述下密封支架13抵接，第二端的端面与所述端盖17抵接；

所述端盖17设置在所述下密封支架13与上主轴1之间，并通过所述第二连接部件18与所述下密封支架13固定连接，所述端盖17与所述上主轴1之间设置有第四密封部件24。

本发明通过向所述旋转密封结构内部注满油液，以减小旋转运动过程中的摩擦系数，同时降低旋转密封结构内部的压降；通过多个密封部件实现旋转运动过程中的密封，同时防止油液溢出。本发明可适用于旋转导向机构，能够在旋转导向机构钻井过程中对偏置机构进行泥浆隔绝，实现旋转运动过程中的密封功能，以保证系统工作的可靠性。

根据本发明的一种实施例，所述上密封限位组件包括沿上主轴1的轴线方向依次设置的上密封旋转轴套8、上波纹垫片9和上波纹弹簧10，所述轴线方向为从上主轴1指向下主轴3的轴线方向。

具体地，所述上密封限位组件的数量为两组，两组所述上密封限位组件之间设置上波纹垫片9。

根据本发明的一种实施例，所述下密封限位组件包括沿上主轴1的轴线方向依次设置的下波纹弹簧16、下波纹垫片15和下密封旋转轴套14，所述轴线方向为从上主轴1指向下主轴3的轴线方向。

具体地，所述下密封限位组件的数量为两组，两组所述下密封限位组件之间设置下波纹垫片15。

根据本发明的一种实施例，所述旋转支撑组件包括上圆柱滚子轴承11、向心球轴承12和下圆柱滚子轴承19，所述上圆柱滚子轴承11设置于所述套筒2与上主轴1之间，且轴向方向位于所述上密封支架7与偏置机构之间，所述向心球轴承12设置于所述套筒2与上主轴1之间，且轴向方向位于所述下密封支架13与偏置机构之间，所述下圆柱滚子轴承19设置于所述套筒2与下主轴3之间。其中，上圆柱滚子轴承11和下圆柱滚子轴承19可承载较大的径向力，向心球轴承12可承载较大的轴向力，以提高使用寿命和支撑效果。

根据本发明的一种实施例，所述第一密封部件21和所述第三密封部件23为静密封，可采用O型密封圈，所述第二密封部件22和所述第四密封部件24为动密封，可采用泛塞封。

具体地，所述第一密封部件21、所述第二密封部件22、所述第三密封部件23和所述第四密封部件24的数量均为两个，以提高密封效果。

根据本发明的一种实施例，所述封油盖包括密封螺钉6和密封圈5，所述密封螺钉6拧入所述注油孔内，所述密封圈5设置于所述密封螺钉6与所述注油孔之间。

在本发明中，第一连接部件20和第二连接部件18均可以采用固定螺钉。

本发明的旋转密封结构的安装过程如下：

1、将O型密封圈和泛塞封分别安装在波纹补偿器4的第一端外侧和第二端内侧，然后使用固定螺钉将波纹补偿器4的第二端和上密封支架7相连接，并将上密封旋转轴套8、上波纹垫片9和上波纹弹簧10按顺序安装在波纹补偿器4的第二端与上密封支架7之间的凹槽内，再将波纹补偿器4、上密封支架7、上密封旋转轴套8、上波纹垫片9和上波纹弹簧10作为一个整体部件安装在套筒2内，组装完成后，将其推入上主轴1，其中，整体部件的一端通过波纹补偿器卡簧25限位，另一端通过套筒2的凸起部限位；

2、将上圆柱滚子轴承11和向心球轴承12分别安装在上主轴1上，其中，上圆柱滚子轴承11的一端通过上圆柱滚子卡簧27限位，另一端通过上主轴1的轴肩限位，向心球轴承12的一端通过向心球卡簧28限位，另一端通过上主轴1的轴肩限位；

3、将O型密封圈安装在下密封支架13的外侧，将泛塞封安装在端盖17的内侧，然后使用固定螺钉将下密封支架13和端盖17相连接，并将下密封旋转轴套14、下波纹垫片15、下波纹弹簧16按顺序安装在下密封支架13与端盖17之间的凹槽内，再将下密封支架13、端盖17、下密封旋转轴套14、下波纹垫片15、下波纹弹簧16作为一个整体部件安装在套筒2内，其中，整体部件的一端通过套筒2的凸起部限位，另一端通过支架卡簧29限位；

4、将下圆柱滚子轴承19安装在下主轴3上，其中，下圆柱滚子轴承19的一端通过下圆柱滚子卡簧26限位，另一端通过下主轴3的轴肩限位；

5、将下主轴3与上主轴1连接，同时确保下圆柱滚子轴承19顺利安装在套筒2上，然后取下密封圈5和密封螺钉6，向套筒2内部密封空腔注入液压油，注油完成后，将密封圈5和密封螺钉6安装在套筒2上，以完成安装，其中，液压油从注油孔进入后经由过油孔流出，一路进入上密封旋转轴套8、上波纹垫片9、上波纹弹簧10与上主轴1之间的空隙中，另一路经过上圆柱滚子轴承11、向心球轴承12后进入下波纹弹簧16、下波纹垫片15和下密封旋转轴套14与上主轴1之间的空隙中。

本发明还提供了一种旋转导向机构，包括上述任一项所述的旋转密封结构。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。