牙轮钻头单金属密封结构优化研究

摘要

牙轮钻头单金属密封结构起到阻碍钻井液进入轴承腔、 防止润滑脂泄漏的作用,但是单金属密封结构在高转速、 高钻压情况下容易失效.为了提升单金属密封结构的密封性能,使用ABAQUS建立其有限元模型,分析静环斜面倾角、 静环楔入角和动密封面长度变化对动密封面接触应力的影响规律.结果表明:静环斜面倾角从13°到21°的变化过程中,最大接触应力逐渐增加,且峰值都出现在动密封面的外侧0.5 mm处;动密封面接触长度从2.5 mm到4.5 mm的变化过程中,接触应力逐渐增大,但变化不明显;静环楔入角从1°增至9°时,接触应力呈减小趋势,且变化也不明显,最大值分布在动密封面的外侧.因此,静环斜面倾角对接触应力影响较大,而静环楔入角和动密封面接触长度相对较小.利用正交优化实验进行密封结构的敏感性研究,得到密封结构最优结构参数.优化后最大接触应力增加62.72％,平均接触应力增加17.02％,提高了单金属密封结构的密封性能.