牙轮钻头单金属密封性能分析及结构创新

针对石油钻采过程中牙轮钻头密封易失效的问题，在ANSYS Workbench软件中建立单金属密封模型并进行有限元分析，研究其预装配以及环境压力2个载荷步下的整体密封状态。分析不同环境压力、装配位移、O形圈硬度、静环尺寸等重要参数对动密封面以及橡胶圈表面接触压力的影响。数值模拟结果表明：动密封面接触压力呈线性分布，保证了良好的内外压差；橡胶圈两侧接触压力为33 MPa，支撑环处接触压力达到37 MPa，满足密封要求。为改善静环外侧易磨损导致密封失效的问题，对静环和支撑环结构进行创新，增加O形圈与支撑环之间的接触面积。结果表明：新结构的动密封面接触压力呈矩形分布，在保证了密封效果的前提下解决了静环易变形磨损的问题；静环支撑环之间的接触压力由37 MPa提高至55 MPa，同时增加了静环底部接触面的接触压力，有效地提高了单金属的密封性能。