ЛОПАСТНЫЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК F01C13/00 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к бурению скважин, применяется в качестве привода вращения долот и в качестве привода погружных насосов.

Известны лопастные (шиберные) гидромоторы, состоящие из статора с криволинейной внутренней поверхностью, ротора с пазами, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения установлены лопасти-шиберы, взаимодействующие с криволинейной внутренней поверхностью статора и образующие рабочие камеры, в которые через торцевые распределители подается рабочая жидкость, под действием давления которой на лопасти-шиберы создается вращающий момент, а отработанная жидкость сливается через другой торцевой распределитель.

Недостатком, сдерживающим применение лопастных (шиберных) гидромашин в нефтяной промышленности, является низкая долговечность их рабочих элементов, так как в рабочих жидкостях присутствуют твердые частицы и химически агрессивные вещества. Разработанные в настоящее время высокотвердые износостойкие материалы типа углеситаллов, карбида титана и т. п. позволяют вернуться к простой и экономичной схеме лопастных гидромашин для применения их в нефтяной промышленности.

Целью изобретения является повышение надежности лопастного двигателя и применение его в качестве забойного.

Это достигается тем, что элементы, взаимодействующие друг с другом, а именно статор, лопасти, опорные подшипники, торцевые распределители и ротор, выполнены из материалов повышенной твердости и износостойкости, например углеситаллов или карбида титана, при этом ротор выполнен составным из отдельных насадных элементов, надетых на шлицевую часть вала, а торцевой распределитель со стороны подвода рабочей жидкости выполнен аксиально-подвижным, установлен внутри дистанционной втулки, удерживается от проворота штифтами, установленными в отверстия дистанционной втулки и пазы торцевого распределителя, и прижимается к торцу ротора потоком рабочей среды, при этом на нем выполнен участок с профилем, аналогичным внутренней поверхности статора, которым он может входить в статор.

Выполнение ротора составным с насадными элементами продиктовано технологией их изготовления методом порошковой металлургии из материалов повышенной износостойкости. Одновременно это решает проблему получения значительных вращающих моментов при ограниченных диаметральных размерах за счет увеличения длины статора и ротора. Новизна описанного признака и новый уровень техники заключаются в конструктивном решении использования новых материалов.

Новым признаком является и выполнение торцевого распределителя со стороны подачи рабочей жидкости аксиально-подвижным с участком наружной поверхности, повторяющим внутренний контур статора, что позволяет компенсировать износ торца ротора и опорной поверхности другого торцевого распределителя, являющегося одновременно упорным подшипником, что повышает надежность, так как увеличивает время сохранения работоспособности.

На фиг. 1 изображен осевой разрез двигателя; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Лопастной забойный двигатель включает корпус 1, внутри которого неподвижно установлены статор 2 и с возможностью вращения вал 3 с насадными элементами ротора 4, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения установлены лопасти 5, взаимодействующие с внутренней поверхностью статора 2. Насадные элементы ротора 4 закреплены гайкой 7 на валу 3 и между собой соединены штифтами 8, установленными в их торцах. Нижний торцевой распределитель 9 выполнен ступенчатым и служит радиально-осевой опорой вала 3. Верхний торцевой распределитель 6 со стороны подвода рабочей жидкости выполнен аксиально-подвижным и состоит из дистанционной втулки 10 и диска 11 с профилированными окнами 25, зафиксированного от проворота штифтом 12, установленным в дистанционной втулке 10 и входящим в паз 13 на наружной поверхности диска 11, на этой же поверхности выполнен участок 14 с профилем, аналогичным профилю статора 2, что позволяет диску 11 перемещаться вместе с ротором 4 при износе опорных торцев 15 ротора 4 и торцевого распределителя 9. Внутренние обоймы 16, 17, 18 радиальных подшипников закреплены на валу 3, а наружная обойма 19 и торцевые распределители 9 и 6 с дистанционной втулкой 10, служащие радиальными опорами, закреплены в корпусе 1 вместе со статором 2 и втулками 20 и 21 переводником 22.

В валу 3 выполнен центральный канал 23 и каналы 24, соединенные с пазами ротора 4, через которые рабочая жидкость поджимает лопасти 5 к криволинейной поверхности 6 статора 2.

Работает лопастной забойный двигатель следующим образом.

Рабочая жидкость подается через переводник 22 в корпус 1 и через окна 25 диска 11 попадает в рабочие камеры 28, образованные криволинейной поверхностью 6 статора 2, ротора 4 и лопастями 5, приводя во вращение вал 3, и выходит через каналы 26 торцевого распределителя 9 и каналы 27 вала 3. Потоком рабочей жидкости торцевой распределитель 6 прижимается к ротору 4 и при износе опорных торцев 15 ротора 4 и торцевого распределителя 9 сдвигается вместе с ротором 4.

Экономическая эффективность изобретения заключается в увеличении долговечности, вследствие чего снижаются эксплуатационные затраты, а также повышается КПД по сравнению с применяемыми винтовыми и турбинными забойными двигателями. (56) Авторское свидетельство СССР N 492669, 1973.

Использование: в качестве привода вращения долот при бурении скважин. Сущность изобретения: в корпусе неподвижно размещен статор, в котором с образованием рабочих камер установлен ротор с пазами. В пазах размещены с возможностью возвратно-поступательного перемещения и взаимодействия с внутренней криволинейной поверхностью статора лопасти. Ротор закреплен на валу, установленном в опорных подшипниках. Ротор выполнен составным из отдельных элементов, закрепленных на шлицах вала. Торцевой распределитель со стороны подвода рабочей жидкости выполнен в виде диска с профилированными окнами и охватывающей его дистанционной втулки, соединенных между собой штифтами. Распределитель поджат к торцевой поверхности ротора, установлен с возможностью аксимального перемещения вдоль оси вала и имеет участки, профиль к-рых аналогичен профилю внутренней поверхности статора, с возможностью их сопряжения. Статор, лопасти, подшипники, торцевые распределители и ротор выполнены из материалов повышенной твердости и износостойкости. 3 ил.

ЛОПАСТНОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус, неподвижно размещенный в нем статор, торцевые распределители, установленный в статоре с образованием рабочих камер ротор с пазами и размещенными в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения и взаимодействия с внутренней криволинейной поверхностью статора лопастями, при этом ротор закреплен на валу, установленном в опорных подшипниках, отличающийся тем, что ротор выполнен составным из отдельных элементов, закрепленных на шлицах вала, торцевой распределитель со стороны подвода рабочей жидкости выполнен в виде диска с профилированными окнами и охватывающей его дистанционной втулки, соединенных между собой посредством штифтов, при этом распределитель поджат к торцевой поверхности ротора, установлен с возможностью аксиального перемещения вдоль оси вала и имеет участки, профиль которых аналогичен профилю внутренней поверхности статора, с возможностью их сопряжения, а статор, лопасти, подшипники, торцевые распределители и ротор выполнены из материалов повышенной твердости и износостойкости, например, углеситаллов или карбида титана.