ГИДРОМОТОРНАЯ ЛЕБЕДКА БУРОВОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1996 года по МПК E21B19/00 B66D1/08 

Изобретение относится к технике горного машиностроения и может быть использовано в буровых установках.

Известна лебедка буровой установки с гидромоторным приводом, используемая в качестве средства для автоматической подачи бурового инструмента на забой [1] Эта установка имеет внешний редуктор, усложняющий установку и снижающий ее надежность.

Известны лебедки [2] с многочисленными гидромоторами, соединенными с тросовым барабаном через редукторы и лебедка с гидромоторами, установленными по торцам тросового барабана [3]
Такие лебедки обладают огромной массой, сложны по своей конструкции.

Целью изобретения является устранение недостатков и такое техническое решение гидромоторной лебедки для буровой установки, которое, сохранив достаточные возможности регулирования скорости бурения, позволило бы уменьшить массу установки и упростить ее.

Эти цели достигаются прежде всего тем, что, как и по [3] лебедка содержит станину, тросовый барабан с гидромоторным приводом и тормозом. Однако, в отличие от [3] привод тросового барабана выполнен из роторных гидромашин, которые установлены по обоим торцам барабана. Барабан при этом вращается непосредственно валами гидромоторов без редукторов на подшипниках, размещаемых внутри самого барабана.

Основные особенности предлагаемого изобретения связаны с конструкцией гидромоторов, из которых каждый имеет полый корпус с выступающими внутрь рабочей полости лопастями, и ротор, в гнездах которого установлены, в частности, вращающиеся замыкатели. В замыкателях выполнены выемки, размещенные таким образом, чтобы вращение ротора с замыкателями обеспечивало прохождение через эти выемки выступающих лопастей.

Гидромотор является тормозом при спуске става при дросселировании потоков жидкости или рекуперации гидравлической энергии для привода других узлов. Тормоз гидромоторов является стояночным, действующим во время технологических остановок.

Одним из вариантов изобретения предусмотрено выполнение гидромоторов привода ступенчато регулируемыми за счет независимого отключения отдельных секторов круговой рабочей полости.

Предусмотрен вариант исполнения изобретения, когда замыкатели гидромотора выполняются не вращающимися, а качающимися. При этом замыкатели должны синхронно взаимодействовать с кулачковым механизмом, закрепленным на корпусе. Ротор может быть также снабжен дополнительными пластинами, компенсирующими зазоры между ним и лопастями.

На прилагаемых чертежах показано:
Фиг. 1 общая гидросхема устройства, фиг. 2 продольный разрез лебедки, фиг. 3 и фиг. 4 поперечные разрезы по рабочим полостям гидромоторов по А-А и Б-Б. На фиг. 5, 6 и 7 представлены соответственно гидросхема, продольный и поперечный (по В-В) разрезы ступенчато-регулируемого гидромотора в варианте, когда гидромотор включает ротор с установленными в его гнездах 6 или 8 замыкателями. Последние две фиг. 8 и фиг. 9 относятся к варианту гидромоторной лебедки с гидромотором, у которого замыкатели выполнены качающимися -соответственно поперечный (по Г-Г) и продольный (по Д-Д) разрезы.

Согласно изобретению, гидромоторы 1 (фиг. 1), вращающие лебедку, приводятся насосом 2 переменной производительности, имеющим отвод 3 для привода других машин, распределитель 4, переключатель 5, напорный гидроклапан 6 и гидромагистрали 7 и 8. Гидросхемой обеспечиваются спуско-подъемные операции бурового става и автоматическая подача инструмента при оптимальном давлении на него в ходе бурения скважины. Гидромоторная лебедка, включающая два гидромотора 1 (фиг. 2), крепится на стойках 9 платформы 10. Тормоз 11 прикреплен к корпусу одного из гидромоторов 1. Подшипники 12 напрессованы на внутренние выступы 13 стоек 9. Каждый гидромотор 1 имеет корпус 14 (фиг. 3) с внутренней шестерней 15, охватывающей рабочую полость, и кольцевой канал 16 (фиг. 2), (фиг. 3). Последний сообщает одноименные каналы 17 и 18 (фиг. 3, 4) подвода жидкости, выполненные в лопастях 19, выступающих внутрь рабочей полости. В гнездах ротора 20 установлены замыкатели 21, сцепленные своими зубьями 22 с шестерней 15 и вращающиеся на осях 23, закрепленных своими концами в торцевых буртах-головках (не показаны) ротора 20. При этом оба гидромотора 1 имеют валы 24, связанных в единую якорную систему муфтами 25 и штифтами 26. Диск 27 создает жесткость полой конструкции барабанной лебедки.

В варианте решения лебедки для расширенного диапазона регулирования скорости вращения барабана гидромоторы могут быть сделаны ступенчато регулируемыми с независимо отключаемыми секторами круговых рабочих полостей гидромоторов, причем количество секторов, на которые делится круговая рабочая полость, может быть различно. Фиг. 5 и 7 чертежей относятся к разным таким вариантам: гидросхема (фиг. 5) относится к случаю, когда круговая рабочая полость разбита на три сектора, а фиг. 7 (поперечный разрез) к случаю, когда круговая рабочая полость разбита на четыре сектора.

Таким образом, для лебедки с расширенным диапазоном регулирования скорости упрощается насос 2 переменной производительности. По общим магистралям 28 и 29 подается жидкость в секторные магистрали 30 и далее через распределители 31 в секторы 32 рабочей полости. Очевидно, что для трехсекторной круговой рабочей полости таких магистралей и должно быть три. Корпус 14 гидромотора с запрессованным коллектором 33 закрыт крышками 34 и 35. В рабочей полости 36 установлены лопасти 19 с каналами 17 и 18, имеются входные 37 и выходные 38 отверстия, ведущие в рабочую полость 36 и перекрываемые распределителями 31 (на фиг. 6 и 7 не показаны).

По оси корпуса 14 размещен вал 39 с буртом 40, к которому прикреплен ротор 20. Внутри ротора на валу 39 установлена цилиндрическая труба 41, непосредственно контактирующая с роликовыми замыкателями 21 и являющаяся основным элементом подшипника качения, в котором независимо друг от друга, вращается вал 39, трубка 41 и замыкатели 21.

Роликовые замыкатели 21 установлены в осевых гнездах ротора 20, имеют непосредственные контакты с цилиндрическими поверхностями коллектора 33 и герметизированы уплотнительными кольцами 42 и 43.

Коллектор 33 имеет шестерню 15, сцепленную с шестернями 22, закрепленными на замыкателях 21 с целью синхронизации вращения последних.

Еще один вариант осуществления данного изобретения предусмотрен для случая, когда требуется особо высокомоментная гидромоторная лебедка. Здесь целесообразно вместо вращающихся замыкателей, взаимодействующих с лопастями, применить замыкатели качающиеся (фиг. 8 и 9). В том же корпусе 14 гидромотора с крышками 34 и 35 и внутренними лопастями 19, к которым подведены напорные 17 и сливные 18 каналы, размещены качающиеся замыкатели 44 с уплотнителями 45. Замыкатели шарнирно установлены в гнездах ротора 20 и имеют ролики 46, заделанные своими концами в бурты 47 замыкателей 21. При качании замыкателей 21 ролики 46 взаимодействуют с кулачками 48, неподвижно прикрепленные к корпусу 14. На роторе 20 установлены также пластины 49 с уплотнителями 50.

Гидромоторная лебедка согласно изобретению работает следующим образом: При спуско-подъемных операциях переключение бурового става со спуска на подъем и обратно производится изменением направления потока распределителем 4, а натяжение упругого элемента в напорном гидроклапане 6 (золотниковом устройстве) определяет давление инструмента на забой. При этом насос 2 действует в режиме подпитки гидромотора.

При подаче рабочей жидкости в каналы 17 давление жидкости передается на выступающие части замыкателей 21, затем через оси 23 (или ролики 46) ротору 20, создавая крутящийся момент на валах 39 и 24 гидромоторов осуществляя подъем става. Особенность работы высокомоментной лебедки связана с действием давления жидкости не только на качающиеся замыкатели 21, но и на пластины 49, обеспечивая их плотное прижатие к цилиндpическим поверхностям лопастей 19. Под давлением жидкости уплотнения 45 и 50 также снижают перетечки через зазоры, образующиеся при взаимодействии замыкателей 21, воспринимающих перепад давлений, с лопастями 19.

Преимущества настоящего изобретения очевидны. Прежде всего это уменьшение его массы и габаритов, а также создание условий для расширения диапазона регулирования скорости вращения барабана лебедки.

Использование: изобретение может быть использовано в качестве привода барабана лебедки буровой установки. Сущность изобретения: гидромоторы установлены непосредственно на валу барабана. Вращение замыкателей в рабочей полости гидромотора синхронизировано внутренней шестерней с которой замыкатели сцеплены своими зубчатками. Для увеличения диапазона регулирования скорости подъема бурового става гидромоторы привода выполняются ступенчато-регулируемыми и содержащими независимо отключаемые секторы круговой рабочей полости. Использование изобретения предоставляет широкий диапазон регулирования скорости вращения барабана. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Гидромоторная лебедка буровой установки, содержащая смонтированный на станине тросовый барабан с гидромоторным приводом в виде насосной установки, гидромоторы, установленные по торцам тросового барабана, и тормоза, отличающаяся тем, что тросовый барабан имеет центральный диск, каждый гидромотор привода лебедки выполнен в виде полого корпуса с кольцевой рабочей полостью, разбитой на секторы, с лопастями, выступающими внутрь секторов кольцевой рабочей полости, ротора с гнездами, замыкателей с выемками, установленных в гнездах ротора с возможностью синхронизированного расположения выемок относительно лопастей, а валы гидромоторов соединены с центральным диском барабана лебедки. 2. Лебедка по п.1, отличающаяся тем, что каждый гидромотор привода выполнен с возможностью ступенчатого регулирования и имеет гидрораспределители для независимого отключения секторов кольцевой рабочей полости. 3. Лебедка по п.1, отличающаяся тем, что каждый гидромотор имеет зубчатое зацепление, расположенное в кольцевой рабочей полости, для синхронизированного расположения выемок замыкателей относительно лопастей, а замыкатели выполнены вращающимися. 4. Лебедка по п.1, отличающаяся тем, что каждый гидромотор имеет кулачковый механизм, расположенный сбоку от замыкателей и закрепленный на корпусе для синхронизированного расположения выемок замыкателей относительно лопастей, а замыкатели выполнены качающимися. 5. Лебедка по п. 4, отличающаяся тем, что ротор гидромотора снабжен пластинами для компенсации зазора между ними и лопастями.