РЕДУКТОРНЫЙ ТУРБОБУР "АЗИМУТ" Российский патент 1997 года по МПК E21B4/02 

Изобретение относится к оборудованию для бурения скважин редукторными турбобурами.

Известен редукторный турбобур конструкции ЭКТБ [1] содержащий быстроходный вал, приводимый турбиной с центральной ведущей шестерней, центральную неподвижную шестерню с внутренними зубьями, равномерно расположенные по окружности сателлиты на водиле тихоходного вала. Недостатком этого турбобура является низкая стойкость зубчатой передачи из-за малых диаметральных размеров сателлитов. Кроме того, мелкий зуб быстро изнашивается, конструкция мало пригодна для корпуса диаметром 4 дюйма и меньше (4'').

Известен редукторный турбобур Т37 РН-8 [1] содержащий быстроходный вал, приводимый турбиной с центральной ведущей шестерней, центральную неподвижную шестерню с внутренними зубьями и несколько рядов равномерно расположенных по окружности сателлитов на водиле, соединенным с тихоходным валом. Недостатком этого турбобура является сложность конструкции, связанная с обеспечением равномерности распределения нагрузки по рядам сателлитов; большая длина зуба неподвижной шестерни создает технологические трудности при изготовлении; малые диаметральные размеры сателлитов не позволяют выполнить работоспособный турбобур в малом диаметре корпуса, например 4'' и меньше.

Известен редукторный турбобур, принятый за прототип, содержащий быстроходный вал с эксцентриковой осью, блок сателлитов, центральные неподвижные зубчатые колеса внутреннего зацепления, соединительный элемент блока сателлитов с тихоходным валом привода шпинделя рабочего инструмента (долота) [1]
Недостатком этого редукторного турбобура является:
малый срок службы зубчатых колес, т.к. промывочный раствор проходит через зацепления;
левое вращение турбины не позволяет использовать стандартные разработанные и освоенные в эксплуатации турбинные элементы (колеса и направляющие аппараты);
специальные винтовой зуб создает технологические трудности при изготовлении;
затруднена реализация передаточного отношения менее 9, 4.7.

Все это снижает долговечность редукторного турбобура и сужает технологические возможности его использования.

Цель изобретения увеличение долговечности редукторного турбобура и расширение технологических возможностей его использования.

Указанная цель достигается тем, что в редукторном турбобуре, содержащем быстроходный вал с эксцентриковой осью, блок сателлитов, центральные неподвижные зубчатые колеса, соединительный элемент блока сателлитов с тихоходным валом привода шпинделя рабочего инструмента (долота), блок сателлитов выполнен с зубчатыми венцами внутреннего зацепления, а быстроходный вал с эксцентриковой осью, тихоходный вал и соединительный элемент снабжены внутренними каналами для промывочного раствора и герметизирующими уплотнениями.

На фиг. 1 показана редукторная часть турбобура.

На фиг. 2 показан разрез А-А по фиг. 1 в увеличенном масштабе.

Редукторная часть турбобура содержит корпус 1, неподвижные опоры 2 и 3, центральное неподвижное колесо 4, центральное неподвижное колесо 5, выполненное совместно с корпусом 6 лубрикатора 7, быстроходный вал 8, блок сателлитов 9, тихоходный вал 10, соединительный элемент 11 блока сателлитов с тихоходным валом. Быстроходный вал 8 пустотелый, в нижней части имеет эксцентриковую ось 12, в верхней части резьбовой переходник 13 для соединения с валом турбины, ниже переходника расположены окна 14 для прохода промывочного раствора. Тихоходный вал 10 пустотелый и снабжен шлицами 15, упорным пояском 16 (подпятником), окнами 17 для выхода промывочного раствора и резьбовым переходником для передачи вращения шпинделю рабочего инструмента.

Блок сателлитов 9 снабжен зубчатыми венцами внутреннего зацепления 19 и 20, внутренними шлицами 21 и каналами для прохода смазки (не указаны), а также резьбой для стопора 22.

Соединительный элемент 11 пустотелый и снабжен наружными шлицевыми венцами для ответных внутренних шлиц 15 и 21. Тихоходный вал 10 в осевом направлении зафиксирован крышкой 23.

Быстроходный и тихоходный валы снабжены торцевыми уплотнениями одинаковой конструкции 24 и 25. В комплект уплотнения входит неподвижный поясок из твердого сплава 26, нанесенного соответственно на торцы колеса 4 и крышки 23, вращающееся кольцо 27 со слоем твердого сплава на торце, уплотнительное кольцо 28, пружина 29, упорное кольцо 30, неподвижно установленные на валу.

На торце эксцентриковой оси 12 быстроходного вала установлен по резьбе диск 31, контактирующие торцы диска и блока сателлитов снабжены твердосплавной напайкой 32. Между блоками сателлитов 9 и опорой 2 установлен набор тарельчатых пружин 33 и нажимное кольцо 34. Диск 31 закрыт крышкой 35, к которой прижаты стопором 22 упругое кольцо 36, соединительный элемент 11, упругое кольцо 37. На нижний конец соединительного элемента 11 установлена эластичная муфта 38 и уплотнительное кольцо 39. Опора 3 зафиксирована в корпусе 1 штифтом 40, опора 2 штифтом 41, в который ввернут винт стравливания воздуха 42. Лубрикатор 7 состоит из поршня с уплотнениями 43, пружины 44, поддерживающего кольца 45, фиксатора 46, обратного клапана 47 и жиклера 48.

Работа редукторного турбобура осуществляется следующим образом.

Полости Б, В и Л заполняют маслом через обратный клапан 47, при этом воздух стравливают через винт 42, пружина 44 сжимается и в дальнейшем будет создавать избыточное давление масла и компенсировать утечки его через жиклер 48, турбобур опускается в забой.

Вращение турбины передается через переходник 13 быстроходному валу 8, при этом блок сателлитов 9 обкатывается вокруг неподвижных центральных колес 4 и 5 соответственно венцами 19 и 20. Обкатываясь, блок сателлитов поворачивается вокруг собственной оси на величину разницы зубьев венца сателлита и центрального колеса в ту же сторону, что и быстроходный вал 8. Вращение блока сателлитов через шлицы 21 и 15 соединительного элемента 11 передается тихоходному валу 10, который соединяется со шпинделем рабочего инструмента (долота).

Движение промывочного раствора показано стрелками Г и Е через центральные отверстия вала 8, соединительного элемента 11 и вала 10.

Передаточное число

где Z число зубьев колеса или венца
Индекс указывает к какому колесу или венцу принадлежит это число зубьев.

Из формулы (1) видно, что если число зубьев венцов 19 и 20 будут разными, то соответственно будет разным число зубьев колес 4 и 5, при этом должно выполняться условие

Верхний конец соединительного элемента 11 движется по окружности радиусом равным эксцентриситету e, а нижний конец находится на оси тихоходного вала 10.

Таким образом, ось соединительного элемента всегда наклонена на угол α от оси корпуса турбобура. Чем больше длина соединительного элемента, при прочих равных условиях, тем меньше угол a, тем лучше условия для работы шлиц 15 и 21, которые на соединительном элементе выполнены бочкообразными.

Уплотнительные элементы показаны схематично и в каждом конкретном случае могут быть разными. Упругие кольца 36 и 37 должны обладать достаточной податливостью приблизительно 0,5 мм (для реальной конструкции) и обеспечивать при этом герметичность.

Из приведенного примера исполнения видно, что выполнение блока сателлитов с венцами внутреннего зацепления позволяет более полно использовать диаметральные размеры корпуса, позволяет увеличить размеры колес зубчатой передачи, ее главный параметр модуль зуба.

Так при ⊘ D_к= 88 и передаточном числе 6.12, модуль зуба составляет 2,5 мм, диаметры каналов для прохождения промывочного раствора не менее 26 мм, что вполне удовлетворительно.

Предложенное решение позволяет в широком диапазоне от 5 до 12 изменять передаточное число без изменения диаметрального габарита. Например: при числе зубьев венца сателлитов Z₁₉=24 при разнице в 4 зуба с центральным колесом (Z₁₉-Z₄= 4) передаточное число будет 24/4=6; при разнице в 3 зуба 8, при разнице в 2 зуба 12 и это не изменяя габаритов.

Направление вращения быстроходного и тихоходного валов совпадают, это позволяет применять стандартные, разработанные и освоенные турбины и турбинные элементы, что расширяет технологические возможности. Расположение лубрикатора в зоне соединительного элемента не увеличивает общей длины.

Применение предложенного редукторного турбобура позволяет увеличить долговечность и расширить его технологические возможности за счет получения оптимального передаточного отношения и использования стандартных элементов забойных двигателей.

Выполнение каналов внутри валов позволяет эффективнее использовать переферию пространства для увеличения диаметральных размеров колес и сателлитов.

Использование: в горной промышленности, в частности в конструкциях гидравлических забойных двигателей для бурения скважин. Сущность изобретения: редукторный турбобур включает полый корпус, установленные в полости корпуса быстроходный вал с эксцентриковой осью, тихоходный вал привода рабочего инструмента и блок сателлитов, закрепленные в корпусе неподвижные зубчатые колеса и соединительный элемент блока сателлитов с валом привода рабочего инструмента. Сателлиты блока выполнены с зубчатыми венцами внутреннего зацепления, а быстроходный вал, вал привода рабочего инструмента и соединительный элемент выполнены с осевыми каналами для промывочной жидкости. Стыки канала соединительного элемента с каналами валов выполнены с герметизирующими уплотнениями. 2 ил.

Редукторный турбобур, включающий полый корпус, установленные в полости корпуса быстроходный вал с эксцентриковой осью, тихоходный вал привода рабочего инструмента и блок сателлитов, закрепленные в корпусе неподвижные зубчатые колеса и соединительный элемент блока сателлитов с валом привода рабочего инструмента, отличающийся тем, что сателлиты блока выполнены с зубчатыми венцами внутреннего зацепления, а быстроходный вал, вал привода рабочего инструмента и соединительный элемент выполнены с осевыми каналами для промывочной жидкости, при этом стыки канала соединительного элемента с каналами валов выполнены с герметизирующими уплотнениями.