Забойный двигатель Советский патент 1984 года по МПК E21B3/12 

1 Изобретение относится к горному делу, в частности к забойным двигате лям, предназначенным для бурения и ремонта геологоразведочных и нефтяных скпажин. Известер забойный двигатель, соде жащий двигательную секцип, шпиндель ную секцию, включающую корпус с уст новленными в нем кольцами, контакти рующими с телами качения, радиальны опоры, вал и узел соединения, святывающий ротор двигательной секции с валом шпиндельной секции 11. Яезависимо от конфигурации рабо чих поверхностей обойм вЬ всех конструкциях осевых опор предусматривается затяжка внутренних обойм, а внешних - в корпусе шпинделя. Недостатками известного забойного двигателя являются многодетальность конструкции шпинделя и относительно большая площадь -поперечного сечения занимаемая элементами опоры, причем с уменьшением 1абарита двигателей имеется тенденция увеличения относительной площади, занимаемой подшипником. Вследствие этого в забойных двигателях малого габарита применение обычной конструкции шпин деля приводит к уменьшению диаметра вала, что снижает допустимую мощность, развиваемую дви ателем. В случае выбора необходимого по прочности диаметра вала приходится идти на значителт)ные уменьшение диаметра шаров, что также приводит к резком снижению долговечности двигателя из-за пониженной несу|цей способност применяемых шаров. Цель изобретения - повьпиение дол говечности двигателя за счет увеличения несущей способности шпиндельной секции и повышение технологичности изготовления двигателя. Указан 1ая цель достигается тем, что в известном забойном двигателе нал raпиндeль ioй секции вьтолнен с тороидальш11ми дорожками под тела ка чения, причем радиус г поперечного сечения тора и его внутренней диаметр D связаны соотношением 0,10 - 0,25. При зтом часть вала шпиндельной секции с тороидальными дорожками под тела качения выполнена съемной. 2 .2 На фиг. изображен забойный двигатель, общий вид; на фиг.2 - узел I на фиг.1. Двигатель включает двигательную и шпиндельную секции. Двигательная секция состоит из корпуса 1, внутри которого расположены рабочие органы, в данном случае винтовой статор 2 и смонтированный внутри чего винтовой ротор 3. Шпиндельная секция включает полый составной вал, состоящий из переводника 4, съемной втулки-встзвки 5 и выходного вала 6, радиальные обрезиненные подяипники 7 и опору. Осевая опора представляет собой многорядный шарово11 под1иипник ,включшощий наружные обоймы 8 и кольца 9, взаимодействующие с телами качения 10, последние контактируют с тороидальными дорожками 1, выполненными на наружной поверхности втулкивставки 5. Наружные обоймы 8 и кольца 9 посредством резь ы на корпусе шпинделя затягиваются в моноЛИТН1ЛЙ пакет. Кроме того, двигатель содержит соединительный узел 12, связывающий ротор двигательной секции и вал шпиндельной секции и няддолотный переводник 13 и узел подвепивается на колонне бурильных или насосно-компрессорных труб 14. Забойный двигатель работает следующим образом. Промывочная жидкость по внутренней полости колоннь труб А поступает в двигатель. Проходя через рабочие органы 2 и 3, она вращает ротор 3 двигателя и далее поступает через внутренние отверстия деталей 4,5 и 6 шпинделя на забой. Вращающий момент, создаваемый в двигательной секции, с ротора 3 передается на вал шпинделя через соединительный узел 12. Осевое усилие, возникающее на роторе вследствие гидравлической нагрузки и разлол ения на винтовой поверхности, так же как нагрузка от забоя воспринимается опорой, а радиальные нагрузки от дебаланса вала и других факторов - радиальными подшипниками. При передаче осевых сил усилия передаются с втулки-вставки на внеш{даю обойму и корпус через тела качения. Угол контакта выбирается из расчета получения минимальных контактных напряжений при безусловном

обеспечении возможности последовательной сборки каждого отдельного ряда опоры. Из этих же усдовий при сохранении прочности вала выбираются размеры тел качения и диаметр бег вых дорожек. Соотношение радиуса поперечного сечения тора г к его внутренему диаметру D должно находиться в диапазоне 0,10-0,25. При уменьшении этого соотношения резко снижается несущая способность опорного узла, что вызвано вынужденной потерей диаметра тел качения.

Как показывают исследования ,умень шение диаметра наряду со снижением несущей способности вызывает прогрессирующий износ тел качения, особенно в опорах oTKpi.iToro типа при наличии в проирлЕочной жидкости аЪразивных частиц.

Увеличение же соотношения более 0,25 приводит к уменьшению запаса прочности иала при передаче значителных по величине вращаюгщх моментов (в тормозном режиме),

Данная конструкция забойного двигателя с рекомендуемым соотношением размеров тороидальной дорожки под тела качения обеспечивает увеличение нагрузочной способности опоры за счет более выгодного использования площади поперечного сечения и установки шаров большего диаметра по сравнению с опорой обычной конструкции. КромеТОГО, упрощается сборка шпинделя ввиду его малодетальности и устранения необходимости затяжки деталей на валу.

С целью повьш1ения технологичнос,ти изготовления и снижения расхода металла выходной вал шпинделя может быть выполнен составным, основным элементом которого является втулкавставка с тороидальными дорожками под тела качения. Такое конструктивное исполнение узла делает его более компактным.

1. ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий двигательную секцию, включающую корпус с установленными в нем кольцами, контактирующими с телами качения, радиальные опоры, вал и узел спе.;и1нения , связывакнпий ротор двигательной секции с валом шпиндельной секции, отличающийся тем, что, с целью повьшения долговечности двигателя за счет увеличения несущей сйособности шпиндельной секции, вал шпиндельной секции выполнен с тороидальными дорожками под тела качения, причем радиус поперечного сечения тора и его внутренний диаметр Р связаны соотношением г-/ 0,10 - 0,25. 2. Двигатель по п.1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения технологичности изготовле1 ия часть вала шпиндельной секции с тороидальными дорожками под тела качения выполнена съемной.