Гидравлический забойный двигатель Советский патент 1992 года по МПК E21B4/02 

Изобретение относится к б уровой технике, а именно к гидравлическим забойным двигателям.

«Известен забойный двигатель, включающий героторный винтовой и многоступенчатый турбинный механизмы, статоры которых соединены патрубком, а роторы, обладающие возможностью относительного планетарного движения, кинематически.

Недостатком двигателя является низкий моторесурс как кинематическрго элемента, соединяющего роторы, так и двигателя -в целом.

Известен также винтовой забойный двигатель, содержащий героторный. механизм со статором, закрепленным в корпусе двигателя и эксцентрично расположенным внутри статора ротором, торсион, кинематически соединяющий ротор винтового механизма с выходным валом, концентрично расположенным в корпусе.

Недостатком этого двигателя является сравнительно низкий моторесурс, обусловленный тем, что торсион при заданном усилии сжатия имеет жесткую зависимость между его устойчивостью и гибкостью, что предопределяет сравнительно большие внутренние поперечные силы, действующие в двигателе, прогиб торсиона от действия центробежных сил, возникающих при его вращении с прецессией.

Кроме того, недостатком этого двигателя является неразъемность в условиях буровой системы ротор - торсион - вал, так как в местах их стыковки действуют изламывающие пары сил, требующие именно таких соединений, например, на горячей посадке.

Целью изобретения является повышение надежности и стойкости двигателя за счет увеличения соотношения между устойчивостью и гибкостью торсиона, и улучшениемонтажеспособностииэксплуатационных качеств двигателя.

Цель достигается тем, что в гидравлическом двигателе, включающем героторный винтовой механизм со статором, закрепленным в корпусе двигателя и эксцентрично расположенным внутри статора ротором,

сл С

4 СЛ О СЛ ГО СЛ

торсион кинематически соединяющий ротор винтового механизма с выходным валом, концентрично расположенным в корпусе, средняя по длине часть торсиона выполнена с моментом инерции большим момента инерции крайних частей торсиона, при этом длина средней части торсиона находится в пределах от 0,3 до 0,7 от общей длины торсиона, при этом в средней части торсиона выполнено разъемное соедине- ние, например конусно-шлицевое,

На фиг.1 показан забойный двигатель, продольный разрез; на фиг.2 - торсион с разъемным конусно-шлицевым соединением в средней части.

Героторный механизм включает статор

1и ротор 2, расположенный с эксцентриситетом е относительно основной оси вращения 0-0. Статор 1 героторного механизма соединен с корпусом 3 турбинного двигате- ля посредством соединительного переводника. Для передачи вращающего момента и осевой фиксации относительно вала 5 ротор

2героторного механизма соединен с концентричным валом 5 нижележащего турбин- ного двигателя посредством гибкого элемента, а именно торсиона б, Как вариант, торсиом может соединять между собой эксцентрично расположенный ротор 2 с концентрично расположенным валом шпинделя забойного двигателя или два ротора гсроторных- механизмов, имеющих в общем случае эксцентричное взаимоположение.

Торсион б выполнен с большим момен- том инерции сечения в его средней части. На фиг.1, как вариант, показан торсион 6, имеющий диаметральное расширение в своей средней части. Эта часть торсиоиа может быть выполнена полой. Указанное увеличение момента инерции сечения может быть осуществлено также другими известными средствами, например, путем применения в средней части торсиона ребер жесткости. Диаметральное расширение может быть выполнено путем закрепления в средней части торсиона втулок, предпочтительно из легкого сплава.

Длина средней части торсиона может колебаться в пределах 0,3-0,7 от общей дли- ны торсиона. Нижний предел позволяет за счет незначительного уменьшения гибкости торсиона (до 3%) увеличить критическую сжимающую силу в 1,5-2 раза, защитить наиболее опасную, с точки зрения потери устойчивости, его часть. Верхний предел ограничен сохранением гибкости торсиона, в основном, в пределах 70$ от гибкости вала постоянного сечения (при одинаковых с прототипом общей длине гибкого вала и сечении крайних участков). Вместе с тем, согласно расчетам, путем соответствующего пропорционального уменьшения моментов инерции сечения среднего и крайних участков торсиона может сохранить гибкость тор- -сиона с увеличенным в средней части моментом инерции сечения на уровне гибкости торсиона постоянного сечения. При этом критическая сила первого торсиона останется выше, чем второго.

На фиг.2 показан вариант выполнения торсиона, в средней части которого выполнено разъемное моментопередающее соединительное устройство, в данном случае конусно-шлицевое соединение, состоящее из верхней 7 и нижней 8 полумуфт и соединенное с крайними участками 9 торсиона на горячей посадке. Это соединение может быть расположено в соединительном переводнике, что позволяет после его отворота от корпуса 3 и при подъеме статора 1 производить дополнительные операции по расстыковке (стыковке) частей разъемного соединения в условиях буровой.

Такая конструкция торсиона позволяет выполнять наиболее нагруженные крайние участки 9 торсиона из высококачественных материалов, реставрацию торсиона, обеспечивая соответствующую экономию трудозатрат и материалов.

При работе двигателя ротор 2 героторного механизма наряду с вращением вокруг собственной оси выполняет высокочастотное планетарное движение вокруг центральной оси 0-0 двигателя с эксцентриситетом е. При этом на концах торсиона возникают максимальные изгибающие моменты сил противоположного знака, которые убывают к его середине, где равны нулю, По этой причине наибольшие деформации изгиба (искривления) торсиона имеют место на его концах и убывают к его середине. Поэтому компенсация эксцентриситета е торсионом достигается, в основном, за счет деформации крайних участков и достигаемого благодаря ей наклона среднего участка торсиона. Именно по этой причине увеличение момента инерции сечения средней части торсиона сопровождается сравнительно небольшой потерей его гибкости и вместе стем, как показывают вычисления, значительным повышением устойчивости торсиона.

Выполнение разъемного соединения в соедней части торсиона целесообразно и возможно по той причине, что при этом на это соединение действует минимальный изламывающий момент силы, т.к. изгибающий момент в середине торсиона равен нулю.

Увеличение момента инерции сечения средней части торсиона позволяет избежать самопроизвольное лавинообразное его изгибание, вызываемое центробежными силами, действующими на торсион при его высокочастотном прецессионном движении вокруг оси двигателя и увеличивающимися по мере прогиба торсиона,

Увеличение момента инерции сечения средней части торсиона по сравнению с его крайними участками позволяет повысить межремонтный срок работы забойного двигателя.

Формула изобретения 1. Гидравлический забойный двигатель, содержащий героторный винтовой механизм со статором, закрепленным в корпусе двигателя, и эксцентрично расположенном

внутри статора ротором, торсион. кинематически соединяющий ротор винтового механизма с выходным валом, концентрично расположенным в корпусе, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения надежности и стойкости двигателя за счет увеличения соотношения между устойчивостью и гибкостью торсиона, средняя подлине часть торсиона выполнена с моментом

инерции, большим момента инерции крайних частей торсиона, при этом длина средней части торсиона находится в пределах от 0,3 до 0,7 от общей длины торсиона.

2. Двигатель по п.1, отличающийс я тем, что, с целью улучшения монтажеспо- собности и эксплуатационных качеств двигателя, в средней части торсиона выполнено разъемное соединение, например, конусно- шлицевое.,

Использование: бурение скважин на нефть и газ забойными двигателями. Сущность изобретения: забойный двигатель содержит героторный механизм из статора, закрепленного в корпусе, и ротора, эксцентрично расположенного в статоре. Ротор со- единен торсионом с выходным валом. Выходной вал расположен в корпусе кон- центрично. Момент инерции средней части по длине торсиона больше момента инерции крайних частей. Длина средней части торсиона находится в пределах 0,3-0,7 общей длины торсиона. В средней части торсиона выполнено разъемное соединение. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

S Фиг 2