Шпиндель-редуктор забойного двигателя Советский патент 1993 года по МПК E21B4/00 

обретение относится к буровой технике, |э именно устройство для снижения скорости вращения вала и увеличения крутящего момента на валу двигателя при бурении скражин.

Известен редуктор забойного двигателя, содержащий корпус, зубчатую понижающую передачу планетарного типа, размещенную в маслон|аполненной камере, систему масло- защить|1 с уплотнениями, ведущий и ведомый валы, каждый из которых установлен на двух опорах (осевой и радиальнойУ. В данном забойном двигателе редукторная вставка устанавливается между секциями движущего органа (например турбины) и опорного узла (шпинделя). Восприятие осевой гидравлической нагрузки турбины осуществляется отдельным узлом - промежуточным шпинделем.

Недостатками, снижающими эффективность работы устройства, являются наличие высоких контактных нагрузок в элементах планетарной передачи, соединения валов двигателя и редуктора имеют, как правило, значительную несоосность, i возникающие вибрационные колебаний нарушают систему маслозащиты; отсутствие защиты редук- торной части от пиковых нагрузок, отсутствие циркуляции и очистки масла в системе смазки приводит к образованию застойных зон и накоплению продуктов разрушения при работе редуктора; невозможность использования

VI

О

ел о о со

редукторной вставки в сочетании с турбиной без дополнительного опорного узлэ.

Известна также конструкция редуктор- ного турбобура ТРМ-195, выбранного в качестве прототипа, содержащего корпус, ведомый и ведущий валы, каждый из которых установлен на двух опорах (осевой и радиальной), планетарную зубчатую передачу с зацеплением Новикова (редуцирующий узел). Опоры турбины и шпинделя размещены в маслонаполненном корпусе редуктора и имеют с ним общую систему маслозэщиты с уплотнениями.

Недостатками, снижающими эффективность работы устройства являются наличие высоких контактных нагрузок- в элементах планетарной передачи, что приводит к слому зубьев; отсутствие очистки масла от продуктов разрушения; невозможность защиты от пиковых нагрузок; невозможность охлаждения масла.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства, за счет увеличения срока службы. Поставленная цель достигается тем, что шпиндель-редуктор забойного двигателя, содержащий корпус, редуцирующий узел, ведущий и ведомый валы, установленные на двух опорах, размещенных в маслонаполненной камере и систему маслозащиты с уплотнениями, редуцирующий узел выполнен в виде гидронасоса с гидродвигателем, установленных соответственно на ведущем и ведомом валах коаксиально с зазором относительно кожуха марлонаполненной камеры и образующих с ним циркуляционный канал, гидравлически связывающий зыкидную полость гидродвигателя с всасывающей полостью гидронасоса, а выходную полость гидронасоса с входной полостью гидродвигателя, при этом опоры ведущего вала размещены во всасывающей полости гидронасоса, а опоры ведомого вала - в выкидной полости гидродвигателя.

Сопоставительный анализ технического решения с прототипом показал, что заявляемое устройство отличается тем, что редуцирующий узел, выполнен в виде гидронасоса с гидродвигателем, установленных соответственно на ведущем и ведомом валах коаксиально с зазором относительно кожуха маслонаполненной камеры и образующих с ним циркуляционный канал, гидравлически связывающий выкидную полость гидродвигателя с всасывающей полостью гидронасоса, а выходную полость гидронасоса с входной полостью гидродвигателя, при этом опоры ведущего вала размещены во всасывающей полости гидронасоса, а опоры ведомого вала в выходной полости гидродвигателя,

Анализ известных технических решений в исследуемой области и смежных областей позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существующими отличительными признаками в заявляемом шпиндель-редукторе забойного двигателя, т.е. редуцирующий узел выполнен в виде

гидронасоса с гидродвигателем, установленных соответственно на ведущем и ведомом валах коаксиально с зазором относительно кожуха маслонаполненной камеры и образующих с ним циркуляционный канал,

5 гидравлически связывающий выкидную полость гидродвигателя с всасывающей полостью гидронасоса, а выходную полость гидронасоса с входной полостью гидродвигателя, при этом опоры ведущего вала размещены во всасы0 вающей полости гидронасоса, а опора ведомого вала в выкидной полости гидродвигателя, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию существенные отличия.

В предлагаемой конструкции шпинде5 ля-редуктора забойного двигателя применение гидронасоса и гидродвигателя, обеспечивающих редукцию, размещение опор ведущего вала во всасывающей полости гидронасоса, а опор ведомого вала - в выкид0 ной полости гидродвигателя, способствует достижению цели изобретения, повышению эффективности работы устройства за счет увеличения срока службы.

На чертеже представлен шпиндель-ре5 дуктор с гидропередачей.

Шпиндель-редуктор содержит корпус 1 и расположенный коаксиально в нем кожух маслонаполненной камеры 2, с системой уплотнений 3, образующих между собой канал

0 для прохода промывочной жидкости 4. Внутри масляной камеры 2 расположены гидронасос 5, приводной вал 6 которого соединен с ведущим валом 7 через муфту 8. Выкидная полость гидронасоса соединена

5 нагнетательным трубопроводом содержащим фильтрующий элемент 9 и предохранительный клапан 10 с входной полостью гидродвигателя 11. вал которого в свою очередь через муфту 12 и ведомый вал 13 сое0 динен с долотом 14. Выкидная полость гидродвигателя через циркуляционный канал 15, образованный кожухом маслонаполненной камеры и корпусами гидродвигателя и гидронасоса, соединена с всасывающей

5 полостью гидронасоса. Ведущий вал 7 установлен на осевой 16 и радиальной 17 опорах, расположенных во всасывающей полости гидронасоса, а ведомый вал установлен на осевой 18 и радиальной 19 опорах, расположенных в выкидной полости

гидродвигателя. На выходе гидронасоса установлен фильтрующий элемент 20, а кожух маслонаполненной камеры снабжен ком- пенсатором давления 21.

Шпиндель-редуктор забойного двигателя работает следующим образом.

При включении наземных буровых насосов промывочная жидкость по колонне бурильных труб подается к рабочим орга- нам двигательных секций турбобура или винтового двигателя (не показано), приводящих во вращение ведущий вал 7 шпинделя-редуктора, проходит через канал между корпусом 1 и кожухом маслонаполненной камеры 2, заходит в радиальные отверстия ведомого вала 13 и подается к долоту 14. Вращением ведущего вала 7 через муфту 8 приводит в действие гидронасос 5. Масло, выходя из выкидной полости гидронасоса, проходит по нагнетательному трубопроводу с фильтрующим элементом 9 и приводит в действие гидродвигатель 11, вал которого в свою очередь через муфту 12 и ведомый вал 13 шпинделя придает вращение долоту 14. Поток масла, выходящего из гидродвигателя смазывает осевую 18 и радиальную 19 опоры вала, затем по циркуляционному каналу 15 проходит к всасывающей полости гидронасоса и омывает верхние осевую 16 и радиаль- ную 17 опоры, поступает через фильтрующий элемент 20 на вход гидронасоса.

При возникновении пиковых нагрузок на породоразрушающем инструменте и соответственно повышении давления в трубопроводе соединяющем гидронасос и гидродвигатель свыше определенного предела - срабатывает предохранительный клапан 10, защищая от перегрузок механическую часть гидропривода.

Коэффициент полезного действия обь- емного гидропривода такого типа не менее 0,8, что несколько ниже, чем у механической зубчатой передачи, но компенсируется воз- можно.стью более широкого диапазона регулирования скоростей и кратным увеличением ресурса работы передачи.

Ресурс работы обьемных гидромашин достигает 500 часов и выше, а ресурс работы механических зубчатых передач (наиболее нагруженный узел), применяемых в конструкциях редукторных турбобуров не превышает 600 часов. Внесение опорных узлов шпинделя-редуктора в поток постоянно циркулирующего очищающегося масла, позволит также прогнозировать существенное увеличение их ресурса работы. И лишнее тепло, выделяющееся при работе устройства, эффективно отдается промывочной жидкости за счет большой поверхности кольцевого канала между корпусом устройства и кожухом масляной камеры. Таким образом достигается большая эффективность работы предлагаемого устройства, по сравнению с прототипом.

Использование; бурение скважин с применением забойных двигателей. Сущность изобретения: шпиндель-редуктор содержит корпуЈ и расположенную в его полости мас- лонапЬлненную камеру, между которыми образован канал для промывочной жидкости. Внутри камеры размещены гидронасос и гидродвигатель, образующие редуцирующий узел, причем гидронасос установлен на ведущем валу, а гидродвигатель - на ведомом валу. Редуцирующий узел установлен с зазором внутри камеры, образующим циркуляционный канал, гидравлически связывающий выкидную полость гидродвигателя с всасывающей полостью гидронасоса, а выходную полость гидронасоса с входной полостью гидродвигателя. Ведущий вал установлен на осевой и радиальной опорах, расположенных во всасывающей полости гидронасоса, а ведомый вал установлен на осевой и радиальной опорах, расположенных в выводной полости гидродаигателя. Такое выполнение шпиндель-редуктора позволяет увеличить ресурс его работы за счет эффективного охлаждения и смазки опорных узлов. 1 ил. 00 с

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и я

Шпиндель-редуктор забойного двигателя, содержащий корпус, редуцирующий узел, ведущий и ведомые валы, установленные ни двух опорах, размещенных в маслонаполненной камере, и систему маслозащиты с уплотнениями, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности его в работе за счет увеличения срока службы, редуцирующий узел выполнен в виде гидронасоса с гидродвигателем, установленных соответственно на ведущем и ведомом валах ко аксиально с зазором относительно кожуха

маслонаполненной камеры и образующих с ним циркуляционный канал, гидравлически связывающей выкидную полость гидродвигателя с всасывающей полостью гидронасоса, а выходную полость гидронасоса с

входной полостью гидродвигателя, при этом опоры ведущего вала размещен во всасывающей полости гидронасоса, а опоры ведомого вала - в выкидной полости гидродвигателя.

- 15

-,У6

га :Б

л

А 2

7

26

.В

21

9

19

Ю 11 {4

К

3

3

12