Винтовой забойный двигатель Советский патент 1981 года по МПК E21B4/00 

Изобретение относится к области техники бурения, а именно к забойным двигателям, предназначенным для бурения нефтяных и газовых скважин. Известен героторный винтовой меха низм, содержащий рабочие органы, выполненные в виде конических ротора и статора с эластичной обкладкой, по мере износа последнего ротор перемещается относительно статора и тем самым обеспечивается постоянный контакт пары ротор - статор l. Недостатком устройства является невозможность регулировки степепи обжатия эластичной обкладки статора для создания необходимого натяга в паре ротор-статор. Известен забойный героторный механизм, содержащий конические рабочи органы, карданное соединение и шпиндель, причем ротор выполнен с внутре ней расточкой, внутри которой размещен поршень, связанный с карданным валом 2. Ротор имеет каналы, сообщакяцие полость над поршнем с зоной высокого давления, а надпоршневую полость - с зоной низкого давления. При износе рабочей пары в надпоршневую зону сбрасывается шаровой клапан, в результате чего давление в ней падает и поршень перемещается в верхнее крайнее положение, чем достигается разовая компенсатщя износа рабочей пары. Недостатком этого устройства является невозможность автоматического регулирования величины натяга в рабочих органах по мере их износа и в зависимости от величины приложенного к валу двигателя момента, что снижает долговечность двигателя. При этом наличие каналов в роторе снижает надеж.ность машины в результате забивания каналов при работе двигателя. Кроме Toroj движение ротора характеризуетбя нестабильной ориентацией положения его оси относительно оси статора. Под действием осевой гидравлическон силы н перека1Ш1ваю цего моме та происходит перекос ротора внутри обкладки статора и дополнительный из гиб карданного соединения, что приво дит к росту механических потерь на трение в рабочей паре, к ее ускоренному износу и, как следствие, к сни жению долговечности двигателя. Цель изобретения - повышение долговечности двигателя путем автоматического регулирования нагрузочной сп собности. Это достигается тем, что узел регулирования выполнен в виде установленной над рабочими органами опоры, вал которой имеет возможность осевог перемещения, подпружинен и соединен ротором, причем вал опоры соединен с ротором посредством подвижной в попе речном направлении тяги. На чертеже изображен винтовой забойный двигатель, разрез. Двигатель содержит винтовой конический ротор 1, размещенный внутри конической эластичной, например резиновой, обкладки статора 2, имеющей внутренние винтовые зубья с числом заходов на единицу большим, чем у ротора. Посредством двухшарнирного карданного вала 3 ротор соединен с в лом 4 шпинделя, установленным в корп се 5 на опорах 6, которые закреппены на валу при помощи полумуфты 7. Над рабочими органами двигателя установлен дополнительный опорный узел 8, содержащий корпус 9, вал 10 подшипник 11. Вал 10 соединен с верх ним концом ротора, например, посредс вом подвижной в поперечном направлении тяги 12. Одним из вариантов исполнения тяги 12 является гибкая металлическая штанга. Переводник 13, закрепляющий подши ник I1 в корпусе У, присоединяется верхней резьбой к колонне бурильных труб, по которым подается рабочая жи кость, а к валу шпинделя 4 присоединяется долото (бурильные трубы и дол то на чертеже не показаны). Внутренние обоймы подшипника 11 закреплены на втулке 14, установленной на валу при помощи, например, шл цевого или шпоночного соединения. Ме ду упорным торцом 15 втулки 14 и гай кой 16, устаноиленной на резьбе вала 10 и законтренной контргайкой 17, раз- 55 ре

мещена пружина 18 сжатия.

Карданный вал 3 связан с полумуфтой 7 шпинделя посредством телескопималых нагрузках на долото.

Разгрузка карданного вала от действия осевых сил и восприятия переческого пазового соединения 19, например, шлицевого или призматического. Двигатель работает следующим образом. Подаваемая с поверхности по колонне бурильных труб промывочная жидкость поступает через отверстие вала верхнего опорного узла в рабочие органы двигателя и заставляет ротор 1 обкатываться по зубьям статора 2, совершая ппанетарное движение, которое преобразуется в соосное вращение вала 4 шпинделя при помощи карданного вала 3, передающего крутящий момент от ротора к валу шпинделя. Гидравлическая нагрузка и осевая составляющая усилия в зацеплении, возиикакядие на роторе, передаются на подшипник 11 дополнительного опорного узла при помощи тяги 12. Коиусный ротор 1 первоначально под действием пружины 18 находится в верхнем положении, при этом диаметральный натяг в рабочей паре минимален или равен нулю. При подаче жидкости в двигатель и нагружении его крутящим моментом, под действием гидравлической нагрузки на ротор и ОСРвой составляющей усилия в зацеплении происходит сжатие пружины 18, и вал 10 вместе с тягой 12 и ротором 1 перемещается вииз, при этом натяг в конусной рабочей паре увеличивается, за счет чего возрастают максимальный крутящий момент и мощность, развиваемые двигателем. При изменении крутящего момента на долоте изменяются гидравлическая нагрузка на ротор и осевая составляющая усилия в зацеплении, в результате меняется нагрузка на пружину, ее деформация и величина натяга в рабочей паре, т. е. происходит автоматическое регулирование нагрузочной способности двигателя. Наличие дополнительного опорного узла с подвижным в осевом направлении и подпружиненным валом позволяет автоматически регулировать нагрузочную способность двигатепя с конической рабочей парой, т. е. преодолевать пиковые нагрузки на долоте путем увеличения мощности и крутящего момента двигателя при увеличении натяга, и осуществлять работу двигателя при минимальном натяге в рабочей пав режиме холостого вращения и при кашивающего момента на роторе тягой, соединяющей вал опорного узла с верх ним концом ротора, уменьшает перекосы ротора и стабилизирует его движение. Снижаются механические потери на трение в рабочей паре и повышается долговечность двигателя. Формула изобретения 1. Винтовой забойный двигатель, включающий конические рабочие органы статор и ротор, передаюпщй вращающий момент на шпиндель через пшицевое и карданное соединение, и узел регулирования нагрузочной способности, отличающийся тем, что, с цепью повьщгения долговечности двига24теля путем автоматического регулирования нагрузочной способности, узел регулирования выполнен в виде установленной над рабочими органами опоры, вал которой имеет возможность осевого перемещения, подпружинен и соединен с ротором. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что вал опоры соединен с ротором посредством подвижной в поперечном направлении тяги. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 400689, кл. Е 21 В 3/12, 1970. 2. Авторское свидетельство СССР 412367, кл. Е 21 В 3/12, 1970 (прототип) .

.

сд

-,9