Забойный двигатель Советский патент 1982 года по МПК E21B4/02 

(5) ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к буровой технике, а именно к забойным винтовым двигателям.

Известен героторный винтовой механизм, включающий корпус винтовые ротор и статор, рабочие поверхности которых выполнены коническими lj.

Известен также забойный двигатель, включающий корпус, в котором размещены секции рабочих органов, содержащие винтовые героторные механизмы, имеющие полые соединительные вал, роторы и статоры с винтовыми нарезками противоположного направления в каждой секции 2.

Недостатком этого двигателя является относительно быстрый диаметральный и боковой износ рабочих поверхностей героторных механизмов, ограничивающий долговечность рабочих органов в забойных условиях 100-1 0 ч работы. Этот износ приводит к значительному ухудшению характеристики

забойного двигателя: снижаются по сравнению с первоначальными парамет- рами, развиваемые двигателем, вращающий момент и мощность, падает объемный КПД. Фактором, ускоряющим темп износа рабочих органов двигателя, является неполная уравновешенность действующих, на роторы гидравлических сил, хотя основные, осевые нагрузки на роторы (от перепада

10 давления в рабочих камерах и осевые составляющие усилий в зацеплении) уравновешены вследствие противоположного направления течения жидкости в героторных механизмах и разного

15 направления их винтовых нарезок. Однако в результате того, что часть расхода отработанной жидкости пропускается через отверстие полого ротора, на его верхний торец дейст20вует перепад давления, создающий неуравновешенную гидравлическую силу, которая воспринимается зубьями героторных механизмов (как в шевронной 3 зубчатой передаче, что вызывает их дополнительный износ. Цель изобретения - повышение дол говечности за счет автоматической компенсации износа рабочих органов. Указанная цель достигается тем, что рабочие поверхности роторов и с торов имеют коническую форму, вал выполнен торсионным, а сливная полость верхнего героторного механизм сообщена с затрубным пространством., На фиг. 1 изображен забойный двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Забойный двигатель содержит корпус 1, в котором размещены героторные механизмы 2 и 3, включающие ста торы и 5 роторы 6 и 7 связанные между собой посредством торсионного вала 8 с отверстием 1). Роторы и статоры имеют конические рабочие поверхности, вершины конусов обращены в одну сторону, например, в сторону выходного вала. Винтовые нарезки каждого из героторных механизмов имеют разное направление и о разуют рабочие камеры си d, которые сообщаются с камерой f, расположенной между героторными механи мами. Камера f, в свою очередь, че рез каналы К сообщается с полостью g бурильных труб через отверстия 1 переводника 9, который одновременно перекрывает прямое сообщение рабочи камер героторных механизмов с полостью д. Отверстия т, выполненны в переводнике 9 связывают сливную полость h над верхним ротором с затрубным пространством. Вращающий момент обоих роторов суммируется на торсионном вале 8 и от него через двухшарнирный карданный вал 10 и пазовое подвижное соединение передается на выходной вал 11, установленный в опорном узле 12, Во время работы двигателя жидкость из полости g бурильных труб поступает через каналы 1 в камеру между героторными механизмами, и далее, разделяясьна два потока, направляются в рабочие камеры с и d, приводя во вращение роторы 6 и 7 Верхний поток, проходящий через вер НИИ героторный механизм, направляет ся в отверстие b торсионного вала 8, и частично, через отберстие h пе реводника 9 в затрубное пространство. Часть верхнего потока, пропускаемая через торсионный вал, сливается с потоком, прошедшим через нижний героторный механизм, и общий поток направляется к долоту через отверстие И выходного вала 11„ По мере износа зубьев (нарезок героторных механизмов их роторы 6 и 7, соединенные торсионным валом 8, перемещаются вниз под действием собственной массы и некоторого гидравлического усилия от перепада давления в отверстии I -j) торсионного вала. При этом происходит автоматическая компенсация зазоров в героторных механизмах. Перемещение роторов и карданного вала обеспечивается за счет пазового соединения в пределах его хода. Величина и направление действия гидравлического усилия на роторы определяются величиной расхода и направлением движения потока жидкости через отверстие Ь торсионного вала, которые, в csoso очередь, зависят от соотношения гидравлических сопротивлений с одной стороны, в отверстиях m переводника 9 { А Р), а с другой стороны - в отверстии п выходного вала и в насадках долот та ( &P,j.}. Если то через отверстие торсионного вала жидкость идет вниз и, следовательно, вниз направлено и дополнительное гидравлическое усилие на роторы, которое суммируется с массой роторов. Если Л . то жидкость в отверстии торсионного вала течет вверх, и в эту же сторону направлено гидравлическое усилие, которое, в этом случае вычитается из массы роторов. Регулируя соотношение гидравлических сопротивлений &Pfl, например, путем установки в отверстиях го и п насадок различного диаметра, можно регулировать величину суммарного осевого усилия на роторах, обеспечивающую заданный натяг в рабочих парах. Соединение роторов 6 и 7 посредством торсионного вала позволяет роторам самоустанавливаться в поперечном направлении при их перемещении вниз. При этом роторы не обязательно устанавливаются в противофазе, как это показано на фиг. 1, а могут занимать промежуточные положения или находиться на одной оси.

Выполнение рабочих органов коническими , связайными между собой торсионным валом, дает возможность под действием собственного веса и некоторого усилия от перепада давления в отверстиях торсионного вала обеспечить автоматическую компенсацию износа, и, следовательно, повысить долговечность двигателя.Сброс части расхода жидкости, проходящей через верхнюю рабочую пару, в затрубное пространство позволяет регулировать величину осевой нагрузки на конические роторы в широких пределах за счет изменения соотношения величин гидравлических сопротивлений в отверстиях верхнего переводника и в долоте, и позволяет обеспечить требуемую величину натяга в героторных механизмах, что также повышает долговечность двигателя.

Формула изобретения Забойный двигатель, включающий корпус, секции рабочих органов, содержащие винтовые героторные механизмы с винтовыми нарезками противоположного направления в каждой секции, имеющие полые роторы, соединенные между собой посредством полого вала, статоры и сливные полости, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности за смет автоматической компенсации износа рабочих органов, рабочие поверхности роторов и статоров имеют коническую форму, вал выполнен торсионным а сливная полость верхнего героторного механизма сообщена с затрубным пространством.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

25 прототип .