Винтовой забойный двигатель

Винтовой забойный двигатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистические

Реслублик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1926208 (6l ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 16.03.79(2l ) 2737351/22-03 с присоединением заявки Ж (23 ) Приор и тет

Опубликовано 07.05.82. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 07.05.82 (5t)M. Кл.

Е 21 В 4/02 Ъеударстеенаый кемнтет

СССР аа делам изобретений и еткрмтнй (53) УД К 622.243. .92. 05 (088.8),0. Ф. Балденко, М. Т. Гусман, H. Ф. Мутовкин и В. И. Семенец (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научна исследовательский институт буровой техники (54) ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к технике бурения нефтяных, газовых и геологоразве дочных скважин, Известны винтовые забойные двигатели, состоящие из двигательной и шпиндель. ной секций. Двигательная секция, в свою

S очередь, включает рабочие органы - ста- тор и ротор, Вращающий момент с планетарно движущегося ротора передается на вал шпинделя посредством шарнирного сото единения. Последнее одновременно служит аппа передачи осевого гидравлического усилия jl) .

В известных конструкциях винтового двигателя шарнирные соединения отлиIS чаются многодетальностью, сложностью в сборке. Этим в большей степени объясняется недостаточная надежность описанных выше конструкций шарнирных соединений, их низкая долговечность, Наиболее близким решением из извест ных является винтовой двигатель, содержащий статор, эксцентрично расположенный внутри него ротор, образуюшие полос; ти высокого и низкого давления двигательной секции, вал шпиндельной секции и гибкий элемент, соединяющий детали двигателя, совершающие переносное движение относительно друг друга E2) .

Такая схема имеет ряд недостатков: гибкая труба должна иметь большой диаметр, так как внутри нее размещается радиально-упорный подшипник и канал для протока жидкости, и, следовательно большую длину для снижения напряжений изгиба; износ корпуса вследствие коле« бательного. движения статора. Кроме того, такой двигатель достаточно сложный.

0ель изобретения - упрощение конструкции винтового двигателя и повышение надежности его в работе при сохранении исходной энергетической характеристики.

Это достигается тем, что гибкий элемент связывает ротор с валом шпиндельной секции и двигательной секции, причем длина Е рабочей части гибкого элемента

8 ф" характеристик двигателя. В общем виде величина этой силы обратно пропорциональна длине рабочей части гибкого элемента.

Как видно из,фиг. 2, эти кривые, полученные для реальных винтовых двигателей, имеют весьма большие относительные значения в области К<10, а в о пасти К>10 наблюдается их дальнейшее снижение и стабилизация. Расчеты показывают, что при К<10, величина(Т лежит за пределами допустимых напряжений, а сила Й соразмерна с гидравлическими силами в рабочих органах и приводит к существенным дополнительным механичесъким потерям.

Однако возможность увеличения рабочей длины гибкого элемента и, следовательно, область существования параметра

К лимитируются запасом прочности гибкого элемента на йродольный изгиб. Расчеты показывают, что установленному исследованиями запасу прочности 1,8-2,0 соответствует значение параметра Кч57-

60. Кривая изменения запаса прочности

И на продольный изгиб также приведена на фиг. 2.

Отношение рабочей длины гибкого элемента к его диаметру по изобретению не должно быть менее 10 и более 60 для обеспечения укаэанной выше цели.

Это обьясняется следующими причинами.

При отношении указанных размеров менее 10, как показали стендовые испытания, связь ротора 3 и вала 4 через элемент 6 становится жесткой; нарушается герметичность рабочих органов, одновременно возрастают механические потери в паре. Зто обусловлено тем, что в данном случае под действием перекашивающих моментов ось ротора не движется параллельно оси статора при вращении вокруг нее, а описывает конус с центром в месте соединепия гибкого элемента 6 с валом 4 шпинделя 5. Все это приводит к ухудшению энергетических характеристик винтового двигателя, снижению надежности работы статора, к быстрому износу его обкладки и т.п. При отношении рабочей длины к диаметру вала свыше 60 теряется устойчивость гибкого элемента при передаче осевой сжимающей (в данном случае, гидравлическоЩ нагрузки.

Ф ормула изобре тен ия

3 92620 и ее диаметр g связаны соотношением

g/Д =10-60.

Нв фиг. 1 изображена конструкция винтового забойного двигателя; на фиг. 2кривые изменения нагрузочных характеристик деталей двигателя в функции безразмерного параметра К, предсталяющего собой отношение длины рабочей части гибкого элемента к ее диаметру (3 . На колонне бурильных или насосно- 30 компрессорных труб 1 подвешен винтовой двигатель, жестко связанный с колонной через статор 2. Планетарно движущийся ротор 3, вращающийся вокруг собственной оси и оси статора, связан с выхолюьчм валом 4 шпиндельной секции 5 посредством гибкого элемента 6.

Рабочий процесс винтового двигателя осуществляется следующим образом.

Промывочная жидкость по внутренней полости колонны труб 1 поступает в полость высокого давления А двигательной секции. Проходя через рабочие органы

2 и 3, она вращает ротор 3 двигателя и далее поступает из полости низкого давления Б двигательной секции через полый вал 4 шпинделя 5 на забой. Вращающий момент, создаваемый в двигательной секции, с ротора 3 передается на вал 4 шпинделя 5 через размещенный в полости низкого давления гибкий элемент 6, который одновременно обеспечивает полное совпадение скорости вращения этих узлов за счет высокой жесткости гибкого элемента. Гидравлическая нагрузка, возникшая на роторе 3 через

35 гибкий элемент 6, вследствие высокой жесткости на сжатие, передается на вал шпинделя 5. В случае необходимости пропуска части жидкости, минуя рабочие органы, в роторе 3 и соединительном гибком элементе 6 может быть выполнено сквозное отверстие. Гибкий элемент, являющийся узлом соединения ротора и выходного вала забойного винтового дви45 гателя, испытывает совокупность нагрузок, зависящих от эксплуатационных и конструктивных параметров движения.

Эксцентричное расположение ротора предопределяет возникновение напряжения изгиба 6;„в теле гибкого элемента. Be50 личина этого напряжения при прочих идентичных условиях обратно пропорциональна квадрату длины рабочей части гибкого элемента. При этом на гибком валу возникает поперечная радиальная сила К действуюшая на эластичную обкладку статора, способствующая увеличению дефор-. мации зубьев и снижению энергетических

Винтовой забойный двигатель, содержащий статор и эксцентрично расположен5 926208 6 ный внутри него ротор, образующие полос- низкого давления двигательной секции, ти высокого и низкого давления двига- причем длина В рабочей части гибкого тельной секции, вал шпиндельной секции элемента и ее диаметр 3 связаны сооти гибкий элемент, соединяющий детали ношением Щ =10-60. двигателя, совершающие переносное дви- s Источники информации, жение относительно друг друга, о т л и - принятые во внимание при экспертизе ч а ю щ и и с s тTеeмM,, ч тTоo, с целью, 1. Авторское свидетельство СССР упрощения конструкции двигателя и новы- M 237596, кл. Г 04 С 5/02, 1969. шения его надежности в работе, гибкий 2. Гусман М. Т. и ap. Винтовые заэлемент связывает ротор с валом шпин- 10 бойкие двигатели, М., ВНИИОЭНГ 1972, дельной секции и размещен в полости с. 71-72, рис. 27.