Винтовой забойный двигатель

Союз СоветскикСоциалистическиеРеслублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУао делам изобретений и еткрмтнй(71) Заявитель Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научна исследовательский институт буровой техники(54) ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Изобретение относится к технике бурения нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин,Известны винтовые забойные двигатели, состоящие из двигательной и шпиндельной секций, Двигательная секция, в свою3очередь, включает рабочие органы - ста-тор и ротор. Вращающий момент с планетарно движущегося ротора передается навал шпинделя посредством шарнирного сотоединения, Последнее одновременно служити для передачи осевого гидравлическогоусилия 1В известных конструкциях винтовогодвигателя шарнирные соединения отли 1%чаются многодетальностью, сложностьюв сборке. Зтим в большей степени объясняется недостаточная надежность описанных выше конструкций шарнирных соединений, их низкая долговечность,Наиболее близким решением из известных 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 123Такая 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,Цель изобретения - упрощение конструкции винтового двигателя и повышение надежности его в работе при сохранении исходной энергетической характеристики. Зто достигается тем, что гибкий элемент связывает ротор с валом шпиндельной секции и двигательной секции, причем длинарабочей части гибкого элемента8характеристик двигателя, В общем видевеличина этойсилы обратно пропорциональна длине рабочей части гибкого элемента,Как видно из,фиг, 2, эти кривые, полученные для реальных винтовых двига 1 елей, имеют весьма большие относительные значения в области К 10, а в опасти Кт 10 наблюдается их дальнейшееснижение и стабилизация. Расчеты показывают, что при К 10, величина(Т лежитза пределами допустимых напряжений, асила Й соразмерна с гидравлическими силами в рабочих органах и приводит ксущественным дополнительным механичеьким потерям.Однако возможность увеличения рабочей длины гибкого элемента и, следовательно, область существования параметраК лимитируются запасом прочности гибкогоэлемента на йродольный изгиб. Расчетыпоказывают, что установленному исследованиями запасу прочности 1,8-2,0 соответствует значение параметра Кч 57-60, Кривая изменения запаса прочностиИ на продольный изгиб также приведенана фиг, 2.Отношение рабочей длины гибкого эле.мента к его диаметру по изобретению недолжно быть менее 10 и более 60 дляобеспечения укаэанной выше цели,Это обьясняется следующими причинамиПри отношении указанных размеровменее 10, как показали стендовые испьтания, связь ротора 3 и вала 4 черезэлемент 6 становится жесткой; нарушается герметичность рабочих органов, одновременно возрастают механические потери в паре, Это обусловлено тем, чтов данном случае под действием перекашивающих моментов ось ротора не движется параллельно оси статора при вращении вокруг нее, а описывает конус сцентром в месте соединепия гибкого элемента 6 с валом 4 шпинделя 5. Все этоприводит к ухудшению энергетическиххарактеристик винтового двигателя, снижению надежности работы статора, кбыстрому износу его обкладки и т,п, Приотношении рабочей длины к диаметру вала свыше 60 теряется устойчивость гибкого элемента при передаче осевой сжимающей в данном случае, гидрввлическоЭнагрузки. 40 ф ормула изобре тен ия 3 92620и ее диаметр с связаны соотношением8/Д =10-60,Нв фиг. 1 изображена конструкциявинтового забойного двигателя; на фиг. 2 кривые изменения нагрузочных характеристик деталей двигателя в функции безразмерного параметра К, предсталяющегособой отношение длины рабочей частигибкого элементак ее диаметру 3,На колонне бурильных или насосно- юкомпрессорных труб 1 подвешен винтовойдвигатель, жестко связанный с колоннойчерез ствтор 2, Планетарно движущийсяротор 3, вращающийся вокруг собственнойоси и оси статора, связан с выхощьчм 15валом 4 шпиндельной секции 5 посредством гибкого элемента 6.Рабочий процесс винтового двигателяосуществляется следующим образом.Промывочная жидкость по внутреннейполости колонны труб 1 поступает в полость высокого давления А двигательнойсекций. Проходя через рабочие органы2 и 3, онв вращает ротор 3 двигателяи далее поступает из полости низкогодавления Б двигательной секции черезполый вал 4 шпинделя 5 на забой. Вращающий момент, создаваемый в двигательной секции, с ротора 3 передаетсяна вал 4 шпинделя 5 через размещенныйв полости низкого давления гибкий элемент 6, который одновременно обеспечивает полное совпадение скорости вращения этих узлов за счет высокой жесткости гибкого элемента, Гидравлическаянагрузка, возникшая на роторе 3 через35гибкий элемент 6, вследствие высокойжесткости на сжатие, передается на валшпинделя 5, В случае необходимостипропуска части жидкости, минуя рабочиеорганы, в роторе 3 и соединительномгибком элементе 6 может быть выполнено сквозное отверстие. Гибкий элемент,являющийся узлом соединения ротора ивыходного вала забойного винтового дви 45гателя, испытывает совокупность нагрузок,зависящих от эксплуатационных и конструктивных параметров движения,Эксцентричное расположение роторапредопределяет возникновение напряженияизгиба 6;в теле гибкого элемента. ВеЖ 50личине этого напряжения при прочихидентичных условиях обратно пропорциональна квадрату длины рабочей части гибкого элемента. При этом на гибком валувозникает поперечная радиальная сила Й ,действуюшая на эластичную обкладку статора, способствующая увелиению деформации зубьев и снижению энергетических Винтовой забойный двигатель, содержащий статор и эксцентрично расположен5 926208 бный внутри него ротор, образующие полос- низкого давления двигательной секции, ти высокого и низкого давления двига- причем длина 6 рабочей части гибкого тельной секции, вал шпиндельной секции элемента и ее диаметр О связаны сооти гибкий элемент, соединяющий детали ношением Щ =10-60.двигателя, совершающие переносное дви-Источники информации,жение относительно друг друга, о т л и - принятые во внимание при экспертизе ч а ю щ и й с я тем, что, с целью, 1. Авторское свидетельство СССР упрощения конструкции двигателя и новы- % 237596, кл, Г 04 С 5/02, 1969. шения его надежности в работе, гибкий 2. Гусман М. Т. и др,Винтовые заэлемент связывает ротор с валом шпин бойкие двигатели, М., ВНИИОЭНГ 1972, дельной секции и размещен в полости с. 71-72, рис. 27.