Авторское свидетельство № 2187615
Изобретение относится к области буровой техники, в частности к винтовым забойным двигателям для бурения нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для соединения ротора двигателя с валом опорного узла содержит промежуточный вал с наружными винтовыми зубьями для взаимодействия с внутренними винтовыми зубьями ротора, а поверхности вращения, описанные относительно вершин выступов и впадин наружных винтовых зубьев промежуточного вала, выполнены бочкообразными.
На фиг. 1 показан общий вид винтового забойного двигателя в продольном разрезе; на фиг. 2 приведен в увеличенном масштабе узел ротора и статора с размещением внутри ротора промежуточного вала; на фиг.3 показано сечение по А-А в месте размещения промежуточного вала в роторе; на фиг. 4 показана часть промежуточного вала с наружными винтовыми зубьями в увеличенном масштабе.
Винтовой забойный двигатель (фиг.1-3) содержит статор 1 с внутренними винтовыми зубьями 2, выполненными из упругоэластичного материала, например из резины. Внутри статора 1 размещен полый тонкостенный ротор 3 со стенкой постоянной толщины, имеющий наружные винтовые зубья 4 и внутренние винтовые зубья 5. Число зубьев Z1 ротора 3 на единицу меньше числа зубьев Z2 статора 1, а ось O1O1 ротора 3 смещена относительно оси О2O2 статора 1 на величину эксцентриситета Е, равную половине высоты Н зубьев.
Двигатель содержит опорный узел 6, включающий корпус 7, вал 8, осевые опоры 9 и радиальные опоры 10, и устройство 11 для соединения ротора 3 с валом 8 опорного узла 6, включающее промежуточный вал 12, который в верхней части имеет наружные винтовые зубья 13 для взаимодействия с внутренними винтовыми зубьями 5 ротора 3. Нижний конец промежуточного вала 12 соединен с валом 8, например, посредством шарнирной муфты 14.
Между статором 1 и корпусом 7 опорного узла 6 установлен переводник 15, который может быть выполнен прямым или искривленным (если винтовой забойный двигатель используется при наклонно направленном бурении в качестве отклонителя).
Наружные винтовые зубья 13 промежуточного вала 12 (фиг.4) выполнены бочкообразными, то есть поверхности вращения, описанные относительно вершин выступов 16 и впадин 17 этих зубьев, имеют бочкообразную форму.
В верхней части ротора 3 установлена заглушка 18 (фиг.2), зафиксированная в роторе 3, например, посредством сварки, а в нижней части ротора 3 размещена манжета 19 из упругоэластичного материала, например резины. Один конец манжеты 19 закреплен внутри ротора 3 между диском 20 и шайбой 21 посредством пружинного кольца 22. Второй конец манжеты 19 зафиксирован на наружной поверхности промежуточного вала 12 хомутом 23. Между заглушкой 18 и верхним торцем промежуточного вала 12 размещена проставка 24 и пята 25. Внутренняя полость 26 ротора 3 заполнена смазкой.
В верхней части статора 1 установлен переводник 27 с резьбой 28 для присоединения двигателя к колонне бурильных труб (колонна бурильных труб на фиг. не показана). Нижний конец вала 8 имеет резьбу 29 для присоединения породоразрушающего инструмента (на фиг. не показан).
Винтовой забойный двигатель работает следующим образом. При подаче жидкости с поверхности по колонне бурильных труб ротор 3 вращается внутри статора 1, обкатываясь своими наружными винтовыми зубьями 4 по внутренним винтовым зубьям 2 статора 1, и совершает планетарное движение, при этом ось 1O1 ротора 3 вращается вокруг оси О2О2 статора 1 против часовой стрелки, а сам ротор 3 поворачивается по часовой стрелке с пониженной в Z1 раз угловой скоростью. Вращение ротора 3 передается на вал 8 опорного узла 6 через промежуточный вал 12 устройства 11 за счет взаимодействия внутренних винтовых зубьев 5 ротора 3 с наружными винтовыми зубьями 13 промежуточного вала 12, который совершает угловое прецессионное движение. Возможность угловых перемещений промежуточного вала 12 внутри ротора 3 обеспечивается бочкообразной формой наружных винтовых зубьев 13. Гидравлическая осевая нагрузка, действующая на ротор 3, передается через заглушку 18, проставку 24 и пяту 25 на верхний торец промежуточного вала 12 и далее через шарнирную муфту 14 - на вал 8 опорного узла 6.
При работе двигателя на нижнюю часть ротора 3 действуют центробежная сила от прецессионно движущегося промежуточного вала 12 и радиальная составляющая суммарной осевой нагрузки, возникающая за счет перекоса промежуточного вала 12. Поскольку наружные винтовые зубья 13 промежуточного вала 12 размещены в полости 26 ротора 3, то передача этих сил происходит через стенку ротора 3, опорой для которого служат внутренние зубья 2 статора 1, а сам ротор 3 разгружен от изгибных нагрузок.
Поскольку внутренняя полость 26 ротора 3 заполнена смазкой, то работа зубьев 13 промежуточного вала 12 при проскальзывании их по внутренним зубьям 5 ротора 3 осуществляются в благоприятных условиях, с хорошим отведением тепла, при большом объеме масляной ванны.