Расчет основных размеров винтового забойного двигателя

111Equation Chapter 1 Section 1Заданными параметрами для расчета винтовых двигателей являются: диаметр скважины ; расход жидкости Q_; скорость вращения потока n; перепад давления на двигателе ; крутящий момент на валу М.

В данной курсовой работе использованы следующие числовые параметры:

Диаметр скважины D=195 мм

Расход бурового раствора Q=26 л/с

Частота вращения долота n= 1,5 c^-1

Перепад давления

Крутящий момент на валу М=5000 Нм

Диаметр двигателя задают из условия обеспечения требуемого коэффициента просвета:

22\* MERGEFORMAT ()

Контурный диаметр статора (по впадинам зубьев):

33\* MERGEFORMAT ()

где - толщина металлической стенки статора, принимая в пределах (0,07-0,1)D; - минимальная толщина резиновой обкладки статора должна быть не менее (0,04-0,07)D.

Для выбора кинематического отношения винтового героторного механизма руководствуются следующим:

В случае если по условиям эксплуатации требуется двигатель с малой скоростью вращения и большим крутящим моментом, целесообразно принять кинематическое отношение:

и более.

Принимаем .

Из двух возможных зацеплений (гипоциклоидное и эпициклоидное) предпочтение отдается гипоциклоидному зацеплению.

Эксцентриситет гипоциклойдного зацепления:

44\* MERGEFORMAT ()

где - коэффициент внецентроидности, принимаемый исходя из условий обеспечения максимальной плавности профиля в пределах 1,1 – 1,5; - коэффициент, способствующий обеспечению минимума контактного давления в паре ротор – статор, принимают 1,6-2,5.

Принимаем

Ориентировочное значение площади живого сечения рабочей камеры:

55\* MERGEFORMAT ()

Шаг винтовой поверхности статора

66\* MERGEFORMAT ()

где - число заходов ротора.

Полученная по формуле 6 величина должна находиться в пределах: и не превышать 1000мм (по условиям технологии изготовления). То есть в данном случае находиться в пределах .

При выборе шага статора необходимо определить скорость движения жидкости в каналах:

77\* MERGEFORMAT ()

Скорость движения жидкости в каналах не должна быть больше 15 м/с.

Шаг винтовой поверхности ротора:

88\* MERGEFORMAT ()

Диаметр статора по выступам:

99\* MERGEFORMAT ()

Диаметр ротора по впадинам:

1010\* MERGEFORMAT ()

где - диаметральный натяг, равный (0,005-0,007) .

Длина рабочей поверхности обкладки статора:

1111\* MERGEFORMAT ()

где - число шагов статора, определяется по формуле:

1212\* MERGEFORMAT ()

где - допустимый перепад давления на один шаг, принимаемый при твердости резины 75 – 80 усл. ед., равным 2 – 3 МПа. Меньшее значение допустимого давления принимают при применении абразивной жидкости, а большее – при использовании жидкости с небольшим содержанием механических примесей.

Тогда по зависимости 11:

1313\* MERGEFORMAT ()

Величина рабочего объема двигателя:

1414\* MERGEFORMAT ()

В данной зависимости S, м² – площадь сечения шлюза. Для винтовых двигателей с гипоциклоидным центроидным зацеплением площадь сечения шлюза:

1515\* MERGEFORMAT ()

Скорость вращения ротора:

1616\* MERGEFORMAT ()

где - объемный КПД, принимаемый =(0,75-0,8).

Здесь удельная скорость вращения ротора:

1717\* MERGEFORMAT ()

Тогда по формуле 16:

1818\* MERGEFORMAT ()

Момент винтового двигателя:

1919\* MERGEFORMAT ()

Удельный момент винтового двигателя:

2020\* MERGEFORMAT ()

Следовательно:

2121\* MERGEFORMAT ()

Для расчета осевой опоры двигателя вычисляют осевую гидравлическую нагрузку, действующую на ротор:

2222\* MERGEFORMAT ()

Патентный обзор

Авторское свидетельство №2186188

Изобретение относится к горному делу, а именно к винтовым забойным двигателям, применяемым при бурении наклонных и горизонтальных участков скважины. Сущность изобретения заключается в том, что корпуса двигательной и шпиндельной секций винтового забойного двигателя соединены шарнирным узлом. Он выполнен в виде трех последовательно расположенных трубчатых элементов. Крайние элементы соединены соответственно с корпусами двигательной и шпиндельной секций. Средний элемент соединен с каждым крайним элементом посредством пары осей и установлен с зазорами, обеспечивающими перекос осей каждой пары соседних элементов до 2^o30'. Ротор и вал соединены шарнирным узлом. Он выполнен в виде двух шлицевых валов и шлицевой муфты. Один шлицевой вал соединен посредством торсиона с ротором, а другой - с валом шпиндельной секции. Шлицевая муфта установлена по отношению к шлицевым валам с зазорами, обеспечивающими перекос осей двигательной и шпиндельной секций до 5^o. Изобретение позволяет повысить долговечность шарнирных узлов винтового забойного двигателя.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена двигательная секция винтового забойного двигателя; на фиг.2 - шарнирные узлы; на фиг.3 - шпиндельная секция; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.2.

Винтовой забойный двигатель содержит двигательную секцию, включающую корпус 1 со статором 2 и размещенным внутри него ротором 3, и шпиндельную секцию, включающую корпус 4 с установленным в нем посредством подшипникового узла валом 5. Корпус 1 двигательной секции соединен с корпусом 4 шпиндельной секции шарнирным узлом. Он выполнен в виде последовательно расположенных трубчатых элементов 6, 7 и 8. Крайние трубчатые элементы 6 и 8 соединены соответственно с корпусом 1 двигательной секции и с корпусом 4 шпиндельной секции. Средний трубчатый элемент 7 соединен с каждым крайним трубчатым элементом 6 и 8 посредством пары осей 9 и установлен по отношению к ним с зазорами, обеспечивающими перекос осей каждой пары трубчатых элементов 6 и 7, 7 и 8 до 2^o30'. Зазоры между трубчатыми элементами 6, 7 и 8 уплотнены упругими кольцами 10. Ротор 3 двигательной секции соединен с валом 5 шпиндельной секции шарнирным узлом. Он выполнен в виде шлицевых валов 11 и 12, находящихся в зацеплении с шлицевой муфтой 13. Шлицевой вал 11 соединен с ротором 3 посредством торсиона (гибкого вала) 14, шлицевой вал 12 соединен с валом 5 шпиндельной секции. Шлицевая муфта 13 установлена по отношению к шлицевым валам 11 и 12 с зазорами, обеспечивающими перекос осей двигательной и шпиндельной секций до 5^o. Уплотняющие упругие элементы 15 фиксируют шлицевую муфту 13 относительно шлицевых валов 11 и 12. Для уменьшения длины шпиндельной секции подшипниковый узел выполнен четырехрядным. Для снижения контактного напряжения на беговых дорожках 16 установлены тела 17 качения увеличенного диаметра. Для стабилизации вращения вала 5 шпиндельной секции на нем установлен с возможностью вращения стабилизатор 18.

Винтовой забойный двигатель работает следующим образом. Двигатель спускают в наклонный ствол скважины, ориентируют при помощи телеметрической аппаратуры по заданному азимуту и осуществляют бурение ствола с большой интенсивностью набора зенитного угла. При спуско-подъемных операциях при прохождении искривленных участков с малым радиусом кривизны шарнирные узлы обеспечивают двигателю возможность самопроизвольно изгибаться, что позволяет доходить до забоя горизонтальной скважины без посадок и при подъеме без затяжек. В процессе бурения шарнирный узел, соединяющий корпус 1 двигательной секции с корпусом 4 шпиндельной секции, имеет одну степень свободы, что обеспечивает поддержание заданного азимута. Вследствие использования с торсионом 14 шлицевого зацепления муфты 13 с валами 11 и 12 в шарнирном узле, соединяющем ротор 3 и вал 6 обеспечивается долговечность данного шарнирного узла при больших знакопеременных нагрузках.