Лабораторное занятие № 3

Краткие сведения об устройстве винтового двигателя.

Винтовой забойный двигатель (ВЗД) представляет собой планетарно– роторную гидравлическую машину объемного типа с внутренним косозубым зацеплением. По сравнению с турбобурами ВЗД имеют ряд преимуществ:
– низкая частота вращения при увеличенном вращающем моменте;

- слабая зависимость частоты вращения от приложенного к валу ВЗД мо­мента сопротивления долота (при постоянном значении расхода промы­вочной жидкости);

- возможен контроль за работой ВЗД по изменению давления на насосах, поскольку перепад давления двигателя пропорционален кру­тящему моменту на его валу.

ВЗД состоит из следующих основных узлов:

- рабочей пары, состоящей из стального ротора и обрезиненного статора;

- карданного вала;

- шпинделя, в корпусе которого установлен на многорядной осевой шаро­вой опоре и радиальных опорах вал шпинделя;

- переливного клапана.

Статор выполнен в виде стальной трубы с привулканизированной ре­зиной обкладкой. На обкладке выполнены винтовые зубья левого направле­ния.

Применение резины в качестве материала обкладки статора позволяет компенсировать погрешности изготовления ротора и статора. За ее счет соз­дается необходимое уплотнение – натяг рабочей пары вследствие превыше­ния диаметральных размеров ротора над соответствующими размерами ста­тора. Сочетание резины и металла позволяет достичь высокой износостойко­сти рабочей пары при использовании буровых растворов, содержащих абра­зивные частицы.

Внутри статора с эксцентриситетом относительно его оси располо­жен ротор, имеющий наружные винтовые зубья того же направления. Число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев статора.

Высота зубьев ротора и статора больше эксцентриситета. Поэтому в любом сечении ВЗД зубья ротора и статора имеют контакт, а между их поверхностями образованы винтовые полости (каналы). Выше перекрытия полости соединены с областью высокого давления внутри бурильной колонны, полости ниже перекрытия соединены с областью низкого давления.

Карданный вал предназначен для передачи крутящего момента и осевой гидравлической нагрузки на эксцентрично (планетарно) вращаемый ротор и на вал шпиндельной секции.

Осевая опора шпиндельной секции воспринимает нагрузку на долото и карданный вал, а резино–металлические ради­альные опоры обеспечивают устойчивость вращения вала шпинделя.

Переливной клапан предназначен для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством при спуско–подъемных опе­рациях в скважине. Применением клапана уменьшают гидродинамиче­ское воздействие на пласт, устраняют холостое вращение двигателя при СПО и снижение уровня промывочной жидкости в скважине.

Принцип действия.

Промывочная: жидкость, поступающая под давлением в ВЗД от буро­вых насосов, может пройти к долоту только в том случае, если ротор повора­чивают относительно статора под действием гидравли­ческих сил.

Ротор совершает планетарное движение, обкатываясь по зубьям ста­тора При этом ось ротора вращается относительно оси статора против часо­вой стрелки (переносное движение по окружности радиуса равного эксцен­триситету). Ротор по часовой стрелке совершает один оборот за число оборотов в переносном движении равном количеству зубьев ротора. Таким образом, рабочая пара представляет собой планетарный редуктор, который обеспечивает снижение частоты вращения и повышение крутящего момента ВЗД.

Рабочая характеристика и технические данные винтового двигателя.

Основные показатели работы ВЗД при дан­ном расходе промывочной жидкости (Q): вращающий момент (М_вз); частота вращения вала (n); перепад давления в ВЗД (Р_вз); эффективная мощность (N_вз) и КПД.

На рис. 4 приведена типичная схема устройства ВЗД. Винтовые двигатели имеют четыре характерных режима бурения.

Рис. 4. Типичная характеристика ВЗД