Соединение ротора ВЗД и вала шпинделя

Это один из основных уз­лов двигателя, определяющий долговечность и надежность гидромашины в целом.

Механизм, соединяющий планетарно движущийся ротор с концен-трично вращающимся валом, работает в тяжелых условиях. Помимо пере­дачи крутящего момента и осевой силы, этот узел должен воспринимать сложную систему сил в РО, характеризующуюся непостоянной ориентаци­ей ротора.

В отличие от известных в технике соединений, передающих вращение между двумя несоосными концентрическими вращающимися валами, рас­сматриваемое соединение в ВЗД является связующим звеном с ротором, совершающим планетарное движение, причем за один оборот выходного вала ротор Zt поворачивается вокруг своей оси, соответственно совершая Z\ циклов переменных напряжений.

Эти обстоятельства предопределяют повышенные требования к цикли­ческой прочности соединения, особенно при использовании многозаход-ных ВЗД.

Своеобразные условия работы соединения и невозможность переноса напрямую из других отраслей техники готового технического решения предопределили многообразие компоновок этого узла. Принципиально мо­гут быть использованы четыре типа соединений на базе:

деформации одного или нескольких элементов конструкции;

обеспечения свободы перемещения р

отора за счет введения элементов с относительно большим люфтом;

шарнирных соединений;

гибкого вала (торсиона).

Первый и второй тип соединения из-за существенных удельных на­грузок в ВЗД не нашли применения.

Двигатели универсального применения

Отечественные двигатели этой модификации охватывают диапазон на­ружных диаметров от 127 до 240 мм и предназначены для привода долот диаметром 139,7 — 295,3 мм
(табл. 4.9). Они создавались на основе много­летнего опыта конструирования турбобуров и в них использовались апро­бированные конструкции опорных узлов шпиндельной секции, резьбовых соединений, элементов соединения валов и др.

Таблица  4.9

Винтовые забойные двигатели для бурения и капитального ремонта скважин (второе поколение двигателей - 80-е годы)

Марка двигателя	Диаметр, мм	Длина, мм	Шаг ста­тора, мм	Число шагов	Расход жидкости, л/с	Крутящий момент, Н'М	Частота вращения,	Перепад давления, МПа
Ä1-54 Ä1-88 Ä1-27 Ä3-172 Ä2-195 Д1-240	54 88 127 172 195 240	1890 3225 5800 6880 6550 7570	222 390 650 850 850 880	2 2 2 2 2 3	1,0-2,5 4,5-7,0 15-20 25-35 25-35 30-50	70-110 800-950 2200-3000 3100-3700 3100-3700 10 000-14 000	3,0-7,5 2,7-5,0 3,3-4,3 1,3-1,8 1,3-1,8 1,2-2,2	7,54,5 2,7-5,0 5,5-8,5 3,9-4,9 3,9-4,9 6,0-8,0

V

А-А

Рис. 4.11. Винтовой забойный двигатель ДЗ-172:

1 — статор; 2 — ротор; 3 — гибкий вал; 4, 5 — кор­пусные переводники; 6 — корпус; 7 — вал; 8, 9 — осевая и радиальная опоры; 10 — наддолотный пере­водник

В то же время специфические узлы и детали двигателей (рабочие ор­ганы, соединение ротора и выходного вала, переливной клапан) не имеют аналогов и разрабатывались по результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований.

Выпускаемые в России и за рубежом ВЗД выполняются по единой схеме и имеют неподвижный статор и планетарно-вращающиися ротор.

На рис. 4.11 показано устройство двигателя модели ДЗ-172 в продоль­ном и поперечном разрезах. Это типичная конструкция двигателя. Двига­тель состоит из двух секций: силовой и шпиндельной.

Конусные детали секций соединяются между собой замковыми резь­бами, а валы — с помощью конусных, конусношлицевых или резьбовых соединений. Третий узел двигателя — переливной клапан, как правило, размещается в автономном переводнике непосредственно над двигателем или между трубами бурильной колонны.

Силовая секция включает в себя статор 1, ротор 2, соединение ротора и выходного вала 3 и корпусные переводники 4 и 5.

Шпиндельная секция состоит из корпуса 6, вала 7 с осевыми 8 и ради­альными 9 опорами, наддолотного переводника 10.

Принцип действия ВЗД

Винтовые двигатели относятся к объемным роторным гидравлическим машинам.

Согласно общей теории винтовых роторных гидравлических машин элементами рабочих орга­нов (РО) являются:

1)  статор двигателя с полостями, примыкаю­
щими по концам к камерам высокого и низкого
давления;

2)         ротор-винт,   носящий  название  ведущего,
через который крутящий момент передается ис­
полнительному механизму;

3)         замыкатели-винты,  носящие  название  ве­
домых,  назначение которых уплотнять двигатель,
т.е. препятствовать перетеканию жидкости из ка­
меры высокого давления в  камеру низкого дав­
ления.

В одновинтовых гидромашинах используются механизмы, в которых замыкатель образуется лишь двумя деталями, находящимися в постоянном взаимодействии, — статором и ротором.

Упрощенная схема двигателя показана на ðèñ. 4.8.

При циркуляции жидкости через РО в резуль­тате действия перепада давления на роторе двига­теля вырабатывается крутящий момент, причем винтовые поверхности РО взаимно замыкаясь, ра­зобщают область высокого давления и область низкого давления. Следовательно, по принципу действия винтовые двигатели аналогичны поршне­вым, у которых имеется винтообразный поршень, непрерывно перемещающийся в цилиндре вдоль оси двигателя.

Для создания в РО двигателя полостей, теоре­тически   разобщенных   от   областей   высокого   и

Рис. 4.8. Упрощенная схема двигателя:

1 — корпус, 2 — ротор; 3 — вал; 4, 5 — осевой и радиальный подшипники; 6 — долото

Рис. 4.9. Рабочие органы ВГМ:

а — продольный разрез; б — поперечный разрез

низкого давлений (шлюзов), необходимо и достаточно выполнение четырех условий (рис. 4.9):

1)   число  зубьев  Zt  наружного  элемента  (статора)  должно  быть на
единицу больше числа зубьев Z2 внутреннего элемента (ротора): Z\ = Z2 +
+ 1;

2)      отношение шагов винтовых поверхностей наружного элемента (ста­
тора) Т и внутреннего элемента (ротора) t должно быть пропорционально
отношению числа зубьев: T/t = Zi/Z2;

3)      длина РО I должна быть не менее шага винтовой поверхности на­
ружного элемента: I > Т;

4)      профили зубьев наружного и внутреннего элементов должны быть
взаимоогибаемы и находиться в непрерывном контакте между собой в лю­
бой фазе зацепления.