Винтовой забойный двигатель

Рабочим органом винтового забойного двигателя (ВЗД) является винтовая пара: статор и ротор (рис. 19).

Статор представляет собой металлическую трубу, к внутренней поверхности которой привулканизирована резиновая обкладка, имеющая 10 винтовых зубьев левого направления, обращённых к ротору.

Ротор выполнен из высоколегированной стали с девятью винтовыми зубьями левого направления и расположен относительно оси статора эксцентрично.

Кинематическое отношение винтовой пары 9: 10 и соответствующее профилирование её зубьев обеспечивает при движении бурового раствора планетарное обкатывание ротора по зубьям статора и сохранение при этом непрерывного контакта ротора и статора по всей длине. В связи с этим образуются полости высокого и низкого давления и осуществляется рабочий процесс двигателя.

Вращающий момент от ротора передаётся с помощью двухшарнирного соединения на вал шпинделя, укомплектованного многорядной осевой шаровой опорой и радиальными резино - металлическими опорами. К валу шпинделя присоединяется долото. Уплотнение вала достигается с помощью торцевых сальников.

Типичная характеристика ВЗД при постоянном расходе бурового раствора представлена на рис. 20. По мере роста момента М перепад давления в двигателе Dр увеличивается почти линейно, а частота вращения вала двигателя снижается вначале незначительно, а при торможении - резко. Зависимости изменения мощности двигателя и КПД от момента М имеют максимумы. Когда двигатель работает с максимальным КПД, режим называют оптимальным, а с максимальной мощностью - экстремальным. Увеличение нагрузки на долото после достижения экстремального режима работы двигателя приводит к торможению вала двигателя и к резкому ухудшению его характеристики.

Неэффективны и нагрузки на долото, при которых момент, развиваемый двигателем, меньше момента, обеспечивающего оптимальный режим его работы.

Характер изменения N, n, Dp и h_г от момента М при любом расходе бурового раствора остаётся примерно одинаковым. Значения М, n и Dp при увеличении Q растут почти линейно, h_г - несколько уменьшается, а N возрастает по зависимости, близкой к квадратичной

По своей характеристике объемный винтовой двигатель весьма перспективная машина. По сравнению с турбобуром он проще по конструкции, имеет меньшие длину и массу, большой крутящий момент, большую мощность, относительно низкую частоту вращения, он менее чувствителен к уменьшению диаметра ствола скважины, позволяет контролировать отработку долота по изменению крутящего момента. Целесообразно применять объемный двигатель для бурения на средних и больших глубинах, для бурения долотами с герметизированными маслонаполненными опорами, при наборе зенитного угла наклонно-направленных скважин.

Лекция 5