RU2181851C2 - Rotary motor - Google Patents

Rotary motor Download PDF

Info

Publication number
RU2181851C2
RU2181851C2 RU2000106141A RU2000106141A RU2181851C2 RU 2181851 C2 RU2181851 C2 RU 2181851C2 RU 2000106141 A RU2000106141 A RU 2000106141A RU 2000106141 A RU2000106141 A RU 2000106141A RU 2181851 C2 RU2181851 C2 RU 2181851C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shaft
rotor
valves
housing
chambers
Prior art date
Application number
RU2000106141A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000106141A (en
Inventor
П.М. Григорьев
Д.Г. Яковлев
Т.М. Яковлева
Р.Р. Григорьев
М.Н. Григорьев
Original Assignee
Григорьев Петр Михайлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Григорьев Петр Михайлович filed Critical Григорьев Петр Михайлович
Priority to RU2000106141A priority Critical patent/RU2181851C2/en
Publication of RU2000106141A publication Critical patent/RU2000106141A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2181851C2 publication Critical patent/RU2181851C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Hydraulic Motors (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: rotary motors are designed for use as hydraulic motors at deep-well drilling for driving drilling tools. Motor has rotor with straight-line blades parallel to rotor axis engaging with elastic working chamber installed over perimeter of housing parallel to blades and housing axis. Valves are installed at inlet and outlet of elastic working chambers. Valves, by means of spools and pressure springs, control flow of working agent through chambers and regulate pressure in chambers and torque on motor shaft. Motor has housing, shaft, rotor, stator consisting of branch pipe with shaped splines and elastic working chambers connected to splines. Shafts rotates in housing on bearings. Inlet and outlet valves are installed in housing on bushings. Spools rotate together with shaft. Closing planes and channels on spools are mechanically coupled with rotor blades and provided timely opening of inlet valves and closing of outlet valves of elastic working chambers. EFFECT: provision of high power and operation parameters. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, а конкретно к классу гидравлических двигателей для глубокого бурения (Е 21 В 4/02) для привода забойных породоразрушающих инструментов. Может быть использовано для разработки двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин и на твердые полезные ископаемые. The invention relates to the field of power engineering, and specifically to the class of hydraulic motors for deep drilling (E 21 4/02) for driving downhole rock cutting tools. It can be used to develop engines for drilling oil and gas wells and for solid minerals.

Известны двигатели для привода забойных породоразрушающих инструментов: турбобуры, винтовые двигатели, другие забойные двигатели. Known motors for driving downhole rock cutting tools: turbodrills, screw motors, other downhole motors.

Винтовые забойные двигатели всех модификаций состоят из двигательной и шпиндельной секций. В двигательную секцию входят статор и ротор, представляющие героторный механизм. Статор выполнен в виде стального корпуса, вулканизированного резиной с профилированными винтовыми зубьями, число которых на единицу больше числа зубьев ротора. Шпиндельная секция состоит из корпуса и вала с набором радиальных и осевых опор. Вращающий момент с ротора двигателя передается на вал шпинделя карданным или торсионным валом. Разделение винтового двигателя на две секции обусловлено тем, что ротор в статоре установлен не соосно с корпусом, а со смещением на половину высоты зуба винта. Такая кинематика вызывает сильные вибрации двигателя и других забойных механизмов, соединенных с ним. Вибрации вызывают ускоренный износ двигателя, в том числе расслоение резиновых обкладок и износ зубьев статора и ротора, а также преждевременный износ инструментов и оборудования, соединенных с двигателем. Downhole helical motors of all modifications consist of a motor and spindle sections. The stator and rotor, representing the gerotor mechanism, enter the motor section. The stator is made in the form of a steel body vulcanized with rubber with profiled helical teeth, the number of which is one more than the number of teeth of the rotor. The spindle section consists of a housing and a shaft with a set of radial and axial bearings. The torque from the motor rotor is transmitted to the spindle shaft by a cardan or torsion shaft. The separation of the screw engine into two sections is due to the fact that the rotor in the stator is not installed coaxially with the housing, but with a displacement of the screw tooth by half the height. Such kinematics cause strong vibrations of the engine and other downhole mechanisms connected to it. Vibrations cause accelerated engine wear, including delamination of the rubber plates and wear of the stator and rotor teeth, as well as premature wear of tools and equipment connected to the engine.

В связи с тем, что на одном витке зубьев пары вал-статор крутящий момент небольшой, для получения суммарного момента на валу, достаточного для обеспечения технологии буровых работ, приходится длину вала и корпуса увеличивать до необходимых размеров. Но большая длина забойного двигателя ограничивает темпы набора кривизны при бурении наклонно-направленных скважин, особенно при бурении дополнительных стволов из аварийных эксплуатационных скважин. Эти недостатки частично устранены в более поздних конструкциях винтовых забойных двигателей за счет более совершенных профилей зубьев ротора и статора, обеспечивающих непрерывный контакт их между собой во время работы (патент СССР 671463, опуб. 07.09.93. Бюл.33-36, SV 926209 А 07.05.82., SV 1384702 A1 30.03.88., SV 1794176 A1, 07.02.93., RV 2075589 C1, 20.03.97., а также в конструкциях гидравлических забойных двигателей, где оси ротора и статора совмещены, например, RV 2017921 C1, 5 Е 21 В 4/02 13.12.90., oпyб. в бюл. 15, 15.08.94. Due to the fact that on one turn of the teeth of the shaft-stator pair, the torque is small, in order to obtain a total moment on the shaft sufficient to ensure drilling technology, it is necessary to increase the shaft and housing length to the required size. But the large length of the downhole motor limits the rate of set of curvature when drilling directional wells, especially when drilling additional shafts from emergency production wells. These disadvantages are partially eliminated in the later designs of downhole screw motors due to more advanced tooth and stator tooth profiles providing continuous contact between them during operation (USSR patent 671463, publ. 07.09.93. Bull. 33-36, SV 926209 A 05.05.82., SV 1384702 A1 03.30.88., SV 1794176 A1, 07.02.93., RV 2075589 C1, 03.20.97., As well as in designs of hydraulic downhole motors where the rotor and stator axes are combined, for example, RV 2017921 C1, 5 E 21 B 4/02 12/13/90., Specific to Bul. 15, 08/15/94.

Наиболее близким к предлагаемому роторному двигателю из всех решений является "гидравлический забойный двигатель" (RV 2017921 C1, 5 Е 21 В 4/02), состоящий из корпуса, статора с закрепленной в нем стержневыми фиксаторами эластичной оболочкой, образующей рабочие камеры, ротора - винтового многогранника, установленного соосно со статором. Эластичная оболочка отдавливается от цилиндрической поверхности статора жидкостью и образует каналы-камеры, ограниченные с боков фиксирующими стержнями. При движении жидкости по каналу оболочка прижимается к граням винтового вала, на линии перекрытия канала ребром вала создается усилие и крутящий момент, приводящий вал во вращение. Благодаря соосности вала со статором значительно снижается вибрация механизма. Крутящий момент, созданный перепадом давления на линии перекрытия канала ребром вала на площади сегмента, образованного дугой контакта ребра вала с эластичной оболочкой камеры и проекцией этой дуги на грань вала, очень мал, так как площадь сегмента и перепад давления ограничены конструкцией устройства, прочностью и толщиной эластичной оболочки. Поэтому для получения на валу крутящего момента, необходимого для вращения долота, количество последовательных камер и длина двигателя будут сопоставимы с количеством витков и длиной серийного винтового забойного двигателя соответствующего диаметра и мощности. The closest to the proposed rotary engine of all solutions is the "hydraulic downhole motor" (RV 2017921 C1, 5 E 21 V 4/02), consisting of a housing, a stator with an elastic sheath fixed in it with rod clamps, forming working chambers, and a rotor - screw a polyhedron mounted coaxially with the stator. The elastic shell is squeezed from the cylindrical surface of the stator by the liquid and forms the channel-chambers bounded laterally by the fixing rods. When the fluid moves along the channel, the shell is pressed against the faces of the screw shaft, and a force and torque are created on the line of overlapping the channel by the shaft edge, which drives the shaft into rotation. Due to the alignment of the shaft with the stator, the vibration of the mechanism is significantly reduced. The torque created by the pressure drop on the line of overlapping the channel with the shaft edge on the area of the segment formed by the arc of contact of the shaft edge with the elastic shell of the chamber and the projection of this arc on the shaft face is very small, since the area of the segment and the pressure drop are limited by the device design, strength and thickness elastic shell. Therefore, to obtain the torque required to rotate the bit on the shaft, the number of consecutive chambers and the length of the engine will be comparable with the number of turns and the length of the serial downhole screw motor of the corresponding diameter and power.

Технической задачей изобретения являются улучшение энергетических и эксплуатационных характеристик забойного двигателя, в т.ч. уменьшение длины двигателя с сохранением или увеличением его мощности в сравнении с серийными двигателями, сопоставимыми по диаметру, повышение управляемости двигателя по изменению числа оборотов вала и величине крутящего момента, снижение вибраций механизма, повышение износостойкости машины, снижение ее стоимости. An object of the invention is to improve the energy and operational characteristics of a downhole motor, including reducing the length of the engine while maintaining or increasing its power in comparison with serial engines comparable in diameter, increasing the controllability of the engine by changing the number of shaft revolutions and the amount of torque, reducing the vibration of the mechanism, increasing the wear resistance of the machine, reducing its cost.

Данная техническая задача решается установкой в предлагаемом двигателе ротора с прямолинейными лопастями, параллельными друг другу и оси вала, взаимодействующими с прямолинейными эластичными рабочими камерами, расположенными по периметру корпуса, параллельными лопастям и осям ротора и статора, при этом на входе и выходе эластичных рабочих камер установлены клапаны, а на валу ротора - золотники, с возможностью вращения и перекрытия соответствующих клапанов для наполнения эластичных рабочих камер рабочим агентом и освобождения их от него. Пружиной, установленной на выпускных клапанах, регулируется предельное давление в эластичных рабочих камерах. This technical problem is solved by installing in the proposed engine a rotor with rectilinear blades parallel to each other and the axis of the shaft, interacting with rectilinear elastic working chambers located along the perimeter of the housing, parallel to the blades and axes of the rotor and stator, while the input and output of the elastic working chambers are installed valves, and on the rotor shaft - spools, with the possibility of rotation and overlapping of the corresponding valves to fill the elastic working chambers with a working agent and free them from go. The spring installed on the exhaust valves regulates the pressure limit in the elastic working chambers.

Соосная установка вала в корпусе позволяет убрать шпиндель и карданный вал, подшипники на валу подбираются с учетом нагрузок, возникающих на долоте во время бурения. На площади контакта камер с лопастями, которая определяется длиной лопасти и диаметром камеры, создается усилие, равное произведению величины этой площади на внутреннее давление в камерах, которое на порядок превышает давление в элементарных камерах на участках касания ребер многогранного вала с эластичной оболочкой статора в двигателе по прототипу или на венцах зубьев винтового забойного двигателя, что позволяет при небольшой длине лопастей создать крутящий момент, необходимый для проведения буровых работ. Так как серийный винтовой двигатель Д85, предназначенный для работы в скважинах диаметром 124-130 мм, имеет длину 3,2 м, то роторный двигатель, спроектированный для работы в аналогичных скважинах и имеющий те же энергетические и эксплуатационные параметры, будет иметь длину 0,7-0,8 м вместе с переводниками. В серийных винтовых двигателях и двигателе с многогранным винтовым валом, то есть в двигателях с непрерывным потоком рабочего агента через камеры, число оборотов вала и крутящий момент одновременно зависят от расхода рабочего агента, т.е. невозможно изменить число оборотов вала без изменения крутящего момента. The coaxial installation of the shaft in the housing allows you to remove the spindle and cardan shaft, the bearings on the shaft are selected taking into account the loads that arise on the bit during drilling. On the contact area of the chambers with the blades, which is determined by the length of the blade and the diameter of the chamber, a force is created equal to the product of this area and the internal pressure in the chambers, which is an order of magnitude higher than the pressure in the elementary chambers at the contact areas of the edges of a polyhedral shaft with an elastic stator shell in the engine a prototype or on the crowns of the teeth of a downhole motor, which allows for a small length of the blades to create the torque necessary for drilling operations. Since the D85 serial screw engine, designed to work in wells with a diameter of 124-130 mm, has a length of 3.2 m, a rotary engine designed to work in similar wells and having the same energy and operating parameters will have a length of 0.7 -0.8 m with sub. In serial screw engines and engines with a multi-faceted helical shaft, i.e., in engines with a continuous flow of the working agent through the chambers, the number of shaft revolutions and torque simultaneously depend on the flow rate of the working agent, i.e. It is not possible to change the shaft speed without changing the torque.

В предлагаемом двигателе крутящий момент на валу двигателя, число оборотов вала и мощность двигателя определяются зависимостью:
M=P L d R m Kн Kк,
N = Q/0,785 d L m b,
H = 2 3,14 M N/75 60 1,36,
где M - крутящий момент на валу двигателя, НМ;
N - число оборотов вала в 1 мин;
Н - мощность двигателя, KW;
Q - расход рабочего агента, м3/с;
Р - давление внутри эластичной камеры, МПа;
L - длина лопасти ротора, м;
d - внутренний диаметр камеры, м;
R - радиус лопасти ротора, м;
b - количество эластичных рабочих камер, шт;
m - количество лопастей ротора, шт;
Кн - коэффициент работы лопасти под нагрузкой - 0,33-0,35;
Kк - коэффициент усреднения площади контакта в течение цикла работы камеры под давлением - 0,6;
I - коэффициент полезного действия - 0,7-0,75.
In the proposed engine, the torque on the motor shaft, the number of revolutions of the shaft and engine power are determined by the dependence:
M = PL d R m K n K k ,
N = Q / 0.785 d L mb,
H = 2 3.14 MN / 75 60 1.36,
where M is the torque on the motor shaft, NM;
N is the number of revolutions of the shaft in 1 min;
N - engine power, KW;
Q is the flow rate of the working agent, m 3 / s;
P is the pressure inside the elastic chamber, MPa;
L is the length of the rotor blade, m;
d is the inner diameter of the chamber, m;
R is the radius of the rotor blade, m;
b is the number of elastic working chambers, pcs;
m is the number of rotor blades, pcs;
To n - the coefficient of operation of the blade under load - 0.33-0.35;
K to - averaging coefficient of the contact area during the cycle of operation of the chamber under pressure - 0.6;
I - coefficient of performance - 0.7-0.75.

Так как давление внутри эластичных рабочих камер поддерживается в расчетных пределах пружиной выпускного золотника, независимо от расхода рабочего агента, становится возможным изменять обороты вала до технологически оптимальных, оставляя крутящий момент в заданных пределах, что имеет большое значение при работе фрезерами в обсадных колоннах. На стадии изготовления двигателя можно, не меняя его принципиальной конструкции и диаметра, подготовить двигатель низкооборотный с большим крутящим моментом или высокооборотный двигатель, увеличивая или уменьшая длину лопастей и камер. Since the pressure inside the elastic working chambers is maintained within the calculated limits by the spring of the exhaust spool, regardless of the flow of the working agent, it becomes possible to change the shaft speed to the technologically optimal, leaving the torque within the specified limits, which is of great importance when working with milling cutters in casing strings. At the engine manufacturing stage, it is possible, without changing its basic design and diameter, to prepare a low-speed engine with high torque or a high-speed engine, increasing or decreasing the length of the blades and chambers.

В предлагаемом двигателе его активные детали (лопасти ротора, наружная поверхность камер, контактирующая с лопастями ротора, металлические опорные детали статора) не соприкасаются с рабочим агентом, так как весь поток его проходит через эластичные рабочие камеры. In the proposed engine, its active parts (rotor blades, the outer surface of the chambers in contact with the rotor blades, the metal supporting parts of the stator) do not come into contact with the working agent, since its entire flow passes through the elastic working chambers.

Скольжение камер по лопастям при передаче усилия от камер к валу составляет менее половины цикла, так как усилие в основном передается прямым давлением, большая часть скольжения происходит при сливе агента из рабочих камер, т. е. при отсутствии давления в них. Пространство свободных полостей между лопастями и эластичными рабочими камерами, ограниченное втулками крепления клапанов, заполняется маслом. Это обеспечивает снижение износа наиболее нагруженных деталей двигателя. В винтовых двигателях и в двигателе по прототипу трение валов об резину происходит постоянно при их вращении под давлением прокачиваемого агента, что ускоряет их износ. The sliding of the chambers along the blades during the transfer of force from the chambers to the shaft is less than half the cycle, since the force is mainly transmitted by direct pressure, most of the sliding occurs when the agent is drained from the working chambers, i.e., in the absence of pressure in them. The space of free cavities between the blades and the elastic working chambers, limited by the valve mounting bushings, is filled with oil. This reduces wear on the most loaded engine parts. In screw engines and in the prototype engine, the friction of the shafts against rubber occurs constantly when they rotate under the pressure of a pumped agent, which accelerates their wear.

Сопоставимый анализ технических параметров предлагаемого двигателя с параметрами забойных винтовых двигателей и прототипа показывает, что существенным отличием роторного двигателя от забойных винтовых двигателей и прототипа является:
- установка ротора с прямолинейными лопастями, параллельными между собой, осям ротора и корпуса двигателя, взаимодействующими с эластичными рабочими камерами статора, установленными по периметру корпуса параллельно его оси и лопастям ротора;
- установка на входе и выходе эластичных рабочих камер клапанов, которые с помощью золотников управляют потоком рабочего агента через них и дают возможность создавать в эластичных рабочих камерах необходимое давление для обеспечения расчетного крутящего момента на валу двигателя (независимо от расхода рабочего агента в циркуляционной системе);
- установка пружин, прижимающих золотники к клапанам, для гашения вибраций золотников и поддержания давления внутри камер в заданных пределах.
A comparable analysis of the technical parameters of the proposed engine with the parameters of the downhole screw motors and the prototype shows that a significant difference between the rotary engine and the downhole screw motors and the prototype is:
- installation of the rotor with rectilinear blades parallel to each other, to the axes of the rotor and the motor housing, interacting with the elastic working chambers of the stator mounted along the perimeter of the housing parallel to its axis and rotor blades;
- installation at the inlet and outlet of the elastic working chambers of the valves, which, using the slide valves, control the flow of the working agent through them and make it possible to create the necessary pressure in the elastic working chambers to provide the calculated torque on the motor shaft (regardless of the flow of the working agent in the circulation system);
- installation of springs that press the spools to the valves to damp the vibrations of the spools and maintain the pressure inside the chambers within the specified limits.

Таким образом, предложенный роторный двигатель отвечает критериям изобретения "новизна" и "существенные отличия". Thus, the proposed rotary engine meets the criteria of the invention of "novelty" and "significant differences".

Решение технической проблемы создания на базе предложенного двигателя "нормального ряда" забойных двигателей с широким диапазоном крутящих моментов и чисел оборотов вала для бурения скважин различных диаметров и назначений, а также придания двигателям возможности изменения в процессе буровых работ чисел оборотов вала с сохранением величины крутящего момента, решение которой до сих пор не удалось специалистам, что видно из анализа парка работавших за последние пятьдесят лет забойных двигателей на территории России и за рубежом, а также анализ патентной литературы, дают право считать, что предложенный роторный двигатель удовлетворяет критерию "изобретательский уровень". The solution to the technical problem of creating, based on the proposed engine, a “normal range” of downhole motors with a wide range of torques and shaft speeds for drilling wells of various diameters and purposes, as well as giving the engines the ability to change the shaft speed during drilling operations while maintaining the torque value, the solution of which has not yet been achieved by specialists, as can be seen from the analysis of the fleet of downhole motors operating over the past fifty years in Russia and abroad, as well as analysis of patent literature, are entitled to consider that the proposed rotary engine satisfies the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 показан продольный разрез двигателя; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема работы впускного золотника 13. In FIG. 1 shows a longitudinal section through an engine; figure 2 - cross section aa in fig. 1; in FIG. 3 - scheme of the intake valve 13.

Двигатель включает корпус 1, вал 2, ротор 3, на котором установлены три лопасти, паралельные оси вала (3.1, 3.2, 3.3), статор, состоящий из патрубка 12 с фасонными шлицами 22 и прикрепленных к шлицам эластичных рабочих камер 21.1 - 21.7. Вал 2 вращается в корпусе 1 в подшипниках 4, 5, внутренние кольца которых с сальниками 15, 16 закреплены на валу 2 гайкой 19 и переводником 20. Корпус 1 соединяется с колонной бурильных труб переводником 6. В корпусе установлены втулки 8 и 9 для крепления впускных 10 и выпускных 11 клапанов. Все детали внутри корпуса зафиксированы ниппелем 7. Переводник 20 соединяется с породоразрушающим инструментом. Золотники 13 и 14 установлены на вал 2 на шпонках на скользящей посадке, обеспечивающей плавающее движение золотников по клапанам. На отшлифованных плоскостях золотников 13 и 14, обращенных к клапанам, прорезаны каналы-сегменты необходимой глубины и ширины для подачи рабочего агента в эластичные рабочие камеры 21 через впускные клапаны 10 и выхода из них через выпускные клапаны 11. Количество таких каналов-сегментов равно числу лопастей на роторе. Золотник 13 устанавливается на вал 2 так, чтобы впускные клапаны открывали поток рабочего агента в одну из рабочих камер 21 в момент, когда одна из лопастей ротора займет положение против нее. Ширина сегментов, открывающих поток рабочего агента в эластичные рабочие камеры, равна расстоянию между клапанами по кругу их расположения. На фиг. 2 показано, что лопасть 3.1 находится против камеры 21.1. The engine includes a housing 1, a shaft 2, a rotor 3, on which three blades are installed, parallel to the shaft axis (3.1, 3.2, 3.3), a stator consisting of a pipe 12 with shaped slots 22 and elastic working chambers 21.1 - 21.7 attached to the slots. The shaft 2 rotates in the housing 1 in bearings 4, 5, the inner rings of which with the seals 15, 16 are fixed to the shaft 2 with a nut 19 and an adapter 20. The housing 1 is connected to the drill pipe string by the adapter 6. The bushings 8 and 9 are installed in the housing for fastening the inlets 10 and exhaust 11 valves. All parts inside the housing are fixed with a nipple 7. The sub 20 is connected to the rock cutting tool. The spools 13 and 14 are mounted on the shaft 2 on the dowels on a sliding fit, providing a floating movement of the spools through the valves. On the polished planes of the spools 13 and 14 facing the valves, channel segments of the required depth and width are cut for supplying the working agent to the elastic working chambers 21 through the intake valves 10 and exit from them through the exhaust valves 11. The number of such channel segments is equal to the number of blades on the rotor. The spool 13 is mounted on the shaft 2 so that the inlet valves open the flow of the working agent into one of the working chambers 21 at the moment when one of the rotor blades takes a position against it. The width of the segments that open the flow of the working agent into the elastic working chambers is equal to the distance between the valves in a circle of their location. In FIG. 2 shows that the blade 3.1 is against the camera 21.1.

На фиг. 3 видно, что прорезь в золотнике (незаштрихованный сегмент) подошла вплотную к клапану 10.1. Клапан 10.7 уже закрыт, клапан 10.1 еще не открыт. При дальнейшем движении лопастей клапан 10.1 открывается. Золотник 14, установленный на выходе из рабочих камер, во время заполнения ее перекрывает выпускной клапан и открывает его, как только лопасть пройдет сектор камеры. На золотнике 14 размеры сегментов, запирающих выход из эластичных рабочих камер, больше размеров сегментов на золотнике 13, открывающих вход потока в них, на величину, обеспечивающую полное закрытие выпускных клапанов, когда начинается поступление жидкости в указанные камеры. Для прижатия золотников к клапанам на вал 2 надеты пружины 17 и 18. Пружина 18 ограничивает давление жидкости в эластичных рабочих камерах до заданных пределов. Количество лопастей на роторе и эластичных рабочих камер в статоре, в зависимости от размеров и конструкции двигателя, может быть разным, но чтобы избежать "мертвых точек" при запуске двигателя, частное от деления числа камер на число лопастей не должно быть кратным. In FIG. 3 it can be seen that the slot in the spool (unshaded segment) came close to the valve 10.1. Valve 10.7 is already closed, valve 10.1 is not yet open. With further movement of the blades, the valve 10.1 opens. The spool 14, installed at the outlet of the working chambers, during filling it closes the exhaust valve and opens it as soon as the blade passes the sector of the chamber. On the spool 14, the sizes of the segments locking the exit from the elastic working chambers are larger than the sizes of the segments on the spool 13, opening the flow inlet to them, by an amount that ensures complete closure of the exhaust valves when the fluid enters these chambers. To press the spools to the valves, springs 17 and 18 are put on the shaft 2. The spring 18 limits the fluid pressure in the elastic working chambers to the specified limits. The number of blades on the rotor and the elastic working chambers in the stator, depending on the size and design of the engine, can be different, but to avoid dead spots when starting the engine, the quotient of dividing the number of chambers by the number of blades should not be a multiple.

Работа роторного двигателя
Рабочий агент (жидкость, газ) подается через бурильные трубы, переводник 6, центральный канал в вале, отверстие 23 в полость между валом и корпусом. Верхняя часть полости с высоким давлением изолирована от нижней с низким давлением втулкой 8 с впускными клапанами 10 и манжетом 25. Из верхней полости рабочий агент поступает в эластичные рабочие камеры 21 через открытые клапаны 10.
Rotary engine operation
The working agent (fluid, gas) is supplied through the drill pipe, sub 6, the Central channel in the shaft, the hole 23 in the cavity between the shaft and the housing. The upper part of the high-pressure cavity is isolated from the lower, low-pressure sleeve 8 with inlet valves 10 and cuff 25. From the upper cavity, the working agent enters the elastic working chambers 21 through open valves 10.

На фиг. 3 пунктирной штриховкой показаны закрытые клапаны 10.1, 10.2, 10.4, 10.6 и 10.7. Клапаны 10.3 и 10.5 открыты, через них рабочий агент поступает в эластичные рабочие камеры 21.3, 21.5, которые сдвигают лопасти 10.2 и 10.3 на длину дуги, занятую камерами. Как видно на фиг. 3, клапан 10.1 открывается, когда еще не закроются клапаны 10.3 и 10.5. Таким образом, во время работы двигателя всегда будут открыты два или три клапана, следовательно, две или три эластичные рабочие камеры будут находиться под нагрузкой, а остальные камеры будут под сливом. Каждая лопасть, переходя от одной эластичной рабочей камеры к другой, на некоторое время остается без усилия со стороны камеры, но так как число эластичных рабочих камер не кратно числу лопастей ротора, холостые пробеги лопастей не совпадут во времени и ротор будет устойчиво вращаться с постоянным моментом. Величина крутящего момента, число оборотов вала и мощность двигателя зависят от размеров, конструкции двигателя и расхода рабочего агента. Но как показывает ориентировочный расчет, предлагаемый двигатель, сопоставимый по энергетическим параметрам с турбобурами, винтовыми двигателями и двигателем с многогранным винтовым валом, будет в несколько раз меньше по габаритам, менее материалоемким, а также дешевле. In FIG. 3, dashed hatching shows closed valves 10.1, 10.2, 10.4, 10.6, and 10.7. Valves 10.3 and 10.5 are open, through them the working agent enters the elastic working chambers 21.3, 21.5, which move the blades 10.2 and 10.3 by the length of the arc occupied by the chambers. As seen in FIG. 3, valve 10.1 opens when valves 10.3 and 10.5 are not yet closed. Thus, during engine operation, two or three valves will always be open, therefore, two or three elastic working chambers will be under load, and the rest of the chambers will be under drain. Each blade, moving from one elastic working chamber to another, for some time remains without effort from the side of the chamber, but since the number of elastic working chambers is not a multiple of the number of rotor blades, idle runs of the blades will not coincide in time and the rotor will rotate stably with a constant moment . The magnitude of the torque, the number of revolutions of the shaft and engine power depend on the size, design of the engine and the consumption of the working agent. But as an approximate calculation shows, the proposed engine, comparable in energy parameters with turbodrills, screw engines and a motor with a multi-faceted helical shaft, will be several times smaller in size, less material-intensive, and also cheaper.

Claims (3)

1. Роторный двигатель для бурения нефтяных и газовых скважин, состоящий из корпуса с установленным в нем на радиально-аксиальных опорах вала ротора и статора с закрепленными по его периметру эластичными рабочими камерами, параллельными между собой и оси корпуса, переводников для соединения с колонной бурильных труб и долотом, отличающийся тем, что ротор выполнен с прямолинейными лопастями, параллельными оси вала и эластичным рабочим камерам, при этом на входе и выходе эластичных рабочих камер установлены клапаны, а на валу ротора - золотники, с возможностью вращения и перекрытия соответствующих клапанов для наполнения эластичных рабочих камер рабочим агентом и освобождения их от него. 1. A rotary engine for drilling oil and gas wells, consisting of a housing with radial axial bearings of the rotor shaft and stator installed in it with elastic working chambers fixed along its perimeter, parallel to each other and to the axis of the housing, adapters for connecting to the drill pipe string and a chisel, characterized in that the rotor is made with rectilinear blades parallel to the axis of the shaft and elastic working chambers, while valves are installed at the inlet and outlet of the elastic working chambers, and gold on the rotor shaft ki rotatably and overlapping the respective valves for filling flexible working chambers operating agent and release them from it. 2. Роторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что под золотником выпускных клапанов установлена пружина для регулирования предельного давления рабочего агента в эластичных рабочих камерах. 2. A rotary engine according to claim 1, characterized in that a spring is installed under the spool of the exhaust valves to regulate the maximum pressure of the working agent in the elastic working chambers. 3. Роторный двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что количество эластичных рабочих камер в статоре устанавливается не кратное к числу лопастей на роторе. 3. The rotary engine according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the number of elastic working chambers in the stator is set not a multiple of the number of blades on the rotor.
RU2000106141A 2000-03-15 2000-03-15 Rotary motor RU2181851C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000106141A RU2181851C2 (en) 2000-03-15 2000-03-15 Rotary motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000106141A RU2181851C2 (en) 2000-03-15 2000-03-15 Rotary motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000106141A RU2000106141A (en) 2002-01-20
RU2181851C2 true RU2181851C2 (en) 2002-04-27

Family

ID=20231762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000106141A RU2181851C2 (en) 2000-03-15 2000-03-15 Rotary motor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2181851C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9617790B2 (en) 2013-05-23 2017-04-11 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole drilling motor and method of use

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9617790B2 (en) 2013-05-23 2017-04-11 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole drilling motor and method of use
RU2622574C2 (en) * 2013-05-23 2017-06-16 Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк. Downhole drilling motor and method of use

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2017202308B2 (en) Downhole motor with concentric rotary drive system
US6047778A (en) Percussion drill assembly
US5957220A (en) Percussion drill assembly
CA2922856C (en) Rotor bearing for progressing cavity downhole drilling motor
US4764094A (en) Screw machine having a plurality of symmetrically arranged rotors
US5833444A (en) Fluid driven motors
NO316462B1 (en) Downhole sludge engine
EP0608316B1 (en) Wing motor
EP1210505B1 (en) Fluid rotary machine
CN2773313Y (en) Rotor style liquid mechanical device
CN110056309B (en) Fixed-shaft rotary positive displacement power tool
US8535028B2 (en) Downhole positive displacement motor
RU2645019C1 (en) Outer rotary downhole drill
CN108223756A (en) A kind of hollow rotating drill rod mechanism of sliding-vane motor driving planetary gear speed-reduction combination
RU2181851C2 (en) Rotary motor
US6962213B2 (en) Sleeve piston fluid motor
EP3080379A1 (en) Nutating fluid-mechanical energy converter to power wellbore drilling
US3876350A (en) Hydraulic rotary well drilling machines
CN209704478U (en) Hydraulic high-frequency percussion rock crushing tool
EP0457796A1 (en) Positive displacement wing motor
RU2455447C1 (en) Two-shaft hydraulic positive displacement motor
RU2260106C1 (en) Well drilling device
WO1992014037A1 (en) Down-hole wing motor
CN114704196B (en) Overload protection forced rotary vane downhole motor
CN213807545U (en) Downhole power drilling tool suitable for deep drilling

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090316