RU2373365C1 - Screw downhole motor - Google Patents

Screw downhole motor Download PDF

Info

Publication number
RU2373365C1
RU2373365C1 RU2008135177/03A RU2008135177A RU2373365C1 RU 2373365 C1 RU2373365 C1 RU 2373365C1 RU 2008135177/03 A RU2008135177/03 A RU 2008135177/03A RU 2008135177 A RU2008135177 A RU 2008135177A RU 2373365 C1 RU2373365 C1 RU 2373365C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
stator
rollers
spindle
cage
Prior art date
Application number
RU2008135177/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Борисович Голдобин (RU)
Владимир Борисович Голдобин
Сергей Германович Трапезников (RU)
Сергей Германович Трапезников
Алексей Владимирович Соболев (RU)
Алексей Владимирович Соболев
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент"
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 Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент"
Priority to RU2008135177/03A priority Critical patent/RU2373365C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2373365C1 publication Critical patent/RU2373365C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Friction Gearing (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas production.
SUBSTANCE: invention is related to drilling equipment, in particular to downhole motors for drilling of oil and gas wells. Screw downhole motor comprises stator with internal screw teeth, eccentrically arranged rotor with external screw teeth, spindle comprising radial bearing, spindle shaft and body, driving shaft for kinematic connection of rotor to spindle shaft, and also axial support rolling unit, including races with conical surfaces, roller with toroidal surfaces. Axial support rolling unit is made in the form of planetary axial support made of race arranged in upper part of stator coaxially to internal screw teeth, and rollers fixed on upper edge of rotor coaxially to external screw teeth with eccentric displacement relative to race, equal to eccentricity of gear engagement "rotor-stator". Race is made with cone surface at each end in the form of protruding truncated cones, tops of which are inverted to each other. Rollers have protruding working surfaces in the form of ball belts that interact with according cone surfaces of race. Rollers, limiting axial displacement of rotor, preserve possibility of roller running in internal screw teeth of stator.
EFFECT: reduced axial and radial loads at working elements "rotor-stator", prevention of preliminary wear and damage of stator and support units, increased reliability and durability.
4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике, в частности к забойным двигателям для бурения нефтяных и газовых скважин.The invention relates to drilling equipment, in particular to downhole motors for drilling oil and gas wells.

Известен винтовой забойный двигатель (патент RU 2224079, Е21В 4/02, 20.02.2004, Бюл. №5), содержащий статор и эксцентрично расположенный в нем ротор, зубья которых находятся в непрерывном контакте, шпиндель и узел кинематического соединения ротора с валом шпинделя в виде подвижного муфтового соединения, а также дополнительный опорный узел ротора, установленный в полом корпусе над статором, включающий упорно-радиальный подшипник с шарами, установленными по окружности между опорным кольцом и эксцентрично расположенным относительно его на полом валу упорным кольцом.Known screw downhole motor (patent RU 2224079, ЕВВ 4/02, 02/20/2004, Bull. No. 5) containing a stator and a rotor eccentrically located in it, the teeth of which are in continuous contact, the spindle and the kinematic connection of the rotor with the spindle shaft in in the form of a movable coupling connection, as well as an additional rotor support unit installed in a hollow housing above the stator, including a thrust-radial bearing with balls mounted around the circumference between the support ring and the unitary unit eccentrically located relative to it ring ring.

Недостатком известного изобретения является то, что дополнительный опорный узел ротора при эксплуатации генерирует осевые колебания, возникающие при перекатывании шаров или других тел качения в планетарном движении по круговому каналу переменного сечения, образованного между эксцентрично смещенными конусными поверхностями опорного и упорного колец различного диаметра и, в связи с этим, неравномерным распределением осевой нагрузки на шары в соответствии с их положением в круговом канале переменного сечения, а также циклическим изменением контактных напряжений в элементах упорно-радиального подшипника до предельных значений с возможным заклиниванием шаров независимо от применения демпфера в виде тарельчатой пружины.A disadvantage of the known invention is that the additional rotor support unit during operation generates axial vibrations that occur when rolling balls or other rolling bodies in planetary motion along a circular channel of variable cross section formed between eccentrically offset conical surfaces of the support and thrust rings of different diameters and, in connection with this uneven distribution of the axial load on the balls in accordance with their position in the circular channel of variable cross section, as well as cyclic measurement HAND contact stresses in the elements of the radial thrust bearing to the limit values with possible jamming balls, irrespective of whether a damper in the form of a plate spring.

При этих условиях частично нарушается кинематическая связь при планетарном движении упорных колец и шаров относительно опорного кольца, что приведет к повышению неравномерности контактных напряжений в этих деталях в процессе их работы.Under these conditions, the kinematic connection is partially violated during the planetary movement of the thrust rings and balls relative to the support ring, which will lead to an increase in the unevenness of contact stresses in these parts during their operation.

Кроме того, недостатком известного изобретения является возможность утечки жидкой смазки из-за отсутствия уплотнений в диаметральный зазор между полым валом и набором радиальных плавающих опорных дисков с последующим протеканием промывочной жидкости с абразивными частицами в наружную полость упорно-радиального подшипника, что приведет к преждевременному износу деталей дополнительного опорного узла ротора.In addition, the disadvantage of the known invention is the possibility of leakage of liquid lubricant due to the lack of seals in the diametrical gap between the hollow shaft and the set of radial floating support discs, followed by the flow of flushing fluid with abrasive particles into the outer cavity of the thrust-radial bearing, which will lead to premature wear of parts additional support node of the rotor.

Эти и другие недостатки снижают возможность использования известного винтового забойного двигателя в связи с недостаточной надежностью и низким ресурсом дополнительного опорного узла ротора.These and other disadvantages reduce the possibility of using the well-known downhole motor due to insufficient reliability and low resource of the additional rotor support unit.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является винтовой забойный двигатель (а.с. SU 698336, Е21В 4/02, 30.06.1993, Бюл. №24), включающий героторный механизм, содержащий статор и эксцентрично расположенный в нем ротор, осевой опорный узел качения, включающий обоймы, закрепленные в полом корпусе, и ролик с тороидальными рабочими поверхностями, установленный жестко на верхнем крае ротора между обоймами, при этом обоймы выполнены с конусными поверхностями на торцах для взаимодействия с тороидальными поверхностями ролика. Кроме того, винтовой забойный двигатель содержит шпиндель с радиальной опорой и приводной вал для кинематического соединения ротора с валом шпинделя.Closest to the claimed design is a downhole motor (AS SU 698336, ЕВВ 4/02, 06/30/1993, Bull. No. 24), including a gerotor mechanism containing a stator and an rotor eccentrically located in it, an axial rolling support unit, including clips fixed in a hollow body, and a roller with toroidal working surfaces mounted rigidly on the upper edge of the rotor between the clips, the clips being made with conical surfaces at the ends to interact with the toroidal surfaces of the roller. In addition, the downhole screw motor includes a spindle with a radial support and a drive shaft for kinematic connection of the rotor with the spindle shaft.

Недостатком известного изобретения является то, что осевой опорный узел качения воспринимает забойную нагрузку, в том числе и ударную нагрузку, возникающие при бурении породы долотом. Этим же динамическим нагрузкам подвержен и приводной вал двигателя.A disadvantage of the known invention is that the axial support rolling unit perceives the bottomhole load, including the shock load that occurs when drilling rock with a chisel. The drive shaft of the engine is also subject to the same dynamic loads.

Кроме того, недостатком известного изобретения является неполное использование возможности повышения его надежности и долговечности вследствие того, что в зоне контакта обоймы и ролика из-за отсутствия определенных параметров формы и размеров конусной и тороидальной поверхностей обоймы и ролика, а также их соотношения с параметрами зубчатого зацепления «ротор-статор» происходит некоторое проскальзывание в зоне контакта, приводящее к истиранию рабочих поверхностей обоймы и ролика.In addition, the disadvantage of the known invention is the incomplete use of the possibility of increasing its reliability and durability due to the fact that in the contact zone of the cage and roller due to the lack of certain shape and size parameters of the conical and toroidal surfaces of the cage and roller, as well as their relationship with the gearing parameters "Rotor-stator" there is some slippage in the contact zone, leading to abrasion of the working surfaces of the cage and the roller.

Эти и другие недостатки известного винтового забойного двигателя не позволяют снизить контактные напряжения в элементах осевого опорного узла качения, исключить проскальзывание в зоне контакта ролика с обоймой и стабилизировать процесс обкатки ротора по зубьям статора, таким образом уменьшить износ осевого опорного узла качения и зубчатого зацепления «ротор-статор».These and other disadvantages of the well-known downhole motor do not allow to reduce contact stresses in the elements of the axial support rolling assembly, to exclude slipping in the contact zone of the roller with the cage and to stabilize the process of rolling the rotor along the stator teeth, thus reducing wear of the axial supporting rolling assembly and gear “rotor stator. "

Это снижает возможность использования известного винтового забойного двигателя по причине недостаточной надежности и долговечности вследствие нерационального распределения забойной и гидравлической нагрузок на опорные узлы двигателя, а также отрицательного действия дополнительного перекашивающего момента, возникающего на роторе и приводном валу при внецентренном восприятии забойной нагрузки. Дополнительный перекашивающий момент оказывает вредное влияние на эластичные зубья статора, вызывает их нагрев, износ и преждевременное разрушение.This reduces the possibility of using the well-known downhole motor due to insufficient reliability and durability due to the irrational distribution of the downhole and hydraulic loads on the engine support nodes, as well as the negative effect of the additional distortion moment occurring on the rotor and drive shaft with an eccentric perception of the downhole load. An additional skewing moment has a detrimental effect on the elastic teeth of the stator, causing them to heat up, wear and premature failure.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в снижении осевых и радиальных нагрузок на рабочие органы «ротор-статор», предотвращении преждевременного износа и разрушения статора и опорных узлов, сохранении на более длительный период в работоспособном состоянии узлов двигателя и повышении надежности и долговечности винтового забойного двигателя.The technical problem to which the invention is directed is to reduce axial and radial loads on the rotor-stator working bodies, to prevent premature wear and destruction of the stator and support nodes, to preserve the engine components in a healthy state for a longer period and to increase reliability and durability downhole screw motor.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном винтовом забойном двигателе, включающем героторный механизм, содержащий статор с внутренними винтовыми зубьями и эксцентрично расположенный в нем ротор с наружными винтовыми зубьями, шпиндель, содержащий подшипник, вал и корпус шпинделя, приводной вал для кинематического соединения ротора с валом шпинделя, а также осевой опорный узел качения, включающий обоймы, выполненные с конусными поверхностями, установленные над статором, и ролик с тороидальными поверхностями, жестко связанный с ротором, согласно изобретению осевой опорный узел качения выполнен в виде планетарной осевой опоры, состоящей из обоймы, установленной в верхней части статора соосно внутренним винтовым зубьям, и роликов, закрепленных на верхнем крае ротора соосно наружным винтовым зубьям с эксцентричным смещением относительно обоймы, равным эксцентриситету зубчатого зацепления «ротор-статор», причем обойма выполнена с конусной поверхностью на каждом торце в виде выступающих усеченных конусов, вершины которых обращены друг к другу, а ролики имеют выступающие рабочие поверхности на торцах в виде шаровых поясов, взаимодействующих с соответствующими конусными поверхностями обоймы, при этом ролики установлены с ограничением осевого перемещения ротора и с возможностью обкатки ротора по внутренним винтовым зубьям статора.The problem is solved due to the fact that in the well-known downhole motor, including the gerotor mechanism, comprising a stator with internal helical teeth and an eccentrically located rotor with external helical teeth, a spindle comprising a bearing, a shaft and a spindle housing, a drive shaft for kinematic connection a rotor with a spindle shaft, as well as an axial support rolling unit, including cages made with conical surfaces mounted above the stator, and a roller with toroidal surfaces, rigidly connected In accordance with the invention, the axial rolling support unit with the rotor is made in the form of a planetary axial support, consisting of a cage mounted in the upper part of the stator coaxially to the internal helical teeth, and rollers fixed to the upper edge of the rotor coaxially to the external helical teeth with an eccentric offset relative to the cage equal to eccentricity of gearing "rotor-stator", and the cage is made with a conical surface on each end in the form of protruding truncated cones, the vertices of which are facing each other, and the rollers them dissolved projecting working surfaces at the ends in the form of spherical zones cooperating with respective tapered surfaces of the cage, the rollers are mounted with limited axial movement of the rotor and with the possibility of running the rotor on the stator inner helical teeth.

Кроме того, согласно изобретению точка касания между шаровой рабочей поверхностью каждого ролика и соответствующей конусной поверхностью обоймы спроецирована на текущее положение полюса зубчатого зацепления «ротор-статор», находящегося в плоскости, проходящей через оси ротора и статора.In addition, according to the invention, the point of contact between the spherical working surface of each roller and the corresponding conical surface of the cage is projected onto the current position of the rotor-stator gear pole located in a plane passing through the axis of the rotor and stator.

Кроме того, согласно изобретению угол при вершине 2α каждой конусной поверхности обоймы выполнен в пределах 160-170°, при этом радиус шаровых поясов роликов Rсф связан с эксцентриситетом «а» зубчатого зацепления «ротор-статор» и числом внутренних винтовых зубьев статора Zст следующим соотношением:In addition, according to the invention, the angle at the vertex 2α of each conical surface of the cage is made in the range of 160-170 °, while the radius of the ball belts of the rollers R sf is associated with the eccentricity "a" of the gearing "rotor-stator" and the number of internal stator teeth of the stator Z st the following relation:

1,8(2a·Zст)≤Rсф≤2,2(2a·Zст),1.8 (2a · Z Art ) ≤R sf ≤2.2 (2a · Z Art ),

где Rсф - радиус шаровых поясов роликов;where R sf - the radius of the ball belts of the rollers;

а - эксцентриситет зубчатого зацепления «ротор-статор»;a - eccentricity of gearing "rotor-stator";

Zст - число внутренних винтовых зубьев статора.Z article - the number of internal helical teeth of the stator.

Кроме того, согласно изобретению шпиндель снабжен осевой опорой, установленной на валу шпинделя и размещенной в корпусе шпинделя, а приводной вал соединен с валом шпинделя посредством подвижной в осевом направлении телескопической муфты.In addition, according to the invention, the spindle is provided with an axial support mounted on the spindle shaft and housed in the spindle housing, and the drive shaft is connected to the spindle shaft by means of an axially movable telescopic coupling.

Ниже приведен вариант выполнения винтового забойного двигателя.Below is an embodiment of a downhole screw motor.

На фиг.1 изображен винтовой забойный двигатель с планетарной осевой опорой в продольном разрезе.Figure 1 shows a downhole screw motor with a planetary axial support in longitudinal section.

На фиг.2 изображен элемент В на фиг.1 планетарной осевой опоры в продольном разрезе.Figure 2 shows the element In figure 1 of the planetary axial bearings in longitudinal section.

На фиг.3 изображен разрез А-А на фиг.1 поперек ротора и статора винтового забойного двигателя.Figure 3 shows a section aa in figure 1 across the rotor and stator of a downhole screw motor.

Винтовой забойный двигатель содержит статор 1 и эксцентрично расположенный в нем охватываемый ротор 2, шпиндель 3, включающий радиальную опору 4, вал 5 шпинделя, корпус 6 шпинделя и осевую опору 7. Ротор 2 нижним краем соединен с приводным валом 8 и при помощи подвижной в осевом направлении телескопической муфты 9 с валом 5 шпинделя. Статор 1 соединен с регулируемым переводником 10, см. фиг.1.The downhole screw motor comprises a stator 1 and a male rotor 2 eccentrically located therein, a spindle 3 including a radial support 4, a spindle shaft 5, a spindle housing 6 and an axial support 7. The rotor 2 is connected to the drive shaft 8 by a lower edge and axially movable the direction of the telescopic coupling 9 with the spindle shaft 5. The stator 1 is connected to an adjustable sub 10, see figure 1.

На фиг.2 показан элемент В (фиг.1) планетарной осевой опоры, содержащей обойму 11, установленную в верхней части статора 1 соосно внутренним винтовым зубьям и закрепленную посредством кольца 12 при свинчивании резьбового соединения между статором 1 и верхним переводником. Обойма 11 выполнена с конусной поверхностью на каждом торце в виде выступающих усеченных конусов, вершины которых обращены друг к другу, причем угол при вершине 2α каждой конусной поверхности находится в пределах 160-170°. Средний диаметр Dcp выступающих усеченных конусов обоймы 11 равен диаметру центроиды (начальной окружности) Dн внутренних винтовых зубьев статора 1, см. фиг.3. Планетарная осевая опора включает также ролики 13 с выступающими рабочими поверхностями в виде шаровых поясов радиуса Rсф, закрепленные на верхнем крае ротора, соосно наружным винтовым зубьям, посредством втулки 14 и гаек 15 с эксцентричным смещением относительно обоймы, равным эксцентриситету «а» зубчатого зацепления «ротор-статор». На обойме 11 выполнены проточные отверстия 16. Радиус шаровых поясов Rсф роликов 13 связан с эксцентриситетом «а» зубчатого зацепления «ротор-статор» и числом внутренних винтовых зубьев Zст статора соотношением: 1,8(2a·Zст)≤Rсф≤2,2(2a-Zст). Ролики 13 взаимодействуют выступающими шаровыми рабочими поверхностями с соответствующими конусными поверхностями обоймы 11, изнутри препятствуя осевому перемещению ротора 2, сохраняя возможность обкатки ротора 2 по внутренним винтовым зубьям статора 1. Полюс Р зубчатого зацепления «ротор-статор» расположен в точке касания центроид диаметром dн и Dн, см. фиг.3. В планетарной осевой опоре точка касания выступающей шаровой рабочей поверхности каждого ролика 13 и соответствующей конусной поверхности обоймы 11 проецируется на текущее положение полюса Р зубчатого зацепления «ротор-статор», находящегося в плоскости, проходящей через ось статора О1 и ось ротора О2. Средние диаметры Dcp и dcp поверхностей контакта обоймы 11 и роликов 13 в планетарной осевой опоре выбраны равными диаметрам центроид Dн и dн статора 1 и ротора 2, что обеспечивает обкатку роликов по обойме баз скольжения с постоянной угловой скоростью.Figure 2 shows the element B (figure 1) of the planetary axial support containing the yoke 11, mounted in the upper part of the stator 1 coaxially with the internal helical teeth and secured by the ring 12 when screwing the threaded connection between the stator 1 and the upper sub. The holder 11 is made with a conical surface at each end in the form of protruding truncated cones, the vertices of which are facing each other, and the angle at the vertex 2α of each conical surface is in the range of 160-170 °. The average diameter D cp of the protruding truncated cones of the yoke 11 is equal to the diameter of the centroid (initial circle) D n of the internal helical teeth of the stator 1, see Fig.3. The planetary axial support also includes rollers 13 with protruding working surfaces in the form of spherical belts of radius R sf , fixed on the upper edge of the rotor, coaxially with the outer helical teeth, by means of the sleeve 14 and nuts 15 with an eccentric offset relative to the cage equal to the eccentricity “a” of the gearing “ rotor-stator. " On the holder 11 are flow openings 16. The spherical radius R sph belts rollers 13 associated with the eccentricity "a" gearing "rotor-stator" and the number of inner helical teeth of the stator Z v ratio: 1,8 (2a · Z v) ≤R sp ≤2.2 (2a-Z st ). The rollers 13 interact with the protruding spherical working surfaces with the corresponding conical surfaces of the cage 11, from the inside preventing the axial movement of the rotor 2, while maintaining the possibility of rolling the rotor 2 along the internal helical teeth of the stator 1. The gear rotor-stator gear pole P is located at the contact point of the centroid diameter d n and D n , see figure 3. In the planetary axial support, the point of contact of the protruding spherical working surface of each roller 13 and the corresponding conical surface of the yoke 11 is projected onto the current position of the gear rotor-stator gear pole P located in the plane passing through the stator axis O 1 and the rotor axis O 2 . The average diameters D cp and d cp of the contact surfaces of the cage 11 and the rollers 13 in the planetary axial support are chosen equal to the diameters of the centroids D n and d n of the stator 1 and rotor 2, which ensures rolling of the rollers along the cage of the sliding bases with a constant angular velocity.

Винтовой забойный двигатель работает следующим образом.Screw downhole motor operates as follows.

Промывочная жидкость под давлением подается насосом по колонне бурильных труб к винтовому забойному двигателю. Протекая через канал верхнего переводника и перепускные отверстия 16 обоймы 11 планетарной осевой опоры, промывочная жидкость поступает к героторному механизму, создавая на роторе 2 вращающий момент, вызывая его планетарное движение относительно статора 1, которое посредством приводного вала 8 и подвижной телескопической муфты 9 преобразуется во вращательное движение вала шпинделя 5. Кроме того, промывочная жидкость частично протекает через щели, образуемые при эксцентричном смещении роликов 13 и втулки 14 относительно обоймы 11, обеспечивая охлаждение планетарной осевой опоры.Flushing fluid under pressure is pumped through a drill pipe string to a downhole screw motor. Flowing through the channel of the upper sub and the bypass holes 16 of the cage 11 of the planetary axial support, the flushing fluid enters the gerotor mechanism, creating a torque on the rotor 2, causing its planetary motion relative to the stator 1, which is converted into a rotational one by means of a drive shaft 8 and a movable telescopic coupling 9 the movement of the spindle shaft 5. In addition, the flushing fluid partially flows through the slots formed by the eccentric displacement of the rollers 13 and the sleeve 14 relative to the holder 11, providing cooling planetary axial bearing.

Вследствие перепада давления на героторном механизме с косозубым зацеплением «ротор-статор» на роторе 2 реализуются отрицательно действующие на статор 1 осевые силы и перекашивающий момент. Осевые силы, действуя сверху вниз, передаются с ротора 2 посредством жестко закрепленного на нем ролика 13 на торец обоймы 11, закрепленной в статоре 1, при этом точка контакта рабочих поверхностей ролика 13 и обоймы 11 проецируется на текущее положение полюса Р зубчатого зацепления «ротор-статор», находящегося в плоскости, проходящей через оси статора 1 и ротора 2. Осевые силы с ротора 2 не передаются через приводной вал 8 на вал шпинделя 5 и не воспринимаются осевой опорой 7 в связи с применением подвижного в осевом направлении промежуточного соединительного элемента в виде телескопической муфты 9. В процессе бурения скважины забойная нагрузка при наличии телескопической муфты 9 с вала шпинделя 5 на ротор 2 и приводной вал 8 также не передается. Перекашивающий момент с ротора 2 через жестко закрепленный на нем ролик 13 передается на обойму 11, тем самым достигается снижение нагрузки на резиновую обкладку статора 1 и ее преждевременный износ.Due to the pressure drop on the rotor-stator helical gearing with a helical gearing, rotor 2 implements axial forces acting negatively on the stator 1 and distortion moment. Axial forces, acting from top to bottom, are transmitted from the rotor 2 by means of a roller 13 rigidly fixed thereon to the end of the yoke 11 fixed in the stator 1, while the contact point of the working surfaces of the roller 13 and the yoke 11 is projected onto the current position of the gear rotor stator "located in the plane passing through the axis of the stator 1 and rotor 2. Axial forces from the rotor 2 are not transmitted through the drive shaft 8 to the spindle shaft 5 and are not perceived by the axial support 7 due to the use of an axially movable intermediate soy initelnogo element as a telescopic sleeve 9. In the process of drilling a borehole downhole load in the presence of a telescopic coupling shaft 9 to the spindle 5 on the rotor 2 and the drive shaft 8 is also not transmitted. The distorting moment from the rotor 2 through the roller 13 rigidly fixed on it is transmitted to the yoke 11, thereby reducing the load on the rubber lining of the stator 1 and its premature wear.

При установленных в предлагаемом изобретении размерах и форме рабочих поверхностей обоймы 11 и ролика 13, а также действующих в зубчатом зацеплении «ротор-статор» осевых сил обеспечиваются условия, при которых в зоне взаимодействия обоймы 11 и ролика 13 контактные напряжения по величине значительно ниже допустимых. Кроме того, в точке соприкосновения обоймы 11 и ролика 13 отсутствует относительное скольжение, что подтверждает качение ролика 13 по обойме 11 при планетарном его движении совместно с ротором 2.When the dimensions and shape of the working surfaces of the cage 11 and the roller 13, as well as the axial forces acting in the “rotor-stator” gear mesh, are established, the conditions are provided under which the contact stresses in the interaction zone of the cage 11 and the roller 13 are significantly lower than permissible. In addition, at the point of contact of the cage 11 and the roller 13, relative sliding is absent, which confirms the rolling of the roller 13 along the cage 11 during planetary motion together with the rotor 2.

Предлагаемая конструкция винтового забойного двигателя позволяет обеспечить достижение положительного технического результата:The proposed design of a downhole screw motor allows to achieve a positive technical result:

снизить энергетические потери в зубчатом зацеплении «ротор-статор» за счет уменьшения радиальных нагрузок на эластичную обкладку статора;reduce energy losses in the gear rotor-stator by reducing radial loads on the elastic stator lining;

обеспечить контактную прочность и несущую способность элементов планетарной осевой опоры, устранить жесткие соударения роликов с обоймой;to provide contact strength and bearing capacity of the elements of the planetary axial support, to eliminate the hard collisions of the rollers with the cage;

упростить разъединение и сборку шпинделя с секцией героторного механизма, а также сохранить долото при срезании вала шпинделя;to simplify the separation and assembly of the spindle with the section of the gerotor mechanism, as well as to save the bit when cutting the spindle shaft;

сохранить на более длительный период в работоспособном состоянии приводной вал за счет существенного уменьшения осевых и радиальных нагрузок.keep the drive shaft for a longer period in working condition due to a significant reduction in axial and radial loads.

Все это позволяет повысить работоспособность, надежность и долговечность винтового забойного двигателя, по существу - решить поставленные в изобретении задачи.All this allows you to increase the efficiency, reliability and durability of a downhole screw motor, in essence - to solve the problems posed in the invention.

Таким образом, достигается возможность снижения энергетических потерь в зубчатом зацеплении «ротор-статор», обеспечить контактную прочность и несущую способность элементов планетарной осевой опоры и шарниров приводного вала, повысить работоспособность, надежность и долговечность винтового забойного двигателя.Thus, it is possible to reduce energy losses in the “rotor-stator” gear mesh, to provide contact strength and bearing capacity of planetary axial bearings and drive shaft hinges, to increase the operability, reliability and durability of a downhole screw motor.

Claims (4)

1. Винтовой забойный двигатель, включающий героторный механизм, содержащий статор с внутренними винтовыми зубьями и эксцентрично расположенный в нем ротор с наружными винтовыми зубьями, шпиндель, содержащий радиальный подшипник, вал и корпус шпинделя, приводной вал для кинематического соединения ротора с валом шпинделя, а также осевой опорный узел качения, включающий обоймы, выполненные с конусными поверхностями, установленные над статором, и ролик с тороидальными поверхностями, жестко связанный с ротором, отличающийся тем, что осевой опорный узел качения выполнен в виде планетарной осевой опоры, состоящей из обоймы, установленной в верхней части статора соосно внутренним винтовым зубьям, и роликов, закрепленных на верхнем крае ротора соосно наружным винтовым зубьям с эксцентричным смещением относительно обоймы, равным эксцентриситету зубчатого зацепления «ротор-статор», причем обойма выполнена с конусной поверхностью на каждом торце в виде выступающих усеченных конусов, вершины которых обращены друг к другу, а ролики имеют выступающие рабочие поверхности в виде шаровых поясов, взаимодействующие с соответствующими конусными поверхностями обоймы, при этом ролики установлены с ограничением осевого перемещения ротора и с возможностью обкатки ротора по внутренним винтовым зубьям статора.1. A downhole screw motor including a gerotor mechanism comprising a stator with internal helical teeth and an eccentrically located rotor with external helical teeth, a spindle comprising a radial bearing, a shaft and a spindle housing, a drive shaft for kinematically connecting the rotor to the spindle shaft, and an axial support rolling unit, including cages made with conical surfaces mounted above the stator, and a roller with toroidal surfaces, rigidly connected to the rotor, characterized in that the axial the pore rolling unit is made in the form of a planetary axial support, consisting of a cage mounted in the upper part of the stator coaxially to the internal helical teeth, and rollers fixed to the upper edge of the rotor coaxially to the external helical teeth with an eccentric offset relative to the cage equal to the eccentricity of the “rotor-stator gearing” ", And the cage is made with a conical surface at each end in the form of protruding truncated cones, the vertices of which are facing each other, and the rollers have protruding working surfaces in the form of a joint ovyh belts, cooperating with the corresponding conical surfaces of the cage, the rollers are mounted with limited axial displacement of the rotor and with the possibility of running the rotor on the stator inner helical teeth. 2. Винтовой забойный двигатель по п.1, отличающийся тем, что точка касания шаровой рабочей поверхности каждого ролика и соответствующей конусной поверхности обоймы спроецирована на текущее положение полюса зубчатого зацепления «ротор-статор», находящегося в плоскости, проходящей через оси ротора и статора.2. The downhole screw motor according to claim 1, characterized in that the point of contact of the spherical working surface of each roller and the corresponding conical surface of the cage is projected onto the current position of the gear rotor-stator gear pole located in a plane passing through the axis of the rotor and stator. 3. Винтовой забойный двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что угол при вершине 2α каждой конусной поверхности обоймы выполнен в пределах 160-170°, при этом радиус шаровых поясов роликов Rсф связан с эксцентриситетом «а» зубчатого зацепления «ротор-статор» и числом внутренних винтовых зубьев Zст следующим соотношением:
1,8(2а·Zст) ≤Rсф≤2,2(2a·Zст),
где Rсф - радиус шаровых поясов роликов;
а - эксцентриситет зубчатого зацепления «ротор-статор»;
Zст - число внутренних винтовых зубьев статора.
3. The downhole motor according to claim 1 or 2, characterized in that the angle at the apex 2α of each conical surface of the cage is made within 160-170 °, while the radius of the ball belts of the rollers R sf is associated with the eccentricity "a" of the gearing "rotor -stator "and the number of internal helical teeth Z st the following ratio:
1.8 (2a · Z st ) ≤R sf ≤2.2 (2a · Z st ),
where R sf - the radius of the ball belts of the rollers;
a - eccentricity of gearing "rotor-stator";
Z article - the number of internal helical teeth of the stator.
4. Винтовой забойный двигатель по п.1, отличающийся тем, что шпиндель снабжен осевой опорой, установленной на валу шпинделя и размещенной в корпусе шпинделя, а приводной вал соединен с валом шпинделя посредством подвижной в осевом направлении телескопической муфты. 4. The downhole screw motor according to claim 1, characterized in that the spindle is provided with an axial support mounted on the spindle shaft and placed in the spindle housing, and the drive shaft is connected to the spindle shaft by means of an axially movable telescopic coupling.
RU2008135177/03A 2008-08-28 2008-08-28 Screw downhole motor RU2373365C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008135177/03A RU2373365C1 (en) 2008-08-28 2008-08-28 Screw downhole motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008135177/03A RU2373365C1 (en) 2008-08-28 2008-08-28 Screw downhole motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2373365C1 true RU2373365C1 (en) 2009-11-20

Family

ID=41477902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008135177/03A RU2373365C1 (en) 2008-08-28 2008-08-28 Screw downhole motor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2373365C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104847257A (en) * 2015-04-20 2015-08-19 江汉石油钻头股份有限公司 Screw drill motor
CN104847258A (en) * 2015-04-20 2015-08-19 江汉石油钻头股份有限公司 All-metal screw rod drilling tool
RU2629315C2 (en) * 2013-09-30 2017-08-28 Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк. Rotor bearing for downhole drilling motor with moving cavity

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2629315C2 (en) * 2013-09-30 2017-08-28 Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк. Rotor bearing for downhole drilling motor with moving cavity
CN104847257A (en) * 2015-04-20 2015-08-19 江汉石油钻头股份有限公司 Screw drill motor
CN104847258A (en) * 2015-04-20 2015-08-19 江汉石油钻头股份有限公司 All-metal screw rod drilling tool

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9695638B2 (en) Positive displacement motor with radially constrained rotor catch
US8033920B1 (en) High torque, flexible, dual, constant velocity, ball joint assembly for mud motor used in directional well drilling
CN109098654B (en) Mechanical axial rotation percussion drilling tool based on screw drilling tool
RU2373365C1 (en) Screw downhole motor
RU2344265C1 (en) Facility for well drilling (versions)
CN205715576U (en) Planetary transmission for wind power equipment
CN109964000B (en) Radial ball bearing and method
CN108716362B (en) Hydraulic bearing screw drilling tool
US4518049A (en) Bottom hole motor for driving rock-breaking tool
CN109723375A (en) A kind of fluid power suspension turbine section
CN212837576U (en) Long-life turbine drilling tool turbine section
RU2365726C1 (en) Helical downhole motor
RU86645U1 (en) SCREW BOTTOM ENGINE SPINDLE
RU2198994C1 (en) Turbodrill-reduction gear
RU2350734C1 (en) Roller-bit drill support
CN111810049A (en) Positive displacement fixed-shaft rotary underground power motor
WO2008030205A1 (en) Drill bit provided with a sealed bearing support
RU2224079C1 (en) Spiral well engine
CN115822443B (en) High-rotation-speed screw drilling tool system beneficial to prolonging service life and drilling method
RU2433241C1 (en) Downhole motor spindle
CN216240486U (en) Reducing stabilizer
RU2343270C1 (en) Device for well boring (versions)
CN209687402U (en) A kind of fluid power suspension turbine section
US10851589B2 (en) Integrated bearing section and method
CN201265597Y (en) Hard alloy bearing used for oil drilling machine

Legal Events

Date Code Title Description
MZ4A Patent is void

Effective date: 20100407