Основные параметры винтовых двигателей:
1. вращающий момент.
M = M0 p D e t, где
M0 – удельный момент;
p – перепад давления в рассматриваемом сечении;
D – расчетный диаметр статора;
e – эксцентриситет винтового механизма;
t – шаг ротора.
2. скорость вращения.
п = Q/V0, где
Q – расход жидкости;
V0 – объем камеры рабочего органа.
3. контактное давление в паре ротор-статор.
Q = 0,565 Ö (RН (r+r) E / r r (1-m)2
RН – нормальная сила, отнесенная к единице длины;
r – радиус выступа зуба винтовой поверхности ротора;
r - приведенный радиус выступа зуба винтовой поверхности статора;
E – модуль упругости резины;
m - коэффициент Пуассона.
4. величина утечек жидкости.
QУТ = m qср Lq Ö 28 p/ gж (2n-1), где
m - коэффициент расхода;
qср – средняя величина щели в паре ротора-статора;
Lq - протяжность щели;
gж – плотность промывки жидкости;
n – число ступеней рабочего органа (n=L/T);
L – длина рабочего органа.
5. объемный КПД.
h0 = (1-F ÖP)/ V0n, где
F – площадь щели по контактным линиям;
V0 – рабочий объем двигателя;
N – частота вращения выходного вала.
Уравнение энергетического баланса двигателя.
NПОДВ = NЭФ + NОБ + NГМ, где
NПОДВ – подводимая к двигателю гидравлическая мощность;
NЭФ – эффективная мощность;
NОБ – потери мощности на объемные потери;
NГМ – гидромеханические потери двигателя.
NГМ = NР.П. + NШ
NР.П. – потери мощности на преодоление трения и гидравлических сопротивлений в рабочей паре.
NШ – суммарные потери на трение в опорах шпинделя и карданном соединении.
NЭФ = NПОДВ hЭФ
NОБ = NПОДВ (1-hОБ) = NПОДВ kОБ
NГМ = NПОДВ kГМ
kОБ и kГМ – коэффициент объемных и гидравлических потерь, равные отношению величины соответствующих потерь мощности к NПОДВ.
Крутящий момент на роторе.
МТ = МЭФ + МР.П. + МШ, где
МЭФ – эффективный момент;
МР.П. – потери момента на трения (в рабочей паре);
МШ - потери момента на трения в опорах шпинделя и карданным валом.
Эксплуатация винтовых двигателей.
1. Винтовой двигатель может работать с использованием промывочных жидкостей любой прочности – от аэрированных растворов, плотность меньше 1 гр/см3 до утяжеленных плотностью более 2 гр/см3 и вязкостью до 90 с СПВ-5.
2. Выходные энергетические характеристики винтовых забойных двигателей обеспечивает бурение шарошечными долотами с большими нагрузками при режимах, близких к оптимальным.
3. Необходимый перепад давления в двигателе (4-6 МПа), позволяет использовать гидромониторные двигатели.
4. Возможность контроля режимов бурения по давлению на выкиде насосов.
5. Возможность эксплуатации двигателей на всех типах промывочных жидкостей.
6. Простота монтажа и ремонта двигателя.
7. Винтовой двигатель применим в бурении скважин:
А) глубоких, где увеличение времени работы долота на забое имеет существенное значение и дает большой экономический эффект;
Б) наклонно-направленных;
В) при забуривании вторых стволов.
Преимущества винтовых двигателей над турбобурами:
1. Высокий КПД.
2. Простота получения значительных вращающих моментов при сохранении необходимой скорости вращения выходного вала.
3. Возможность контроля за нагрузкой на двигатель по переходу на давления.
4. Компактность конструкции.
Винтовой забойный двигатель
BY ADMIN · 17.12.2014
Рабочим органом винтового забойного двигателя (ВЗД) является винтовая пара: статор и ротор (рис. 3.17.).
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.
ВЗД изготовляют согласно ТУ 39-1230.
Типичная характеристика ВЗД при постоянном расходе бурового раствора следующая. По мере роста момента М перепад давления в двигателе Р увеличивается почти линейно, а частота вращения вала двигателя снижается вначале незначительно, а при торможении – резко. Зависимости изменения мощности двигателя и К.П.Д. от момента М имеют максимумы. Когда двигатель работает с максимальным, 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 от момента М при любом расходе бурового раствора остаётся примерно одинаковым.