Устройство и принцип работы винтового забойного двигателя.

Винтовой двигатель представляет собой забойный агрегат с гидравлическим объемным двигателем, приводи­мый в действие потоком бурового раствора, который закачи­вается в бурильную колонну с поверхности насосами.

Винтовой двигатель состоит из статора и эксцентрично рас­положенного винтового ротора, представляющего собой как бы зубчатую пару с внутренним зацеплением с винтовыми зубьями. Число зубьев статора на один больше зубьев ротора, что позво­ляет ему совершать планетарное движение, как бы обкатываясь по зубьям статора: ось ротора при этом движется по окружно­сти диаметром, равным двойному эксцентриситету е. Для соеди­нения ротора с валом шпинделя, соосно расположенного с кор­пусом, служит шаровая двухшарнирная муфта, компенсирую­щая эксцентриситет.

1 - статор; 2 - ротор; 3 - радиальная резинометаллическая опора; 4 - осевая шаровая опора; 5 - вал шпинделя; 6 - долото.

Шпиндель винтового двигателя сходен по конструкции со шпинделем турбобура. Он укреплен на радиальных резинометаллических подшипниках и снабжен шаровой пятой для вос­приятия осевой нагрузки. Вал шпинделя - пустотелый, в верх­ней части снабжен каналами для прохода жидкости к долоту,присоединяемому через переводник к нижней части вала двигателя. Корпус последнего через переводник прикрепляется к ниж­ней части бурильной колонны.

По принципу действия винтовые двигатели относятся к объ­емным роторным машинам. Основными элементами рабочих органов таких машин являются:

- статор - корпус с полостями, примыкающими по концам и камерам высокого и низкого давления;

- ведущий ротор - винт, вращающий момент которого пере­дается валу шпинделя;

Винтовые поверхности статора и ротора делят рабочий объ­ем двигателя на ряд полостей. Полости, связанные с областя­ми высокого и низкого давления, называются камерами, а замкнутые полости - шлюзами. В поперечном сечении имеются ка­меры, разделенные между собой контактной линией. Каждая камера по мере вращения периодически связывается с полостя­ми высокого и низкого давления и в каждый заданный момент времени становится шлюзом. Теоретически на длине одного шага происходит разобщение полостей, находящихся выше и ниже рабочих органов.

Поверхности винтовых зубьев ротора и статора, взаимно пе­ресекаясь, отсекают область высокого давления жидкости от области низкого давления и препятствуют ее свободному пере­току. Под действием перепада давления жидкости на ведущем винте образуется вращающий момент, передаваемый на вал шпинделя. Чем больше перепад давления на двигателе, тем больше вращающий момент. По принципу действия винтовой двигатель можно сравнить с поршневым гидравлическим двига­телем, снабженным поршнем, который перемещается вдоль оси ротора по винтовой линии. Роль поршня выполняют отсекаю­щие поверхности винтового ротора.

Винтовые двигатели и насосы имеют ряд преимуществ, что позволило использовать их как гидравлические забойные двига­тели:

- отсутствие клапанных и золотниковых распределителей пото­ка жидкости;

- отсутствие относительного перемещения трущихся деталей пары ротор - статор;

- непрерывное изменение положения линии контакта рабочих органов при вращении ротора позволяет потоку бурового рас­твора удалять абразивные частицы из камер и шлюзов.

Условия создания шлюзов в паре ротор - статор объемных винтовых двигателей следующие:

- число зубьев или заходов статора z₁ должно быть на единицу больше зубьев ротора z₂;

- отношение шага зубьев статора Т к шагу зубьев ротора t должно быть пропорционально отношению их числа, т. е.

Т/t = z₁/z₂

Отношение чисел зубьев статора и ротора называется пере­даточным числом

u = z₁/z₂

Теоретически винтовой двигатель может иметь любое пере­даточное число.