CN114704196A - 一种过载保护的强制旋叶井下马达 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种过载保护的强制旋叶井下马达，包括双通道液压装置、溢流组件和单向制动组件等部件组成，其中双通道溢流装置由弹簧连接的两个带有通道半圆块和锥形体组成，其半圆块各设有流道与单向制动装置连接；单向制动装置槽内设置n个顺时针45°斜向圆孔槽，与制动块和制动球柱连接，其内圈与上旋叶连接，外单向斜槽与下旋叶连接；配流轴上下错开60°置高压进水口和出水口，分别与旋叶和外筒体形成的高压腔、低压腔连通；旋叶底部置两个单向螺旋齿轮套和旋叶相连接，并与主轴连接输出扭矩。

Description

一种过载保护的强制旋叶井下马达
技术领域
本发明涉及一种井下马达，尤其涉及一种过载保护的强制旋叶井下马达。
背景技术
随着钻探技术不断发展，深井领域采用井底动力钻具驱动钻进是必然趋势。传统井下马达主要是涡轮和螺杆马达，但随着钻井深度不断增加，常出现负载过大，马达动力部件磨损严重，一旦失效危及整个钻孔进程和钻进进度；同时，传统井底容积式马达常有泄漏大和效率低问题，使得钻进进度缓慢，不利于钻井长期使用。
发明内容
为了提高钻井效率和钻具马达过载保护，防止钻进过程中马达失效，本发明提出了一种过载保护的强制旋叶井下马达，既可以有效保护马达动部件，稳定输出扭矩；又通过同心旋叶有效减小马达泄漏，提高马达工作效率。
本发明提供一种过载保护的强制旋叶井下马达，采用如下方案；
一种过载保护的强制旋叶井下马达，包括上接头、外筒体和齿轮套，其中外筒体内包含溢流装置、液压制动单向制动装置和旋叶等部件。
双通道溢流装置是由弹簧连接的两个带有通道半圆块和锥形体组成，其半圆块各设有流道与单向制动装置连接。
单向制动装置上槽内设置n个顺时针45°斜向圆孔槽，制动块与制动球柱连接，受压力嵌入内单向斜槽，内圈与上旋叶)连接，外单向斜槽与下旋叶连接，内圈与旋叶连接，其中心设有配流轴。
旋叶是由上旋叶和下旋叶组成，中心与配流轴连接，底部与单向传扭齿轮套连接，并与传扭轴连接。
通过上述方案，高压钻井液通过上接头流进双通道溢流装置，该装置其中一个工作通道直接配流，另一溢流通过闭合；流经单向制动装置通过液压力推动制动块，将制动球柱嵌入内单向斜槽内，其槽内设置n个顺时针45°斜向圆孔槽，强制制动旋叶反向旋转；同时，与旋叶中心轴连通，进入旋叶与外筒壁形成的高压腔，推动腔室两侧旋叶中一侧旋叶旋转，旋叶与输出轴齿轮套连接，输出扭矩；当马达超负荷时，工作容腔压力超过设定的弹簧拉力值时，锥形体沿中心轴向运动，将溢流模块径向推动，打开另一溢流通道，此时高压腔与低压腔连通，达到泄压效果；当马达底部反扭消退时，锥形体重新回至初始位置，关闭溢流通道并打开工作通道，使得马达正常工作，这种机制有效保护了马达机构。
采用双通道溢流装置，是由两块通道阀块和锥形体组成，通道阀块通过弹簧连接，并与锥形体相配合；工作时，工作通道打开，另一溢流通道关闭，当过载时，锥形体轴向运动，打开溢流通道，高低压连通，实现泄压功能，当过载情况消失，锥形体自动回至初始状态，马达继续工作，能够有效保护马达结构。
该双通道溢流装置既能依据钻井地层软硬程度，选择不同扭矩范围的溢流保护装置，又能延长钻具使用周期；
采用单向制动装置，通过液压力推动单向阻块嵌入单向滑道，液压制动旋叶反向旋转。
该单向制动装置强制提供旋叶反向力，为马达连续工作提供保障，降低马达旋转部件的磨损。
采用配流轴上下错开60°开设高压进水口和低压出水口，并与旋叶和外筒体形成的高压腔和低压腔，进行配流。
该配流轴缩短了马达高低压通道的路径，使得高低压钻井液交替更快速，减小钻井液动能损失；
采用旋叶底部置单向螺旋齿轮，其中一个旋叶工作，另一旋叶受单向齿轮套约束，强制其制动，并与输出轴连接，输出扭矩。
该装置实现旋叶之间相互制动，从而使得旋叶交替旋转，完成马达旋转周期。
综上所述，本发明具有以下有益技术效果：
1)本申请中一种过载保护的强制旋叶井下马达依靠双通道溢流装置，使得马达旋转部件始终在额定的工作压力下运行，这种机制有效保护了马达部件，延长了马达使用寿命；
2)过载保护的强制旋叶井下马达中液压制动单向制动装置，与中心轴连接，通过高压钻井液制动腔室一侧旋叶，推动另一侧旋叶旋转，实现旋叶交替旋转输出扭矩；
3)通过中心轴配流进入高压腔，并轴上下错开60°开设低压出水口，使得马达高低配流在中心轴上完成，缩短了马达高低压通道的路径，减小钻井液动能损失；
4)依据旋叶马达单叶旋转和另一旋叶制动特征，在马达底部置单向齿轮套，主动齿施加旋转力可以带动从动齿旋转输出扭矩，当主动齿制动，从动外齿可以继续绕主动齿旋转，不产生反扭，实现主动齿单向传扭功能。
附图说明
图1是本发明一实施例的整体结构示意图；
图2是本发明一实施例的各部件的示意图；
图3是本发明一实施例的双通道溢流装置的结构图；
图4是本发明一实施例的溢流阀组件示意图；
图5是本发明一实施例的溢流阀与溢流通道配合示意图；
图6是本发明一实施例的液压单向制动装置的示意图；
图7是本发明一实施例的配流轴和上部进水口位置关系图；
图8是本发明一实施例的上旋叶具体结构的示意图；
图9是本发明一实施例的下旋叶具体结构的示意图；
图10是本发明一实施例的旋叶装配的结构示意图；
图11是本发明一实施例的单向传扭齿轮装配位置示意图。
其中，附图标记
1、上接头；2、外筒体；201、双通道溢流装置；202、锥形体；202-a、锥形面；202-b、导向柱；202-c、压力球；203、溢流组件；203-a、工作通道；203-b、溢流通道；203-c、弹簧；204、流体通道；204-a、高压通道；204-b、泄压通道；205、单向制动装置；205-a、制动块；205-b、制动球柱；205-c、内圈；205-d、内单向斜槽；205-e、滚柱轴承；205-f、外单向斜槽；205-g、溢流挡块；206、单向制动盘；207、止推轴承；208、带密封盘的进水口；209、上旋叶；209-a、上旋叶花键；209-b、上旋叶片；209-c、上旋叶高压口；209-d、旋叶连接花键；209-e、上旋叶输出花键；210、下旋叶；210-a、下旋叶片；210-b、下旋叶连接花键；210-c、低压出口；210-d、下旋叶输出花键；211、配流轴；211-a、配流进水口；211-b、高压配流口；211-c、上下旋叶扶正；211-d、低压出水口；212、密封盘；3、齿轮套；301、上旋叶单向齿轮；302、下旋叶单向齿轮；4、主轴；401、单向传扭外齿；402、传扭轴；403、六方输出轴。
具体实施方式
以下结合附图1-11对本发明进一步详细说明。
本发明实施公开了一种过载保护的强制旋叶井下马达。参见图1，过载保护的强制旋叶井下马达包括上接头1、外筒体2和主轴4。
参见图2，高压钻井液通过上接头1进入双通道溢流装置201，在溢流组件203与流体通道204流道径向错开组合下，仅有工作通道203-a打开，溢流通道203-b闭合；随即高压钻井液流经单向制动装置205，通过液压推动制动块205-a，使得制动球柱205-b嵌入内单向斜槽205-d，使得单向制动盘206只能单向制动，同时单向制动盘206内制动盘与上旋叶209连接，使得上旋叶209反向制动无法旋转；钻井液通过带密封盘的进水口208和配流进水口211-a进入旋叶高压进水口，推动下旋叶210转动60°，下旋叶输出花键210-d与下旋叶单向齿轮302和传扭轴402连接，输出扭矩：配流轴211高压口与上旋叶209和下旋叶210容腔接通，推动上旋叶209继续旋转60°，上旋叶单向齿轮301与单向传扭外齿401连接，输出扭矩，从而使得马达循环旋转。
参见图3和图4，当钻具底部反扭矩过大，即马达因外部环境原因导致负载过大时，锥形体202上压力球202-c、所受轴向压力大于溢流组件203上弹簧203-c装置径向力，使得锥形体202轴向运动，锥形面202-a给予溢流组件203径向运动，随即溢流组件203与流体通道204连接通道重新组合，打开泄压通道204-b，使得马达内部压力减小；当液压力减小至工作压力时，锥形体202随即回至初始位置，马达继续工作，这保护机制将有效减小了马达因超负荷而导致马达磨损加重和延长了马达使用寿命。
参见图5，单向制动装置205由制动块205-a，制动球柱205-b和内圈205-c等部件组成，高压钻井液流经制动块205-a时，先施加高压制动块205-a轴向压力，使得制动球柱205-b嵌入内单向斜槽205-d内，由于内圈205-c内设置n个顺时针45°斜向圆孔槽，使得单向斜槽盘205-c只能单向旋转，当反向旋转时，制动球柱205-b被斜槽面制动。
参见图6，配流轴211通过上下错开60°钻孔，并在侧面布置水口；当钻井液由配流进水口211-a进入固定的配流轴211，经高压配流口211-b进入旋叶容腔，推动旋叶旋转60°，高压配流口211-b被旋叶内壁覆盖限流，下端旋叶低压出口210-c与低压出水口211-d接通，进入下端中心轴，钻井液从马达中流出，实现马达配流功能。
参见图5-图11，上旋叶209通过花键209-a与液压单向制动装置205-c连接，使得上旋叶209只能单向旋转；当钻井液通过上旋叶高压口209-c进入上旋叶209与下旋叶210形成密封腔时，由于上旋叶209单向制动，使得液压力推动下旋叶210旋转60°后，配流轴211与上旋叶209配合关闭了低压出口209-c，此时下旋叶打开低压出口210-c通道，排出马达容腔。
以上为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种过载保护的强制旋叶井下马达，其特征在于，包括双通道液压装置(201)、溢流组件(203)和单向制动装置(205)组成，其中双通道溢流装置(201)由弹簧(203-c)连接的两个带有通道半圆块和锥形体(202)组成，其半圆块各设有流道与单向制动装置(205)连接；单向制动装置(205)槽内设置n个顺时针45°斜向圆孔槽，制动块(205-a)与制动球柱(205-b)连接，受压力嵌入内单向斜槽(205-d)，内圈(205-c)与上旋叶(209)连接，外单向斜槽(205-f)与下旋叶(210)连接，其中心设有配流轴(211)；上旋叶(209)和下旋叶(210)与主轴(4)连接。
2.根据权利要求1所述的过载保护的强制旋叶井下马达，其特征在于，当高压钻井液通过上接口(1)进入双通道溢流装置(201)，在溢流组件(203)与流体通道(204)流道径向错开组合下，仅有工作通道(203-a)打开，溢流通道(203-b)闭合。
3.根据权利要求1所述的过载保护的强制旋叶井下马达，其特征在于，单向制动装置(205)由制动块(205-a)，制动球柱(205-b)和内圈(205-c)组成。
4.根据权利要求1所述的过载保护的强制旋叶井下马达，其特征在于，配流轴(211)高压口与上旋叶(209)和下旋叶(210)容腔接通，推动上旋叶(209)继续旋转60°，上旋叶单向齿轮(301)与单向传扭外齿(401)连接，输出扭矩，从而使得马达循环旋转。
5.根据权利要求1所述的过载保护的强制旋叶井下马达，其特征在于，钻井液通过带密封盘的进水口(208)和配流进水口(211-a)进入旋叶高压进水口，推动下旋叶(210)转动60°，下旋叶(210)花键与下旋叶单向齿轮(302)将旋转力传递传扭轴(402)，输出扭矩。
6.根据权利要求2所述的过载保护的强制旋叶井下马达，其特征在于，当钻具底部反扭矩过大，锥形体(202)上压力球(202-c)所受轴向压力大于溢流组件(203)上弹簧(203-c)装置径向力，使得锥形体(202)轴向运动，锥形面(202-a)给予溢流组件(203)径向运动，随即溢流组件(203)与流体通道(204)连接通道重新组合，打开泄压通道(204-b)，使得马达内部压力减小；当液压力减小至工作压力时，锥形体(202)随即回至初始位置，马达继续工作。
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