RU2084609C1

RU2084609C1 - Reducer-driven turbo-drill

Info

Publication number: RU2084609C1
Application number: RU94037417A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Лысяков; Е.Г. Асеев; С.Г. Михеев
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Азимут"
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1997-07-20
Also published as: RU94037417A

Abstract

FIELD: equipment for mining industry. SUBSTANCE: this relates to hydraulically-driven buttonhole motors for drilling bore-holes. Reducer-driven turbo-drill has hollow body which in its hollow accommodates high-speed shaft with eccentric axle, low-speed shaft for drive of working tool, and set of pinions, stationary gear wheels fixed in body, and connecting member between set of pinions and working tool drive shaft. Pinions are made with tooth rims of internal meshing. High-speed shaft, working tool drive shaft and connecting member are provided with axial passages for flushing liquid. Joints between connecting member passage and passages in shafts are provided with hermetic seals. EFFECT: high efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для бурения скважин редукторными турбобурами. The invention relates to equipment for drilling wells with gear turbodrills.

Известен редукторный турбобур конструкции ЭКТБ [1] содержащий быстроходный вал, приводимый турбиной с центральной ведущей шестерней, центральную неподвижную шестерню с внутренними зубьями, равномерно расположенные по окружности сателлиты на водиле тихоходного вала. Недостатком этого турбобура является низкая стойкость зубчатой передачи из-за малых диаметральных размеров сателлитов. Кроме того, мелкий зуб быстро изнашивается, конструкция мало пригодна для корпуса диаметром 4 дюйма и меньше (4''). Known gear turbodrill design EKTB [1] containing a high-speed shaft driven by a turbine with a central drive gear, a central stationary gear with internal teeth, evenly spaced around the circumference of the satellite on the carrier low-speed shaft. The disadvantage of this turbodrill is the low gear resistance due to the small diametrical dimensions of the satellites. In addition, the small tooth wears out quickly, the design is not very suitable for the case with a diameter of 4 inches and less (4``).

Известен редукторный турбобур Т37 РН-8 [1] содержащий быстроходный вал, приводимый турбиной с центральной ведущей шестерней, центральную неподвижную шестерню с внутренними зубьями и несколько рядов равномерно расположенных по окружности сателлитов на водиле, соединенным с тихоходным валом. Недостатком этого турбобура является сложность конструкции, связанная с обеспечением равномерности распределения нагрузки по рядам сателлитов; большая длина зуба неподвижной шестерни создает технологические трудности при изготовлении; малые диаметральные размеры сателлитов не позволяют выполнить работоспособный турбобур в малом диаметре корпуса, например 4'' и меньше. Known gear turbo-drill T37 RN-8 [1] comprising a high-speed shaft driven by a turbine with a central drive gear, a central stationary gear with internal teeth and several rows of satellites evenly spaced around the circumference of the carrier connected to a low-speed shaft. The disadvantage of this turbodrill is the design complexity associated with ensuring uniform load distribution across the rows of satellites; the large tooth length of the fixed gear creates technological difficulties in manufacturing; the small diameters of the satellites do not allow a workable turbodrill to be made in a small case diameter, for example 4 '' or less.

Известен редукторный турбобур, принятый за прототип, содержащий быстроходный вал с эксцентриковой осью, блок сателлитов, центральные неподвижные зубчатые колеса внутреннего зацепления, соединительный элемент блока сателлитов с тихоходным валом привода шпинделя рабочего инструмента (долота) [1]
Недостатком этого редукторного турбобура является:
малый срок службы зубчатых колес, т.к. промывочный раствор проходит через зацепления;
левое вращение турбины не позволяет использовать стандартные разработанные и освоенные в эксплуатации турбинные элементы (колеса и направляющие аппараты);
специальные винтовой зуб создает технологические трудности при изготовлении;
затруднена реализация передаточного отношения менее 9, 4.7.Known gear turbo-drill, adopted for the prototype, containing a high-speed shaft with an eccentric axis, a satellite block, central fixed gears of internal gearing, a connecting element of a satellite block with a low-speed shaft of the spindle drive of the working tool (chisel) [1]
The disadvantage of this gear turbodrill is:
short gear life, as the washing solution passes through the gears;
left rotation of the turbine does not allow the use of standard turbine elements (wheels and guides) developed and mastered in operation;
special helical tooth creates technological difficulties in manufacturing;
difficult to implement a gear ratio of less than 9, 4.7.

Все это снижает долговечность редукторного турбобура и сужает технологические возможности его использования. All this reduces the durability of the gear turbodrill and narrows the technological possibilities of its use.

Цель изобретения увеличение долговечности редукторного турбобура и расширение технологических возможностей его использования. The purpose of the invention is to increase the durability of the gear turbodrill and expand the technological capabilities of its use.

Указанная цель достигается тем, что в редукторном турбобуре, содержащем быстроходный вал с эксцентриковой осью, блок сателлитов, центральные неподвижные зубчатые колеса, соединительный элемент блока сателлитов с тихоходным валом привода шпинделя рабочего инструмента (долота), блок сателлитов выполнен с зубчатыми венцами внутреннего зацепления, а быстроходный вал с эксцентриковой осью, тихоходный вал и соединительный элемент снабжены внутренними каналами для промывочного раствора и герметизирующими уплотнениями. This goal is achieved by the fact that in a gear turbodrill containing a high-speed shaft with an eccentric axis, a satellite block, central stationary gears, a connecting element of a satellite block with a low-speed shaft of the spindle drive of the working tool (chisel), the satellite block is made with internal gear teeth a high-speed shaft with an eccentric axis, a low-speed shaft and a connecting element are provided with internal channels for flushing solution and sealing seals.

На фиг. 1 показана редукторная часть турбобура. In FIG. 1 shows a gear part of a turbodrill.

На фиг. 2 показан разрез А-А по фиг. 1 в увеличенном масштабе. In FIG. 2 shows a section AA in FIG. 1 on an enlarged scale.

Редукторная часть турбобура содержит корпус 1, неподвижные опоры 2 и 3, центральное неподвижное колесо 4, центральное неподвижное колесо 5, выполненное совместно с корпусом 6 лубрикатора 7, быстроходный вал 8, блок сателлитов 9, тихоходный вал 10, соединительный элемент 11 блока сателлитов с тихоходным валом. Быстроходный вал 8 пустотелый, в нижней части имеет эксцентриковую ось 12, в верхней части резьбовой переходник 13 для соединения с валом турбины, ниже переходника расположены окна 14 для прохода промывочного раствора. Тихоходный вал 10 пустотелый и снабжен шлицами 15, упорным пояском 16 (подпятником), окнами 17 для выхода промывочного раствора и резьбовым переходником для передачи вращения шпинделю рабочего инструмента. The gear part of the turbodrill contains a housing 1, fixed bearings 2 and 3, a central fixed wheel 4, a central fixed wheel 5, made in conjunction with the housing 6 of the lubricator 7, high-speed shaft 8, satellite block 9, low-speed shaft 10, a connecting element 11 of the satellite block with low-speed shaft. The high-speed shaft 8 is hollow, has an eccentric axis 12 in the lower part, a threaded adapter 13 for connecting to the turbine shaft in the upper part, and windows 14 for passage of the washing solution are located below the adapter. The low-speed shaft 10 is hollow and is equipped with slots 15, a thrust belt 16 (thrust bearing), windows 17 for the exit of the washing solution and a threaded adapter for transmitting rotation to the working tool spindle.

Блок сателлитов 9 снабжен зубчатыми венцами внутреннего зацепления 19 и 20, внутренними шлицами 21 и каналами для прохода смазки (не указаны), а также резьбой для стопора 22. The satellite block 9 is equipped with internal gear teeth 19 and 20, internal slots 21 and channels for the passage of lubricant (not specified), as well as a thread for the stopper 22.

Соединительный элемент 11 пустотелый и снабжен наружными шлицевыми венцами для ответных внутренних шлиц 15 и 21. Тихоходный вал 10 в осевом направлении зафиксирован крышкой 23. The connecting element 11 is hollow and provided with external splined rims for the mating internal splines 15 and 21. The slow shaft 10 is axially fixed by a cover 23.

Быстроходный и тихоходный валы снабжены торцевыми уплотнениями одинаковой конструкции 24 и 25. В комплект уплотнения входит неподвижный поясок из твердого сплава 26, нанесенного соответственно на торцы колеса 4 и крышки 23, вращающееся кольцо 27 со слоем твердого сплава на торце, уплотнительное кольцо 28, пружина 29, упорное кольцо 30, неподвижно установленные на валу. High-speed and low-speed shafts are equipped with mechanical seals of the same design 24 and 25. The seal kit includes a stationary belt of hard alloy 26 deposited on the ends of the wheel 4 and cover 23, a rotating ring 27 with a layer of hard alloy on the end, the sealing ring 28, spring 29 thrust ring 30 fixedly mounted on the shaft.

На торце эксцентриковой оси 12 быстроходного вала установлен по резьбе диск 31, контактирующие торцы диска и блока сателлитов снабжены твердосплавной напайкой 32. Между блоками сателлитов 9 и опорой 2 установлен набор тарельчатых пружин 33 и нажимное кольцо 34. Диск 31 закрыт крышкой 35, к которой прижаты стопором 22 упругое кольцо 36, соединительный элемент 11, упругое кольцо 37. На нижний конец соединительного элемента 11 установлена эластичная муфта 38 и уплотнительное кольцо 39. Опора 3 зафиксирована в корпусе 1 штифтом 40, опора 2 штифтом 41, в который ввернут винт стравливания воздуха 42. Лубрикатор 7 состоит из поршня с уплотнениями 43, пружины 44, поддерживающего кольца 45, фиксатора 46, обратного клапана 47 и жиклера 48. A disk 31 is threaded at the end of the eccentric axis 12 of the high-speed shaft, the contacting ends of the disk and the satellite block are provided with carbide brazed 32. A set of Belleville springs 33 and a pressure ring 34 are installed between the satellite blocks 9 and the support 2. The disk 31 is closed by a cover 35, to which are pressed the stopper 22 an elastic ring 36, a connecting element 11, an elastic ring 37. An elastic sleeve 38 and an o-ring 39 are mounted on the lower end of the connecting element 11. The support 3 is fixed in the housing 1 by a pin 40, the support 2 by a pin 41, into which the air bleed screw 42 is turned off. The lubricator 7 consists of a piston with seals 43, a spring 44, a support ring 45, a retainer 46, a check valve 47 and a jet 48.

Работа редукторного турбобура осуществляется следующим образом. The operation of the gear turbodrill is as follows.

Полости Б, В и Л заполняют маслом через обратный клапан 47, при этом воздух стравливают через винт 42, пружина 44 сжимается и в дальнейшем будет создавать избыточное давление масла и компенсировать утечки его через жиклер 48, турбобур опускается в забой. The cavities B, C and A are filled with oil through the check valve 47, while the air is vented through the screw 42, the spring 44 is compressed and will subsequently create excessive oil pressure and compensate for its leakage through the nozzle 48, the turbodrill is lowered into the face.

Вращение турбины передается через переходник 13 быстроходному валу 8, при этом блок сателлитов 9 обкатывается вокруг неподвижных центральных колес 4 и 5 соответственно венцами 19 и 20. Обкатываясь, блок сателлитов поворачивается вокруг собственной оси на величину разницы зубьев венца сателлита и центрального колеса в ту же сторону, что и быстроходный вал 8. Вращение блока сателлитов через шлицы 21 и 15 соединительного элемента 11 передается тихоходному валу 10, который соединяется со шпинделем рабочего инструмента (долота). The rotation of the turbine is transmitted through the adapter 13 to the high-speed shaft 8, while the block of satellites 9 is rolled around the stationary central wheels 4 and 5, respectively, with crowns 19 and 20. While rolling, the block of satellites rotates around its own axis by the difference between the teeth of the crown of the satellite and the central wheel in the same direction as the high-speed shaft 8. The rotation of the satellite block through the splines 21 and 15 of the connecting element 11 is transmitted to the low-speed shaft 10, which is connected to the spindle of the working tool (chisel).

Движение промывочного раствора показано стрелками Г и Е через центральные отверстия вала 8, соединительного элемента 11 и вала 10. The movement of the washing solution is shown by arrows G and E through the central holes of the shaft 8, the connecting element 11 and the shaft 10.

Передаточное число

где Z число зубьев колеса или венца
Индекс указывает к какому колесу или венцу принадлежит это число зубьев.Ratio

where Z is the number of teeth of the wheel or crown
The index indicates which wheel or crown this number of teeth belongs to.

Из формулы (1) видно, что если число зубьев венцов 19 и 20 будут разными, то соответственно будет разным число зубьев колес 4 и 5, при этом должно выполняться условие

Верхний конец соединительного элемента 11 движется по окружности радиусом равным эксцентриситету e, а нижний конец находится на оси тихоходного вала 10.From the formula (1) it can be seen that if the number of teeth of the crowns 19 and 20 is different, then the number of teeth of the

wheels

4 and 5 will be different, and the condition

The upper end of the connecting element 11 moves in a circle of radius equal to the eccentricity e, and the lower end is on the axis of the slow shaft 10.

Таким образом, ось соединительного элемента всегда наклонена на угол α от оси корпуса турбобура. Чем больше длина соединительного элемента, при прочих равных условиях, тем меньше угол a, тем лучше условия для работы шлиц 15 и 21, которые на соединительном элементе выполнены бочкообразными. Thus, the axis of the connecting element is always inclined at an angle α from the axis of the turbodrill body. The longer the length of the connecting element, ceteris paribus, the smaller the angle a, the better the working conditions of the slots 15 and 21, which are barrel-shaped on the connecting element.

Уплотнительные элементы показаны схематично и в каждом конкретном случае могут быть разными. Упругие кольца 36 и 37 должны обладать достаточной податливостью приблизительно 0,5 мм (для реальной конструкции) и обеспечивать при этом герметичность. Sealing elements are shown schematically and in each case may be different. The elastic rings 36 and 37 should have sufficient ductility of approximately 0.5 mm (for a real design) and at the same time ensure tightness.

Из приведенного примера исполнения видно, что выполнение блока сателлитов с венцами внутреннего зацепления позволяет более полно использовать диаметральные размеры корпуса, позволяет увеличить размеры колес зубчатой передачи, ее главный параметр модуль зуба. From the given example of execution it can be seen that the implementation of the block of satellites with the crowns of internal gearing allows you to more fully use the diametrical dimensions of the housing, allows you to increase the size of the gear wheels, its main parameter is the tooth module.

Так при ⌀ D_к= 88 и передаточном числе 6.12, модуль зуба составляет 2,5 мм, диаметры каналов для прохождения промывочного раствора не менее 26 мм, что вполне удовлетворительно.So with ⌀ D _k = 88 and a gear ratio of 6.12, the tooth modulus is 2.5 mm, the diameters of the channels for passing the washing solution are at least 26 mm, which is quite satisfactory.

Предложенное решение позволяет в широком диапазоне от 5 до 12 изменять передаточное число без изменения диаметрального габарита. Например: при числе зубьев венца сателлитов Z₁₉=24 при разнице в 4 зуба с центральным колесом (Z₁₉-Z₄= 4) передаточное число будет 24/4=6; при разнице в 3 зуба 8, при разнице в 2 зуба 12 и это не изменяя габаритов.The proposed solution allows a wide range from 5 to 12 to change the gear ratio without changing the diametric dimension. For example: with the number of teeth of the crown of the satellites Z ₁₉ = 24 with a difference of 4 teeth with a central wheel (Z ₁₉ -Z ₄ = 4), the gear ratio will be 24/4 = 6; with a difference of 3 teeth 8, with a difference of 2 teeth 12 and this without changing the dimensions.

Направление вращения быстроходного и тихоходного валов совпадают, это позволяет применять стандартные, разработанные и освоенные турбины и турбинные элементы, что расширяет технологические возможности. Расположение лубрикатора в зоне соединительного элемента не увеличивает общей длины. The direction of rotation of the high-speed and low-speed shafts coincide, this allows the use of standard, developed and developed turbines and turbine elements, which expands the technological capabilities. The location of the lubricator in the area of the connecting element does not increase the total length.

Применение предложенного редукторного турбобура позволяет увеличить долговечность и расширить его технологические возможности за счет получения оптимального передаточного отношения и использования стандартных элементов забойных двигателей. The use of the proposed gear turbo-drill allows to increase the durability and expand its technological capabilities by obtaining the optimal gear ratio and the use of standard elements of downhole motors.

Выполнение каналов внутри валов позволяет эффективнее использовать переферию пространства для увеличения диаметральных размеров колес и сателлитов. The implementation of the channels inside the shafts allows more efficient use of the periphery of the space to increase the diametrical dimensions of the wheels and satellites.

Claims

A gear turbo-drill including a hollow body, a high-speed shaft with an eccentric axis installed in the body cavity, a low-speed drive shaft of the working tool and a satellite block, fixed gears fixed in the housing and a connecting element of the satellite block with the working tool drive shaft, characterized in that the satellite of the block is made with internal gear teeth, and a high-speed shaft, a tool drive shaft and a connecting element are made with axial channels for flushing fluid, while the joints of the channel of the connecting element with the channels of the shafts are made with sealing seals.