RU2161236C1 - Turbodrill with reduction gear - Google Patents
Turbodrill with reduction gear Download PDFInfo
- Publication number
- RU2161236C1 RU2161236C1 RU99112047/03A RU99112047A RU2161236C1 RU 2161236 C1 RU2161236 C1 RU 2161236C1 RU 99112047/03 A RU99112047/03 A RU 99112047/03A RU 99112047 A RU99112047 A RU 99112047A RU 2161236 C1 RU2161236 C1 RU 2161236C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- turbine
- gear
- oil
- turbodrill
- Prior art date
Links
Landscapes
- General Details Of Gearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин гидравлическими забойными двигателями, а именно к редукторным турбобурам. The invention relates to the field of drilling oil and gas wells with hydraulic downhole motors, namely, gear turbodrills.
Известны редукторные турбобуры, предназначенные для снижения частоты вращения вала турбины и повышения вращающего момента. Known gear turbodrills designed to reduce the frequency of rotation of the turbine shaft and increase torque.
К настоящему моменту известны два направления проектирования редукторных турбобуров. To date, two directions of design of gear turbodrills are known.
Первое, редукторный турбобур М.А. Капетошникова (П.П. Шумилов "Турбинное бурение нефтяных скважин" М.: Недра, 1968, ст. 173) содержал одну-пять единичных ступеней турбин, планетарный редуктор с внешним контуром зацепления, установленный между турбиной и осевой опорой. Планетарный редуктор размещался в маслонаполненной камере, защищенной уплотнительным узлом. First, gear turbodrill M.A. Kapetoshnikova (P.P. Shumilov "Turbine drilling of oil wells" M .: Nedra, 1968, p. 173) contained one to five unit stages of turbines, a planetary gear with an external gearing circuit mounted between the turbine and the axial support. The planetary gearbox was housed in an oil-filled chamber protected by a sealing assembly.
Основными недостатками данного редукторного турбобура являются отсутствие средств для выравнивания давления внутри маслонаполненной камеры и окружающей средой, низкая стойкость уплотнительных узлов, очень высокие скорости жидкости по рабочим органам турбин. The main disadvantages of this gear turbo-drill are the lack of means for equalizing the pressure inside the oil-filled chamber and the environment, low resistance of the sealing units, very high fluid speeds along the working bodies of the turbines.
Долговечность турбины и редуктора не превышала 10 часов. The durability of the turbine and gearbox did not exceed 10 hours.
Второе направление связано с использованием многоступенчатой турбины, в которой число единичных ступеней более 40, что позволило устранить основной недостаток, присущий первому направлению, и снизить скорость жидкости до значений 5-8 м/с, когда имеет место небольшой износ лопаточного аппарата. The second direction is associated with the use of a multi-stage turbine, in which the number of unit stages is more than 40, which eliminated the main drawback inherent in the first direction and reduced the fluid velocity to 5-8 m / s when there is slight wear of the blade apparatus.
Типичным представителем второго направления являются редукторные турбобуры типа ТРМ и РШ (N. Derkach "Applications of downhill motors in ultradeep drilling" Publications of VI International Symposium of the continental crust through drilling. Paris, April, 1992, pp. 201-210). A typical representative of the second direction is gear turbodrills of the TPM and RS type (N. Derkach "Applications of downhill motors in ultradeep drilling" Publications of VI International Symposium of the continental crust through drilling. Paris, April, 1992, pp. 201-210).
Он содержит многоступенчатую турбину, верхний шпиндель, воспринимающий гидравлическую нагрузку от турбины, редукторную вставку и нижний шпиндель, передающий осевую нагрузку на долото. Редуктор установлен в маслонаполненной камере и снабжен уплотнительными узлами. It contains a multi-stage turbine, an upper spindle that receives the hydraulic load from the turbine, a gearbox and a lower spindle that transfers the axial load to the bit. The gearbox is installed in an oil-filled chamber and is equipped with sealing units.
Основные недостатки данного редукторного турбобура. The main disadvantages of this gear turbodrill.
Слишком великое отношение длины турбобура к его диаметральному габариту, что способствует продольному изгибу вала. Укажем, что технология изготовления многоступенчатых турбобуров оставляет желать лучшего. Радиальные биения валов достигают 1,8 мм. Не случайны и величины радиальных зазоров, в единичной ступени достигающие 2 мм на диаметр. Отмеченные радиальные зазоры необходимы для того, чтобы обеспечивалось вращение вала турбобура, но даже этих величин иногда бывает недостаточно. Говорить же о какой-либо динамической балансировке машины вообще не приходится. Естественно, что столь огромные радиальные зазоры вызывают дополнительные динамические нагрузки на верхний уплотнительный узел редуктора, и поэтому стойкость данного элемента находится на весьма низком уровне. The ratio of the length of the turbodrill to its diametrical dimension is too large, which contributes to the longitudinal bending of the shaft. We point out that the technology for manufacturing multi-stage turbodrills leaves much to be desired. The radial runout of the shafts reaches 1.8 mm. The values of radial clearances in a single step reaching 2 mm per diameter are not accidental. Marked radial clearances are necessary in order to ensure the rotation of the turbo-drill shaft, but even these values are sometimes not enough. We don’t have to talk about any dynamic balancing of the machine at all. Naturally, such huge radial clearances cause additional dynamic loads on the upper sealing assembly of the gearbox, and therefore the resistance of this element is at a very low level.
Таким образом, недостаточно надежная защита масленой ванны со стороны быстроходного вала редуктора приводит к проникновению абразивного бурового раствора и выходу из строя зубчатого зацепления и подшипников. Thus, insufficiently reliable protection of the oil bath from the side of the high-speed shaft of the gearbox leads to the penetration of abrasive drilling fluid and the failure of gearing and bearings.
Использование схемы редуктора с внешним контуром зацепления. Редуцирование частоты вращения с применением внешнего зацепления, во-первых, вызывает трудности при использовании его в меньших диаметральных размерах. Во-вторых, подшипниковые узлы известного редуктора с внешним контуром зацепления не обеспечивают необходимый моторесурс машины. Согласно расчету, долговечность подшипника, обеспечивающего вращение сателлитов в ТРМ-195, составляет 607 часов. Фактическая стойкость узла значительно ниже, по промысловым данным ПО "Нижневартовскнефтегаз" она составляет 65 часов. Относительно выбора схемы редуктора необходимо указать, что применение сателлитов существенным образом снижает прочность характеристики узла. Using a gearbox circuit with an external gearing circuit. Reducing the rotational speed using external gearing, firstly, causes difficulties when using it in smaller diametric dimensions. Secondly, the bearing units of the known gearbox with an external gearing circuit do not provide the necessary motor life of the machine. According to the calculation, the durability of the bearing, which ensures the rotation of the satellites in the TRM-195, is 607 hours. The actual durability of the unit is much lower, according to field data of the Nizhnevartovskneftegaz software, it is 65 hours. Regarding the choice of gearbox scheme, it is necessary to indicate that the use of satellites significantly reduces the strength of the characteristics of the node.
Недостаточно надежная защита опоры шпинделя и самого редуктора от осевых и крутильных колебаний со стороны породоразрушающего инструмента. Уровень динамических нагрузок от долота настолько велик, что срок работы шпинделя и последующих узлов, расположенных выше, не превышает моторесурса турбинной секции. Insufficient protection of the spindle support and the gear itself from axial and torsional vibrations from the side of the rock cutting tool. The level of dynamic loads from the bit is so great that the life of the spindle and subsequent nodes located above does not exceed the turbine section's engine life.
Со стороны турбины редуктор также не имеет никакой защиты от крутильных и осевых колебаний. Применение редуктора с небольшими передаточными числами, порядка 3,62, требует реализации достаточно больших вращающих моментов на быстроходном валу редуктора. Возникающие при движении турбины пики вращающих моментов негативно отражаются на работе планетарной передачи. On the turbine side, the gearbox also has no protection against torsional and axial vibrations. The use of a gearbox with small gear ratios of the order of 3.62 requires the implementation of sufficiently large torques on the high-speed shaft of the gearbox. Peaks of torques arising during the movement of the turbine negatively affect the operation of the planetary gear.
Анализ условий работы гидравлических забойных двигателей и направлений их проектирования показывает, что существующие машины разрабатываются только с позиции обеспечения рекомендуемой частоты вращения долота, и из рассмотрения полностью исключены вопросы технологии бурового процесса, в первую очередь, это относится к промывочной жидкости. Отмеченный недостаток относится также к винтовым забойным двигателям и турбобурам. An analysis of the operating conditions of hydraulic downhole motors and the directions of their design shows that existing machines are developed only from the point of view of providing the recommended rotational speed of the bit, and questions of drilling process technology are completely excluded from consideration, first of all, this refers to flushing fluid. The noted drawback also applies to downhole screw motors and turbodrills.
В силу отмеченных недостатков разрабатываемые сейчас направления по редукторным турбобурам не имеют перспективы в вопросе оптимизации системы геология-технология-привод-долото. Другими словами, привод должен проектироваться под технологию бурового процесса и требуемую механическую мощность исполнительного механизма долота. Due to the noted shortcomings, the directions currently being developed for gear turbodrills do not have prospects in the issue of optimizing the geology-technology-drive-chisel system. In other words, the drive must be designed for drilling process technology and the required mechanical power of the bit actuator.
Наиболее близким техническим решением является редукторный турбобур согласно патенту РФ N 2112856, E 21 В 4/02 от 30.10.1998 г. The closest technical solution is a gear turbo drill according to the patent of the Russian Federation N 2112856, E 21 4/02 from 10/30/1998
Редукторный турбобур, содержащий корпус, турбину и осевую опору, установленные на турбинном валу, редуктор с планетарной передачей, выходной тихоходный вал редуктора, связанный через зубчатую муфту с торсионным валом, уплотнительный узел и шпиндель. A gear turbo-drill containing a housing, a turbine and an axial support mounted on a turbine shaft, a planetary gear reducer, a low-speed output gear shaft connected through a gear coupling with a torsion shaft, a sealing assembly and a spindle.
Недостатками известного турбобура являются:
- использование многоступенчатой турбины с числом единичных ступеней более 40,
- отсутствие защиты от перегрузок со стороны турбинного вала,
- применение планетарных передач с внешним контуром зацепления.The disadvantages of the known turbodrill are:
- the use of a multi-stage turbine with a number of unit stages of more than 40,
- lack of protection against overloads from the side of the turbine shaft,
- the use of planetary gears with an external gearing circuit.
Также к недостаткам редукторного турбобура следует отнести недостаточно надежную защиту опоры шпинделя и самого редуктора от осевых колебаний со стороны породоразрушающего инструмента. Уровень динамических осевых нагрузок от долота настолько велик, что срок работы шпинделя и узлов, расположенных выше, не превышает моторесурса турбины. Also, the disadvantages of the gear turbo-drill include the insufficiently reliable protection of the spindle support and the gear itself from axial vibrations from the side of the rock cutting tool. The level of dynamic axial loads from the bit is so great that the service life of the spindle and the nodes located above does not exceed the turbine engine life.
Редуцирование частоты вращения долота является основной задачей турбинного способа бурения. Необходимо указать на наличие противоречия в процессе работы между долотом и турбобуром. С одной стороны, проектировщики не могут создать шарошечный породоразрушающий инструмент для высоких частот вращения, а разработчики многоступенчатых турбобуров не в состоянии решить задачу по снижению частоты вращения вала турбобура. Указанное противоречие устраняется, главным образом, за счет применения механизмов, обеспечивающих преобразование частоты вращения - это винтовые двигатели и сочетание винтового двигателя с турбобуром, а также редукторные турбобуры. Обеспечение оптимального режима бурения: частоты вращения и осевой нагрузки способствует росту основных технико-экономических показателей бурения и, в первую очередь, механической скорости проходки и проходки на долото. Reducing the speed of rotation of the bit is the main task of the turbine method of drilling. It is necessary to indicate the presence of a contradiction in the process between the bit and the turbodrill. On the one hand, designers cannot create a cone rock cutting tool for high rotational speeds, and developers of multi-stage turbodrills are not able to solve the problem of reducing the rotational speed of a turbodrill shaft. This contradiction is eliminated mainly through the use of mechanisms that ensure rotation speed conversion - these are screw motors and a combination of a screw motor with a turbodrill, as well as gear turbodrills. Ensuring the optimal drilling mode: rotational speed and axial load contributes to the growth of the main technical and economic indicators of drilling and, first of all, the mechanical speed of penetration and penetration to the bit.
Эффективность применения редукторного турбобура становится очевидной, когда гармонично согласованы оптимальные режимные параметры отработки долота с выходной характеристикой двигателя и технологией бурового процесса. The efficiency of the geared turbo-drill application becomes apparent when the optimal operating parameters of the bit development are harmoniously coordinated with the output characteristic of the engine and the drilling process technology.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении долговечности и надежности работы основных деталей и узлов редукторного турбобура, а также на согласование выходной характеристики двигателя с технологией бурового процесса. The problem to which the invention is directed, is to increase the durability and reliability of the main parts and components of the gear turbodrill, as well as to coordinate the output characteristics of the engine with the drilling process technology.
Поставленная задача достигается тем, что турбина турбобура содержит от 10 до 39 единичных ступеней левого вращения, осевая опора турбобура расположена над турбиной в маслонаполненной камере, нижний конец турбинного вала соединен с магнитной муфтой, обеспечивающей передачу мощности на входной быстроходный вал редуктора, включающего в себя планетарную передачу с внутренним контуром зацепления, при этом на торсионном валу размещен уплотнительный узел, а торсионный вал через зубчатые муфты соединен с выходным валом редуктора и валом шпинделя и обеспечивает возможность гашения крутильных и продольных колебаний. The task is achieved in that the turbo-drill turbine contains from 10 to 39 unit stages of left-hand rotation, the axial support of the turbo-drill is located above the turbine in an oil-filled chamber, the lower end of the turbine shaft is connected to a magnetic coupling that provides power transmission to the input high-speed shaft of the gearbox, which includes the planetary a gear with an internal gearing circuit, with a sealing assembly placed on the torsion shaft, and the torsion shaft connected to the gearbox output shaft and the spindle shaft through gear couplings La and provides the possibility of damping torsional and longitudinal vibrations.
Турбина турбобура, содержащая от 10 до 39 единичных ступеней левого вращения, решает несколько задач. A turbo-drill turbine, containing from 10 to 39 single left rotation stages, solves several problems.
Во-первых, небольшое количество единичных ступеней позволяет выполнять ориентированную сборку роторной системы относительно вала турбины за счет, например, штифтов, выполненных на нижнем торце ротора, а на верхнем торце ротора имеется отверстие для захода этих штифтов. На турбинном валу также имеется место для захода штифта. Такая конструкция позволяет осуществить динамическую балансировку роторной сборки и устранить или уменьшить радиальные нагрузки на подшипники. Firstly, a small number of unit steps allows for oriented assembly of the rotor system relative to the turbine shaft due to, for example, pins made at the lower end of the rotor, and at the upper end of the rotor there is an opening for the entry of these pins. There is also a place for the pin to enter on the turbine shaft. This design allows dynamic balancing of the rotor assembly and eliminates or reduces radial loads on the bearings.
Во-вторых, лопаточный аппарат турбины выполняется из керамики, что существенно повышает моторесурс турбины. Например, при скорости жидкости 5-8 м/с моторесурс лопаточного аппарата достигает 12000 часов вместо 600-800 часов серийной турбины. Secondly, the turbine blade apparatus is made of ceramics, which significantly increases the turbine engine life. For example, at a fluid speed of 5-8 m / s, the motor resource of the blade apparatus reaches 12,000 hours instead of 600-800 hours of a serial turbine.
В третьих, изменение числа единичных ступеней и применение единичных ступеней с различными геометрическими параметрами позволяет оперативно формировать характеристику турбины под требуемую технологию и мощность долота. Вместо турбин целесообразно использовать один-два скрепляющих аппарата на входе и выходе из турбины. Thirdly, the change in the number of unit steps and the use of unit steps with different geometric parameters allows you to quickly generate a turbine characteristic for the required technology and bit power. Instead of turbines, it is advisable to use one or two fastening devices at the inlet and outlet of the turbine.
Расположение осевой опоры турбобура, воспринимающей гидравлическую нагрузку, над турбиной в маслонаполненной камере позволяет рационально использовать осевые размеры для ее герметизации. Маслонаполненная камера снабжена диафрагменным лубрикатором, образующим внутренний контур защиты. Уплотнительный узел разделяет внутреннюю и внешнюю маслонаполненные камеры, выполненные по последовательной схеме. Внешняя маслонаполненная камера снабжена подпружиненным поршневым лубрикатором и диафрагменным лубрикатором, работающим по параллельной схеме. Внешняя маслонаполненная камера отделена от агрессивной среды бурового раствора комбинированными уплотнительными узлами. Все уплотнительные узлы размещены на втулке, имеющей возможность осевого перемещения относительно вала по шлицевому соединению. The location of the axial support of the turbodrill, perceiving the hydraulic load, above the turbine in the oil-filled chamber allows rational use of axial dimensions for its sealing. The oil-filled chamber is equipped with a diaphragm lubricator forming an internal protection circuit. The sealing unit separates the internal and external oil-filled chambers, made in a sequential manner. The external oil-filled chamber is equipped with a spring-loaded piston lubricator and a diaphragm lubricator operating in parallel. The external oil-filled chamber is separated from the aggressive drilling fluid by combined sealing units. All sealing units are placed on the sleeve, with the possibility of axial movement relative to the shaft along the spline connection.
Двумя контурами маслозащиты, внутренним и внешним, снабжены основные элементы двигателя: осевая опора турбины, редуктор и осевая опора шпинделя. The two oil protection circuits, internal and external, are equipped with the main engine elements: axial support of the turbine, gearbox and axial support of the spindle.
Нижний конец турбинного вала соединен с магнитной муфтой, обеспечивающей передачу мощности на входной быстроходный вал редуктора. Магнитная муфта решает несколько важных задач. The lower end of the turbine shaft is connected to a magnetic coupling that provides power transmission to the input high-speed shaft of the gearbox. The magnetic coupling solves several important problems.
Во-первых, обеспечивает неподвижную герметизацию редуктора со стороны быстроходного вала, поскольку мощность передается через неподвижный экран от турбинного вала на ведомый вал магнитной муфты. Firstly, it provides stationary sealing of the gearbox from the high-speed shaft side, since power is transmitted through the stationary screen from the turbine shaft to the driven shaft of the magnetic coupling.
Во-вторых, использование магнитной муфты позволяет иметь дополнительную степень свободы при регулировке величины вращающего момента, поступающего на верхний вал магнитной муфты. Для этого достаточно перемещать в осевом направлении ведущий и ведомый валы магнитной муфты относительно друг друга. Secondly, the use of a magnetic coupling allows you to have an additional degree of freedom when adjusting the magnitude of the torque supplied to the upper shaft of the magnetic coupling. To do this, it is sufficient to axially move the driving and driven shafts of the magnetic coupling relative to each other.
В-третьих, магнитная муфта защищает планетарную передачу редуктора со стороны быстроходного вала от перегрузок за счет передачи только определенного по величине вращающего момента на быстроходный вал редуктора. Thirdly, the magnetic coupling protects the planetary gear transmission from the high-speed shaft side from overload due to the transmission of only a certain torque value to the high-speed gear shaft.
Использование в редукторном турбобуре планетарной передачи с внутренним контуром зацепления позволяет решить вопрос с повышением механической прочности колес и шестерен с одной стороны, а с другой - увеличить долговечность подшипников за счет применения более тяжелых серий. The use of a planetary gear with an internal gearing in a gear turbodrill allows solving the problem of increasing the mechanical strength of wheels and gears on the one hand, and on the other, increasing the durability of bearings through the use of heavier series.
Зубчатые муфты и торсионный вал, введенные в устройство между выходным валом редуктора и валом шпинделя, решают задачу по устранению вибрации и силовых пиков, которые имеют место в процессе бурения и призваны обеспечить более "комфортабельные" условия работы планетарной передачи. Торсионный вал установлен по концам в подшипниках, которые опираются на системы упругих элементов, что обеспечивает возможность гашения крутильных и продольных колебаний. Использование в устройстве зубчатой муфты и торсионного вала позволяет надежно защитить планетарную передачу от всевозможных колебаний и обеспечить плавную и надежную работу зубчатого зацепления. Кроме того, использование внутреннего зацепления с эксцентричным расположением солнечного колеса способствует существенному повышению его прочности, как с точки зрения увеличения толщины наружных шестерен, так и с позиции снижения удельных контактных нагрузок в самом зубчатом зацеплении за счет включения в работу до 10-13 линий контакта. Gear couplings and a torsion shaft inserted into the device between the output shaft of the gearbox and the spindle shaft solve the problem of eliminating vibration and power peaks that occur during drilling and are designed to provide more “comfortable” planetary gear operating conditions. A torsion shaft is mounted at the ends in bearings, which are based on a system of elastic elements, which makes it possible to damp torsional and longitudinal vibrations. The use of a gear clutch and a torsion shaft in the device allows you to reliably protect the planetary gear from all kinds of vibrations and ensure smooth and reliable gear operation. In addition, the use of internal gearing with the eccentric arrangement of the sun wheel contributes to a significant increase in its strength, both from the point of view of increasing the thickness of the outer gears and from the standpoint of reducing specific contact loads in the gearing itself by including up to 10-13 contact lines.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема редукторного турбобура. The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a gear turbodrill.
Редукторный турбобур содержит осевую опору турбобура 1, расположенную в маслонаполненной камере А, которая снабжена диафрагменным лубрикатором 2. Маслонаполненные камеры А и Б размещены последовательно. В маслонаполненной камере Б установлен подпружиненный поршневой лубрикатор 3, работающий по параллельной схеме с установленным в маслонаполненной камере Б диафрагменным лубрикатором (на чертеже не отмечен позицией). Между маслонаполненными камерами А и Б размещено уплотнение 4. Уплотнительный узел 5 разделяет маслонаполненную камеру Б с внешней средой. На турбинном валу 6 установлены единичные ступени 7 и осевая опора 1. На нижнем конце турбинного вала 6 установлена магнитная муфта, имеющая ведущий вал 9, на котором расположены магниты 11 и ведомый вал 13, оснащенный магнитами 12. Подшипники 8 защищены от агрессивной среды бурового раствора уплотнительным узлом 10. Между магнитными элементами 11 и 12 размещен неподвижный экран 14, жестко связанный с корпусом 15. The gear turbodrill contains an axial support of the turbodrill 1 located in the oil-filled chamber A, which is equipped with a diaphragm lubricator 2. The oil-filled chambers A and B are placed in series. A spring-loaded piston lubricator 3 is installed in the oil-filled chamber B, operating in a parallel circuit with a diaphragm lubricator installed in the oil-filled chamber B (not marked in the drawing). Between the oil-filled chambers A and B, a seal 4 is placed. The sealing assembly 5 separates the oil-filled chamber B with the external environment. Single stages 7 and an axial support 1 are installed on the turbine shaft 6. At the lower end of the turbine shaft 6 there is a magnetic coupling having a drive shaft 9 on which magnets 11 are located and a driven shaft 13 equipped with magnets 12. The bearings 8 are protected from the aggressive drilling fluid a sealing assembly 10. Between the magnetic elements 11 and 12 there is a stationary screen 14 rigidly connected to the housing 15.
С турбинного вала 6 механическая мощность через ведущий вал 9 и ведомый вал 13 передается на быстроходный вал редуктора 16, который жестко связан с ведомым валом 13 магнитной муфты. На быстроходном валу редуктора 16 эксцентрично установлена ведущая шестерня 17. Верхний венец зубчатого зацепления обкатывается по неподвижному колесу 18, которое связано с корпусом 15, а нижний венец зубчатого зацепления, принадлежащий ведущей шестерне 17, находится во взаимодействии с зубчатым зацеплением выходного тихоходного вала 19, снабженного подшипниками 20 и 21. На быстроходном валу редуктора 16 ведущая шестерня 17 установлена в подшипнике 22. Для устранения дисбаланса предусмотрен противовес 23, размещенный на быстроходном валу редуктора 16. Устройство 24 служит для принудительной смазки подшипника 22. From the turbine shaft 6, mechanical power is transmitted through the drive shaft 9 and the driven shaft 13 to the high-speed shaft of the gearbox 16, which is rigidly connected to the driven shaft 13 of the magnetic coupling. On the high-speed shaft of the gearbox 16, the drive gear 17 is eccentrically mounted. The upper gear ring is run around the stationary wheel 18, which is connected to the housing 15, and the lower gear ring belonging to the drive gear 17 is in cooperation with the gear of the output low-speed shaft 19 provided bearings 20 and 21. On the high-speed shaft of the gearbox 16, the drive gear 17 is installed in the bearing 22. To eliminate the imbalance, a counterweight 23 is provided on the high-speed shaft of the gearbox and 16. The device 24 is used for forced lubrication of the bearing 22.
Выходной тихоходный вал редуктора 19 через зубчатую муфту 25 соединяется с торсионным валом 26, который служит для гашения крутильных и осевых колебаний за счет упругих деформаций торсионного вала 26, а гашение продольных колебаний - за счет упругих элементов 28, например пружин, установленных в корпусе 15, на которые опирается наружная обойма подшипника 29. The output low-speed shaft of the gearbox 19 is connected through a gear clutch 25 to the torsion shaft 26, which serves to damp torsional and axial vibrations due to elastic deformations of the torsion shaft 26, and to damp longitudinal vibrations due to elastic elements 28, for example, springs installed in the housing 15, on which the outer bearing race 29 is supported.
На нижнем конце торсионного вала 26 расположено уплотнение 30 маслонаполненной камеры В. Маслонаполненные камеры редуктора В и Г отделены уплотнительным узлом 33. At the lower end of the torsion shaft 26, a seal 30 of the oil-filled chamber B is located. The oil-filled chambers of the gearbox B and D are separated by a sealing assembly 33.
Торсионный вал 26 снабжен зубчатыми муфтами 25 и 31, через которые соединен с выходным тихоходным валом редуктора 19 и валом шпинделя 32. The torsion shaft 26 is equipped with gear couplings 25 and 31, through which it is connected to the output low-speed shaft of the gearbox 19 and the spindle shaft 32.
Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.
С поверхности по бурильным трубам подается промывочная жидкость к редукторному турбобуру. Промывочная жидкость поступает в устройство и проходит между корпусом 15 и маслонаполненными камерами А и Б. В маслонаполненной камере А установлены осевая опора турбины 1 на турбинном валу 6 и диафрагменный лубрикатор 2. Маслонаполненная камера А является внутренним контуром защиты осевой опоры 1 от промывочной жидкости. Диафрагменный лубрикатор 2 осуществляет выравнивание давления внутри маслонаполненной камеры А и внешней средой. Маслонаполненная камера Б образует внешний контур зашиты осевой опоры турбобура 1. Между маслонаполненными камерами А и Б имеется уплотнительный узел 4. В маслонаполненной камере Б установлены подпружиненный поршневой лубрикатор 3 и работающий с ним параллельно диафрагменный лубрикатор, аналогичный лубрикатору 2. Подпружиненный поршневой лубрикатор 3 создает большой объем масла в камере Б, но является инерционной системой и не успевает мгновенно реагировать на импульсы давления, которые имеют место в промывочной жидкости. Поэтому параллельно с ним работает диафрагменный лубрикатор, лишенный отмеченного недостатка. Flushing fluid is supplied from the surface through the drill pipes to the gear turbodrill. Flushing fluid enters the device and passes between the housing 15 and the oil-filled chambers A and B. In the oil-filled chamber A, the axial support of the turbine 1 is installed on the turbine shaft 6 and the diaphragm lubricator 2. The oil-filled chamber A is an internal circuit for protecting the axial support 1 from the washing liquid. Diaphragm lubricator 2 performs the equalization of pressure inside the oil-filled chamber A and the external environment. The oil-filled chamber B forms the outer contour of the axial support of the turbo-drill 1. Between the oil-filled chambers A and B there is a sealing assembly 4. A spring-loaded piston lubricator 3 is installed in the oil-filled chamber B and a diaphragm lubricator working in parallel with it, similar to lubricator 2. The spring-loaded piston lubricator 3 creates a large piston lubricator 3 the volume of oil in chamber B, but is an inertial system and does not have time to immediately respond to pressure pulses that occur in the flushing fluid. Therefore, in parallel with it, a diaphragm lubricator works, devoid of the noted drawback.
Между маслонаполненными камерами А и Б установлен уплотнительный узел 4, работающий на разделе сред масло-масло. Маслонаполненная камера Б отделена от промывочной жидкости уплотнительным узлом 5. Уплотнительные узлы 4 и 5 размещены на втулке, имеющей возможность осевого перемещения относительно турбинного вала 6. При износе осевой опоры турбины 1 турбинный вал 6 может перемещаться относительно уплотнительных узлов 4 и 5. При возникновении утечки масла подпружиненный поршневой лубрикатор 3, создающий небольшое давление в маслонаполненной камере Б, может перемещаться вниз и поддерживать необходимую величину избыточного давления в этой камере. Between the oil-filled chambers A and B, a sealing assembly 4 is installed, operating on the oil-oil section. The oil-filled chamber B is separated from the washing liquid by the sealing assembly 5. The sealing assemblies 4 and 5 are placed on a sleeve that can axially move relative to the turbine shaft 6. When the axial support of the turbine 1 is worn, the turbine shaft 6 can move relative to the sealing assemblies 4 and 5. If a leak occurs oil spring-loaded piston lubricator 3, which creates a slight pressure in the oil-filled chamber B, can move down and maintain the required amount of overpressure in this chamber.
При дальнейшем движении промывочной жидкости по устройству она поступает на турбину 7. На лопаточном аппарате турбины 7 происходит преобразование гидравлической энергии в механическую. На турбинном валу 6 появляются вращающий момент и частота вращения. Единичные ступени турбины 7 устанавливаются на турбинном валу 6 по ориентированной роторной сборке относительно турбинного вала 6. With further movement of the washing liquid through the device, it enters the turbine 7. On the blade apparatus of the turbine 7, hydraulic energy is converted into mechanical energy. On the turbine shaft 6 appear torque and speed. Single stages of the turbine 7 are installed on the turbine shaft 6 along an oriented rotary assembly relative to the turbine shaft 6.
Дальнейшее движение промывочной жидкости, после турбины, происходит между внутренней стенкой корпуса 15 и маслонаполненными камерами редуктора Г и Д. Further movement of the flushing fluid, after the turbine, occurs between the inner wall of the housing 15 and the oil-filled chambers of the gearbox G and D.
Полученная на турбинном валу 6 механическая мощность через ведущий вал 9 магнитной муфты, где установлены магниты 11, передается на ведомый вал 13 с размещенными на нем ответными магнитами 12. Между магнитными элементами 11 и 12 расположен неподвижный экран 14, жестко связанный с корпусом 15. Таким образом, со стороны быстроходного вала редуктора 16, жестко соединенного с ведомым валом 13 магнитной муфты, исключен верхний уплотнительный узел и решена задача по герметизации маслонаполненной камеры Г. The mechanical power obtained on the turbine shaft 6 through the drive shaft 9 of the magnetic coupling where the magnets 11 are mounted is transmitted to the driven shaft 13 with the response magnets 12 mounted thereon. Between the magnetic elements 11 and 12 there is a fixed screen 14, rigidly connected to the housing 15. Thus Thus, from the side of the high-speed shaft of the gearbox 16, rigidly connected to the driven shaft 13 of the magnetic coupling, the upper sealing assembly is excluded and the task of sealing the oil-filled chamber G.
Уплотнительный узел 10 защищает подшипники 8, установленные на ведущем валу 9 магнитной муфты. Подшипники 8 обеспечивают соосность ведущего вала 9 магнитной муфты относительно корпуса 15. The sealing assembly 10 protects the bearings 8 mounted on the drive shaft 9 of the magnetic coupling. Bearings 8 provide alignment of the drive shaft 9 of the magnetic coupling relative to the housing 15.
На входном быстроходном валу редуктора 16, выполненного по типу коленчатого вала, подвижно установлена ведущая шестерня 17, которая имеет возможность вращаться относительно этого вала в подшипнике 22. Ведущая шестерня 17 обкатывается по неподвижному колесу 18, жестко связанному с корпусом 15. За счет того, что входной быстроходный вал 16 вращается с частотой вращения турбинного вала 6 по часовой стрелке, а ведущая шестерня 17 в относительном движении имеет противоположные вращения, происходит снижение результирующей частоты вращения на ведущей шестерне 17. Соответствующее преобразование частоты вращения и вращающего момента происходит на нижнем венце зубчатого зацепления ведущей шестерни 17 с зубчатым зацеплением выходного тихоходного вала редуктора 19, с той лишь разницей, что зубчатое зацепление, расположенное на выходном тихоходном валу редуктора 19, имеет возможность концентрично перемещаться относительно корпуса 15. Передаточное отношение редуктора может изменяться пределах от 8 до 1050. В соответствии с передаточным отношением редуктора происходит преобразование механической мощности: снижение частоты вращения и повышение вращающего момента на выходном тихоходном валу редуктора 19. Для передаточного отношения, лежащего в пределах от 16 до 30, КПД редуктора составляет 0,97-0,85. On the input high-speed shaft of the gearbox 16, made as a crankshaft, a drive gear 17 is movably mounted, which has the ability to rotate relative to this shaft in the bearing 22. The drive gear 17 rolls around a stationary wheel 18, rigidly connected to the housing 15. Due to the fact that the input high-speed shaft 16 rotates with the rotation speed of the turbine shaft 6 clockwise, and the drive gear 17 in relative motion has opposite rotations, the resulting rotation speed decreases on the drive gear 17. The corresponding conversion of speed and torque occurs on the lower gear ring of the pinion gear 17 with gearing of the output low-speed shaft of the gearbox 19, with the only difference that the gears located on the output low-speed shaft of the gearbox 19 can move concentrically relative to housing 15. The gear ratio of the gearbox can vary from 8 to 1050. In accordance with the gear ratio of the gearbox, mechanical Coy power: decrease speed and increase the torque on the output shaft of the low-speed reduction gear 19. To the gear ratio lying in the range from 16 to 30, the gear efficiency is 0,97-0,85.
Выходной тихоходный вал редуктора 19 установлен в подшипниках 20 и 21. Таким образом, решается задача по преобразованию мощности в редукторной части двигателя. The low-speed output shaft of the gearbox 19 is installed in the bearings 20 and 21. Thus, the problem of converting power in the gearbox of the engine is solved.
Для устранения различных видов вибраций, возникающих при работе долота, между выходным тихоходным валом редуктора 19 и валом шпинделя 32 используется система защиты от крутильных и осевых колебаний в виде торсионного вала 26, зубчатых муфт 25 и 31, а также упругих элементов 28. Торсионный вал снабжен подшипниками 29, которые имеют возможность осевого перемещения относительно корпуса 15. Гашение крутильных колебаний осуществляется за счет упругой деформации торсионного вала 26. Гашение осевых колебаний происходит за счет подшипников 29, которые имеют возможность осевого перемещения относительно корпуса 15. Подшипники 29 установлены на упругих элементах 28. Вращающий момент и частота вращения передаются через зубчатую муфту 25, торсионный вал 26 и зубчатую муфту 31 на вал шпинделя 32. Заметим, что зубчатые муфты 25 и 31 имеют возможность осевого и углового перемещений относительно торсионного вала 26. To eliminate various types of vibrations that occur during operation of the bit, between the output low-speed shaft of the gearbox 19 and the spindle shaft 32, a system of protection against torsional and axial vibrations is used in the form of a torsion shaft 26, gear couplings 25 and 31, as well as elastic elements 28. The torsion shaft is equipped with bearings 29, which have the possibility of axial movement relative to the housing 15. The damping of torsional vibrations is due to the elastic deformation of the torsion shaft 26. The damping of axial vibrations is due to the bearings 29, which they they have the possibility of axial movement relative to the housing 15. Bearings 29 are mounted on elastic elements 28. Torque and speed are transmitted through gear coupling 25, torsion shaft 26 and gear coupling 31 to spindle shaft 32. Note that gear couplings 25 and 31 have the possibility of axial and angular movements relative to the torsion shaft 26.
Уплотнения маслонаполненных камер Г и В выполнены по схеме, которая использована при защите осевой опоры турбины 1, с той лишь разницей, что поршневой подпружиненный лубрикатор, аналогичный позиции 3, размещен в торсионном валу 6. The seals of the oil-filled chambers G and B are made according to the scheme that was used to protect the axial support of the turbine 1, with the only difference that the piston spring-loaded lubricator, similar to position 3, is placed in the torsion shaft 6.
Промывочная жидкость после прохода между маслонаполненной камерой В редуктора и корпусом 15 направляется в центральный канал вала шпинделя 32 и затем в промывочные отверстия породоразрушающего инструмента. The flushing liquid after the passage between the oil-filled chamber B of the gearbox and the housing 15 is directed into the central channel of the spindle shaft 32 and then into the flushing holes of the rock cutting tool.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99112047/03A RU2161236C1 (en) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | Turbodrill with reduction gear |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99112047/03A RU2161236C1 (en) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | Turbodrill with reduction gear |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2161236C1 true RU2161236C1 (en) | 2000-12-27 |
Family
ID=20220919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99112047/03A RU2161236C1 (en) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | Turbodrill with reduction gear |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2161236C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101824963A (en) * | 2010-04-09 | 2010-09-08 | 江苏谷登工程机械装备有限公司 | Push-pull clutch of horizontal directional drill |
| CN102913165A (en) * | 2012-11-06 | 2013-02-06 | 北京六合伟业科技股份有限公司 | Well-drilling downhole turbine-drive while-drilling vibrator |
| CN108049803A (en) * | 2018-02-08 | 2018-05-18 | 西南石油大学 | Vane type differential torsion impact device |
| CN108798503A (en) * | 2018-07-31 | 2018-11-13 | 西南石油大学 | Screw circumferential direction percussion drilling tool |
| RU226366U1 (en) * | 2022-12-22 | 2024-05-31 | Хубэйская сталелитейная компания с ограниченной ответственностью "Чу цянь" | Hydraulic hammer drill gearbox with buffer device |
-
1999
- 1999-06-09 RU RU99112047/03A patent/RU2161236C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГУСМАН М.Т. и др. Расчет, конструирование и эксплуатация турбобуров. - М.: Недра, 1976, с. 108, 116. * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101824963A (en) * | 2010-04-09 | 2010-09-08 | 江苏谷登工程机械装备有限公司 | Push-pull clutch of horizontal directional drill |
| CN101824963B (en) * | 2010-04-09 | 2012-05-23 | 江苏谷登工程机械装备有限公司 | Push-pull clutch of horizontal directional drill |
| CN102913165A (en) * | 2012-11-06 | 2013-02-06 | 北京六合伟业科技股份有限公司 | Well-drilling downhole turbine-drive while-drilling vibrator |
| CN102913165B (en) * | 2012-11-06 | 2015-01-28 | 北京六合伟业科技股份有限公司 | Well-drilling downhole turbine-drive while-drilling vibrator |
| CN108049803A (en) * | 2018-02-08 | 2018-05-18 | 西南石油大学 | Vane type differential torsion impact device |
| CN108049803B (en) * | 2018-02-08 | 2023-08-08 | 西南石油大学 | Impeller type differential torque impact device |
| CN108798503A (en) * | 2018-07-31 | 2018-11-13 | 西南石油大学 | Screw circumferential direction percussion drilling tool |
| CN108798503B (en) * | 2018-07-31 | 2023-08-08 | 西南石油大学 | Screw type circumferential impact drilling tool |
| RU226366U1 (en) * | 2022-12-22 | 2024-05-31 | Хубэйская сталелитейная компания с ограниченной ответственностью "Чу цянь" | Hydraulic hammer drill gearbox with buffer device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2405904C2 (en) | Drilling assembly for well (versions) and support mechanism and turbine power plant for drilling assembly | |
| RU2629315C2 (en) | Rotor bearing for downhole drilling motor with moving cavity | |
| US9470042B2 (en) | Down hole harmonic drive transmission | |
| NO20130633A1 (en) | High temperature boring motor drive with cycloidal reducer | |
| US4222445A (en) | Reduction unit of drilling motor | |
| RU2161236C1 (en) | Turbodrill with reduction gear | |
| CA1098110A (en) | Reduction unit of drilling motor | |
| CN102352911A (en) | Axis-pin-type reduction box at transmission last level | |
| RU2112856C1 (en) | Reduction-unit turbo-drill | |
| CN111486212B (en) | Compact structure continuously variable transmission | |
| CN212177791U (en) | Compact structure buncher | |
| CN1234958C (en) | Potential oil screw pump production system | |
| CN212455404U (en) | Through shaft continuously variable transmission | |
| RU2295023C1 (en) | Turbine screw downhole motor | |
| CN202301495U (en) | Rear power takeoff transmission component of diesel engine | |
| RU2456425C1 (en) | Facility of high-torque geared turbo-drill | |
| CN111486211A (en) | Through shaft stepless speed changer | |
| CN110486293A (en) | Built-up shaft submerged pump | |
| RU2263757C1 (en) | Geared turbodrill | |
| US4096762A (en) | Torsional sonic oscillator employing universal joints and tandem arranged oscillator rotors | |
| CN204664308U (en) | Spiral bevel gear speed reducer | |
| SU977668A1 (en) | Reduction gearing insert for deep well motor | |
| RU2039184C1 (en) | Gear box insert of bottom hole drilling engine | |
| RU2326227C2 (en) | Two-rotor turbodrill | |
| CN207454709U (en) | Double motive power drivings with correction shaft coupling are integrated with gear-box and freewheel clutch |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040610 |