UA46165C2 - Роторно-лопатевий пристрій з лопатями у вигляді роликів, насос для нагнітання текучого середовища, що містить цей пристрій, і комбінація двигуна і насоса, що містять вказаний пристрій - Google Patents

Abstract

Роторно-лопатевий пристрій з лопатями у вигляді роликів, що приводиться у дію текучим середовищем, містить корпус (1) і ротор (2). Корпус містить кулачки (5) відхилення роликів, які ділять простір між корпусом і ротором на камери (8а,b). Ротор оснащений циліндричними роликами (7) в заглибленнях (6), при цьому ролики здатні переміщатися між виступним і відведеним положеннями. Бурова рідина входить в частину камери (8а) через впускні вікна (10) у верхній опорній частині корпусу (1) і штовхає ролики (7’) у їх виступне положення в напрямі за годинниковою стрілкою, забезпечуючи поворот ротора, при цьому бурова рідина під зниженим тиском виштовхується з відповідних частин камери (8b) крізь випускні вікна (9) в нижній опорній частині корпусу (1) і далі вниз до бурового сверла. Коли одні ролики (7’) досягають кулачків (5) відхилення роликів, вони примусово переміщаються у відведене положення, а їх функцію беруть на себе інші ролики (72).

Description

Опис винаходу

Даний винахід відноситься до роторно-лопатевого пристрою з лопатями у вигляді роликів, наприклад, до двигуна з лопатями у вигляді роликів, який має гідравлічний або пневматичний привід і призначений для вертикального, направленого і горизонтального буріння, і для очищення або ремонту свердловин, виробничого двигуна з лопатями у вигляді роликів, призначеного для приведення в рух забійного обертального насоса, і до насоса з лопатями у вигляді роликів, придатного для нагнітання нафти і/або води з підземного резервуара або для нагнітання води з резервуара, що знаходиться на поверхні.

Відомо, що для приведення в рух бурових коронок використовують забійні двигуни з лопатями у вигляді роликів. Ці двигуни приводять в рух за допомогою бурового розчину, який нагнітають вниз через колону бурильних труб для змазки і охолоджування бурової коронки, і для перенесення шматочків породи назад до поверхні землі через кільцеподібний простір між колоною бурильних труб і стінкою бурової свердловини.

Двигуни з лопатями у вигляді роликів, що мають внутрішній і зовнішній корпус, і з впускними або 12 випускними вікнами у. внутрішньому корпусі розкриті в міжнародній публікації УХМО 93/08374. Двигуни з лопатями у вигляді роликів з комбінованим внутрішнім і зовнішнім корпусом, і з впускними вікнами в роторі і випускними вікнами в корпусі розкриті в міжнародній публікації УУО 94/16198.

У вищезазначених двигунах ролики, які розташовані у висуненому положенні і заглибинах ротора, зазнають штовхаючої дії за допомогою бурового розчину в камерах між ротором і (внутрішнім) корпусом від впускних вікон до випускних вікон в напрямі за годинниковою стрілкою. Ролики, які не підштовхуються буровим розчином у напрямі до вихідного вікна, не зазнають тиску бурового розчину, оскільки вони примусово переміщаються у відведене положення за допомогою кулачків, які проходять в подовжньому напрямі відхилення роликів вздовж внутрішньої поверхні стінки (внутрішнього) корпусу.

Переваги відомого двигуна з лопатями у вигляді роликів і з комбінованим внутрішнім і зовнішнім корпусом в с порівнянні з двигуном з лопатями у вигляді роликів як з внутрішнім, так і із зовнішнім корпусом, полягають в Ге) спрощенні його конструкції і в більшому крутному моменті на одиницю довжини двигуна.

Недолік відомого двигуна з лопатями у вигляді роликів і з комбінованим внутрішнім і зовнішнім корпусом полягає в тому, що падіння тиску на двигуні повинне дорівнювати падінню тиску на буровій коронці, оскільки ці падіння тиску паралельні. Крім того, знижена швидкість течії бурового розчину через бурову коронку. о

У патенті США Мо 4105377 розкритий роторно-лопатевий пристрій з лопатями у вигляді роликів, що (Те) приводиться в дію текучим середовищем, який містить корпус з осьовими кінцями, розташованими з протилежних сторін, і уявною основною віссю між ними, і ротор, що обертається навколо цієї основної осі в -- роторному просторі всередині корпусу, з кільцевим простором між ротором і внутрішньою стінкою корпусу. «о

Корпус оснащений виступаючими всередину кулачками відхилення роликів, які ділять кільцевий простір між

Зо ротором і внутрішньою стінкою корпусу на камери. Ротор забезпечений канавками, розташованими по колу М ротора, які проходять, фактично, паралельно основній осі. Кожна канавка містить циліндричний ролик, що має можливість переміщення з висуненого положення, в якому ролик знаходиться в контакті з внутрішньою стінкою корпусу між кулачками відхилення роликів, у відведене положення, в якому ролик знаходиться в контакті з « кулачком відхилення роликів. Ролик ділить камери на частину високого тиску і на частину низького тиску. З

Кожний кулачок,відхилення роликів має висхідну дільницю, що проходить всередину від внутрішньої стінки с корпусу і що забезпечує проходження ролика з його висуненого положення у відведене положення, і низхідну

Із» дільницю, що проходить у зовнішньому напрямі до внутрішньої стінки корпусу і що забезпечує можливість проходження ролика для його переміщення з відведеного положення у висунене положення. Пристрій має впускні вікна і випускні вікна для робочого текучого середовища або для текучого середовища, що нагнітається, сполучені з роторним простором. е Метою даного винаходу є створення ефективних роторно-лопатевого пристрою з лопатями у вигляді роликів,

Ге»! насоса, що містить цей пристрій, і комбінації двигуна і насоса, що містить вказаний пристрій, які можуть бути використані для різних цілей і з різними текучими середовищами. - Ця мета досягається тим, що роторно-лопатевий пристрій з лопатями у вигляді роликів, який приводиться в б 20 дію текучим середовищем, містить корпус з осьовими кінцями, розташованими з протилежних сторін, і уявною основною віссю між ними, і ротор, що обертається навколо цієї основної осі в роторному просторі всередині сл корпусу, з кільцевим простором між ротором і внутрішньою стінкою корпусу при цьому корпус оснащений виступаючими всередину кулачками відхилення роликів, які ділять кільцевий простір між ротором і внутрішньою стінкою корпусу на камери, при цьому ротор забезпечений канавками, розташованими по колу ротора, які 25 проходять, фактично, паралельно основній осі, причому кожна канавка містить циліндричний ролик, що має

ГФ) можливість переміщення з висуненого положення, в якому ролик знаходиться в контакті з внутрішньою стінкою юю корпусу між кулачками відхилення роликів, у відведене положення, в якому ролик знаходиться в контакті з кулачком відхилення роликів, при цьому ролик ділить камери на частину високого тиску і на частину низького тиску, причому кожний кулачок відхилення роликів має висхідну ділянку, що проходить всередину від 60 внутрішньої стінки корпусу і що забезпечує проходження ролика з його висуненого положення у відведене положення, і низхідну ділянку, що проходить в зовнішньому напрямі до внутрішньої стінки корпусу і забезпечує можливість проходження ролика для його переміщення з відведеного положення у висунене положення, при цьому є впускі вікна і випускні вікна для робочого текучого середовища або для текучого середовища, що нагнітається, сполучені з роторним простором. Згідно з винаходом впускні і випускні вікна для текучого бо середовища виконані із забезпеченням можливості переміщення текучого середовища через камери безпосередньо в подовжньому напрямі.

Корпус на одному з осьових кінців може мати першу опорну частину для ротора, в якій у кожної низхідної ділянці кулачка відхилення роликів або поблизу неї виконані одне або декілька впускних вікон, і корпус на іншому його осьовому кінці має другу опорну частину для ротора, в якій у кожної висхідної ділянці кулачка відхилення роликів або поблизу неї виконані одне або декілька випускних вікон.

Ротор може мати центральний канал, який відділений від роторного простору і проходить по довжині ротора для забезпечення проходу для робочого текучого середовища між осьовими кінцями корпусу.

Ротор може бути забезпечений центральним каналом, сполученим з роторним простором за допомогою /о впускних вікон до поглиблень в роторі для подачі робочого текучого середовища до роторного простору.

Центральний канал може бути перекритий.

Корпус на одному з його осьових кінців може мати першу опорну частину для ротора, в якій у кожної низхідної ділянці кулачка відхилення роликів або поблизу неї виконані одне або декілька впускних вікон, і корпус на його іншому осьовому кінці може мати другу опорну частину для ротора, при цьому корпус у кожної висхідної ділянки кулачка відхилення роликів або поблизу неї може бути забезпечений одним або декількома впускними вікнами, що виходять до зовнішньої поверхні корпусу між його осьовими кінцями для випуску робочого текучого середовища з роторного простору, і ротор може бути забезпечений центральним каналом, який відділений від роторного простору і проходить по довжині ротора для забезпечення проходу для робочого текучого середовища між осьовими кінцями корпусу.

У пристрої, призначеному для приведення в дію бурової коронки, корпус на одному з своїх осьових кінців може мати першу опорну частину для ротора, ротор з боку першої опорної частини може бути забезпечений центральним впускним каналом, сполученим з роторним простором за допомогою впускних вікон до поглиблень в роторі для подачі робочого текучого середовища до роторного простору, корпус може мати другу опорну частину для ротора, і корпус у кожної висхідної ділянці кулачка відхилення роликів або поблизу неї може бути сч г Забезпечений одним або декількома впускними вікнами, сполученими з роторним простором і з'єднувальним каналом із зовнішньої сторони другої опорної частини, при цьому з'єднувальний канал може бути сполучений з і) внутрішнім випускним каналом в частині ротора, призначеній для кріплення бурової коронки. Впускний канал і випускний канал можуть бути сполучені всередині ротора.

Пристрій може мати регулятор для регулювання з одного боку кількості робочого текучого середовища, що ю зо протікає через канал в роторі, і з іншого боку - кількості робочого текучого середовища, що протікає через роторний простір. ікс,

Випускні вікна можуть бути розташовані в поглибленнях ротора і сполучені з випускним каналом ротора. «-

Вказана мета досягається і тим, що роторно-лопатевий пристрій з лопатями у вигляді роликів, який приводиться в дію текучим середовищем, містить корпус з осьовими кінцями, розташованими з протилежних ісе) сторін, з уявною основною віссю між ними, і ротор, що обертається навколо цієї основної осі в роторному «Е просторі всередині корпусу, з кільцевим простором між ротором і внутрішньою стінкою корпусу, при цьому корпус забезпечений виступаючими всередину кулачками відхилення роликів, які ділять кільцевий простір між ротором і внутрішньою стінкою корпусу на камері, при цьому ротор забезпечений поглибленнями, які розташовані по колу ротора і проходять, фактично, паралельно основній осі, причому кожне поглиблення містить циліндричний « ролик, що має можливість переміщення з висуненого положення, в якому ролик знаходиться в контакті з в с внутрішньою стінкою корпусу між кулачками відхилення роликів, у відведене положення, в якому ролик

Й знаходиться в контакті з кулачком відхилення роликів, при цьому ролик ділить камери на частину високого тиску а і частину, низького тиску, причому кожний кулачок відхилення роликів має висхідну ділянку, що проходить всередину від внутрішньої стінки корпусу і забезпечує проходження ролика з його висуненого положення у

Відведене положення, і низхідну ділянку, що проходить в зовнішньому напрямі до внутрішньої стінки корпусу і ї5» забезпечує проходження ролика для переміщення з виведеного положення у висунене положення, при цьому є впускні вікна для робочого текучого середовища або текучого середовища, що нагнітається, сполучені з

Ме. роторним простором. Згідно з винаходом корпус на одному з його осьових кінців має першу опорну частину для - ротора, в якій у кожного низхідного кулачка відхилення роликів або поблизу нього виконані одне або декілька 5р впускних вікон, корпус на його іншому осьовому кінці має другу опорну частину для ротора, і у кожної ме) висхідної ділянки кулачка відхилення роликів або поблизу неї виконані одне або декілька випускних вікон, що сп виходять до зовнішньої поверхні корпусу між його осьовими кінцями.

У низхідної ділянці кожного кулачка відхилення роликів може бути виконаний перший прохід, який протягом переміщення ролика вниз по цій низхідній ділянці з відведеного положення у висунене положення утворює в Відкрите з'єднання між частиною камери, розташованою перед роликом, і частиною камери, розташованою позаду ролика.

Ф) У висхідної дільниці кожного кулачка відхилення роликів може бути виконаний другий прохід, який протягом ка переміщення ролика вгору по цій висхідній ділянці з висуненого положення у відведене положення утворить відкрите з'єднання між частиною камери, розташованою перед роликом, і частиною камери, розташованою бо позаду ролика.

Перший прохід може бути утворений отвором, сполученим з роторним простором і з впускним вікном і охоплюючим, щонайменше, частину ширини низхідної ділянки кулачка відхилення роликів в доповнення до суміжної частини концентричної ділянки кулачка відхилення роликів.

Другий прохід може бути утворений отвором, сполученим з роторним простором і з випускним вікном і 65 охоплюючим, щонайменше, частину ширини висхідної ділянки кулачка відхилення роликів в доповнення до суміжної частини концентричної ділянки кулачка відхилення роликів.

Отвір, сполучений з впускними і/або випускними вікнами, може бути утворений шляхом укорочення висхідної або низхідної ділянок, що відноситься до кулачка відхилення роликів, в доповнення до укорочення суміжної частини концентричної ділянки кулачка відхилення роликів.

Впускні і/або випускні вікна можуть бути виконані в опорних частинах для ротора і частково або повністю розташовані між краєм висхідної/низхідної ділянки кулачка відхилення роликів і внутрішньою стінкою корпусу.

Перший прохід або другий прохід може складатися з двох окремих вікон.

Вказана мета досягається і насосом для нагнітання текучого середовища, що містить вищеописаний роторно-лопатевий пристрій. 70 Вищезгадана мета досягається і тим, що в комбінації двигуна, що містить вищеописаний роторно-лопатевий пристрій, і насоса, що містить вищеописаний роторно-лопатевий пристрій, згідно з винаходом, насос з лопатями у вигляді роликів пристосований приводитися в дію за допомогою двигуна з лопатями у вигляді роликів, при цьому осьовий кінець двигуна і осьовий кінець насоса направлені один до одного і сполучені за лінією, двигун має впускні вікна для подачі робочого текучого середовища у осьового кінця його корпусу, найбільш віддаленого 7/5 Від насоса і випускним вікном в корпусі, а насос має впускні вікна у осьового кінця його корпусу, найбільш віддаленого від двигуна і випускних вікон в корпусі.

Нижче даний винахід буде роз'яснений більш детально з посиланнями на фігури, на яких показане наступне: фіг1 представляє вигляд зверху в поперечному перерізі двигуна з лопатями у вигляді роликів з комбінованим внутрішнім і зовнішнім корпусом, згідно з винаходом; фіг.2 представляє схематичний поздовжній бічний вигляд двигуна згідно з фіг.1, фіг.3 і 4 представляють вигляд зверху в поперечному розрізі інших варіантів здійснення конструкції двигуна з лопатями у вигляді роликів згідно з фіг.1; фіг.5 представляє вигляд зверху в поперечному розрізі частини двигуна з лопатями у вигляді роликів, показаного на фіг.1; сч фіг.б6 представляє вигляд зверху в поперечному розрізі двигуна з лопатями у вигляді роликів, призначеного для використання як бурового двигуна із зовнішньою оболонкою; і) фіг.7 представляє схематичний поздовжній бічний вигляд двигуна, показаного на фіг.б; фіг.8, 9, 10 ї 11 представляють вигляд зверху в поперечному перерізі насосів з лопатями у вигляді роликів, виконаних згідно з даним винаходом; ю зо фіг.12 ії 14 представляють вигляд зверху в поперечному розрізі частин двигунів і насосів з лопатями у вигляді роликів, згідно з даним винаходом, що ілюструють спеціальні варіанти здійснення конструкції; ісе) фіг.13 представляє вигляд зверху в поперечному розрізі двигуна з лопатями у вигляді роликів, згідно з «- даним винаходом, то ілюструє гідравлічні явища. які відбуваються протягом процесу обертання.

У двигуні з лопатями у вигляді роликів і з комбінованим внутрішнім і зовнішнім корпусом, згідно з ісе)

Зв ВИиНОаХОДОМ, недолік, що полягає в паралельному падінні тиску на двигуні і буровій коронці, виключений за «Е рахунок розташування впускного і випускного вікон у верхній і нижній опорній частині корпусу, замість їх розташування в роторі і в корпусі, як показано на фіг.1 і 2. Двигун з лопатями у вигляді роликів згідно з цими фігурами містить трубчастий корпус 1 і ротор 2, що обертається в опорних частинах З і 4, які знаходяться в кожному кінці корпусу 1. Корпус 1 своїм верхнім кінцем приєднаний до колони бурильних труб, що не « обертається. Корпус 1 оснащений двома виступаючими радіальне всередину стінними засобами у формі з с кулачків 5 відхилення роликів, що проходять в подовжньому напрямі, які спільно з корпусом 1 утворюють статор двигуна з лопатями у вигляді роликів. Кулачки 5 відхилення роликів спільно займають приблизно половину ;» окружності корпусу 1 і мають висхідну ділянку, що проходить від корпусу 1 у напрямі до концентричної частини кулачка 5, і низхідну ділянку, що має зворотний напрям. Ротор 2 біля свого нижнього кінця приєднаний до бурової коронки. Ротор 2 по його окружності виконаний з трьома парами діаметрально протилежних і віддалених їх одна від одної канавок в формі закруглених з нижньої сторони заглиблень 6, в яких розташовані подовжені, що проходять в подовжньому напрямі лопаті в формі циліндричних роликів 7. Ролики 7 мають можливість

Ме. переміщення між відведеним положенням, в якому вони повністю або переважно знаходяться всередині - заглиблень 6, і висуненим в радіальному напрямі положенням, в якому вони частково виступають із зовнішньої поверхні 2а ротора 2. Кожний ролик переважно виготовлений з металу, з стійкого до впливу кислот і тепла

Ме. пластика, що пружно деформується, або складається з металевої серцевини і оболонки з пластика. Звичайно сп кільцевий простір, що утворюється між ротором 2 і корпусом 1, розділено двома кулачками 5 відхилення роликів на камери ва, 805. Камери ва, 85 сполучені з випускними вікнами 9 в нижній опорній частині З корпусу 1 для проходження через них бурового розчину до бурової коронки, при цьому випускні вікна 9 розташовані біля ов Висхідної ділянки кулачків 5 відхилення роликів або поблизу цієї ділянки. Верхня опорна частина 4 корпусу 1 має впускні вікна 10 для проходження через них бурового розчину з бурової труби зверху до кожної з камер 8а,

Ф) 8р, при цьому впускні вікна 10 розташовані біля низхідної ділянки кулачків 5 відхилення роликів або поблизу ка цієї ділянки.

Оскільки тиск бурового розчину, який поступає в камери ва, 85 через впускні отвори 10, вище ніж тиск бо бурового розчину, який покидає камери 8а, 86 через випускні вікна 9, ролики 7", які розташовані в камерах 8а, 80, засмоктуються в зовнішньому напрямі і притискаються до проміжку між далекими по ходу сторонами бЬ заглиблень б в роторі 2 і корпусом 1, за рахунок чого відбувається розділення камер ва, 805 на частини ва високого тиску і частини 85 низького тиску. При цьому ролики 7 з їх ближньої по ходу сторони 7а зазнають дії бурового розчину під високим тиском, що поступає через впускні вікна 10, за рахунок чого до ротора 2 65 прикладається крутний момент, направлений за годинниковою стрілкою. Дві інші пари роликів притиснуті в їх відведене положення в заглибленнях 6 в роторі 2 за допомогою кулачків 5. Коли ротор 2 повернутий приблизно на 30 градусів далі в напрямі за годинниковою стрілкою під тиском бурового розчину на перші ролики 7 в частинах ва камери, відведені ролики 72 будуть проходити повз кулачки 5 і за рахунок пружності будуть повертатися в їх виступаюче положення, з їх ближньою по ходу стороною 7а, що піддається впливу тиску бурового розчину, який входить через впускні вікна 10 у верхній опорній частині 4, за рахунок чого забезпечується безперервне приведення в рух ротора 2 і вплив на нього сили обертання, при цьому крутний момент фактично прямо пропорційний різниці тиску бурового розчину між ближніми по ходу частинами ва камери і дальшими по ходу частинами 85 камери. Буровий розчин в частинах 85 камери стиснутий між висуненими уперед дальшими по ходу сторонами 75 роликів 7! і відповідними протилежними кулачками 5, при 70 Цьому він витісняється через випускні вікна 9 в нижній опорній частині З назад до центрального каналу 13 в роторі 2 і перемішується з іншою частиною бурового розчину, яка тече через цей центральний канал 13 безпосередньо до бурової коронки. Безумовно, потрібно взяти до уваги, що ролики 7 на практиці при повороті ротора 2 будуть мати тенденцію до кочення, пропускаючи при цьому який-небудь зернистий матеріал, захоплений між роликами 7 і корпусом 1 або кулачками 5 відхилення роликів, причому без пошкодження роликів.

Центральний канал 13 ротора 2 може бути оснащений регулятором для регулювання відносних кількостей бурового розчину, які проходять до бурової коронки через камери ва, 85 двигуна і через центральний канал 13 ротора 2.

У варіанті здійснення конструкції, показаному на фіг.3, випускні вікна 9 замінені випускними вікнами 11 в корпусі 1 і у висхідній ділянці кулачків 5 відхилення роликів. При цьому випускні вікна 11 з'єднують частини 8Ь камери з кільцевим простором 12 і зовнішньої сторони корпусу 1.

У варіанті здійснення конструкції, показаному на фіг.4, впускні вікна 10 замінені впускними вікнами 14 в роторі 2, при цьому впускні, вікна 14 з'єднують центральний канал 13 ротора 2 з донними частинами заглиблень 6.

У всіх вищезгаданих двигунах кількість кулачків 5 відхилення роликів може становити більш двох, с віддалених один від одного на однаковій відстані вздовж внутрішньої поверхні стінки корпусу 1, а кількість о заглиблень 6 в роторі 2 з роликами 7, що сполучаються з ними, може становити більше або менше шести. Однак переважно, щоб кількість роликів 7 була, щонайменше, на один більша, ніж кількість кулачків 5, а переважно менш, ніж вдвічі більше. Потрібно мати на увазі, що кути висхідної і низхідної дільниці кулачків 5 відхилення роликів можуть бути закруглені, а їх нахил по можливості повинен бути площинним для забезпечення плавного т) руху роликів 7 між їх відведеним і всуненим положенням, і навпаки. Площинність цих нахилів обмежена вимогою, «со яка полягає в тому, що необхідно уникнути течії потоку по скороченому колу між впускними і випускними вікнами як в камерах 8а, 86, так і в зоні між концентричною частиною кулачків 5 відхилення роликів і ротором 2. Тому «-- внутрішні стінні ділянки корпусу 1 і концентрична ділянка кулачків 5 відхилення роликів повинні мати певну «со мінімальну ширину.

При переміщенні в їх висунене положення на внутрішній стінній поверхні корпусу 1 ролики 7 притискаються « до проміжку між внутрішньою стінною поверхнею і зовнішньою поверхнею 2а ротора 2. Щоб уникнути затиску роликів 7 між внутрішньою стінною поверхнею корпусу 1 і дальшими по ходу передніми сторонами 605 заглиблень б в роторі 2, переважно необхідно надати цим дальшим по ходу сторонам бо таку форму, щоб ролики 7 « знаходилися з ними в контакті, біля зовнішньої поверхні 2а ротора 2. Подібним же чином, щоб уникнути затиску роликів, 7 між висхідною ділянкою, кулачків 5 і ближніми по ходу хвостовими сторонами ба заглиблень 6 ротора т с 2, переважно необхідно надати згаданим хвостовим, ближнім по ходу сторонам ба таку форму, щоб ролики 7 на ч висхідній ділянці знаходилися в контакті з ближніми сторонами ба біля зовнішньої поверхні 2а ротора 2. Обидві » конфігурації подані на фіг.5. Крім того, діаметр роликів 7 повинен складати більше подвійної відстані між внутрішньою поверхнею корпусу 1 і зовнішньою поверхнею ротора 2.

У варіантах здійснення конструкції, показаних на фіг.б і 7, випускні вікна 11 розташовані в корпусі 1 і у - висхідній ділянці кулачків 5 відхилення роликів. Ці випускні вікна 11 з'єднують частини 86 камери з кільцевим б простором між корпусом 71 і зовнішньою оболонкою 15, прикріпленою до корпусу 1. За допомогою цього кільцевого простору буровий розчин повертається через впускні вікна 16 до простору всередині корпусу 1 і далі - через центральний канал 13 в роторі 2 до бурової коронки. о 50 Потрібно враховувати, що безперервний центральний канал 13 ротора 2 потрібен для бурових двигунів, якщо тільки кількість бурового розчину, необхідна для бурової коронки, більша кількості, необхідної для приведення сл двигуна в рух. Якщо це не так, центральний канал 13 може бути перекритий десь на половині довжини двигуна або можна обійтися без цього каналу. Потрібно мати на увазі, що двигуни можуть бути використані не тільки для буріння або відбору керна, але і для очищення і ремонту бурових свердловин, при цьому необов'язково, щоб робоче текуче середовище являло собою виключно буровий розчин; воно може являти собою інші текучі

Ге! середовища, наприклад, нафту або воду, або суміш газу/рідини, або газ, наприклад, повітря.

Описані вище двигуни з лопатями у вигляді роликів, призначені для бурових робіт, також можуть бути ко використані в якості виробничого двигуна для приведення в рух обертового насоса, щоб забезпечити подачу текучого середовища з підземного резервуара до поверхні землі. З ближньої по ходу сторони корпус 1 60 виробничого двигуна кріплять до труби для подачі робочого текучого середовища, яка зв'язана з поверхнею землі. З нижньої сторони корпус 1 і ротор 2 кріплять до корпусу і ротора обертового насоса. Робоче текуче середовище і текучі середовища, які добуваються з підземного резервуара, перемішуються і спільно нагнітаються до поверхні землі через кільцевий отвір зовні від труби для подачі робочого текучого середовища або через технологічну трубу, паралельну трубі для подачі робочого текучого середовища або концентричну з б5 нею. У варіантах здійснення конструкції, в яких робоче текуче середовище залишає виробничий двигун з внутрішньої сторони корпусу двигуна, повинні бути виконані засоби для підведення цього робочого текучого середовища назад до кільцевого простору 12 ззовні двигуна. У варіантах здійснення конструкції, в яких центральний канал 13 знаходиться в роторі 2, цей центральний канал 13 повинен бути перекритий, або можна обійтися без цього каналу.

Двигуни з лопатями у вигляді роликів, які описані вище, також можуть бути використані як насоси. З цією метою ротор 2 повинен бути прикріплений до забійного електродвигуна і повинен приводитися ним в рух в напрямі, протилежному напряму руху і описаного двигуна. У тому випадку, коли в роторі 2 є центральний канал 13, він повинен бути перекритий, або можна обійтися без цього каналу. Варіант насоса з осьовим впусканням текучого середовища і з осьовим випусканням текучого середовища показаний на фіг.8. Конструкція цього /о насоса подібна конструкції двигуна, показаного на фіг.1, за винятком того, що центральний канал 13 ротора 2 відсутній. Текуче середовище засмоктується з середовища корпусу 1 нижче насоса через випускні вікна 9 в нижній опорній частині 3, які потім стають впускними вікнами 9, і нагнітається роликами 7 через камери ва, 8 і впускні вікна 10 у верхній опорній частині 4, які потім стають випускними вікнами 10, до технологічної труби над насосом і далі до поверхні землі. Напрям обертання насоса показаний криволінійною стрілкою.

Інший варіант насоса з лопатями у вигляді роликів показаний на фіг.9. Конструкція цього насоса подібна конструкції двигуна, показаній на фіг.3, за винятком відсутнього центрального каналу 13 ротора 2. В цьому насосі випускні вікна 11 до кільцевого простору 12 зовні корпусу 1 стають впускними вікнами 11, а впускні вікна 10 у верхній опорній частині 4 стають випускними вікнами 10.

Ще один варіант насоса з лопатями у вигляді роликів показаний на фіг.10. Конструкція цього насоса подібна

Конструкції двигуна, показаній на фіг.4. У цьому насосі випускні вікна 9 нижньої опорної частини З корпусу 1 стають впускними вікнами 9, а впускні вікна 14 в роторі 2 стають випускними вікнами 14". Нижній кінець центрального каналу 13 ротора 2 в цьому варіанті конструкції повинен бути перекритий.

Насоси з лопатями у вигляді роликів також можуть бути приведені в дію виробничим двигуном з лопатями у вигляді роликів. У цьому випадку переважно використовувати насос з осьовим впусканням текучого середовища с ов їз випусканням текучого середовища в кільцевий простір 12 зовні від корпусу 1, як показано на фіг.11. У цьому варіанті конструкції текуче середовище засмоктується через впускні вікна 9 в нижній опорній частині З і) корпусу 1 і нагнітається роликами 7 через камери ба, 860 і випускні вікна 17 в корпусі 71 і у висхідній дільниці кулачка 5 до кільцевого простору 12 зовні корпусу 1.

Всі описані вище насоси можуть бути застосовані таким чином, що напрям їх обертання міняється на ю зо зворотний відносно напряму годинникової стрілки, а швидкість їх обертання можна регулювати до бажаної величини шляхом зміни швидкості електродвигуна або виробничого двигуна з лопатями у вигляді роликів. ікс,

Подібно тому, як описано для двигунів, форма висхідної і низхідної дільниць кулачків 5, форма заглиблень «- б і розмір роликів 7, взаємопов'язаний з відстанню між внутрішньою поверхнею корпусу 1 і зовнішньою поверхнею ротора 2, можуть бути оптимізовані для забезпечення плавного переміщення роликів 7. ісе)

Як і в двигунах, в описаних вище насосах кількість кулачків може становити більш двох, а кількість «Е роликів може бути більше або менше шести.

У насосах і двигунах, які описані стосовно фігур 1, 3, 4, 8, 9, 10 ї 11, впускні і/або випускні вікна 9, 9, 10, 10 виходять в камери 8а, 85 біля висхідної/низхідної дільниці відхиляючих кулачків 5 або поблизу цієї дільниці. При цьому має місце недолік, що полягає в тому, що верхня або нижня сторона роликів 7 « тимчасово блокує ці вікна протягом обертання ротора 2, внаслідок чого випуск/подача бурового розчину в с тимчасово припиняється. Цей недолік може бути усунений за допомогою розташування цих вікон частково або повністю позаду краю висхідної/низхідної дільниці кулачків 5 відхилення роликів. Для збереження безперервного ;» сполучення з камерами 8а, 86 висхідна/низхідна дільниця (її частина) повинна бути укорочена в подовжньому напрямі біля бічної сторони, що відноситься до неї. Цей варіант здійснення конструкції схематично показаний на фіг12А для впускного/випускного вікна 10, 10. Кожне сполучення може бути розширене за допомогою ї5» створення додаткового простору позаду внутрішнього краю концентричної частини кулачка 5 відхилення роликів.

Це схематично показано на фіг.128 для впускного/випускного вікна 9, 9".

Ме, Аналіз процесу обертання показує, що внаслідок гідравлічних явищ як в двигунах, так і в насосах з - лопатями у вигляді роликів, виконаних згідно з даним винаходом, можуть виникнути проблеми вібрації і затримки ротора. Коли ролики підіймаються по висхідній дільниці або збігають по низхідній дільниці, об'єм між цими

Ме. роликами і попередніми або подальшими роликами змінюється. Для запобігання дуже високому тиску між с послідовними роликами простір між цими роликами повинен бути безперервно сполучений з іншими заповненими текучим середовищем просторами в двигуні або насосі, коли ролик переміщається по висхідній або низхідній дільниці відхиляючого кулачка.

На фіг.13А представлений ролик 7, який спустився з низхідної дільниці відхиляючого кулачка 5 і якраз досяг внутрішньої поверхні корпусу 1. В цей момент об'єм частини ва камери між цим роликом і попереднім

Ф) роликом 7 з внутрішньої сторони корпусу 1 більш не меншає, так що сполучення з впускним вікном 10 на ка низхідній дільниці може бути обмежене пунктирною лінією А-А.

На фіг.13В8 представлений ролик 7 в кінці свого підйому по висхідній дільниці відхиляючого кулачка 5. бо Подальше обертання ротора 2 приведе до нахилу цього ролика 7 до концентричної дільниці відхиляючого кулачка 5. Коли це відбувається, об'єм між цим роликом 7 і попереднім роликом на концентричній дільниці відхиляючого кулачка 5 меншає на М. Оскільки сполучення між цим простором і випускним вікном 9 встановлено через невелику суміжну концентричну дільницю відхиляючого кулачка 5, цей об'єм може витікати до випускного вікна 9. Якщо це з'єднання обмежено висхідною дільницею відхиляючого кулачка 5, то ролик 7, який 65 розміщується на концентричній дільниці відхиляючого кулачка 5, буде притискатися до дальшої по ходу сторони бр заглиблення 6, після чого ротор 2 зупиняється внаслідок швидкого збільшення тиску між обома роликами.

При цьому укорочення висхідної/низхідної дільниці відхиляючого кулачка 5 для забезпечення з'єднання з впускними/випускними вікнами 10, 10, 11, 117 не повинне займати всю ширину висхідної/низхідної дільниці і повинно подовжуватися до найближчої концентричної дільниці цього відхиляючого кулачка 5, як показано на фіг.14А для впускного/випускного вікна 10,10".

У випадку впускних/випускних вікон 11, 11 17 в корпусі 1 розв'язання проблем високого/низького тиску між роликами полягає в розширенні цих впускних/випускних вікон 11, 11", 17 таким чином, щоб вони займали досить широку частину висхідної/низхідної дільниці відхиляючого кулачка 5 в доповнення до невеликої частини його найближчої концентричної дільниці. Як варіант, кожне вікно може бути розділене на два вікна, які 7/0 охоплюють обидві сторони такого широкого вікна. Це рішення схематично показане для впускного/випускного вікон 11, 11" на фіг.148.

Очевидно, що можливі інші рішення для усунення проблем, пов'язаних з дуже високим/низьким тиском в двигунах і насосах з лопатями у вигляді роликів. У випадку впускних/випускних вікон біля висхідної/низхідної дільниці відхиляючого кулачка 5 або поблизу цієї дільниці рішення полягає, наприклад, у виконанні однієї або більше канавок у висхідній/низхідній дільниці цих відхиляючих кулачків 5.

У двигунах і насосах з лопатями у вигляді роликів, що мають впускні/випускні вікна 14, 14" в роторі 2, вищезгадані засоби не повинні виконуватися. У таких двигунах і насосах проміжки між роликами 7 весь час зв'язані з іншими заповненими рідиною проміжками в насосі або двигуні за допомогою впускних/випускних вікон 14, 14.

Двигуни і насоси згідно з даним винаходом можуть бути використані для різних цілей і з різними текучими середовищами. Бурові двигуни придатні не тільки для буріння і взяття керна, але і для очищення або ремонту свердловини, при цьому в обсяг даного винаходу входять пристрої для буріння, взяття керна, очищення або ремонту, в яких використовують двигуни згідно з даним винаходом, а також входять способи приведення в дію пристроїв для буріння, взяття керна, очищення або ремонту, у випадку яких використовують двигуни згідно з с даним винаходом.

Виробничі двигуни і насоси придатні не тільки для використання на нафтових родовищах, але також можуть і) бути застосовані для видобутку питної води, гарячої води в геотермальних проектах, або для подачі стічних вод при гірських роботах, наприклад, при поверхневому видобутку бурого вугілля. Вони також можуть бути застосовані в установках для пожежегасіння і водяного охолоджування на прибережних платформах з ю зо використанням морської води. Отже, в обсяг винаходу входять установки як для видобутку нафти, так і води, в яких використовують двигуни і/або насоси згідно з даним винаходом, а також входять способи подачі води з ікс, підземного резервуара до поверхні землі або нагнітання води з резервуара з водою, що знаходиться на «- поверхні, з використанням двигуна і/або насоса згідно з даним винаходом. (Се)

Зо

Claims (20)

Формула винаходу М

1. Роторно-лопатевий пристрій з лопатями у вигляді роликів, що приводиться в дію текучим середовищем, що містить корпус з осьовими кінцями, розташованими з протилежних сторін, і уявною основною віссю між ними, « і ротор, що обертається навколо цієї основної осі в роторному просторі всередині корпусу, з кільцевим з с простором між ротором і внутрішньою стінкою корпусу, при цьому корпус оснащений виступаючими всередину кулачками відхилення роликів, які ділять кільцевий простір між ротором і внутрішньою стінкою корпусу на :з» камери, при цьому ротор оснащений канавками, розташованими по окружності ротора, які проходять фактично паралельно основній осі, причому кожна канавка містить циліндричний ролик, що має можливість переміщення з Висуненого положення, в якому ролик знаходиться в контакті з внутрішньою стінкою корпусу між кулачками їз відхилення роликів, у відведене положення, в якому ролик знаходиться в контакті з кулачком відхилення роликів, при цьому ролик ділить камери на частину високого тиску і на частину низького тиску, причому кожний (22) кулачок відхилення роликів має висхідну ділянку, що проходить всередину від внутрішньої стінки корпусу і - забезпечує проходження ролика з його висуненого положення у відведене положення, і низхідну ділянку, що Проходить в зовнішньому напрямку до внутрішньої стінки корпуса і забезпечує можливість проходження ролика (2) для його переміщення з відведеного положення у висунене положення, при цьому є впускні вікна і випускні вікна с для робочого текучого середовища або для текучого середовища, що нагнітається, сполучені з роторним простором, який відрізняється тим, що впускні і випускні вікна для текучого середовища виконані із забезпеченням можливості переміщення текучого середовища через камери безпосередньо у подовжньому напрямі.

2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що корпус на одному із осьових кінців має першу опорну частину (Ф; для ротора, в якій біля кожної низхідної ділянки кулачка відхилення роликів або поблизу неї виконані одне або ГІ декілька впускних вікон, і корпус на іншому його осьовому кінці має другу опорну частину для ротора, в якій біля кожної висхідної ділянки кулачка відхилення роликів або поблизу неї виконані одне або декілька випускних во вікон.

З. Пристрій за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що ротор має центральний канал, який відділений від роторного простору і проходить по довжині ротора для забезпечення проходження робочого текучого середовища між осьовими кінцями корпусу.

4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що ротор оснащено центральним каналом, сполученим з 65 Воторним простором за допомогою впускних вікон до заглиблень в роторі для подачі робочого текучого середовища до роторного простору.

5. Пристрій за п. 4, який відрізняється тим, що центральний канал перекритий.

6. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що корпус на одному з його осьових кінців має першу опорну частину для ротора, в якій біля кожної низхідної ділянки кулачка відхилення роликів або поблизу неї виконані одне або декілька впускних вікон, і корпус на його іншому осьовому кінці має другу опорну частину для ротора, при цьому корпус біля кожної висхідної ділянки кулачка відхилення роликів або поблизу неї оснащений одним або декількома впускними вікнами, що виходять до зовнішньої поверхні корпусу між його осьовими кінцями для випуску робочого текучого середовища із роторного простору, і ротор, оснащений центральним каналом, який відділений від роторного простору і проходить по довжині ротора для забезпечення проходження робочого 7/0 текучого середовища між осьовими кінцями корпусу.

7. Пристрій за п. 1, що призначений для приведення в дію бурової коронки, який відрізняється тим, що корпус на одному з своїх осьових кінців має першу опорну частину для ротора, ротор з боку першої опорної частини оснащений центральним впускним каналом, сполученим з роторним простором за допомогою впускних вікон до заглиблень в роторі для подачі робочого текучого середовища до роторного простору, корпус має другу /5 опорну частину для ротора, і корпус біля кожної висхідної ділянки кулачка відхилення роликів або поблизу неї оснащений одним або декількома впускними вікнами, сполученими з роторним простором і сполучним каналом із зовнішньої сторони другої опорної частини, при цьому сполучний канал з'єднаний з внутрішнім випускним каналом в частині ротора, яка служить для кріплення бурової коронки.

8. Пристрій за п. 7, який відрізняється тим, що впускний канал і випускний канал сполучені всередині ротора.

9. Пристрій за пп. 3, 4, 6 або 8, який відрізняється тим, що має регулятор для регулювання, з одного боку, кількості робочого текучого середовища, що протікає через канал в роторі, і, з іншого боку, кількості робочого текучого середовища, що протікає через роторний простір.

10. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що випускні вікна розташовані в заглибленнях ротора і сполучені з випускним каналом ротора. с

11. Роторно-лопатевий пристрій з лопатями у вигляді роликів, що приводиться в дію текучим середовищем, о що містить корпус з осьовими кінцями, розташованими з протилежних сторін, з уявною основною віссю між ними, і ротор, що обертається навколо цієї основної осі в роторному просторі всередині корпусу, з кільцевим простором між ротором і внутрішньою стінкою корпусу, при цьому корпус оснащений виступаючими всередину кулачками відхилення роликів, які ділять кільцевий простір між ротором і внутрішньою стінкою корпусу на ю зо камери, при цьому ротор оснащений заглибленнями, що розташовані по колу ротора і проходять фактично паралельно основній осі, причому кожне заглиблення містить циліндричний ролик, що має можливість ікс, переміщення з висуненого положення, в якому ролик знаходиться в контакті з внутрішньою стінкою корпусу між «- кулачками відхилення роликів, у відведене положення, в якому ролик знаходиться в контакті з кулачком відхилення роликів, при цьому ролик ділить камери на частину високого тиску і частину низького тиску, причому ісе) кожний кулачок відхилення роликів має висхідну ділянку, що проходить всередину від внутрішньої стінки корпусу «Е і забезпечує проходження ролика з його висуненого положення у відведене положення, і низхідну ділянку, що проходить в зовнішньому напрямі до внутрішньої стінки корпусу і забезпечує проходження ролика для переміщення з відведеного положення у висунене положення, при цьому є впускні вікна для робочого текучого середовища або текучого середовища, що нагнітається, сполучені з роторним простором, який відрізняється « ТИМ, що корпус на одному з його осьових кінців має першу опорну частину для ротора, в якій біля кожної з с низхідної ділянки кулачка відхилення роликів або поблизу неї виконані одне або декілька впускних вікон, корпус на його іншому осьовому кінці має другу опорну частину для ротора, і біля кожної висхідної ділянки з кулачка відхилення роликів або поблизу, неї виконані одне або декілька випускних вікон, що виходять до зовнішньої поверхні корпусу між його осьовими кінцями.

12. Пристрій за одним з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що біля низхідної ділянки кожного ї5» кулачка відхилення роликів виконаний перший прохід, який протягом переміщення ролика вниз по цій низхідній ділянці з відведеного положення у висунене положення утворює відкрите сполучення між частиною камери,

Ме. розташованою перед роликом, і частиною камери, розташованою позаду ролика. -

13. Пристрій за одним з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що біля висхідної ділянки кожного Кулачка відхилення роликів виконаний другий прохід, який протягом переміщення ролика вгору по цій висхідній

Ме. ділянці з висуненого положення у відведене положення утворює відкрите сполучення між частиною камери, с розташованою перед роликом, і частиною камери, розташованою позаду ролика.

14. Пристрій за п. 12 або 13, який відрізняється тим, що перший прохід утворений отвором, сполученим з роторним простором і з впускним вікном і обхоплюючим, щонайменше, частину ширини низхідної ділянки кулачка в Відхилення роликів в доповнення до суміжної частини концентричної ділянки кулачка відхилення роликів.

15. Пристрій за одним з пп. 12-14, який відрізняється тим, що другий прохід утворений отвором, сполученим з Ф) роторним простором і з випускним вікном і обхоплюючим, щонайменше, частину ширини висхідної ділянки ка кулачка відхилення роликів в доповнення до суміжної частини концентричної ділянки кулачка відхилення роликів.

16. Пристрій за п. 14 або 15, який відрізняється тим, що отвір, сполучений з впускними і/або випускними во вікнами, утворений шляхом укорочення висхідної або низхідної ділянки, що відноситься до кулачка відхилення роликів, в доповнення до укорочення суміжної частини концентричної ділянки кулачка відхилення роликів.

17. Пристрій за одним або більше пп. 14-16, який відрізняється тим, що впускні і/або випускні вікна виконані в опорних частинах для ротора і частково або повністю розташовані між краєм висхідної/низхідної ділянки кулачка відхилення роликів і внутрішньою стінкою корпусу. 65

18. Пристрій за п. 14 або 15, який відрізняється тим, що перший прохід або другий прохід складається з двох окремих вікон.

19. Насос для нагнітання текучого середовища, який містить роторно-лопатевий пристрій за одним з пунктів 11-18.

20. Комбінація двигуна, що містить роторно-лопатевий пристрій за п. 11, і насоса, що містить роторно-лопатевий пристрій за п.11, яка відрізняється тим, що насос з лопатями у вигляді роликів пристосований приводитись в дію за допомогою двигуна з лопатями у вигляді роликів, при цьому осьовий кінець двигуна і осьовий кінець насоса направлені один до одного і сполучені по лінії, двигун має впускні вікна для подачі робочого текучого середовища біля осьового кінця його корпусу, найбільш віддаленого від насоса і випускних вікон в корпусі, а насос має впускні вікна біля осьового кінця його корпусу, найбільш віддаленого 7/о Від двигуна і випускних вікон в корпусі. с щі 6) ІФ) (Се) «- (Се) «

- . и? щ» (о) - (о) сл іме) 60 б5