Aklaypart.ru

Авто Журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое шпиндель двигателя забойного

ШПИНДЕЛЬ ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК E21B4/02

Изобретение относится к области техники, с помощью которой строятся нефтяные и газовые скважины и, точнее, к техническим средствам — забойным двигателям, которые спускаются в стволы скважин на бурильных трубах и приводят во вращение долота, с помощью которых разрушаются и углубляются их забои.

Сложной и до сих пор нерешенной проблемой является создание надежной системы уплотнения вращающегося вала-ротора двигателя в корпусе его шпинделя. Уплотнение вала шпинделя должно безотказно работать на перепадах давлений, срабатываемых в соплах долот, то есть на перепадах в 70-100 атмосфер, отделяя заполненную буровым раствором полость высокого давления от полости низкого давления, располагающейся за корпусом шпинделя забойного двигателя. При этом частота вращения вала двигателя-турбобура на холостых оборотах может достигать значений в 1500-2000 об/мин. Следует также помнить о наличии в буровом растворе песка и шлама. При этом значительная утечка раствора через уплотнение приводит к соответствующему снижению в показателях работы долот из-за ухудшения условий очистки забоя скважины от выбуренной породы и, попадая в кольцевое пространство через картер осевого подшипника шпинделя, существенно ускоряет его износ. Поэтому подшипники качения устанавливаются в шпинделях забойных двигателей только в тех случаях, когда абсолютно необходимо обеспечить легкость их запуска и стабильность энергетической характеристики.

Аналогом нашего изобретения является шпиндель с резинометаллической многоступенчатой пятой, выполняющей помимо функции осевого подшипника скольжения функцию лабиринтного уплотнения вала шпинделя (см. стр. 79 «Забойные двигатели и запасные части», Москва, «Недра», 1980 г.). Однако, как показывают стендовые и промысловые испытания забойных двигателей, имеющих шпиндели подобной конструкции, песок и шлам из бурового раствора, попадающие через промывочные канавки в резиновой обкладке подпятников на сомкнутые под большой нагрузкой торцовые поверхности пяты, настолько искажают исходные энергетические характеристики двигателей, что недобор 30% от их номинальной мощности не является событием экстраординарным.

Ближайшим прототипом нашего изобретения является шпиндель, выполняемый согласно описанию, приведенному в патенте РФ 2072023, от 20.01.1997 г.

В этом «Устройстве. ..» (см. чертеж) приводится турбобур, состоящий из шпинделя и турбинной секции. При этом в корпусе шпинделя с помощью ниппеля и соединительного (с секцией) переводника неподвижно закреплены статорные обоймы осевого подшипника качения и статорные диски (кольца) многоступенчатого лабиринтного уплотнения вала шпинделя. На валу шпинделя с помощью конической гайки-полумуфты неподвижно закреплены роторные обоймы осевого подшипника и роторные диски (кольца) лабиринтного уплотнения.

Часть бурового раствора, байпасируемого через лабиринтное уплотнение вала шпинделя, попадает через пространство, в котором размещается осевой подшипник, и через щель между внутренней поверхностью ниппеля и валом в пространство за корпусом шпинделя.

Песок и мелкий шлам, проходя с потоком байпасируемого раствора между дисками, не могут заклинивать вал шпинделя. Уплотнение такого типа безотказно в работе, поэтому широко используется в шпинделях, поставляемых на экспорт, а также в шпинделях зарубежных конструкций винтовых двигателей и турбобуров.

Однако достаточно большая утечка бурового раствора, проходящего через картер осевого подшипника, вызывала быстрый абразивный износ обойм подшипника и его шаров, что в свою очередь требовало увеличения осевого зазора между статорными и роторными дисками уплотнения. Поэтому в ограниченных осевых габаритах таких шпинделей не удавалось снизить утечку раствора ниже отметки в 4-6 л/с и поднять безотказную работу шпинделя до уровня превышающего 80-100 ч (за это время в осевой опоре вырабатывался люфт в 6-8 мм, что грозило выходом из строя всех ступеней давления турбины турбобура).

Сущность нашего изобретения заключается в создании такой конструкции шпинделя, у которого с одной стороны утечка бурового раствора через уплотнение вала уменьшена до возможного минимума, а с другой стороны картер, в котором размещается осевой подшипник качения, защищается сверху системой многоступенчатых резинометаллических торцовых уплотнений, при этом для предотвращения термического метаморфизма и сгорания резиновых обкладок торцовых пар их резиновые элементы выполняются эксцентричными относительно главной продольной оси шпинделя, а над самой верхней парой торцового уплотнения устанавливается роторное лопастное колесо центробежного насоса, которое отбрасывает шлам и песок вместе с той частью расхода раствора, которая байпасируется через лабиринтное уплотнение вала, в отверстия на корпусе шпинделя. Многоступенчатое лабиринтное уплотнение имеет обрезиненные статорные диски, которые неподвижно закрепляются в корпусе шпинделя. Роторные диски уплотнения соответственно закрепляются на валу шпинделя. Благодаря такому исполнению дисков лабиринтного уплотнения вала они собираются с малыми значениями осевого зазора. При этом канавки, в которые попадает песок и шлам из байпасируемой через лабиринтное уплотнение весьма небольшой части расхода бурового раствора, располагаются на той части торцовых поверхностей статорных дисков, которая не имеет резинового покрытия. Лопастное колесо центробежного насоса и такое исполнение лабиринтного дискового уплотнения вала защищает уплотнения картера осевого подшипника от износа и тем самым существенно удлиняет его срок службы.

Наше изобретение позволяет увеличить безотказный срок работы шпинделя до уровня в 300 ч и более, при этом не искажая исходную энергетическую характеристику забойного двигателя.

Изобретение поясняется подробным описанием и пятью фигурами.

На фиг.1 изображена общая компоновка шпинделя забойного двигателя.

На фиг.2 изображено сечение шпинделя по отверстиям его корпуса и лопастному колесу центробежного насоса.

Читать еще:  Vortex tingo двигатель троит

На фиг. 3 изображен поперечный разрез резинометаллического уплотнителя картера осевого подшипника.

На фиг.4 изображен поперечный разрез статорного диска многоступенчатого лабиринтного уплотнения вала шпинделя.

На фиг. 5 изображен вид сверху статорного диска многоступенчатого лабиринтного уплотнения.

В корпусе 1 шпинделя с помощью ниппеля 2 и соединительного переводника 3 неподвижно зафиксированы: статорные элементы 4 радиальных опор шпинделя с привулканизированными к ним резиновыми обкладками 5; статорные обоймы 6 осевого подшипника качения; три-пять статорных ступеней торцовых резинометаллических уплотнителей 7 картера осевого подшипника; фонарь 8 с отверстиями 9, сообщающими внутреннюю полость фонаря 8 с полостью 10, расположенной вне его, но внутри корпуса 1 шпинделя; статорные диски 11 многоступенчатого лабиринтного уплотнения вала 12 шпинделя. При этом диски 11 облицованы резиновыми обкладками 13, приклеенными или привулканизированными к торцовым поверхностям дисков 11. В корпусе 1 имеются отверстия 14, которые гидравлически сообщают полость 10 с пространством за корпусом 1 шпинделя.

На валу 12 шпинделя с помощью гайки-полумуфты 15 неподвижно закреплены: роторные втулки 16 радиальных опор шпинделя; роторные обоймы 17 осевого подшипника; роторные диски 18 уплотнителей картера осевого подшипника; лопастное колесо 19 центробежного насоса, располагающееся во внутренней полости фонаря 8; роторные диски 20 многоступенчатого лабиринтного уплотнения. На внешней поверхности гайки-полумуфты 15 имеются отверстия 21, гидравлически сообщающие внутреннюю полость 22 вала 12 шпинделя с пространством, расположенным внутри соединительного переводника 3 и корпуса 1 шпинделя.

Статорная ступень торцевого резинометаллическоге уплотнителя 7 картера осевого подшипника выполняется таким образом, чтобы максимальное значение радиуса r2 удовлетворяло условию
r2 ≥ r1 + a,
а максимальное значение радиуса R2 соответственно
R2 ≥ R1 + a,
где а — радиальная ширина резинового уплотнительного элемента 23.

То есть резиновый уплотнительный элемент 23 располагается эксцентрично относительно наружного посадочного (в корпус) диаметра D и продольной оси вала 12 шпинделя. Это условие гарантирует термическую стабильность физико-механических свойств уплотнительного элемента 23.

Каждый статорный диск 11 многоступенчатого лабиринтного уплотнения вала 12 шпинделя выполняется облицованным со стороны своих торцовых поверхностей резиновыми обкладками 13, которые лучше всего привулканизировать к стальной поверхности, имеющей твердость не выше 240 единиц по Бринеллю.

Для того чтобы крупные кусочки шлама и породы, подваливающей со стенок в ствол скважины и попадающие в лабиринтное уплотнение вала 12 шпинделя (при спуске гидравлического забойного двигателя с долотом в ствол скважины) не могли бы заклинить и оторвать резиновые обкладки 13 от дисков 11, а следовательно, в процессе работы шпинделя под воздействием перепада давлений и «протащить» сорванные обкладки через ниже расположенные ступени лабиринтного уплотнения, попутно выводя их из строя (так называемый «эффект домино»), используется специальная схема их крепления на дисках 11.

Обкладки 13 вулканизируются «заподлицо» с металлом дисков 11, при этом на обеих торцовых поверхностях дисков имеются сквозные отверстия. На металлической торцовой поверхности дисков 11 выполняются канавки 24, имеющие прямоугольную форму сечения, препятствующую попаданию крупных частиц породы на торцовые поверхности лабиринтного уплотнения.

Работа шпинделя
На буровой к валу 12 шпинделя на резьбе крепится долото. Затем к соединительному переводнику 3 присоединяется либо рабочая секция героторного винтового двигателя, либо (последовательно) одна или несколько турбинных секций и затем тяжелые трубы, а далее «легкие» трубы бурильной колонны.

Шпиндель в составе общей компоновки бурильной колонны спускается в ствол скважины. При спуске через сопла долота полость 22 вала 12 шпинделя, отверстия 21 гайки-полумуфты 15 и отверстия 14 в корпусе 1 шпинделя через полость 10 и отверстия 9 в фонаре 8 и канавки 24 на дисках 11 многоступенчатого лабиринтного уплотнения «грязный» глинистый раствор поступает через рабочие секции двигателя в бурильную колонну, заполняя ее. Когда долото подведено почти вплотную к забою скважины, включаются буровые насосы, рабочие секции двигателя (турбобура) начинают вращать вал 12 шпинделя с закрепленным на его нижнем конце долотом.

При этом «грязный» буровой раствор, заполнивший при спуске бурильную колонну, начинает через отверстия 21 в гайке-полумуфте 15, через полость 22 вала 12 шпинделя и далее через сопла долота продавливаться в ствол скважины. Одновременно, под действием перепада давлений в соплах долота, небольшая часть расхода бурового раствора начинает продавливаться через канавки 24 дисков 11, отверстия 9 фонаря 8, через полость 10 и отверстия 14 в корпусе 1 шпинделя в пространство за корпусом (в кольцевое пространство скважины).

При этом вращающееся лопастное колесо 19 центробежного насоса отбрасывает песок и шлам через отверстия 9 в фонаре 8 в полость 10 и далее через отверстия 14 в корпусе 1 в пространство за корпусом 1, обеспечивая тем самым чистоту роторных дисков 18.

Эксцентричные уплотнители 23 трех-пяти ступеней торцовых уплотнителей 7 картера осевого подшипника шпинделя «обтирают» влажную поверхность вращающихся роторных дисков 18 от мелкого песка, не допуская его попадания в картер осевого подшипника, одновременно охлаждаясь.

Осевой подшипник, работая на чистом бентонитовом геле, «набирает» осевой люфт чрезвычайно медленно, что и обеспечивает большой безотказный срок службы шпинделя на забое бурящейся скважины.

Информация о шпинделе

В этом разделе сделана попытка объяснить, что такое шпиндель в задвижке. Так именуется элемент резьбовой пары (состав, гайка/шпиндель).

Рис. 3 Производство шпинделей

Придав любому из данных элементов вращательное движение, добиваются вертикального двухстороннего перемещения затвора. Пара обеспечивает осуществление управления движением затвора, позволяя перемещать его перпендикулярно к плоскости движения среды по трубопроводу, с использованием электропривода либо путём вращения вентиля (вручную).

Читать еще:  Двигатель азлк нет давления масла

Гидравлический или пневматический привод позволяет перемещать шток запорного элемента только горизонтально.

Одна сторона шпинделя соединяется с затвором, находящимся в корпусе, вторая выходит за пределы корпуса через отверстие в крышке, закрытое сальником, и используется для соединения с используемыми элементами управления.

Принцип работы

Работа практически всех станков основана на использовании режущих инструментов. Классическая конструкция шпинделя позволяет проводить надежное крепление инструмента в скоростном или силовом режиме.

Рассматривая особенности шпинделя станка скоростного типа следует уделить внимание тому, что его предназначение заключается в срезании небольшого слоя металла с поверхности заготовки.

Ключевыми особенностями подобного процесса можно назвать следующее:

  1. Есть возможность существенно повысить показатель производительности, для чего выбирается большая скорость резания. Стоит учитывать, что практически во всех случаях проводится составление технологической карты, в которой и указываются основные параметры: подача, скорость резания и некоторые другие.
  2. Подобный вариант исполнения шпинделя получил широкое распространение в случае финишного точения или фрезерования на станке. Именно поэтому требуется устройство повышенной мощности.
  3. В большинстве случаев для передачи вращения устанавливается асинхронный двигатель повышенной мощности. Изменить частоту вращения можно за счет зубчатой или ременной передачи.
  4. Некоторые конструкции напрямую соединены с валом устанавливаемого электрического двигателя, все промежуточные элементы отсутствуют. В подобном случае слишком большое усилие может стать причиной перегрузки мотора. Однако, отсутствие промежуточного элемента позволяет существенно уменьшить размер инструмента. Поэтому в электрических инструментах установленный двигатель напрямую связан со шпинделем.

Рассматривая принцип работы следует уделить внимание тому, что силовые и скоростные конструкции также имеют различный принцип работы. Силовые установки характеризуются следующими особенностями:

  1. Устанавливаются специальные переходные втулки конической формы, которые выступают в качестве переходника. Они изготавливаются самыми различными производителями, существенно повышают степень крепления устройства. Втулки подбираются в зависимости от особенностей хвостовика инструмента.
  2. При установке инструмента хвостовик фиксируется непосредственно во втулке, после чего в отверстии шпинделя. За счет этого обеспечивается равномерное распределение возникающей нагрузки.

Сегодня вал шпинделя токарного станка не соединяется напрямую с мотором. Это связано с тем, что возникающая переменная нагрузка может привести к повреждению электрического двигателя. Чаще всего устанавливается клиноременная передача или комплект шестерен. За счет этого обеспечиваются наиболее безопасные условия эксплуатации.

Шпиндель забойного двигателя ОУ-195

РубрикаГеология, гидрология и геодезия
Видкурсовая работа
Языкрусский
Дата добавления22.09.2014
Размер файла180,5 K

Соглашение об использовании материалов сайта

Просим использовать работы, опубликованные на сайте, исключительно в личных целях. Публикация материалов на других сайтах запрещена.
Данная работа (и все другие) доступна для скачивания совершенно бесплатно. Мысленно можете поблагодарить ее автора и коллектив сайта.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

Литолого-стратиграфическая характеристика Нарыкско-Осташкинской площади. Выбор конструкции скважины, способа бурения, типа забойного двигателя. Выбор бурильной колонны и ее технологическая оснастка. Проектирование гидравлической программы промывки.

дипломная работа [1,5 M], добавлен 02.02.2015

Статистическая совокупность наблюдений по среднесуточной добыче угля, представление данных в виде дискретного и интервального вариационного ряда. основные виды оборудования для бурения скважин, технические характеристики, назначение и принцип работы.

контрольная работа [24,7 K], добавлен 17.02.2009

Техническая характеристика буровой установки УРАЛМАШ 5000/320 ДГУ-1. Конструкция буровой вышки, скважины, колонны. Рассмотрение основ автоматизированной системы спускоподъемных операций. Описание забойного двигателя, системы верхнего привода, долота.

отчет по практике [3,5 M], добавлен 26.06.2015

Краткая геолого-промысловая характеристика Оренбургского НГКМ. Газогидродинамические исследования газоконденсатных скважин. Методы определения забойного давления в горизонтальных скважинах различных конструкций. Оценка эффективности бурения скважин.

дипломная работа [2,1 M], добавлен 13.10.2013

Метод ударно-канатного бурения скважин. Мощность привода ротора. Использование всех типов буровых растворов и продувки воздухом при роторном бурении. Особенности турбинного бурения и бурения электробуром. Бурение скважин с забойными двигателями.

курсовая работа [1,5 M], добавлен 10.10.2011

Технические средства и технологии бурения скважин. Колонковое бурение: схема, инструмент, конструкция колонковых скважин, буровые установки. Промывка и продувка буровых скважин, типы промывочной жидкости, условия применения, методы измерения свойств.

курсовая работа [163,3 K], добавлен 24.06.2011

Геолого-технический наряд на бурение скважины. Схема промывки скважины при бурении. Коллекторские свойства продуктивных пластов. Технологический режим работы фонтанных и газлифтных скважин. Технические средства для оперативного учета добываемой продукции.

отчет по практике [1,2 M], добавлен 03.12.2014

МПК / Метки

Зажимное приспособление к станку с вертикальным шпинделем для расточки осевых подшипников паровозов

Номер патента: 51293

. что придает ей большую устойчивость. Посреди их при помощи винта 3 (фиг. 3) с квадратной нарезкой , движется по вертикальному (к столу)пазу кулачок 4. 11 од верхней граньюстойки, поперек нее и по горизонталик столу, проходят два болта 5. Обе стой ки скрепляются планкой 6 (фиг. 1) припомощи двух винтов 7, входящих в стойки, что придает стойкам более устоцчивое положение. В планке 6 на одинаковом расстоянии от ее центра проходят два винта 8 и 9. Верхняя грань 10 стойки имеет чисто обработанную поверхность, горизонтальную к столу станка. При помощи данного приспособления можно растачивать осевые подшипники при условии, что наличники уже отфрезерованы.11 одшиппик ложится верхним наличником на верхнюю грань стойки 10 (фиг. 2) и так как грань.

Читать еще:  Что такое удары дизельного двигателя

Осевой подшипник для подвижного состава железных дорог

Номер патента: 27916

. подшипника приходится делать путем применения наиболее простых средств, что приводит к дальнейшему увеличению веса осевого подшип ника с верхней смазкой по сравнениюс обычной конструкцией со смазкой фи тилем и подушкой.В предлагаемом осевом подшипнике,состоящем из двух соприкасающихся погоризонтальной средней плоскости, прохо дящей через ось, частей, соединенныхмежду собою посредством фланца, с при менением верхней и нижней смазки, атакже нижней пружинной подвески, верх няя часть подшипника снабжена отростками, охватывающими нижнюю часть таким образом, что, во-первых, нагрузкавоспринимается нижними концами отростков и передается на верхнюю часть подшипника, а во-вторых, отростки идут та ким образом, что уплотнительная частьидет по всей.

Осевой подшипник

Номер патента: 53204

. желобков, вкладыш должен быть по сторонам значительно оттянут вниз и требует поэтому применения довольно большого количества материала, что является невыгодным, так как обычно вкладыш изготовляется из высокосортного и дорого стоящего материала,Предлагаемое изобретение, относящееся к осевым подшипникам с дву мя вкладышами, имеет в виду устранить эти недостатки. Изобретение исходит из того положения, что капельное смазывание шейки оси с кромки, находящейся вне трущейсяоргана увеличивается, следовательно,на величину, соответствующую наклону разделяющей поверхности и смещению, так что на эту величину может быть произведена перестановка вкладыша. Клинья 1 б и 17 имеют выемки 19, 20 и 21 и соответственно 22, 23, 24, лежащие поперек к.

Польстер для моторно осевых подшипников тяговых электродвигателей локомотивов

Номер патента: 220298

. лен фитиль 6. П пу окна 7 корп изводится посре 5 в направляюн. торый пе ром ещ направляющих. ени тхг ст из рышка 2подшчи- равляюстанов. пуса 1, к осевого ван в наВ хомуте оит из кор я к корпус се смонтиронпырями,П ольстер сос которого крепитс ника 3. На корпт щих 4 хомут 5 соИзвестны конструкции польстеров для моторно-осевых подшипников тяговых электродвигателей локомотивов, состоящие из корпуса, на котором установлена каретка с закрепленным на ней фитилем, и ленточной пружины.Предлагаемый польстер отличается от известных тем, что хомут снабжен штырями, перемещающимися в направляющих, а перемещение хомута ограничивается упорами, установленными на концах штырей.Такое выполнение польстера повышает надежность его работы, а такгке создает.

Устройство для регенерации подбивочного материала моторно осевых подшипников локомотивов

Номер патента: 863442

. агрегата 15 имеется дугообразная прорезь для прохода стержней 12 с навешенным на них материалом. На сушильном агрегате 15 установлен вибратор 18 для вытряхивания материала. Отжимные валки 14 покрыты эластичным материалом и подпружинены. Сушильный агрегат 15 и корпус 1 имеют приточно-вытяжную вентиляцию. Вал 10 снабжен приводом, расположенным за пределами корпуса 1, обеспечивающим движение стержней 12 из ванны 4 в ванну 6 через отжимные валки 14 и сушильный агрегат 15. Устройство оборудовано электрической схемой управления (не показана) и может работать в автоматическом режиме.Устройство работает следующим образом.Начальное положение — стержни 12 расположены над ванной 4. Через люк 2 на стержни 12 навешивают подвергаемый.

Выбор вида охлаждения

Охлаждать зону вращения требуется, чтобы увеличить срок эксплуатации. Есть два типа.

Водяное (жидкостное)

  • Они очень тихие – жидкость поступает почти бесшумно. Но при этом есть еще один громкий звук от движения крыльчатки.
  • Наличие контура, которые включает систему трубок, емкость, помпу. Нужно постоянно контролировать подачу влаги и ее температуру.
  • Может работать на низких оборотах.

Воздушное

  • Сильный и не самый приятный звук.
  • Может происходить разлет стружек под воздействием струи воздуха.
  • Необходимо с одинаковыми промежутками заниматься прочисткой рубашки, где забиваются частички металла.
  • Требуется очень тщательно следить за температурой, идеально – установить датчик с сигналом, потому что весь аппарат очень чувствителен к перегреву.

В результате рекомендуем применять воздушный вариант при работе с мягкими материалами, но когда заготовка из прочного металла, лучше применять жидкостное охлаждение.

Организация производства шпинделей

Работы начинаются с выбора сырья для заготовок. В первую очередь, на это влияет, какая именно рабочая среда будет перемещаться по данному трубопроводу. Именно из этого исходят, формулируя требования к нужному материалу. Пример. Для магистралей транспортировки перегретого пара (горячей воды) необходим материал, обладающий такими характеристиками, как:

  • износостойкость;
  • усталостная прочность;
  • жаропрочность;
  • стойкость к воздействию коррозии;

Этим требованиям оптимально соответствует перлитная сталь (например, 25Х2М1, 38Х2МЮА). При этом поверхности не подвергаются дополнительной обработке. Данный материал имеет невысокие показатели износостойкости и коррозионной стойкости. Это негативно влияет на надёжность изделия и сроки его эксплуатации.

В значительной степени, данный недостаток компенсируется наплавкой с применением электродов марок ЦН-6 (вариант, ЦН-12). Однако формируемая, подобным образом, поверхность, также реагирует на электрохимическую коррозию при влажной среде.

Вариант решения данного вопроса, применение высокохромистых марок стали или выполнение химического никелирования. Стойкость к коррозии растёт, но износостойкость снижается.

Повышения последнего показателя можно достигнуть упрочнением корпуса посредством газовой наплавки специальных материалов.

Рис. 4 Варианты соединения

Оптимальный, но достаточно дорогой выбор, титановые сплавы. Но они имеют температурные ограничения для рабочих поверхностей (≤ 550°С).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector