Исследование и разработка новых конструкций рабочих органов винтовых забойных двигателей для повышения их энергетических и эксплуатационных характеристик

• Автор: Фуфачев, Олег Игоревич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Раздел 1. Современный уровень развития зарубежных и отечественных

производителей винтовых забойных двигателей

Раздел 2. Теоретические основы и методы решения поставленных задач

Раздел 3. Определение физико-механических свойств резиновой смеси

Раздел 4. Сравнительные прочностные и тепловые расчеты секций рабочих органов ВЗД со статорами стандартной и новой
конструкции

4.1. Прочностной расчет по определению степени увеличения

жесткости винтового зуба статора

4.1.1. Учет внутреннего перепада давления жидкости
4.1.2. Учет действия крутящего момента ротора
4.2 Сравнительный прочностной расчет напряженно-деформированного состояния стандартного статора и нового статора
4.2.1. Одношаговый статор винтового забойного двигателя
диаметром 95 мм
4.2.2. Одношаговый статор винтового забойного двигателя
диаметром 195 мм
4.2.3. Многошаговые конструкции статоров винтового забойного двигателя
4.3 Тепловой анализ статоров стандартной и новой конструкции
4.4 Критерии выбора оптимальных конструкций новых статоров
Раздел 5. Стендовые и промысловые исследования энергетических
характеристик винтовых забойных двигателей со статором новой
конструкции
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования.
В нашей стране сегодня наибольшее распространение получил винтовой забойный двигатель (ВЗД) с многозаходными рабочими органами, и с каждым годом его доля в общей проходке увеличивается. Это отечественное изобретение причислено зарубежными специалистами к выдающимся достижениям буровой техники XX века. Преимущества и потенциальные возможности этого прогрессивного забойного двигателя дали возможность совершить качественный скачок в технологии бурения таких сложных по профилю скважин как наклонно направленных и горизонтальных, а при капитальном ремонте скважин занять лидирующее положение. Конструкция двигателя объемного типа с многозаходными рабочими органами была предложена и запатентована в 1966 году специалистами ВНИИБТ М.Т. Гусманом, С.С. Никомаровым, Н.Д. Деркачом, Ю.В. Захаровым и
В.Н. Менынениным. На сегодняшний день разработано более 40 типоразмеров ВЗД наружным диаметром от 42 до 240 мм.
Большой творческий вклад в разработку двигателей, отработку технологии их производства, совершенствование и создание технологии бурения скважин с применением ВЗД внесли П.И. Астафьев, Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко, Н.П. Безлепкин, Т.Н. Бикчурин, М.Г. Бобров, Ю.В. Вадецкий,
A.B. Власов, А.Н. Гноевых, Ю.А. Коротаев, А.М. Кочнев, Н.Ф. Мутовкин,
B.А. Каплун, И.К. Князев, В.И. Крылов, Ю.М. Сарапулов, A.B. Цепков, Г. А. Щелконогов и ряд других авторов.
ВЗД относится к гидравлическим машинам объемного типа, преобразующим давление жидкости в крутящий момент на выходном валу. Несмотря на некоторые конструктивные отличия отдельных узлов, все двигатели для бурения вертикальных и наклонно-направленных скважин имеют принципиально одинаковую компоновку. Общий вид двигателя представлен на рис. 1:

1 - статор; 2 - ротор; 3 - гибкий вал (торсион); 4 - переводник; 5 -многорядная упорная шаровая опора; б- радиальный подшипник; 7 - вал шпинделя; 8 -корпус шпинделя; 9 - полумуфта вала; 10 — переливной клапан.
Двигатель состоит из следующих основных узлов: двигательной секции, шпинделя, переливного и(или) обратного клапана. Двигательная секция представляет собой винтовой героторный механизм и состоит из статора Г с внутренними винтовыми зубьями и ротора 2 с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев статора, в результате чего ось ротора смещена'относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зуба. В двигательную секцию входят переводник 4 и узел соединения 3 планетарного ротора 2 и выходного вала шпинделя 7. Узел соединения может быть выполнен в виде двухшарнирного соединения или гибкого вала и служит как для преобразования планетарного движения ротора в коаксиальное вращение вала, так и для передачи вращающего момента от ротора 2 на вал шпинделя 7. Шпиндель включает корпус 8, выходной вал 7, установленный в корпусе в радиальных подшипниках 6 и многорядной осевой опоре 5 [1].
Рабочие поверхности ротора и статора входят друг с другом во внутреннее зубчатое косозубое зацепление. Статор стандартной конструкции представляет собой металлический остов с цилиндрической расточкой и

Граничные условия для рассматриваемой задачи, в которой учитывается действие крутящего момента ротора, запишутся в виде:
Таким образом, центр ротора неподвижен относительно центра статора. Однако, ротор имеет одну степень свободы - вращение относительно собственной оси.
Существует два метода для удовлетворения совместности контакта: штрафной и его комбинация с методом множителей Лагранжа [36]. В штрафном методе усилия вычисляются через значения контактной жесткости (штрафной параметр)
где g - величина взаимного перекрытия двух контактирующих поверхностей (проникновение).
В комбинации штрафного метода с методом множителей Лагранжа, компоненты усилия вычисляются для каждого элемента на каждой итерации:
(2.6)

(2.7)
(2.8)
(2.9)
/;' =шіп(о ,к^+лм)
(2.10)
где Я,+У = Лагранжево усилие на і+1 итерации,
А+^«я gze
А |я| < є ’
(2.11)
є - допустимое проникновение; а - внутренний параметр (а<1).