Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Эксплуатационные характеристики забойных двигателей

Винтовой забойный двигатель в нефтяной промышленности

Для добычи нефти и/или газа либо для проведения капитального ремонта скважин используют винтовой забойный двигатель (ВЗД), обладающий необходимым крутящим моментом и способный осуществлять бурение в различных направлениях в зависимости от типа используемой конструкции. Такой выбор обусловлен необходимостью разрушения горных пород с высокой эффективностью и достаточной скоростью. Использование в конструкции эластичных, но прочных зубьев статора позволяют достичь высокой жёсткости на изгиб, а также существенно сократить утечки жидкости при её прокачке.

Назначение двигателей с взрывозащитой

В нефтехимической и газовой промышленности такие электромоторы используют для вентиляторных приводов, дымососов, насосов для перекачки и дозировки жидкостей, раздачи топлива, приводов автозадвижек топливопроводной арматуры, конвейерного и компрессорного оборудования.

В горнорудной промышленности такие электромоторы устанавливаются на приводах забойных и подъемно-транспортных машин, местных и главных вентиляторов, насосного и углесосного оборудования, скребковых конвейеров.

Гидравлический забойный двигатель

Основные конструктивные особенности

Гидравлический забойный двигатель с параллельной подачей рабочей жидкости в рабочие камеры, содержит масляный компенсатор, статорное и роторное устройства. Внутри корпуса статорного устройства выполнены цилиндрические полости, в которых размещены профилированные рабочие диски роторного устройства овальной формы и поворотные лопасти, контактирующие с ними и образующие вместе с ними внутри полостей статорного устройства рабочие камеры переменного объёма, снабжённые впускными и выпускными окнами. Рабочие диски роторного устройства в соседних полостях попарно развёрнуты на 90º относительно друг друга и их большие диаметры равны внутренним диаметрам цилиндрических полостей статорного устройства. Поворотные лопасти в нём выполнены свободновращающимися и установлены с возможностью перекрытия впускных окон рабочих камер, впускные окна соединены с напорными, а выпускные – со сливными каналами. Двигатель снабжен центральным валом, установленным в радиальноосевых опорах, на который насажены рабочие диски роторного устройства и на котором закреплён масляный компенсатор.

Забойный двигатель может быть оснащён гидровибратором с устройством для подачи в него рабочей жидкости. При этом гидровибратор может состоять из подвижного подпружиненного поршня, размещённого в цилиндрической полости внутри центрального вала двигателя, перепускных каналов и перепускного устройства, выполненного в виде цилиндрического стакана с окнами в боковых стенках, жестко скрепленного с корпусом статорного устройства. Устройство для подачи в него рабочей жидкости может быть выполнено в виде продольного канала в центральном валу двигателя, рабочие диски роторного устройства могут быть насажены на центральный вал по подвижной посадке, а его радиальные опоры снабжены амортизирующими прокладками.

Кроме того, в местах слива рабочей жидкости из двигателя во внешнюю среду могут быть размещены запорные устройства, выполненные в виде подвижных подпружиненных поршней, установленных с возможностью перекрытия сливных окон.

Корпус статора может быть выполнен разборным, состоящим из набора одинаковых поперечных перегородок и статорных элементов с пазами для установки заслонок, впускными и выпускными окнами, объединяемых в единую конструкцию с помощью продольных стяжек.

Выполнение внутри корпуса статора соосных цилиндрических полостей, установка в них закреплённых на валу ротора профилированных рабочих дисков эллипсовидной формы, большие диаметры которых равны диаметрам внутренних полостей статора, и заслонок, контактирующих с профилированными поверхностями рабочих дисков ротора и образующих вместе с ними в полостях статора рабочие камеры переменного объёма, позволяет обеспечить образование на валу ротора крутящего момента за счет разницы сил, создаваемых в рабочих камерах давлением рабочей жидкости на профилированные поверхности дисков ротора, величина которого пропорциональна перепаду давления в них и от расхода рабочей жидкости не зависит. Выполнение заслонок поворотными и их установка в пазах корпуса статора с возможностью перекрытия впускных окон обеспечивает их постоянное поджатие к профилированным поверхностям рабочих дисков ротора и, соответственно, герметизацию рабочих камер под действием разницы давления в камерах и не требует для этого каких либо устройств, а снабжение впускных окон рабочих камер общими каналами для подвода рабочей жидкости – её параллельную подачу под одинаковым давлением во все рабочие камеры и его независимость от их количества. Частота вращения вала ротора при этом зависит от расхода рабочей жидкости и, вследствие её параллельной подачи в рабочие камеры, изменяется обратно пропорционально их количеству. Всё сказанное, в целом, позволяет создать в предлагаемом забойном двигателе практически любое соотношение между крутящим моментом и частотой вращения вала ротора за счёт соответствующего выбора перепада давления, расхода подаваемой в двигатель рабочей жидкости и количества рабочих камер, получить необходимый крутящий момент при относительно небольшом перепаде давления, небольшом количестве рабочих камер и, соответственно, небольшой длине двигателя.

Попарный разворот дисков ротора в соседних полостях статора на 90º даёт возможность обеспечить запуск двигателя путем подачи в него рабочей жидкости под самым малым давлением и при любом положении ротора, практически постоянное значение суммарного крутящего момента на валу ротора, изменение суммарных объёмов рабочих камер в соседних полостях статора с общими впускными каналами при вращении ротора по практически линейному закону и, соответственно, равномерную подачу в них рабочей жидкости.

Выполнение поворотных лопастей свободновращающимися и снабжение двигателя центральным валом, установленным в радиально-осевых опорах, на который насажены рабочие диски роторного устройства и на котором закреплен масляный компенсатор, позволяет существенно упростить конструкцию двигателя, уменьшить номенклатуру деталей, требующихся для его изготовления, снизить требования к точности их изготовления.

Читать еще:  Электрическая схема пускового двигателя

Оснащение забойного двигателя гидровибратором позволит повысить эффективность бурения за счёт более интенсивного разрушения породы, а размещение в местах слива рабочей жидкости во внешнюю среду запорных устройств – исключить попадание во внутренние полости двигателя при остановках его работы забортной жидкости, содержащей большое количество твёрдых абразивных частиц, вызывающих интенсивное разрушение деталей двигателя, и повысить за счёт этого долговечность его работы.

Выполнение корпуса статора разборным, состоящим из набора одинаковых поперечных перегородок и статорных элементов с пазами для установки заслонок, впускными и выпускными окнами, объединяемых в единую конструкцию с помощью продольных стяжек, позволяет существенно упростить технологию его изготовления.

Забойный двигатель может быть также выполнен в двухвальном варианте, в котором роторное устройство снабжено двумя центральными валами, внешний из которых выполнен полым и одет на внутренний вал, его рабочие диски разделены на две группы, диски одной из которых насажены на внешний, а другой на внутренний центральный вал и установлены с возможностью их вращения в противоположные стороны. При этом двигатель может быть оснащен откачивающим устройством, выполненным в виде рабочего колеса с винтовыми лопастями, установленного в его нижней части и жестко связанного с внешним центральным валом роторного устройства.

Снабжение роторного устройства двумя центральными валами, разделение рабочих дисков роторного устройства на две группы, диски одной из которых насажены на внешний, а другой на его внутренний вал и их установка с возможностью вращения валов в противоположные стороны, оснащение забойного двигателя откачивающим устройством, выполненным в виде рабочего колеса с винтовыми лопастями, установленного в нижней части двигателя и жестко связанного с внешним центральным валом роторного устройства, позволяет существенно уменьшить скручивающий момент, действующий на бурильную колонну во время его работы, обеспечить эффективное удаление бурового раствора из забоя.

Устройство и принцип работы

Устройство предлагаемого забойного двигателя в одновальном варианте показано на Рисунке 1, а в двухвальном варианте – на Рисунке 2.

Гидравлический забойный двигатель содержит масляный компенсатор 1 , статорное и роторное устройства.

Внутри корпуса статорного устройства выполнены цилиндрические полости 2 , в которых размещены профилированные рабочие диски 3 роторного устройства овальной формы, насаженные на центральный вал 4 , и поворотные лопасти 5 , контактирующие с профилированными поверхностями рабочих дисков 3 роторного устройства и образующие вместе с ними внутри полостей 2 статорного устройства рабочие камеры переменного объёма 6 и 7 , снабжённые впускными 8 и выпускными 9 окнами.

Рисунок 1. Одновальный гидравлический забойный двигатель

Рабочие диски 3 роторного устройства насажены на центральный вал 4 по подвижной посадке, в соседних полостях попарно развёрнуты на 90º относительно друг друга, а их большие диаметры равны диаметрам внутренних цилиндрических полостей 2 статорного устройства.

Поворотные лопасти 5 выполнены свободновращающимися и установлены с возможностью перекрытия впускных окон 8 рабочих камер 6 .

Впускные окна 8 соединены с напорными каналами 10 , а выпускные окна 9 – со сливными каналами 11 .

Центральный вал 4 двигателя установлен в радиальноосевых опорах 12 , 13 с амортизирующими прокладками 14 , 15 .

Двигатель оснащён гидровибратором и устройством для подачи в него рабочей жидкости.

Гидровибратор состоит из подвижного подпружиненного поршня 16 , размещённого в цилиндрической полости внутри центрального вала 4 двигателя, перепускных каналов 17 , 18 и перепускного устройства, выполненного в виде цилиндрического стакана 19 с окнами 20 в боковых стенках, жестко скрепленного с корпусом статорного устройства, а устройство для подачи в него рабочей жидкости выполнено в виде продольного канала 21 в центральном валу 4 двигателя.

В местах слива рабочей жидкости из двигателя во внешнюю среду размещены запорные устройства, выполненные в виде подвижных подпружиненных поршней 22 , установленных с возможностью перекрытия сливных окон 23 .

Рисунок 2. Двухвальный гидравлический забойный двигатель

Масляный компенсатор 1 закреплен на центральном валу 4 двигателя, на внешней поверхности которого выполнены продольные канавки 24 , соединенные с внутренней полостью масляного компенсатора 1 .

В двухвальном варианте роторное устройство снабжено двумя центральными валами, внешний 25 из которых выполнен полым и одет на внутренний вал 4 . Рабочие диски роторного устройства разделены на две группы. При этом диски одной из них насажены на внешний вал 25 , а другой – на внутренний вал 4 роторного устройства и установлены с возможностью их вращения в противоположные стороны.

Внешний центральный вал 25 роторного устройства установлен в радиальноосевых опорах 26 , 27 .

Забойный двигатель в этом варианте может быть оснащен откачивающим устройством, выполненным в виде рабочего колеса 28 с винтовыми лопастями 29 , установленного в его нижней части и жестко связанного с внешним центральным валом 25 роторного устройства.

Сверху двигатель крепится к бурильной колонне, а снизу – к шпинделю либо непосредственно к бурильному инструменту.

Забойный двигатель работает следующим образом.

В исходном положении поршень 16 гидровибратора перекрывает перепускные каналы 18 , а поршни 22 запорных устройств – сливные окна 23 , препятствуя попаданию жидкости из внешней среды во внутренние полости двигателя.

Читать еще:  Что такое хонингование цилиндров двигателя

При подаче рабочей жидкости в двигатель через бурильную колонну и далее через напорные каналы 10 и впускные окна 8 лопасти 5 под действием её напора поворачиваются до соприкосновения с профилированными поверхностями рабочих дисков 3 роторного устройства и образуют во внутренних полостях 2 статорного устройства изолированные рабочие камеры 6 и 7 . При дальнейшей подаче рабочей жидкости между камерами 6 и 7 возникает перепад давления, под действием которого рабочие диски 3 роторного устройства поворачиваются вокруг своих осей, приводя во вращение центральный вал 4 двигателя. При его вращении рабочая жидкость из рабочих камер 7 вытесняется и через выпускные окна 9 и сливные каналы 11 поступает к подпружиненным поршням 22 запорных устройств. Под действием её напора поршни 22 перемещаются и открывают сливные окна 23 , через которые рабочая жидкость вытекает во внешнюю среду. При дальнейшей непрерывной подаче рабочей жидкости через бурильную колонну осуществляется непрерывное вращение центрального вала 4 двигателя.

Одновременно часть рабочей жидкости через продольный канал 21 в центральном валу 4 двигателя поступает к подпружиненному поршню 16 гидровибратора, под действием напора которой он перемещается, открывая перепускные каналы 18 и вытесняя жидкость из подпоршневого пространства во внешнюю среду через перепускные каналы 17 . В дальнейшем движение поршня 16 будет определяться угловым положением перепускных каналов 18 относительно окон 20 цилиндрического стакана 19 . Когда при вращении центрального вала 4 каналы 18 будут перекрыты боковыми стенками цилиндрического стакана 19 , поршень 16 под действием давления поступающей по продольному каналу 21 рабочей жидкости будет перемещаться вниз, а когда они окажутся против окон 20 , то рабочая жидкость из пространства над поршнем 16 будет вытекать во внешнюю среду. Давление в нём уменьшится и поршень 16 под действием пружины будет перемещаться вверх, совершая в итоге продольные колебания относительно некоторого положения равновесия, которые передаются центральному валу 4 и через него забойному инструменту. Амортизирующие прокладки 14 , 15 при этом препятствуют передаче колебаний элементам корпуса статора и, соответственно, бурильной колонне.

Давление рабочей жидкости, поступающей из бурильной колонны, действует на масляный компенсатор 1 , в результате чего масло из него через продольные канавки 24 подаётся к радиальноосевым опорам 12 , 13 и одновременно заполняет неплотности между центральным валом 4 , поперечными стенками статорного устройства и рабочими дисками 3 роторного устройства. При вращении центрального вала 4 масло смазывает радиальноосевые опоры 12 , 13 и под действием центробежных сил распространяется в виде тонкой плёнки между трущимися торцевыми поверхностями рабочих дисков 3 роторного устройства и боковыми стенками цилиндрических полостей статорного устройства, осуществляя их смазку.

При прекращении подачи рабочей жидкости в бурильную колонну давление в ней и во внешней среде выравнивается, двигатель останавливается, поршень 16 гидровибратора и поршни 22 запорных устройств под действием пружин перемещаются, перекрывая соответственно перепускные каналы 18 и сливные окна 23 , и препятствуют попаданию забортной жидкости во внутренние полости двигателя.

При работе в двухвальном варианте внутренний 4 и внешний 25 центральные валы вращаются в противоположные стороны, при этом внешний центральный вал 25 приводит во вращение рабочее колесо 28 с винтовыми лопастями 29 , которое осуществляет откачку бурового раствора из забоя.

Основные характеристики двигателя

Результаты оценки основных геометрических и технических характеристик предлагаемого забойного двигателя представлены в Таблице 1, где обозначено:

dдиаметр внутренних полостей статора;
bширина дисков ротора;
kчисло рабочих камер;
Lдлина двигателя;
Δpперепад давления в рабочих камерах;
М кркрутящий момент на валу двигателя;
Qрасход рабочей жидкости;
nчастота вращения вала двигателя.

Список использованных источников

  1. Патент РФ №2452838 по Кл. Е21 В 4/02.
  2. Патент РФ №2455447 по Кл. Е21 В 4/02.

В отличие от двигателей УМЗ предыдущего поколения, двигатель УМЗ-А275-100 EvoTech 2.7 получил уменьшенный объем (2,7 л вместо 2,9 л), новую конструкцию поршневой группы, распределительного вала, камеры сгорания и блока цилиндров, а также новый газораспределительный механизм.

Существенные изменения коснулись:

— Электрооборудования двигателя.
— Уплотнительных соединений.
— Креплений узлов.
— Системы охлаждения, питания, зажигания и смазки.

При этом двигатель УМЗ-А275-100 EvoTech 2.7 сохранил четырехцилиндровую 8-клапанную схему, которая обеспечивает хорошую эластичность и высокий крутящий момент на низких оборотах. Внедрение нового распредвала, изменение фаз газораспределения, снижение механических и тепловых потерь позволило добиться увеличения крутящего момента и сохранения мощностных характеристик при уменьшении рабочего объема двигателя.

За счет применения новой формы водяной рубашки и головки блока цилиндров удалось повысить эффективность системы охлаждения и термический КПД двигателя. Использование пластиковых деталей позволило снизить вес двигателя, повысить надежность конструкции и обеспечить хорошие вибро-акустические характеристики.

В двигателе УМЗ-А275-100 EvoTech 2.7 использованы узлы и детали от ведущих международных производителей. Поршневая группа, свечи зажигания, большинство шлангов и уплотнительных соединений, масляный картер поставляются компанией LG (Южная Корея). Датчики системы электронного управления – компанией Bosch (Германия). Гидрокомпенсаторы – корпорацией Eaton (США).

Двигатели УМЗ-А275-100 EvoTech 2.7 изготавливаются в климатическом исполнении У по ГОСТ 15150 и рассчитаны на эксплуатацию при температуре окружающего воздуха от минус 45°С до плюс 40°С. Среднегодовой относительной влажности воздуха до 80% при температуре плюс 20°С. Двигатели должны эксплуатироваться в составе автомобиля при запыленности воздуха до 0,1 г/м3 и в районах, расположенных на высоте до 3000 метров над уровнем моря, при соответствующем изменении мощности.

Читать еще:  Что такое периодический прогрев двигателя
Внешний вид и основные узлы двигателя УМЗ-А275-100 EvoTech 2.7.

Основные технические характеристики двигателя УМЗ-А275-100 EvoTech 2.7.

— Тип двигателя: 4-х тактный бензиновый с микропроцессорным управлением топливоподачей и зажиганием
— Число цилиндров: четыре
— Порядок работы цилиндров: 1– 2 – 4 – 3
— Диаметр цилиндра, мм: 96,5
— Ход поршня, мм: 92
— Рабочий объем, л: 2,69
— Степень сжатия: 10
— Номинальная мощность, кВт (л.с.), по ГОСТ Р41.85: 78,5 (106,8) при частоте вращения коленчатого вала 4000 об/мин
— Максимальный крутящий момент, Нм (кГсм), по ГОСТ Р41.85 при частоте вращения коленчатого вала 2350±150 об/мин: 220,5 (22,5)
— Минимальная частота вращения холостого хода, мин-1: 800±50
— Повышенная частота вращения холостого хода (для справок), мин-1: 3000
— Минимальный удельный расход топлива по скоростной внешней характеристике (комплектация «нетто»), не более, г/кВтч (г/л.с.ч): 272 (200)
— Расход масла на угар в % от расхода топлива (ОСТ 37.001.642), не более: 0,2

— Система питания топливом: Распределенный фазированный впрыск
— Система охлаждения: Жидкостная, закрытая, с принудительной циркуляцией
— Емкость системы охлаждения без емкости радиатора охлаждения, л: 4,92
— Система смазки: Комбинированная, под давлением и разбрызгиванием
— Емкость маслосистемы, без емкости маслорадиатора, л: 4,5

— Электрооборудование: Однопроводное, отрицательные выводы изделий соединены с корпусом автомобиля.
— Номинальное напряжение аккумуляторной батареи: 12 В
— Система зажигания: Микропроцессорная система управления зажиганием с обратной связью по детонации

— Сцепление: Однодисковое, сухое
— Масса не заправленного смазкой двигателя в комплектности поставки 1000400 (без компрессора кондиционера), кг: 191

Основные данные для регулировок и контроля.

Давление масла (для контроля, регулировке не подлежит) на холостом ходу 800±50 мин-1 при температуре масла 80° С, не менее, кПа (кгс/см2):

— При отключенном масляном радиаторе: 127 (1,3)
— При включенном масляном радиаторе: 78 (0,8)

— Температура жидкости в системе охлаждения, °С: 80-105, допускается кратковременное, не более 10 минут, повышение температуры до 110°С.
— Зазор между электродами свечей, мм: 0,9-1,0
— Рабочий воздушный зазор датчика положения коленчатого вала, мм: 0,3-1,8
— Рабочий воздушный зазор датчика фазы, мм: 0,2-1,8

Эксплуатационные материалы применяемые в двигателе УМЗ-А275-100 EvoTech 2.7.

Рекомендуемые моторные масла.

Температурный диапазон применения моторных масел в зависимости от класса вязкости.

Уровень эксплуатационных свойств моторных масел по классификации СТО ААИ 003 (API) должен быть не ниже SN. Рекомендуемые масла для эксплуатации Лукойл «GENESIS ARMORTECH» (СТО 79345251-075-2015). Заводские длительные испытания двигателя проведены с использованием масла Лукойл «GENESIS ARMORTECH». Для обеспечения надежной работы гидрокомпенсаторов не рекомендуется использование минеральных масел.

Рекомендуемые охлаждающие жидкости:

— «Cool Stream Standard 40», «Cool Stream Standard 65» ТУ 2422-002-13331543.
— «SINTEC Антифриз-40», «SINTEC Антифриз-65» ТУ 2422-047-51140047-2004.
— Антифриз «FELIX CARBOX» ТУ 2422-068-36732629-2006.
— «NIAGARA GREEN 40», «NIAGARA GREEN 65» ТУ2422-002-63263522-2011.

Применяемое топливо.

— Бензин автомобильный неэтилированный марок «Регуляр- 92» по ГОСТ Р 51105, «Премиум Евро-95» и «Супер Евро-98» по ГОСТ Р 51866.
— Cжиженный топливный газ автомобильный марки ПБА ГОСТ Р 52087 для газобензинового двигателя УМЗ-А2755.

Техническое обслуживание

Обслуживание В 2 не представляло какой-либо особой сложности. Необходимо было, в зависимости от условий эксплуатации, раз в 200-300 мото-часов работы силового агрегата проводить смену масла и выполнять общий осмотр состояния навесного оборудования.

А вот капитальный ремонт силового агрегата в силу его конструкции и увеличенных размеров представлял определённую сложность, так как двигатель необходимо было при помощи специального оборудования демонтировать и проводить соответствующий ремонт и обслуживание.

Дизельный двигатель БАТ-М

Инженерные спецмашины БАТ-М оснащались 12-цилиндровыми V-образными двигателями А-401 (В-401 или А-401Г). Это четырёхтактный бескомпрессорный дизель с непосредственным впрыском горючего. Его рабочий объём составляет 38,88 литров (кубических дециметров). Запуск двигателя БАТ-М можно произвести стартером, сжатым воздухом, либо от внешнего источника тока.

Эксплуатационная мощность мотора, при 1600 об/мин., равна 415 л.с. (305,23 кВт). Расход дизельного топлива за один моточас работы составляет 38-46 литров. Масса двигателя БАТ-М равна: 895 килограммов. Его габаритные размеры таковы: 1573 мм длина, 916 мм ширина и 897 мм высота.

Где купить забойные двигатели

Забойные двигатели можно купить, как через посредников, так и в компаниях, которые непосредственно занимаются их производством.

В первом случае не избежать довольно внушительной переплаты, так как каждый из посредников делает наценку стоимости оборудования от цены производителя.

Второй вариант наиболее выгоден. Подобным образом, можно приобрести забойные двигатели по реально низкой цене.

Есть также возможность купить оборудование данного типа не новое, а бывшее в употреблении. Но при этом не исключена возможность того, что двигатели прослужат короткий промежуток времени.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector