184664. lajstromszámú szabadalom • Hidraulikus fúrómotor mélyfúráshoz
1 184 664 2 A találmány axiális átömlésü, lalpi hidraulikus mélyfúrómotor, amely főleg olajkutak, vízkutak fúrásánál a hozzá csatlakoztatot fúrót az áramló öblítőfolyadék energiájával forgatja, annak forgatónyomatékot ad. A szénhidrogénkutak fúrásához alkalmazott forgató-öblítőfejek és az úgynevezett talpi fúrómotorok ismert berendezések. Ezek közül már hagyományosnak számít a fúróturbina, melynek a fordulatszáma, forgatónyomatéka és hatásfoka - mint minden áramlástechnikai elven működő gépnél - a folyadékáramtól és terheléstől függ. A fúróturbina hibája, hogy túlterhelés esetén leáll, szennyeződésre érzékeny, viszonylag rövid élettartamú, üzembe helyezése és indítása körülményes. A villamos talpi fúrómotornál a fúrólyukban uralkodó hő- és nyomásviszonyok miatt a szigetelés okoz nehézségeket; a megfelelő fordulatszámot és nyomatékot általában csak fogaskerék-áttétellel lehet biztosítani. A villamos talpmolor alkalmazását a kábeles csatlakozás is akadályozza, vagy legalábbis korlátozza. Ismertek a többíves szelvényű (több-bekezdéses) belső csavarfelüielü sztátorból, és a sztátortól eltérő bekezdésszámú, külső csavarfelületű rotorból álló térfogatkiszorításos lyuklalpi fúrómotorok is. Mindezeknél az ismert talpi hidraulikus fúrómotoroknál problémát okoz, hogy a rotor súlyponti tengelye nem a köpeny tengelyvonalába esik, működés közben a rotor tengelyvonala (súlyvonala) a köpeny és a sztátor tengelyvonala körül körpályán mozog, ezért a rotor forgómozgása csak kardántengely közvetítésével adható át a fúrónak, illetve az azt közvetitő hajtótengelynek. A kardánlengely a rotorral, illetve a hajtótengellyel szöget zár be, így a hidraulikai nyomásból a rotorra ható erő reakciójának a kardántengely ferdeségéből származó radiális komponense a sztátor és a rotor közötti súrlódást növeli, és ezzel jelentős mértékben csökkenti a fúrómotor hatásfokát és élettartamát. A kardánszerkezet a kötött hosszmérelű fúrómotorba csak a forgatónyomatékot előállító hasznos motorrész rovására építhető be, és a forgatónyomatékot szolgáltató energiát hordozó közeg áteresztésérc a hasznos keresztmetszet a szerszám keresztmetszetének rendszerint csak kis hányada lehet. A rotor súlyvonalának kiilpontossága miatt nagyobb fordulatszámoknál jelentős tömegerők lépnek fel, melyek a sztátor és a rotor felületeit károsan terhelik, vibrációt okoznak, és a fúrócső kifáradásos töréséhez vezetnek, A megnövekedett súrlódási erő csökkenti a fúrásra hasznosítható forgatónyomatékot is. Az említett ismert megoldásokon túlmenően fúróberendezésként számításba jöhet még az „Axiális átömlésü többcélú áramlási berendezés” c. szabadalmi bejelentés szerinti megoldás is. Ennél a megoldásnál a fúrószerszám forgatására alkalmas rotor (orsó) ugyan a saját súlyponti tengelye körül forog, tehát vibrációt nem okoz, azonban a köpennyel (tokozással) nem központos. A forgások szinkronizálására, illetve kivezetésére fogaskerekek szolgálnak, melyek - főként helyigényük miatt - fúrásnál alkalmatlanok; a forgómozgást végző sztátor (ún. forgókamra) vagy orsó forgásának a külső köpeny középvonalába való átvitele és az elakadás esetén is szükséges öblítőáram fenntartása nincs megoldva. A találmány szerinti talpi fúrómotor célja az ismert berendezések felsorolt hibáinak elkerülésével a fúrás, különösen a mélyfúrás gazdaságosságának, hatékonyságának és teljesítményének növelése; a szerelés, az üzembe helyezés és a kezelés egyszerűsítése, az üzem biztonságának növelése, az üzem rezgésmentességének biztosítása, valamint a hatásfok javítása a teljes működési tartományban. A találmány előnye a volumentrikus elv maradéktalan érvényesülése, a találmány szerinti fúrómotor nagy forgatónyomatékkai, jó hatásfokkal és ezgésmentesen működő forgókamrás kivitelnél a forgórészek statikus és dinamikus kiegyensúlyozottsága folytán fordulatszáma és a fúrószerszám teljesítménye az átáramló közeg sebességével, illetve nyomásával mindenkor arányos, ezért a találmány szerinti fúrómotor, például az olajkutak fújásához, gazdaságosan alkalmazható. Különösen jól hasznosítható nagy mélységű és irányított ferdefúrásokhoz, mivel a találmány szerinti fúrómotor alkalmazásával az egyenes mély, vagy szükség esetén a ferdített fúrólyukban dolgozó fúrószerszám kis energiaveszteséggel, nagy forgatónyomatékkai működtethető. A találmány szerinti berendezés az áramlás irányával párhuzamos, zk ívű (zk bekezdéses) belső csavarfelületü kamrából és egy, a kamrán belül elhelyezkedő z0 = zk+ 1, vagy z0 = zk- 1 bekezdéses, a kamráéval azonos menetirányú, külső csavarfelületü orsóból áll. Az orsó vagy a kamra keresztszelvénye nyújtott, csúcsos vagy hurkolt ciklois. A ciklois keresztszelvényű orsó esetében a kamra azonos síkban lévő keresztszelvényét, a ciklois keresztszelvényű kamra esetében pedig az orsó azonos síkban lévő keresztszelvényét a ciklois által a később leírt relatív mozgás során súrolt felület külső, illetve belső burkológörbéje határolja. Az orsó tengelye a kamra tengelyével párhuzamos, attól „e” távolságra van, de a találmány szerinti fúrómotor íorgókamrás kivitelnél - a tömegerők és a vibráció elkerülése érdekében - az orsó tengelye a hengeres külső palásttal állandóan központos. Az orsó hu menetemelkedése a kamra hk csavarfelület emelkedésének z0/zk-szerese; bármelyik keresztszelvénye a kamra azonos síkban lévő keresztszelvényével hézagmentesen vagy minimális réssel kapcsolódik, és t kamra űrszelvényét a változó emelkedés következtében a tengelyvonal mentén változó (folytonosan növekvő és folytonosan csökkenő) felületrészekre osztja, miáltal a kamra és az orsó menetei között azonos hosszúságú és alakú zárt térfogatrészek (üregek) maradnak a berendezést működtető közeg (általában öblítőfolyadék, vagy gáz) részére. Ezek a térfogatrészek a tengelyvonal mentén összefonódva, de egymástól folytonosan elhatárolva 1 = hk/zk = h0/z0 állandó távolságban, azonos fázisban ismétlődnek; a beömlő oldalt a kiömlő oldaltól legalább egyszeresen elválasztják; ezáltal biztosítva, hogy a berendezés nyugalmi helyzetében 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
