螺杆马达结构特点

  螺杆马达是一种容积式马达，高压钻井液经带有螺旋表面的转子和定子形成的若干密封腔中，使转子旋转带动钻头破碎岩石。螺杆马达具有低速大扭矩的硬特性，过载能力强，易操作、结构较简单，在小尺寸时能得到大的扭矩和功率，有横向振动，对油基钻井液敏感、不适应在高密度钻井液中工作，橡胶定子耐高温性差、不宜于深井作业。
 
  螺杆马达主要由旁通阀、马达、万向轴和传动轴等4个部件组成。
 
  1．旁通阀总成。
 
  旁通阀总成由阀芯、阀套、弹簧、阀口等零件组成。阀芯有两个位置：开启位置和关闭位置。旁通阀的开启与关闭由钻井液的流量控制。
 
  正常钻进时，钻井液的压力迫使阀芯向下运动，造成弹簧压缩并关闭阀体上的通道。此时泥浆流经马达，把压力能转换为机械能。
 
  在起下钻作业过程中，泥浆泵停泵或流量较小，钻井液压力消失，被压缩的弹簧上举阀芯，旁通阀开启，将钻柱内孔与环空连通。起钻时，钻柱内的泥浆经阀口流人环空，不会溢于井台上。下钻时，环空内的泥浆经阀口进入钻柱，减少钻柱内外的压力差。
 
  2．马达总成。
 
  螺杆马达的马达由定子和转子两个零件组成。定子是在钢管内壁上压注并黏结牢固的橡胶衬套。橡胶内孔是横断面为多头圆形的螺旋孔。转子是一根经过机械加工并经高硬度表面处理的螺杆，其上端是自由端，下端与万向轴相连。
 
  转子和定子具有特殊的啮合关系。这些啮合点沿轴向形成螺旋密封线，形成一个一个的密圭}空腔。当具有一定能量的压力液进入这些密封腔，并从马达的一端流到另一端时，推动转子在定子中转动，将液压能转换为机械能。
 
  螺杆马达的转子具有不同的头数，转子有自转，同时也有公转，转子的中心与定子的中心存在一个偏心距。一般来说，转子头数为1的马达（单头马达）转速高、扭矩小，而转子头数大于1的马达（多头马达）转速低、扭矩大。
 
  转子的转速与马达的输入流量成正比，控制输入流量，就可以控制螺杆马达的输出转速。为了增加马达的流量而又避免转速的升高，有的螺杆马达的转子被做成中空形式，并在转子上安装喷嘴，使马达具有中空分流。这种结构的优点是可以增加螺杆马达的流量，缺点是会使马达特性变软，即钻头的转速将随钻压的增加而减小（非线性）。
 
  3．万向轴总成。
 
  万向轴总成由壳体和万向轴组成，万向轴的上端连接马达的转子、下端连接传动轴的导流水帽，其作用是将做行星运动的转子和做定轴转动的传动轴连接起来，把马达的输出扭矩通过传动轴传递到钻头上。万向轴有瓣式万向轴(图8-19)和挠轴等结构形式，挠轴是一根有一定柔度、上下两端为连接螺纹的光轴。直螺杆马达的万向轴壳体无结构弯角，而弯螺杆马达的万向轴壳体有结构弯角。
 
  4．传动轴总成。
 
  传动轴总成由壳体、传动轴、轴承组及辅助零件总装组成(图8-20)。传动轴的功能是将马达的扭矩传给钻头，同时要承受钻进时地层作用于钻头的轴向力和径向力，因此，其主要结构是一组轴承，螺杆马达工作时，少量钻井液从轴承间隙处通过，使轴承得到润滑和冷却。轴承的组合形式按水眼压降可分为三类：①水眼压降为3. 5MPa，上、下轴承是推力球轴承，径向轴承有硬质合金轴承(TC轴承)或橡胶轴承。
 
  ②水眼压降为7MPa，上、下径向轴承为硬质合金轴承，中间装有一组推力球轴承，提高了传动轴的承载能力和使用寿命。③水眼压降为14MPa，上、下径向轴承为CC合金轴承，中间装有镶嵌PDC复合片的平面推力摩擦轴承，具有更高的承载能力和使用寿命。