[实用新型]流道式井下动力装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种提供低转速、稳定较大扭矩的流道式井下动力装置，特别是适用于高密度、高温深井、定向井和水平井作业的井下动力装置。

背景技术

井下动力可以由螺杆钻具或涡轮钻具提供，也可以用电马达来获得。但在我国电动钻具几乎没有被使用，其它两种井下钻具都有各自缺点：螺杆钻具不适用于高密度和深井作业，而涡轮钻具较长，结构复杂，安装调整轴向间隙繁琐，转速较高，扭矩较低。

为了解决这个问题，通常的做法是串联、加长螺杆马达或改进涡轮钻具结构和形状。但对于某一种井下动力装置来说，往往很难同时解决问题。因为螺杆钻具和涡轮钻具是两种不同类型的装置，要求它们的优缺点互补是很有难度的。

发明内容

本实用新型目的是：为了能有效简化钻具并降低转速，增大扭矩，能适用于高密度高温深井、定向井和水平井作业，特提供一种流道式井下动力装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种流道式井下动力装置，是由流道转子、外壳定子、流道段一、二、三、环空槽及挡板环空组成，其结构特征是：装置内部安装有八十至一百二十个流道转子，每个转子内有二至八个流道，流道进口与上侧面环空槽连通，流道出口与下侧面周布挡板环空连通；且每个流道分为依次连通的三段，即段一、段二、段三，并规定流体在其内流动方向为段一、段二和段三正方向，段一和段三的正方向相反或相互垂直。流道内段一和段三或段三是与通过该末端子轴径垂直。流道的横截面面积是相等的。该装置保证了高压流体经过转子内流道时，其动量发生改变，其反作用力产生动量矩。

本实用新型因为转子串联在一起，与外壳定子相对独立，所以结构简单，不需要调整轴间隙，能适用于定向井和水平井作业；同时没有橡胶元件，U型流道横截面积较大，能适用于高密度高温深井复杂井作业：同时钻井泵压一定，流体密度ρ流体流量Q_i一定，流道横截面A_i一定，在某转速n下，U型流道内流体相对速度v_i一定，所以U型流道入口出的绝对速度和出口处的绝对速度分别为u₁＝w_i+v_i和u₁＝w_i-v_i根据动量定理知，流体作用于c_i级U型流道转子的力矩为：Mi=2ciρQi2Ai;]]>本实用新型转化的功率为：pi=2ciπρRQi2n30Ai;]]>根据能量守恒可知单位流量流体转化为机械能的压头为：zi=2ciπRQin30gAi;]]>该U型流道转子的力矩公式表明本实用新型输出力矩的大小与转速无关；该转化功率公式表明本实用新型转化的功率与转速成正比；该转化压头公式表明本实用新型单位流量流体转化机械能与转速成正比。所以在设计本实用新型时，可以取适当大的流道横截面，以增加其内流量Q_i，降低流道内流体相对运动速度v_i，又因为转子在稳定工作时v_i＝w_icos45°即n=302viπR,]]>从而实现降低转速、增大扭矩的目的。