用于控制或限制移动腔式马达和泵中转子轨迹的设备和方法技术

一种移动腔式马达或泵，例如泥浆马达，包括：转子、定子、以及一个或多个用于约束(即，控制或限制)转子相对于定子的移动的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
这里公开的实施例涉及用于在移动腔式马达或泵中控制或限制转子相对于定子的位置的设备和方法。另一方面，这里公开的实施例涉及用于在泥浆马达中控制或限制转子相对于定子的位置的设备和方法。
技术介绍
移动腔式马达或泵，有时称为容积式马达或泵或者螺杆马达或泵，通过在腔中捕获流体而工作。这些腔形成在转子和定子之间的空间中，并且这些部件之间的相对旋转为一种使腔沿着装置的长度方向从输入端到输出端前进并且轴向移动的机械作用。如果转子被驱动而旋转，流体沿着腔内部被吸入并且该装置为泵。如果流体在比输出端压力高的情况下被泵送到输入端腔，在转子上产生的力使其发生旋转并且该装置为马达。为了使转子能够在定子内旋转并且产生沿轴向方向前进的腔，两个部件的轮廓必须具有特定的形式。通常，转子2为截面形状类似于图1所示的螺旋轴。转子2上的叶片的数量可以为一到任何数量。如图2所示，定子4的轮廓与转子2的轮廓互补，叶片的数量为两个到任意多个。在匹配的转子-定子对中，定子4上的叶片的数量比转子2上的多一个。转子2和定子4的典型组合的横截面在图3中示出，其中，转子2具有三个叶片并且定子4具有四个叶片，转子2容纳在定子4内。其中一个表面，通常为定子4的表面，为柔性的，使得在转子2和定子4的接触点之间能够维持密封6。密封6限定出位于转子2和定子4之间的多个腔并且仍然允许转子2和定子4之间发生相对旋转。转子2和定子4的截面通常沿着马达或泵10的长度维持不变，但是逐步旋转以产生螺旋轮廓。沿着马达或泵10的直径面的截面如图4所示。转子2不必具有固定的长度。选取的长度通常被定义为多个级，其中一个级由定子4完整的螺旋旋转构成。腔8形成在定子4和转子2之间。从图3和4的截面明显可以得到的是，随着转子2转动，转子2的几何中心相对于定子4并不保持固定。总的来说，当转子2具有两个或多个叶片时，中心点的轨迹大致上为圆形，其中，由表面轮廓的准确特性和用于维持腔内密封6的柔性材料中的任何变形引起变化。在马达的情况(转子2提供驱动扭矩)下以及对于转子2被驱动的泵来说，驱动轴组件12需要将围绕旋转轴线的旋转变换成围绕固定轴线的旋转。该驱动轴组件12具有可移动的接合组件14以促进这种机械作用。在马达的情况下，驱动轴13的外端连接到需要被驱动的部件上，在井下马达的情况下例如连接到钻头上。对于泵来说，驱动轴13的外端连接到旋转能的源头，例如马达。在装置为马达的情况下在转子2中产生的扭矩，或者在装置为泵的情况下在转子2中所需的扭矩为作用在腔8中的压力与定子4和转子2之间的接触点间的反作用力的复杂组合。这样具有如下效果，即在马达的情况下试图转动转子2或者在泵的情况下抵抗旋转。在两种情况下，还具有用于将转子2推动进入定子4的净侧向力。这种力的方向随着转子2转动而旋转。还具有由转子的旋转运动产生的离心力。并且在马达的情况下，例如泥浆马达，还可能具有由传动装置承载的推力的侧向分力。
技术实现思路
已经发现，作用在转子上并且将转子推向定子的力产生的影响在于定子的柔性表面可发生变形并且在装置的一侧上产生间隙。如果这种现象发生，那么流体可以沿着装置在流体腔之间通过。这样就会降低流率和泵的最大压力并且在马达的情况下降低了旋转速度且限制了扭矩的形成。这里公开的实施例可以被用于克服已知的泥浆泵和其它移动腔式马达或泵的某些限制，或者至少为已知的泥浆泵和其它移动腔式马达或泵提供替代方案。根据这里公开的实施例的第一方面，提供了一种移动腔式马达或泵，其包括：转子、定子和用于控制或限制转子相对于定子的移动的设备。如上所述，转子或定子的表面可以由柔性材料制成以在转子和定子的接触表面之间形成密封，并且在一个或多个实施例中，转子相对于定子的移动被控制或限制以使得柔性材料的变形以及由此形成的位于转子和定子的接触表面之间的间隙开口最小化。在一个或多个实施例中，转子被约束成遵循期望的旋转和定位移动。在一个或多个实施例中，转子受构造成使转子可以根据转子位置进行旋转的进动装置约束。在一个或多个实施例中，进动装置由连接到遵循连接到定子的叶片轨道的转子轴的叶片轮构成。在一个或多个实施例中，轮上的叶片的数量与轨道上的叶片的数量之比与转子上的叶片数量与定子上的叶片数量之比相同。在一个或多个实施例中，叶片轮在其与轨道配合的外表面上具有顺从层。替代或可选地，叶片轨道在于叶片轮配合的表面上具有顺从层。在一个或多个实施例中，转子相对于定子的径向移动受控制或限制。在一个或多个实施例中，在使用马达或泵时，转子的几何中心的移动被限制于预定路径。在一个或多个实施例中，在一个或多个位置处提供轮组件以控制或限制转子在定子内或绕着定子的移动。在一个或多个实施例中，轮组件包括安装到转子的轴上的轮，该轮配置成绕着定子的内表面移动。在一个或多个实施例中，轮的外直径与定子的内表面的直径减去转子偏离其几何中心线的预定最大偏移值的两倍的差相等。可替代地，轮组件可包括安装到定子的轴上的轮，该轮配置成允许转子绕着定子的外表面移动。本领域技术人员可以容易地意识到，在该实施例中，内部件被固定(由此成为定子或固定元件)，而马达或泵的外部件旋转。在一个或多个实施例中，轮的外直径与转子的内表面的直径减去转子偏离其几何中心线的预定最大偏移值的两倍的差相等。在一个或多个实施例中，轮组件位于马达或泵中的一个位置处，在此处，转子和定子的轮廓基本为圆形。在一个或多个实施例中，轮组件进一步包括允许轮和转子发生相对旋转的轴承。该轴承传统地为滚针轴承。在一个或多个实施例中，该轮具有允许流体从其中流过的孔眼。在一个或多个实施例中，转子和定子的接合表面在轮组件的区域中基本上为刚性的。在一个或多个实施例中，在一个或多个位置处提供固定插入件以控制或限制转子在定子内或绕着定子的移动。在一个或多个实施例中，固定插入件被安装在转子-定子对的外部元件内并且具有中心孔眼，转子-定子对的内部元件的轴可以通过中心孔眼，中心孔眼的直径大小被确定为限制转子相对于定子的径向运动。在一个或多个实施例中，固定插入件具有另外的多个孔眼以允许流体从其中流过。在一个或多个实施例中，固定插入件设置在马达或泵中转子和/或定子的轮廓基本上为圆形的位置上。在一个或多个实施例中，中心孔眼基本上为圆形以使得转子的轴能够绕着中心孔眼移动，或者转子和固定插入件能够围绕定子移动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泥浆马达组件，包括具有近端和远端的移动腔式马达或螺杆马达，该马达包括：定子和转子；以及设置成与所述近端和远端中的至少一个邻近的至少一个设备，所述至少一个设备约束转子相对于定子的径向和/或切向移动；其中，所述定子包括由刚性材料形成的接触表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.24 US 13/480,0801.一种泥浆马达组件，包括具有近端和远端的移动腔式马达或螺杆马
达，该马达包括：
定子和转子；以及
设置成与所述近端和远端中的至少一个邻近的至少一个设备，所述至
少一个设备约束转子相对于定子的径向和/或切向移动；
其中，所述定子包括由刚性材料形成的接触表面。
2.权利要求1的组件，其中，所述刚性材料包括金属、复合材料、陶
瓷、硬塑料以及PCD中的至少一种。
3.权利要求1的组件，其中，定子的轮廓包括峰部分和谷部分，所述
峰部分包括刚性材料，所述谷部分包括弹性材料。
4.权利要求1的组件，其中，定子包括包含弹性材料的层和包含刚性
材料的接触表面层。
5.权利要求1的组件，其中，转子包括由第二刚性材料形成的接触表
面，第二刚性材料可以与第一刚性材料相同或不同。
6.权利要求5的组件，其中，第二刚性材料包括金属、复合材料、陶
瓷、硬塑料以及PCD中的至少一种。
7.权利要求5的组件，其中，转子包括包含弹性材料的层和包含第二
刚性材料的接触表面层。
8.权利要求1的组件，其中，由第一和第二刚性材料中的至少一种形
成的接触表面被涂覆或处理以降低摩擦和磨损中的至少一种。
9.一种包括权利要求1所述的泥浆马达组件的转向头、可调节弯曲壳
体、井底钻具组件或稳定器。
10.一种钻出穿过地下地层的井眼的方法，所述方法包括：
使钻井流体通过权利要求1所述的泥浆马达...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·P·亚尔维斯，N·威尔科克斯，B·威廉姆斯，L·安德伍德，W·默里，P·T·卡里沃，G·唐顿，L·李，S·小野寺，D·阿尔瓦拉多，M·普什卡廖夫，G·通奇，A·普洛普，W·艾斯丘，
申请(专利权)人：普拉德研究及开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB