РОТОРНО-ВИХРЕВОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ
ROTOR-VORTEX HYDRAULIC MOTOR

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в нефтегазовой и других отраслях промышленности для привода различного оборудования.
Известна роторно-вихревая машина, содержащая, по крайней мере, одну рабочую ступень, которая включает два статора и ротор, причем ротор выполнен в виде диска и расположен между статорами, а между ротором и каждым из статоров образована торообразная рабочая полость, в которой размещены лопатки, связанные со статором, и разделитель, связанный с ротором (см. свидетельство на полезную модель № 7153, кл. F04D 5/00, МПК 8 F01D 1/08, 16.07.1998 г.).
Недостатком указанной машины являются перетечки рабочей среды по зазору между ротором и статором, который необходим для компенсации неточностей изготовления деталей и узлов машины, а также исключения возможности заклинивания ротора при его нагреве во время работы.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является роторно-вихревой гидравлический двигатель, содержащий установленные в корпусе роторно-вихревые турбины, состоящие из установленных неподвижно в корпусе статоров с лопатками и закрепленных на полом валу роторов (см. патент RU № 2025565, 30.12.1994).
Данный гидравлический двигатель обеспечивает привод расположенного в скважине оборудования, однако неуравновешенный характер осевых сил, возникающих при работе гидравлического двигателя, приводит к усложнению его конструкции и снижению надежности его работы.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является упрощение конструкции и снижение возникающих при работе гидравлического двигателя осевых сил.
Технический результат заключается в повышении надежности работы роторно-вихревого гидравлического двигателя.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что роторно-вихревой гидравлический двигатель содержит установленные в корпусе роторно-вихревые турбины, состоящие из установленных неподвижно в корпусе статоров с лопатками и закрепленных на полом валу роторов, при этом каждая роторно-вихревая турбина состоит из параллельно подключенных к полости вала двух блоков с противоположным в осевом направлении движением в них жидкости, каждый блок состоит из одинакового количества пар статор-ротор, установленных группами, состоящими, по меньшей мере, из 3-х пар статор-ротор, разделенными в осевом направлении упорами, между группами пар статор-ротор установлены центраторы полого вала в корпусе двигателя, состоящие из расположенных напротив друга в радиальном направлении и взаимодействующих между собой опор, закрепленных в корпусе двигателя и опорных втулок, закрепленных на полом валу, установленные на полом валу роторы, упоры и втулки зафиксированы на валу в осевом направлении гайкой, навинченной по конической резьбе на конец полого вала со стороны подачи в двигатель рабочей жидкости через выполненный в полом валу осевой внутренний канал, статоры установлены с узким радиальным зазором относительно роторов и группы роторов отцентрованы относительно соответствующих групп статоров посредством радиальных опор, состоящих из установленных с возможностью взаимодействия друг с другом в радиальном направлении кольцевых втулок, внутренние из которых закреплены в роторах, а наружные - на статорах, причем последние зафиксированы от проворота в корпусе посредством шлицевого соединения, каждую группу статоров охватывает с образованием кольцевой полости установленная в корпусе стопорная втулка, причем кольцевые полости сообщены между собой, по краям группы статоров зафиксированы относительно соответствующей каждой группе стопорной втулки посредством выполненных на статорах выступов, осевой внутренний канал полого вала перекрыт со стороны противоположной подачи в полый вал рабочей жидкости, в стенке полого вала выполнены отверстия для подвода в группы статор-ротор рабочей жидкости через выполненные в начале каждой группы роторов входные отверстия, со стороны подвода в двигатель рабочей жидкости перед первой по ходу рабочей жидкости роторно-вихревой турбиной между полым валом и корпусом размещен уплотнительный узел, выполненный, например, в виде многощелевого коаксиального лабиринта, корпус двигателя по краям выполнен с ввинченными в корпус переводниками, а перекрытый конец полого вала выполнен с полумуфтой для соединения с валом шпинделя приводимого в работу оборудования и установлен относительно охватывающего его переводника с кольцевым зазором, сообщенным с кольцевыми полостями стопорных втулок с выводом через указанный кольцевой зазор из двигателя отработавшей в нем рабочей жидкости.
На чертеже представлен продольный разрез описываемого роторно-вихревого гидравлического двигателя.
Роторно-вихревой гидравлический двигатель содержит установленные в корпусе 1 роторно-вихревые турбины, состоящие из установленных неподвижно в корпусе 1 статоров 2 с лопатками 3 и закрепленных на полом валу 4 роторов 5. Каждая роторно-вихревая турбина состоит из параллельно подключенных к полости вала 4 двух блоков 6 и 7 с противоположным в осевом направлении движением в них жидкости. Каждый блок 6 и 7 состоит из одинакового количества пар статор 2 - ротор 5, установленных группами, состоящими, по меньшей мере, из 3-х пар статор 2 - ротор 5, разделенными в осевом направлении упорами 8. Между группами пар статор 2 - ротор 5 установлены центраторы 9 полого вала 4 в корпусе 1 двигателя, состоящие из расположенных напротив друг друга в радиальном направлении и взаимодействующих между собой опор 10, закрепленных в корпусе 1 двигателя и опорных втулок 11, закрепленных на полом валу 4. Установленные на полом валу 4 роторы 5, упоры 8 и втулки 11 зафиксированы на валу 4 в осевом направлении гайкой 12, навинченной по конической резьбе на конец полого вала 4 со стороны подачи в двигатель рабочей жидкости через выполненный в полом валу осевой внутренний канал 13. Статоры 2 установлены с узким радиальным зазором относительно роторов 5. Группы роторов 5 отцентрованы относительно соответствующих групп статоров 2 посредством радиальных опор, состоящих из установленных с возможностью взаимодействия друг с другом в радиальном направлении кольцевых втулок 14 и 15, внутренние 14 из которых закреплены в роторах 5, а наружные 15 - на статорах 2, причем последние зафиксированы от проворота в корпусе 1 посредством шлицевого соединения. Каждую группу статоров 2 охватывает с образованием кольцевой полости 16 установленная в корпусе 1 стопорная втулка 17, причем кольцевые полости 16 сообщены между собой. По краям группы статоров 2 зафиксированы относительно соответствующей каждой группе стопорной втулки 17 посредством выполненных на статорах 2 радиальных выступов 18. Осевой внутренний канал 13 полого вала 4 со стороны противоположной подачи в полый вал 4 рабочей жидкости выполнен глухим. В стенке полого вала 4 выполнены отверстия 19 для подвода в группы статор 2 - ротор 5 рабочей жидкости через выполненные в начале каждой группы роторов 5 входные отверстия 20. Со стороны подвода в двигатель рабочей жидкости перед первой по ходу рабочей жидкости роторно-вихревой турбиной между полым валом 4 и корпусом 1 размещен уплотнительный узел 21, выполненный, например, в виде многощелевого коаксиального лабиринта. Корпус 1 двигателя по краям выполнен с ввинченными в корпус переводниками 22 и 23, а конец полого вала 4 выполнен с полумуфтой 24 для соединения с валом шпинделя (не показан) приводимого в работу оборудования и установлен относительно охватывающего его переводника 23 с кольцевым зазором 25, сообщенным с кольцевыми полостями 16 стопорных втулок 17 с выводом через указанный кольцевой зазор 25 из двигателя отработавшей в нем рабочей жидкости.
Работа роторно-вихревого гидравлического двигателя осуществляется следующим образом.
С помощью переводника 22 двигатель присоединяется к магистрали (не показана), по которой подается рабочая жидкость с расходом Q. Рабочая жидкость из переводника 22 поступает в осевой внутренний канал 13 полого вала 4 и далее через отверстия 19 в стенке полого вала 4 и отверстия 20 в роторах 5 - в роторно-вихревые турбины, образованные статорами 2 с лопатками 3 и роторами 5. К каждому блоку 6 и 7 поступает часть расхода, равная общему расходу, деленному на число модулей 6 и 7. При последовательном прохождении рабочей жидкости через статоры 2 и роторы 5 роторно-вихревых турбин вырабатывается вращающий момент, передаваемый от роторов 5 полому валу 4, и равный ему реактивный момент, воспринимаемый от статоров 2 корпусом 1. После прохождения роторно-вихревых турбин рабочая жидкость через отверстия 26, выполненные в стенке статоров 2 между радиальными выступами 18, поступает в кольцевые полости 16, где последовательно суммируется по мере прохождения от одного блока к другому до полного расхода Q и далее направляется по кольцевому зазору 25 к исполнительному устройству соединенного с двигателем оборудования. В результате в роторно-вихревых турбинах создается перепад давления, воспринимаемый уплотнительным узлом 21. Гидравлическое усилие от перепада давления, воспринимается осевыми опорами шпинделя (не показаны) установленного на двигателе оборудования, при этом срабатываемый в каждом модуле роторно-вихревых турбин напор в результате деления потока рабочей жидкости на входе в смежные блоки на два противоположно направленных потока рабочей жидкости создает противоположно направленные, уравновешенные осевые усилия. Вращающий момент от каждого из модулей суммируется на полом валу 4, передается валу шпинделя и далее - исполнительному устройству соединенного с полым валом 4 двигателя оборудования, например породоразрушающему инструменту, в частности буровому долоту.
Настоящее изобретение может быть использовано в нефтегазовой, горно-добывающей и других отраслях промышленности для привода различного оборудования.