РЕДУКТОРНЫЙ ТУРБОБУР ДУДИНА
DUDIN'S GEARED TURBODRILL

Редукторный турбобур предназначен для бурения скважин и может быть использован при бурении горизонтальных глубоких скважин.
Широко применяемые в бурении турбобуры содержат многоступенчатую турбину, составленную из сотен единичных ступеней. Недостатком таких турбобуров является низкая стойкость лопаточного аппарата единичных ступеней, которая составляет 40-80 часов работы, вторым недостатком является очень большое отношение длины турбобура к его диаметру, что негативно сказывается при его использовании в наклонно-направленном бурении скважин.
Целью данного изобретения является разработка и создание редукторного турбобура, обладающего меньшим соотношением длина-диаметр и увеличенным крутящим моментом на валу шпинделя посредством более эффективного использования энергии потока бурового раствора.
Указанная цель достигается за счет того, что лопатки внутреннего и наружного роторов биротационной турбины ориентированы строго вдоль оси вращения вала турбины и вала шпинделя турбобура, что обеспечивает создание момента вращения силой давления бурового раствора, направленной строго перпендикулярно оси вращения. В то время как в многоступенчатой турбине классической схемы на рабочем колесе турбины реализуется не более 15-17% энергии потока бурового раствора.
За прототип взят нами редукторный турбобур Пермского филиала Всероссийского научно-исследовательского института буровой техники (патент № 2112856-RU).
На фиг.1а представлена схема редукторного турбобура, на фиг.1б - разрез по А-А на фиг.1а.
На фиг.2 - схема взаимного расположения внутреннего и наружного роторов бироторной турбины.
На фиг.3 представлена схема расположения овальных шестерен асинхронного редуктора с переменным передаточным отношением.
На фиг.4 представлен график угловых скоростей овальных шестерен: центральной (Wц) и периферийных (Wn).
Редукторный турбобур включает турбину (1), редуктор (2), шпиндель (3), корпуса которых жестко соединены между собой, снабжены валами, размещенными в общей маслонаполненной камере, имеющей гидравлические каналы для соединения с масляной полостью диафрагменного лубрикатора (4). Турбина имеет внутренний (5) и наружный (6) роторы, лопатки которых взаимно входят в межлопаточное пространство друг в друга, а сами роторы закреплены на внутреннем (7) и наружном (8), соответственно, валах асинхронного редуктора с переменным передаточным отношением (2), имеются также золотники-распределители - впускной (9) и выпускной (10), жестко закрепленные на наружном роторе турбины.
5
6
Работа редукторного турбобура осуществляется следующим образом. Буровой раствор подается буровыми насосами с поверхности земли через колонну бурильных труб (не показано), который имеет возможность проходить по кольцевому каналу (11) внутри турбобура через золотник (9) в межлопаточное пространство роторов и вращать шпиндель (3) через дифференциал (12) поочередно от внутреннего (5) или от наружного (6) роторов бироторной турбины, которые жестко связаны, соответственно, с внутренним (13) и наружным (14) валами асинхронного редуктора (2) с переменным передаточным отношением и уходить через золотник (10) в полый вал (17) шпинделя (3) и далее в затрубное пространство. Для поочередного проворачивания внутреннего и наружного роторов бироторной турбины в одну сторону на определенный угол <φ и <φ (фиг.2) имеется двухступенчатый асинхронный редуктор (2) с переменным передаточным отношением, соединенный валами (13 и 14) с внутренним (5) и наружным (6) роторами бироторной турбины, соответственно, одна из ступеней (20) которого предназначена рассогласовывать перемещение роторов при вращении, другая ступень (21) возвращать взаимное расположение роторов в исходное состояние за период одного оборота центральной шестерни (18, фиг.3), закрепленной на внутреннем валу (13) асинхронного редуктора, а также за один оборот центральной шестерни (19), закрепленной на наружном валу (14) редуктора. Зубья овальных шестерен (18-20, 21) являются силовыми и способны воспринимать всю нагрузку шпинделя турбобура.
Литература
1. Патент № 2112856-RU «Редукторный турбобур».
2. Патент № 30414-RU «Асинхронный редуктор Дудина с переменным передаточным отношением».
3. Патент № 38857-RU «Ротационный герметичный компрессор с тороидальными поршнями».
4. Патент № 2268368-RU «Двигатель внутреннего сгорания Дудина, биротационный с тороидальными поршнями».
5. Патент № 7775-UA «Расходомер Дудина для жидких и газообразных сред».