專(zhuān)利名稱(chēng):液壓馬達(dá)的制作方法
本發(fā)明涉及液壓馬達(dá)，該馬達(dá)在壓力流體流至旋轉(zhuǎn)部分的流動(dòng)中得到輸出功率。
本發(fā)明將敘述關(guān)于一種液壓馬達(dá)，該種馬達(dá)可以安裝在一長(zhǎng)的鉆具組的下端，作為一井底鉆探馬達(dá)，以及由增壓懸浮液驅(qū)動(dòng)，該懸浮液一般地用作鉆探鉆頭潤(rùn)滑和冷卻。然而，不用說(shuō)，本發(fā)明不限于用作馬達(dá)(即使具有或者沒(méi)有較小的修改)也可以作為一高轉(zhuǎn)矩/慢轉(zhuǎn)速馬達(dá)，用于一般用途的流體靜力學(xué)的傳輸系統(tǒng)。
各種形式的井底鉆探馬達(dá)是眾所周知的，其中最熟悉和廣泛應(yīng)用的是渦輪鉆具。根據(jù)名字的意思，渦輪鉆具是基于以鉆泥作為工作流體的多級(jí)渦輪機(jī)原理之上的。
商業(yè)上使用的或者還處于實(shí)驗(yàn)階段的其他正排量液壓馬達(dá)(positive displacement hydraulic motors)，包括離心葉型轉(zhuǎn)子(如單泵形式)和彈性翼片型的。許多井底渦輪鉆具或正排量馬達(dá)，在一個(gè)相當(dāng)大的軸線長(zhǎng)度范圍內(nèi)，從運(yùn)動(dòng)流體的壓力逐漸下降得到其高轉(zhuǎn)矩/慢轉(zhuǎn)速特性。
本發(fā)明的目的在于提供一種在相當(dāng)短的軸向尺寸范圍內(nèi)具有高轉(zhuǎn)矩/慢轉(zhuǎn)速特性的液壓馬達(dá)，使其成為特別適合于定向鉆探，以及輕便和堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)適合于鉆探或者礦井應(yīng)用。
根據(jù)本發(fā)明提供一種液壓馬達(dá)，該種馬達(dá)包括一個(gè)界定一腔的機(jī)殼，該腔具有多個(gè)形成在其中的液壓缸;一個(gè)在腔內(nèi)的適合于耦合到一個(gè)輸出軸的驅(qū)動(dòng)元件;一個(gè)安裝于帶有葉片的驅(qū)動(dòng)元件上的，適合于與幾個(gè)液壓缸順序地協(xié)同工作的多葉轉(zhuǎn)子;在每葉片中有一通道，在經(jīng)過(guò)各葉片預(yù)定的位置的期間，經(jīng)過(guò)通道施加于轉(zhuǎn)子內(nèi)部的流體是對(duì)準(zhǔn)液壓缸的，從而葉片從液壓缸受到力，而這樣產(chǎn)生的力作為轉(zhuǎn)矩傳送至驅(qū)動(dòng)元件。
最好有三個(gè)轉(zhuǎn)子，各帶有三個(gè)葉片和十個(gè)液壓缸，而原理能同樣地應(yīng)用到一個(gè)三轉(zhuǎn)子/三葉片，六個(gè)、八個(gè)或九個(gè)液壓缸結(jié)構(gòu)。
馬達(dá)能成級(jí)的裝配，從而各個(gè)特有的功率組件或馬達(dá)可以與一個(gè)或另外更多的組件連接成一行，以增加最終的輸出軸功率。
在本發(fā)明的一個(gè)最佳形式中，工作流體是增壓泥懸浮液，用作沖洗鉆探的巖屑，以及用作在鉆具組末端的鉆探鉆頭的潤(rùn)滑和冷卻。工作流體依次通過(guò)各級(jí)，而總流量的一部分是在各中間級(jí)被提取出，以提供各級(jí)組件的運(yùn)動(dòng)功率。在實(shí)施中，馬達(dá)組件是液壓以并聯(lián)的方式以及機(jī)械以串聯(lián)的方式運(yùn)轉(zhuǎn)。
為了使本發(fā)明更容易了解和實(shí)施，可參照附圖來(lái)進(jìn)行，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的單級(jí)液壓馬達(dá)的一個(gè)剖面圖，圖2是適合于連接至示于圖1的第一級(jí)的第二級(jí)或第二階液壓馬達(dá)的一個(gè)剖面圖，圖3是一出口裝置(porting arrangement)的概略圖象，依靠該裝置流體傳送至示于圖1的液壓馬達(dá)的液壓缸和從液壓缸排出，圖4是一出口裝置的概略圖象，依靠該裝置流體傳送至示于圖2的液壓馬達(dá)的液壓缸和從液壓缸排出，圖5是圖1所示馬達(dá)中央部分的部件分解圖，以及圖6是井底鉆具組、馬達(dá)和鉆頭裝置的一示意圖。
圖1和圖2中所示的液壓馬達(dá)，各包括一中空機(jī)殼10，由一非驅(qū)動(dòng)端罩12和驅(qū)動(dòng)端罩13封蓋，所有的罩用螺栓11固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。多個(gè)徑向槽或凹口14形成在機(jī)殼的內(nèi)部表面里，構(gòu)成馬達(dá)的工作液壓缸(見(jiàn)圖3)，第一和第二級(jí)是大體上相似的，而在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候一起敘述。
端罩12和13具有錐形滾柱軸承16、17，轉(zhuǎn)承支持由機(jī)殼10界定的腔中的一個(gè)驅(qū)動(dòng)元件15。油或脂由聚合物密封板18和板18a密封在軸承16、17的里面，該密封板對(duì)著與驅(qū)動(dòng)元件或轉(zhuǎn)子15相連的機(jī)械零件的面起作用，而板18a對(duì)著附于非驅(qū)動(dòng)端的短軸24(圖2)與24a(圖1)和附于驅(qū)動(dòng)端短軸26(圖2)與26a(圖1)的鎖定環(huán)20密封。如圖2所示，密封壓力是由壓縮彈簧40、41提供，該彈簧分別對(duì)著板18和18a起作用。
驅(qū)動(dòng)元件15(見(jiàn)圖2)包括二個(gè)有法蘭的部件19、19a，它們由三個(gè)相等間隔的，圓的、中空的螺栓21將它們連接在一起。每個(gè)螺栓21裝有一個(gè)轉(zhuǎn)子22，轉(zhuǎn)子具有在螺栓上能自由轉(zhuǎn)動(dòng)的三個(gè)葉片23。第二級(jí)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)元件，在法蘭部件19、19a之間具有三傳送管50(見(jiàn)圖4)，而第一級(jí)的驅(qū)動(dòng)元件，在法蘭部件19、19a之間具有三個(gè)轉(zhuǎn)子扭力螺栓51(見(jiàn)圖3)。
從圖3和圖4中可見(jiàn)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)元件15和轉(zhuǎn)子22轉(zhuǎn)動(dòng)(以相反方向)時(shí)，轉(zhuǎn)子葉片23依次嚙合液壓缸14，從而形成一個(gè)密封腔，該腔接納增壓流體。
流體傳送至液壓缸和從液壓缸排出的出口裝置和傳送的方法，對(duì)于圖1的第一級(jí)馬達(dá)圖示于圖3，而對(duì)于圖2的第二級(jí)馬達(dá)圖示于圖4。高壓(即輸入)流體由實(shí)線指示，而低壓(即排出)流體由虛線指示。非驅(qū)動(dòng)端部件19具有一中空短軸24(圖2)、24a(圖1)以及一增壓流體通道25(圖2)、25a(圖1)，驅(qū)動(dòng)流體經(jīng)過(guò)通道，以箭頭A的方向引進(jìn)圖1和圖2的馬達(dá)里。
驅(qū)動(dòng)端法蘭部件19a有一中空短軸26(圖2)，短軸具有一通道27(圖2)，增壓驅(qū)動(dòng)流體的一部分經(jīng)過(guò)通道，就圖2的馬達(dá)來(lái)說(shuō)，以箭頭B的方向排出到圖1的馬達(dá)。一個(gè)環(huán)狀的連接法蘭28是用來(lái)連結(jié)第一和第二級(jí)，而一個(gè)單元的驅(qū)動(dòng)端短軸26容納下一單元的非驅(qū)動(dòng)端短軸24a，兩者之間有一封口29。
各轉(zhuǎn)子螺栓21有一出口槽(port slot)31，該槽依次與在轉(zhuǎn)子22中的三個(gè)對(duì)應(yīng)的出口(port)32重疊。轉(zhuǎn)子出口32提供一通道用作壓力下的流體通過(guò)各葉片23進(jìn)入液壓缸腔14，由從液壓缸加力于葉片而提供動(dòng)力沖程。
轉(zhuǎn)子出口32打開(kāi)于液壓缸14中各葉片23的上死中心，而閉合于葉片從液壓缸分離的點(diǎn)。轉(zhuǎn)子21上產(chǎn)生的力，作為轉(zhuǎn)矩傳送至驅(qū)動(dòng)元件15而到達(dá)馬達(dá)的最終輸出軸(未畫(huà)出)。
在運(yùn)轉(zhuǎn)期間，馬達(dá)的機(jī)殼是充滿(mǎn)著壓力為排出壓力的流體。當(dāng)一葉片23進(jìn)入液壓缸14時(shí)，流體被一在各葉片23周邊上的軸向矩形溝33所移動(dòng)，這使得在工作循環(huán)的那一段的密封被打破。在多級(jí)馬達(dá)中，排出流體由非驅(qū)動(dòng)端板12中通道34以及驅(qū)動(dòng)端板13中的通道35，以箭頭D的方向從第一級(jí)放出。如果馬達(dá)是最終級(jí)或僅有一級(jí)，如圖1馬達(dá)的情形，所有壓力流體經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)元件15轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)能量。余下的流體被排進(jìn)機(jī)殼10，而從那里經(jīng)過(guò)通道27a到鉆探鉆頭(圖1和圖3中箭頭C)。
圖6示出了用作井底鉆探馬達(dá)的本發(fā)明的一種液壓馬達(dá)，圖中第一馬達(dá)單元60直接用螺栓緊固于輸送管61的鉆具組的下法蘭，該輸送管提供來(lái)自供應(yīng)線62的輸入供應(yīng)流體。最終馬達(dá)單元的外軸是直接或經(jīng)過(guò)一中間聯(lián)接器連接到鉆探鉆頭64。
這樣，能看到液壓馬達(dá)，將在壓力下流動(dòng)的流體供給到旋轉(zhuǎn)部件而得到其輸出功率。
雖然馬達(dá)原則上設(shè)計(jì)成用于放于深井的井底鉆探馬達(dá)，它也可作為一高轉(zhuǎn)矩/慢轉(zhuǎn)速馬達(dá)應(yīng)用于(以適當(dāng)?shù)男薷?一般用途的流體靜力學(xué)的傳輸系統(tǒng)。
馬達(dá)能容易地適合于“逐級(jí)”裝配，從而如上所述的各個(gè)別馬達(dá)可以用一個(gè)或另外更多個(gè)馬達(dá)連接成一行，以增加最終輸出軸功率。
當(dāng)用作一鉆探馬達(dá)時(shí)，傳統(tǒng)地用增壓泥懸浮液為工作流體，用于沖洗、潤(rùn)滑和冷卻一鉆探鉆頭，該流體依次通過(guò)各級(jí)?？偭髁康囊徊糠?，在各馬達(dá)級(jí)被提取出，以提供用于驅(qū)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)功率。流體從工作動(dòng)程排出后，流體從馬達(dá)機(jī)殼放出，以提供用作附于馬達(dá)輸出軸的鉆探鉆頭的沖洗、潤(rùn)滑和冷卻。
不偏離本發(fā)明的范圍和輪廓，可對(duì)設(shè)計(jì)和構(gòu)造詳細(xì)地作出各種修改。例如，當(dāng)適用于一般用途時(shí)，液壓馬達(dá)是不受放下井底鉆探馬達(dá)嚴(yán)格的直徑限制，而這樣用于工作流體(例如液壓油)的入口和出口連接，能設(shè)置在馬達(dá)的非驅(qū)動(dòng)端的一板或鑄件中。
權(quán)利要求
1.一種液壓馬達(dá)，其特征在于包括一個(gè)界定一腔的機(jī)殼，該腔具有多個(gè)形成在其中的液壓缸；一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元在腔內(nèi)，適合于耦合到一輸出軸；一多葉型轉(zhuǎn)子安裝于帶有葉片的驅(qū)動(dòng)元件上，適合于與幾個(gè)液壓缸順序地協(xié)同工作；在各葉片中有一通道，在各葉片預(yù)定的位置期間，經(jīng)過(guò)通道施加于轉(zhuǎn)子內(nèi)部的流體是對(duì)準(zhǔn)液壓缸的，從而葉片從液壓缸受到力，而這樣產(chǎn)生的力作為轉(zhuǎn)矩傳送至驅(qū)動(dòng)元件。
2.按權(quán)利要求
1規(guī)定的馬達(dá)，其特征在于其中驅(qū)動(dòng)單元包括一對(duì)間隔地分開(kāi)法蘭裝置，它們由多個(gè)中空螺栓連接在一起，以及多葉型轉(zhuǎn)子是安裝于各中空螺栓上的。
3.按權(quán)利要求
2規(guī)定的馬達(dá)，其特征在于其中一個(gè)所說(shuō)法蘭裝置是一驅(qū)動(dòng)端法蘭裝置，而另一個(gè)是非驅(qū)動(dòng)端法蘭裝置，以及其中非驅(qū)動(dòng)端法蘭裝置具有一中空的短軸，驅(qū)動(dòng)流體經(jīng)過(guò)該短軸引進(jìn)馬達(dá)里面，而驅(qū)動(dòng)端法蘭裝置是連接至輸出軸。
4.按權(quán)利要求
3規(guī)定的馬達(dá)，其特征在于其中馬達(dá)是一多級(jí)馬達(dá)，其中馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)端法蘭裝置適合于耦合到一相似液壓馬達(dá)的非驅(qū)動(dòng)端法蘭裝置，以及馬達(dá)具有一中空短軸，驅(qū)動(dòng)流體經(jīng)過(guò)該短軸排進(jìn)所說(shuō)相似液壓馬達(dá)。
5.按權(quán)利要求
3規(guī)定的馬達(dá)，其特征在于其中驅(qū)動(dòng)端法蘭具有一中空短軸，所有排出流體經(jīng)過(guò)該短軸導(dǎo)向至一鉆探鉆頭。
6.按權(quán)利要求
3規(guī)定的馬達(dá)，其特征在于其中各轉(zhuǎn)子中空螺栓具有一出口，該出口依次與對(duì)應(yīng)葉片中的通道重疊，從而工作流體是從非驅(qū)動(dòng)端法蘭朝向中空螺栓進(jìn)入而經(jīng)過(guò)螺栓中的出口進(jìn)入葉片以及從那里到對(duì)應(yīng)的液壓缸。
7.按權(quán)利要求
6規(guī)定的馬達(dá)，其特征在于其中各葉片在其周邊上有一軸向溝以在葉片運(yùn)動(dòng)的那一段打破葉片和其液壓缸兩者之間的密封。
8.一種液壓馬達(dá)組合，其特征在于包括一大體上按權(quán)利要求
1規(guī)定的第一馬達(dá)，和一大體上按權(quán)利要求
1規(guī)定的第二馬達(dá)，以及工作流體依次流經(jīng)各馬達(dá)，在每一馬達(dá)處流體的一部份被提取出來(lái)。
專(zhuān)利摘要
一液壓馬達(dá)有由非驅(qū)動(dòng)端罩(12)和一驅(qū)動(dòng)端罩(13)封蓋的一中空機(jī)殼(10)。多個(gè)徑向槽或凹口形成在機(jī)殼內(nèi)表面里構(gòu)成工作液壓缸。端罩(12、13)有軸承(16、17)，軸承支持由機(jī)殼界定的腔中的一驅(qū)動(dòng)元件(15)。驅(qū)動(dòng)元件具有三個(gè)三葉型轉(zhuǎn)子(22)，驅(qū)動(dòng)元件和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)(以相反方向)時(shí)，轉(zhuǎn)子葉片(23)依次嚙合各液壓缸，從而形成一密封腔，該腔在箭頭A的方面接納增壓流體。余下流體沿著箭頭C方向排出，例如馬達(dá)用作井底鉆探馬達(dá)時(shí)，排至鉆探鉆頭。
文檔編號(hào)F03C2/08GK86103246SQ86103246
公開(kāi)日1987年1月7日 申請(qǐng)日期1986年5月8日
發(fā)明者羅伯特·威廉·里格比, 艾倫·羅伯特·伯恩斯 申請(qǐng)人:坦尼森控股公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan