專利名稱:液壓馬達的制作方法
本發(fā)明涉及液壓馬達，該馬達在壓力流體流至旋轉(zhuǎn)部分的流動中得到輸出功率。
本發(fā)明將敘述關(guān)于一種液壓馬達，該種馬達可以安裝在一長的鉆具組的下端，作為一井底鉆探馬達，以及由增壓懸浮液驅(qū)動，該懸浮液一般地用作鉆探鉆頭潤滑和冷卻。然而，不用說，本發(fā)明不限于用作馬達(即使具有或者沒有較小的修改)也可以作為一高轉(zhuǎn)矩/慢轉(zhuǎn)速馬達，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渦輪機原理之上的。
商業(yè)上使用的或者還處于實驗階段的其他正排量液壓馬達(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，在一個相當(dāng)大的軸線長度范圍內(nèi)，從運動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，使其成為特別適合于定向鉆探，以及輕便和堅固的結(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，該種馬達包括一個界定一腔的機殼，該腔具有多個形成在其中的液壓缸;一個在腔內(nèi)的適合于耦合到一個輸出軸的驅(qū)動元件;一個安裝于帶有葉片的驅(qū)動元件上的，適合于與幾個液壓缸順序地協(xié)同工作的多葉轉(zhuǎn)子;在每葉片中有一通道，在經(jīng)過各葉片預(yù)定的位置的期間，經(jīng)過通道施加于轉(zhuǎn)子內(nèi)部的流體是對準液壓缸的，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)動元件。
最好有三個轉(zhuǎn)子，各帶有三個葉片和十個液壓缸，而原理能同樣地應(yīng)用到一個三轉(zhuǎn)子/三葉片，六個、八個或九個液壓缸結(jié)構(gòu)。
馬達能成級的裝配，從而各個特有的功率組件或馬達可以與一個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滑和冷卻。工作流體依次通過各級，而總流量的一部分是在各中間級被提取出，以提供各級組件的運動功率。在實施中，馬達組件是液壓以并聯(lián)的方式以及機械以串聯(lián)的方式運轉(zhuǎn)。
為了使本發(fā)明更容易了解和實施，可參照附圖來進行，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的單級液壓馬達的一個剖面圖，圖2是適合于連接至示于圖1的第一級的第二級或第二階液壓馬達的一個剖面圖，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的液壓馬達的液壓缸和從液壓缸排出，圖5是圖1所示馬達中央部分的部件分解圖，以及圖6是井底鉆具組、馬達和鉆頭裝置的一示意圖。
圖1和圖2中所示的液壓馬達，各包括一中空機殼10，由一非驅(qū)動端罩12和驅(qū)動端罩13封蓋，所有的罩用螺栓11固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。多個徑向槽或凹口14形成在機殼的內(nèi)部表面里，構(gòu)成馬達的工作液壓缸(見圖3)，第一和第二級是大體上相似的，而在適當(dāng)?shù)臅r候一起敘述。
端罩12和13具有錐形滾柱軸承16、17，轉(zhuǎn)承支持由機殼10界定的腔中的一個驅(qū)動元件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，該密封板對著與驅(qū)動元件或轉(zhuǎn)子15相連的機械零件的面起作用，而板18a對著附于非驅(qū)動端的短軸24(圖2)與24a(圖1)和附于驅(qū)動端短軸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，該彈簧分別對著板18和18a起作用。
驅(qū)動元件15(見圖2)包括二個有法蘭的部件19、19a，它們由三個相等間隔的，圓的、中空的螺栓21將它們連接在一起。每個螺栓21裝有一個轉(zhuǎn)子22，轉(zhuǎn)子具有在螺栓上能自由轉(zhuǎn)動的三個葉片23。第二級馬達的驅(qū)動元件，在法蘭部件19、19a之間具有三傳送管50(見圖4)，而第一級的驅(qū)動元件，在法蘭部件19、19a之間具有三個轉(zhuǎn)子扭力螺栓51(見圖3)。
從圖3和圖4中可見，當(dāng)驅(qū)動元件15和轉(zhuǎn)子22轉(zhuǎn)動(以相反方向)時，轉(zhuǎn)子葉片23依次嚙合液壓缸14，從而形成一個密封腔，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，對于圖1的第一級馬達圖示于圖3，而對于圖2的第二級馬達圖示于圖4。高壓(即輸入)流體由實線指示，而低壓(即排出)流體由虛線指示。非驅(qū)動端部件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)動流體經(jīng)過通道，以箭頭A的方向引進圖1和圖2的馬達里。
驅(qū)動端法蘭部件19a有一中空短軸26(圖2)，短軸具有一通道27(圖2)，增壓驅(qū)動流體的一部分經(jīng)過通道，就圖2的馬達來說，以箭頭B的方向排出到圖1的馬達。一個環(huán)狀的連接法蘭28是用來連結(jié)第一和第二級，而一個單元的驅(qū)動端短軸26容納下一單元的非驅(qū)動端短軸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中的三個對應(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各葉片23進入液壓缸腔14，由從液壓缸加力于葉片而提供動力沖程。
轉(zhuǎn)子出口32打開于液壓缸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。轉(zhuǎn)子21上產(chǎn)生的力，作為轉(zhuǎn)矩傳送至驅(qū)動元件15而到達馬達的最終輸出軸(未畫出)。
在運轉(zhuǎn)期間，馬達的機殼是充滿著壓力為排出壓力的流體。當(dāng)一葉片23進入液壓缸14時，流體被一在各葉片23周邊上的軸向矩形溝33所移動，這使得在工作循環(huán)的那一段的密封被打破。在多級馬達中，排出流體由非驅(qū)動端板12中通道34以及驅(qū)動端板13中的通道35，以箭頭D的方向從第一級放出。如果馬達是最終級或僅有一級，如圖1馬達的情形，所有壓力流體經(jīng)過驅(qū)動元件15轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動能量。余下的流體被排進機殼10，而從那里經(jīng)過通道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的本發(fā)明的一種液壓馬達，圖中第一馬達單元60直接用螺栓緊固于輸送管61的鉆具組的下法蘭，該輸送管提供來自供應(yīng)線62的輸入供應(yīng)流體。最終馬達單元的外軸是直接或經(jīng)過一中間聯(lián)接器連接到鉆探鉆頭64。
這樣，能看到液壓馬達，將在壓力下流動的流體供給到旋轉(zhuǎn)部件而得到其輸出功率。
雖然馬達原則上設(shè)計成用于放于深井的井底鉆探馬達，它也可作為一高轉(zhuǎn)矩/慢轉(zhuǎn)速馬達應(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)。
馬達能容易地適合于“逐級”裝配，從而如上所述的各個別馬達可以用一個或另外更多個馬達連接成一行，以增加最終輸出軸功率。
當(dāng)用作一鉆探馬達時，傳統(tǒng)地用增壓泥懸浮液為工作流體，用于沖洗、潤滑和冷卻一鉆探鉆頭，該流體依次通過各級?？偭髁康囊徊糠?，在各馬達級被提取出，以提供用于驅(qū)動元件的運動功率。流體從工作動程排出后，流體從馬達機殼放出，以提供用作附于馬達輸出軸的鉆探鉆頭的沖洗、潤滑和冷卻。
不偏離本發(fā)明的范圍和輪廓，可對設(shè)計和構(gòu)造詳細地作出各種修改。例如，當(dāng)適用于一般用途時，液壓馬達是不受放下井底鉆探馬達嚴格的直徑限制，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)置在馬達的非驅(qū)動端的一板或鑄件中。
權(quán)利要求
1.一種液壓馬達，其特征在于包括一個界定一腔的機殼，該腔具有多個形成在其中的液壓缸；一個驅(qū)動單元在腔內(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)動元件上，適合于與幾個液壓缸順序地協(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)過通道施加于轉(zhuǎn)子內(nèi)部的流體是對準液壓缸的，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)動元件。
2.按權(quán)利要求
1規(guī)定的馬達，其特征在于其中驅(qū)動單元包括一對間隔地分開法蘭裝置，它們由多個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，其特征在于其中一個所說法蘭裝置是一驅(qū)動端法蘭裝置，而另一個是非驅(qū)動端法蘭裝置，以及其中非驅(qū)動端法蘭裝置具有一中空的短軸，驅(qū)動流體經(jīng)過該短軸引進馬達里面，而驅(qū)動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，其特征在于其中馬達是一多級馬達，其中馬達的驅(qū)動端法蘭裝置適合于耦合到一相似液壓馬達的非驅(qū)動端法蘭裝置，以及馬達具有一中空短軸，驅(qū)動流體經(jīng)過該短軸排進所說相似液壓馬達。
5.按權(quán)利要求
3規(guī)定的馬達，其特征在于其中驅(qū)動端法蘭具有一中空短軸，所有排出流體經(jīng)過該短軸導(dǎo)向至一鉆探鉆頭。
6.按權(quán)利要求
3規(guī)定的馬達，其特征在于其中各轉(zhuǎn)子中空螺栓具有一出口，該出口依次與對應(yīng)葉片中的通道重疊，從而工作流體是從非驅(qū)動端法蘭朝向中空螺栓進入而經(jīng)過螺栓中的出口進入葉片以及從那里到對應(yīng)的液壓缸。
7.按權(quán)利要求
6規(guī)定的馬達，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動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，和一大體上按權(quán)利要求
1規(guī)定的第二馬達，以及工作流體依次流經(jīng)各馬達，在每一馬達處流體的一部份被提取出來。
專利摘要
一液壓馬達有由非驅(qū)動端罩(12)和一驅(qū)動端罩(13)封蓋的一中空機殼(10)。多個徑向槽或凹口形成在機殼內(nèi)表面里構(gòu)成工作液壓缸。端罩(12、13)有軸承(16、17)，軸承支持由機殼界定的腔中的一驅(qū)動元件(15)。驅(qū)動元件具有三個三葉型轉(zhuǎn)子(22)，驅(qū)動元件和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)(以相反方向)時，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，例如馬達用作井底鉆探馬達時，排至鉆探鉆頭。
文檔編號F03C2/08GK86103246SQ86103246
公開日1987年1月7日 申請日期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 申請人:坦尼森控股公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan