[发明专利]一种螺杆马达及井下动力钻具

说明书

本发明公开了一种螺杆马达及井下动力钻具，该螺杆马达包括穿设在定子管内且由弹性材质制成的定子衬套，穿设在定子衬套内的转子，定子管的内周面、定子衬套的外周面以及定子衬套的内周面均呈环形且呈波纹状，定子衬套的外周面上波峰与其内周面上的波峰相对且构成波峰部，定子衬套的外周面上波谷与其内周面上的波谷相对且构成波谷部，沿转子的转动方向，波谷部和与其相邻的波峰部通过承载部连接，波峰部和与其相邻的波谷部通过密封部连接，波峰部以及波谷部的厚度均小于承载部的厚度且均大于密封部的厚度，相对等壁厚螺杆马达，转子转动过程中定子衬套受力趋于均匀，可以避免出现局部应力幅值过大而导致的衬套分层、剥落、脱落等现象。

技术领域

发明涉地质勘探领域，尤其涉及一种螺杆马达及井下动力钻具。

背景技术

螺杆钻具是目前使用最广泛的一种井下动力钻具，主要由马达、万向轴总成和传动轴总成等部分构成，其中马达包括转子、定子衬套和定子管，定子衬套通常为具有一定弹性的邵氏硬度70-85的橡胶、邵氏硬度大于90的塑料或复合材料，以压注、粘结等方式粘结在定子管内壁上。衬套内轮廓与转子外轮廓相互啮合，并且转子对定子衬套有一定的预压缩，形成若干个位置不同的螺旋密封腔。钻井液通入后，在一定压差作用下，转子转动，将钻井液的水力能转换成转子扭矩和旋转动能，并通过万向轴、传动轴传递给螺杆钻具末端连接的钻头，为钻头破碎岩石提供能量。

现有的常规螺杆马达如图1所示，包括定子管10、穿设在定子管10中的定子衬套20，穿设在定子衬套20中的转子30，该螺杆马达的定子管10一般用钢制成，其内壁为光滑的圆柱面，定子衬套20的外周面和定子管10的内周面贴合，定子衬套20的内周面呈花瓣状，定子衬套20的波峰与波谷处的厚度相差2 倍以上。马达的转子30工作过程中，类似行星运动，定子衬套20处于压缩-回弹-压缩的循环中，会生成热。由于橡胶材料的导热性较差，橡胶材料厚度大，其心部容易发生热聚效应，导致橡胶性能降低，发生分层破坏，甚至脱胶，密封失效，动力不足乃至制动。

针对上述情况，现有技术中也有将定子衬套20制成等壁厚的结构，将定子管10内壁预制成型，使定子衬套20具有相同大小的壁厚，这种结构的螺杆马达称为等壁厚螺杆马达。如图2所示，该螺杆马达的定子管10的内壁呈花瓣状，定子衬套20的外周面与定子管10的内周面贴合，定子衬套20的内周面同样呈花瓣状，并且其各个位置的厚度相等，通过等壁厚螺杆马达能够有效解决现有常规螺杆马达定子衬套20厚度相差大所导致的橡胶心部热聚问题，而且定子衬套20由定子管10轮廓支撑，单位长度螺杆马达提供的扭矩增大。但使用过程中，等壁厚螺杆马达还会发生局部掉胶等失效，导致钻具寿命不满足使用要求。通过分析研究发现，等壁厚螺杆马达转子30转动过程中，定子衬套20应力分布不均匀，最大应力为最小应力10倍以上，这是等壁厚螺杆马达定子衬套 20局部掉胶、剥落的主要原因，为了保证定子衬套20使用寿命，不得不增大定子衬套20厚度，降低定子衬套20硬度，以减小应力峰值；而且，等壁厚螺杆马达由于定子衬套20受力不均匀，导致其转子30运动轨迹不规则，万向轴摆角较大，磨损较快，万向轴磨损后，摆角更大，反过来又会影响定子衬套20受力，导致定子衬套20早期失效。

因此，亟需一种螺杆马达及井下动力钻具以解决上述问题。

发明内容

发明的一个目的在于：提供一种螺杆马达，以解决现有技术中等壁厚螺杆马达转子转动过程中定子衬套受力不均匀容易造成定子衬套掉胶、剥落的问题。

发明的另一目的在于提供一种井下动力钻具，以解决现有技术中等壁厚螺杆马达的定子衬套容易早期失效的问题。