螺杆马达部分课件

井下千米定向钻进装备与工艺井下千米定向钻进装备与工艺螺杆马达部分螺杆马达部分煤炭科学研究总院西安研究院煤炭科学研究总院西安研究院煤炭科学研究总院西安研究院煤炭科学研究总院西安研究院研发中心研发中心研发中心研发中心20242024年年年年7 7月月月月2121日日日日煤炭科学研究总院西安研究院煤炭科学研究总院西安研究院培训提纲培训提纲3 螺杆马达结构原理螺杆马达结构原理 4 螺杆马达定向成孔工艺螺杆马达定向成孔工艺5 螺杆马达定向钻进试验螺杆马达定向钻进试验1 国内研究应用现状国内研究应用现状2 螺杆马达与稳定组合钻具优缺点对比螺杆马达与稳定组合钻具优缺点对比6 螺杆马达使用注意事项螺杆马达使用注意事项7 螺杆马达故障分析螺杆马达故障分析 煤科院西安研究院率先用螺杆马达组合进行煤矿井下近水平定向孔施工，在大同局四台矿用于探测地质异常体，孔深达302.5m 亚美大宁、寺河、白芨沟等矿先后引进澳大利亚VLD定向钻机和螺杆马达配套机具，在国外专家指导下，于2005年和2007年分别施工超过1000m主孔的定向孔两个，孔深为1005m和1023m，并在主孔中进行多个分支钻孔施工 煤科院西安研究院承担国家级两大井下定向钻进项目，2008年5月现场试验阶段应用螺杆马达配套机具和随钻测量系统，完成了目前为止国内最深的1046m近水平受控定向钻孔，并侧钻进行多个定向分支孔，真正实现了国产近水平钻进技术和设备机具的配套 先后引进9套千米钻机和螺杆马达配套机具用于井下近水平孔定向施工，最深钻孔仅432.15m，孔径96mm 90年代中期年代中期90年代初期年代初期 2003年起年起 2005年起年起90年代中期年代中期1 国内研究应用现状国内研究应用现状 稳定组合钻具结构示意图稳定组合钻具结构示意图稳定组合钻具结构示意图稳定组合钻具结构示意图2 螺杆马达与稳定组合钻具优缺点对比螺杆马达与稳定组合钻具优缺点对比 主要由钻杆主要由钻杆主要由钻杆主要由钻杆(普通普通普通普通钻杆、细钻杆、钻杆、细钻杆、钻杆、细钻杆、钻杆、细钻杆、加重钻杆加重钻杆加重钻杆加重钻杆)、钻头、钻头、钻头、钻头(造斜钻头、稳斜造斜钻头、稳斜造斜钻头、稳斜造斜钻头、稳斜钻头、阶梯钻头钻头、阶梯钻头钻头、阶梯钻头钻头、阶梯钻头)和稳定器组成和稳定器组成和稳定器组成和稳定器组成 不同定向效果的稳定器结构不同定向效果的稳定器结构不同定向效果的稳定器结构不同定向效果的稳定器结构:螺杆马达组合结构示意图螺杆马达组合结构示意图螺杆马达组合结构示意图螺杆马达组合结构示意图测斜仪无磁钻杆旁通阀马达万向轴传动轴钻头名名 称称稳定组合钻具稳定组合钻具螺杆马达螺杆马达优 点点成本低、结构简单、易于操作、对冲洗液性能要求较低对倾角、方位角均能调节、实时随钻测量精确高、定向效果好、对设备能力要求较低缺缺 点点不能控制钻孔方位角，倾角只能在一定范围内调节，对设备机具能力要求较高、钻工劳动强度相对较大结构较为复杂、价格相对昂贵、对钻工整体素质要求较高应用范畴用范畴定向精度要求不高的较稳定地层较大口径长钻孔定向精度较高的较稳定地层瓦斯抽采长钻孔、地质异常条件探测钻孔优缺点对比优缺点对比优缺点对比优缺点对比:3 螺杆马达螺杆马达结构原理结构原理 螺杆马达分类螺杆马达分类 3.1 3.2 螺杆马达结构组成螺杆马达结构组成 3.3 螺杆马达特性分析螺杆马达特性分析 3.4螺杆马达工作原理螺杆马达工作原理 螺杆马达性能测试螺杆马达性能测试 3.53.1 3.1 螺杆马达分类螺杆马达分类按按结结构构特特征征分分类类 按马达转子端面线型的按马达转子端面线型的按马达转子端面线型的按马达转子端面线型的“头头头头”数分类数分类数分类数分类 ，螺杆马达可分为单头和多头螺杆马达。多头螺杆马达可分为单头和多头螺杆马达。多头螺杆马达可分为单头和多头螺杆马达。多头螺杆马达可分为单头和多头螺杆马达。多头具有低转速、大扭矩特征。具有低转速、大扭矩特征。具有低转速、大扭矩特征。具有低转速、大扭矩特征。按马达转子与定子头数的关系分类，目前按马达转子与定子头数的关系分类，目前按马达转子与定子头数的关系分类，目前按马达转子与定子头数的关系分类，目前井下常用的为井下常用的为井下常用的为井下常用的为3/43/4、4/54/5、5/65/6等型螺杆马达。等型螺杆马达。等型螺杆马达。等型螺杆马达。按马达的按马达的按马达的按马达的“级级级级”数即定子数即定子数即定子数即定子转子运动副所转子运动副所转子运动副所转子运动副所包含的定子导程的正倍数进行分类，单头多在包含的定子导程的正倍数进行分类，单头多在包含的定子导程的正倍数进行分类，单头多在包含的定子导程的正倍数进行分类，单头多在3 3级以上，多头多在级以上，多头多在级以上，多头多在级以上，多头多在2 2级以上。级数越多，马达级以上。级数越多，马达级以上。级数越多，马达级以上。级数越多，马达可输出的工作力矩值越大。可输出的工作力矩值越大。可输出的工作力矩值越大。可输出的工作力矩值越大。3.1 3.1 螺杆马达分类螺杆马达分类 此分类方法便于设计制造部门和使用者根据钻孔外径要求选此分类方法便于设计制造部门和使用者根据钻孔外径要求选此分类方法便于设计制造部门和使用者根据钻孔外径要求选此分类方法便于设计制造部门和使用者根据钻孔外径要求选择相应直径的螺杆马达，煤矿井下常用的小口径螺杆马达主要有择相应直径的螺杆马达，煤矿井下常用的小口径螺杆马达主要有择相应直径的螺杆马达，煤矿井下常用的小口径螺杆马达主要有择相应直径的螺杆马达，煤矿井下常用的小口径螺杆马达主要有9595（33 3/4 4）、）、）、）、8989（31 1/2 2）、）、）、）、7373（27 7/8 8）和）和）和）和5454（21 1/8 8）等。）等。）等。）等。按公称直径分类按公称直径分类 按万向轴壳体结构分类按万向轴壳体结构分类 可分为直螺杆马达（无结构弯角）和弯壳体螺杆马达（带结构可分为直螺杆马达（无结构弯角）和弯壳体螺杆马达（带结构可分为直螺杆马达（无结构弯角）和弯壳体螺杆马达（带结构可分为直螺杆马达（无结构弯角）和弯壳体螺杆马达（带结构弯角），直螺杆马达上方加配弯接头主要用于常规定向钻孔，弯壳弯角），直螺杆马达上方加配弯接头主要用于常规定向钻孔，弯壳弯角），直螺杆马达上方加配弯接头主要用于常规定向钻孔，弯壳弯角），直螺杆马达上方加配弯接头主要用于常规定向钻孔，弯壳体螺杆马达主要用于近水平孔、多分支孔、大位移孔等施工。体螺杆马达主要用于近水平孔、多分支孔、大位移孔等施工。体螺杆马达主要用于近水平孔、多分支孔、大位移孔等施工。体螺杆马达主要用于近水平孔、多分支孔、大位移孔等施工。进口进口进口进口7373螺杆钻具按不同分类方式的主要技术参数表螺杆钻具按不同分类方式的主要技术参数表螺杆钻具按不同分类方式的主要技术参数表螺杆钻具按不同分类方式的主要技术参数表外径外径mm钻头尺寸尺寸mm头数数级数数长度度m排量排量lpm转速速rpm上上紧扭矩扭矩Nm输出出扭矩扭矩Nm最大最大过载拉力拉力kN最大最大钻压kN7382-1145:633.2113-350 140 -375162025789273.1 3.1 螺杆马达分类螺杆马达分类 螺杆马达是一种把液体的压力能转换为机械能的能量容积式正螺杆马达是一种把液体的压力能转换为机械能的能量容积式正螺杆马达是一种把液体的压力能转换为机械能的能量容积式正螺杆马达是一种把液体的压力能转换为机械能的能量容积式正排量动力转换装置，主要由旁通阀总成、螺杆马达（定子、转子）排量动力转换装置，主要由旁通阀总成、螺杆马达（定子、转子）排量动力转换装置，主要由旁通阀总成、螺杆马达（定子、转子）排量动力转换装置，主要由旁通阀总成、螺杆马达（定子、转子）总成、万向轴总成、传动轴总成四大部分组成。总成、万向轴总成、传动轴总成四大部分组成。总成、万向轴总成、传动轴总成四大部分组成。总成、万向轴总成、传动轴总成四大部分组成。采用螺杆马达进行钻进，不需要钻杆旋转，泥浆泵输出冲洗液采用螺杆马达进行钻进，不需要钻杆旋转，泥浆泵输出冲洗液采用螺杆马达进行钻进，不需要钻杆旋转，泥浆泵输出冲洗液采用螺杆马达进行钻进，不需要钻杆旋转，泥浆泵输出冲洗液经旁通阀（或代用接头）进入螺杆马达，在马达进出口形成一定压经旁通阀（或代用接头）进入螺杆马达，在马达进出口形成一定压经旁通阀（或代用接头）进入螺杆马达，在马达进出口形成一定压经旁通阀（或代用接头）进入螺杆马达，在马达进出口形成一定压差，推动马达转子旋转，通过万向轴和传动轴将转速和扭矩传递给差，推动马达转子旋转，通过万向轴和传动轴将转速和扭矩传递给差，推动马达转子旋转，通过万向轴和传动轴将转速和扭矩传递给差，推动马达转子旋转，通过万向轴和传动轴将转速和扭矩传递给钻头，从而达到碎岩的目的。钻头，从而达到碎岩的目的。钻头，从而达到碎岩的目的。钻头，从而达到碎岩的目的。3.2 3.2 螺杆马达工作原理螺杆马达工作原理3.3 3.3 螺杆马达结构组成螺杆马达结构组成螺杆马达结构特征示意图螺杆马达结构特征示意图螺杆马达结构特征示意图螺杆马达结构特征示意图 旁通阀在马达的上端，是螺杆马达的辅助部分，旁通阀在马达的上端，是螺杆马达的辅助部分，旁通阀在马达的上端，是螺杆马达的辅助部分，旁通阀在马达的上端，是螺杆马达的辅助部分，有旁通和关闭有旁通和关闭有旁通和关闭有旁通和关闭两个位置。两个位置。两个位置。两个位置。其作用是在起下钻（停泵）时其作用是在起下钻（停泵）时其作用是在起下钻（停泵）时其作用是在起下钻（停泵）时处于旁通位置处于旁通位置处于旁通位置处于旁通位置，由旁通口，由旁通口，由旁通口，由旁通口提供钻柱内外冲洗液的通道，提供钻柱内外冲洗液的通道，提供钻柱内外冲洗液的通道，提供钻柱内外冲洗液的通道，使钻柱中冲洗液不经过马达直接流入使钻柱中冲洗液不经过马达直接流入使钻柱中冲洗液不经过马达直接流入使钻柱中冲洗液不经过马达直接流入环空；环空；环空；环空；当冲洗液流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，旁通口当冲洗液流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，旁通口当冲洗液流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，旁通口当冲洗液流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，旁通口关闭，压力冲洗液全部进入马达，把压力能转化为机械能而正常工关闭，压力冲洗液全部进入马达，把压力能转化为机械能而正常工关闭，压力冲洗液全部进入马达，把压力能转化为机械能而正常工关闭，压力冲洗液全部进入马达，把压力能转化为机械能而正常工作。煤矿井下近水平钻进时，常用代用接头代替旁通阀。作。煤矿井下近水平钻进时，常用代用接头代替旁通阀。作。煤矿井下近水平钻进时，常用代用接头代替旁通阀。作。煤矿井下近水平钻进时，常用代用接头代替旁通阀。冲洗液冲洗液冲洗液冲洗液冲洗液冲洗液冲洗液冲洗液3.3.1 3.3.1 旁通阀总成旁通阀总成 它主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、孔用挡圈组成。它主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、孔用挡圈组成。它主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、孔用挡圈组成。它主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、孔用挡圈组成。阀阀阀阀芯芯芯芯阀阀阀阀套套套套筛筛筛筛板板板板阀阀阀阀体体体体隔隔隔隔板板板板隔隔隔隔板板板板密封件密封件密封件密封件弹弹弹弹簧簧簧簧挡挡挡挡圈圈圈圈挡挡挡挡圈圈圈圈3.3.1 3.3.1 旁通阀总成旁通阀总成防掉接头防掉接头防掉接头防掉接头防掉锁母防掉锁母防掉锁母防掉锁母防掉连杆防掉连杆防掉连杆防掉连杆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆泥浆 它的作用是防止螺杆由于异常原因造成壳体断裂或脱扣避免落它的作用是防止螺杆由于异常原因造成壳体断裂或脱扣避免落它的作用是防止螺杆由于异常原因造成壳体断裂或脱扣避免落它的作用是防止螺杆由于异常原因造成壳体断裂或脱扣避免落井事故井事故井事故井事故,同时使泵压升高同时使泵压升高同时使泵压升高同时使泵压升高,使地面发现问题及时起钻。使地面发现问题及时起钻。使地面发现问题及时起钻。使地面发现问题及时起钻。3.3.2 3.3.2 防掉总成防掉总成防掉接头防掉接头防掉接头防掉接头防掉锁母防掉锁母防掉锁母防掉锁母防掉连杆防掉连杆防掉连杆防掉连杆3.3.2 3.3.2 防掉总成防掉总成 由定子和转子组成。定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成，由定子和转子组成。定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成，由定子和转子组成。定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成，由定子和转子组成。定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成，橡胶内孔是具有一定几何参数的螺旋；转子是一根有镀铬硬层的橡胶内孔是具有一定几何参数的螺旋；转子是一根有镀铬硬层的橡胶内孔是具有一定几何参数的螺旋；转子是一根有镀铬硬层的橡胶内孔是具有一定几何参数的螺旋；转子是一根有镀铬硬层的螺杆。螺杆。螺杆。螺杆。定子定子定子定子转子转子转子转子橡胶橡胶橡胶橡胶衬套衬套衬套衬套定子定子定子定子壳体壳体壳体壳体3.3.3 3.3.3 马达总成马达总成螺杆马达的基本工作原理：螺杆马达的基本工作原理：螺杆马达的基本工作原理：螺杆马达的基本工作原理：转子与定子相互啮合，是用两者的导程差而形成的螺旋密转子与定子相互啮合，是用两者的导程差而形成的螺旋密转子与定子相互啮合，是用两者的导程差而形成的螺旋密转子与定子相互啮合，是用两者的导程差而形成的螺旋密封线，同时形成密封腔。随着转子在定子中的转动，密封腔沿封线，同时形成密封腔。随着转子在定子中的转动，密封腔沿封线，同时形成密封腔。随着转子在定子中的转动，密封腔沿封线，同时形成密封腔。随着转子在定子中的转动，密封腔沿着轴向移动，不断的生成与消失，完成其能量转换。着轴向移动，不断的生成与消失，完成其能量转换。着轴向移动，不断的生成与消失，完成其能量转换。着轴向移动，不断的生成与消失，完成其能量转换。定子定子定子定子转子转子转子转子密封舱密封舱密封舱密封舱3.3.3 3.3.3 马达总成马达总成 马达定子一个导程组成一个密封腔，也称为一级。每级额定工作马达定子一个导程组成一个密封腔，也称为一级。每级额定工作马达定子一个导程组成一个密封腔，也称为一级。每级额定工作马达定子一个导程组成一个密封腔，也称为一级。每级额定工作压降为压降为压降为压降为0.8Mpa,0.8Mpa,最大压降为额定工作压力的最大压降为额定工作压力的最大压降为额定工作压力的最大压降为额定工作压力的1.131.13倍，如四级马达，额定倍，如四级马达，额定倍，如四级马达，额定倍，如四级马达，额定压降应为压降应为压降应为压降应为3.2Mpa,3.2Mpa,最大压降为最大压降为最大压降为最大压降为4.52Mpa4.52Mpa。压降超过此值马达就会产生泄压降超过此值马达就会产生泄压降超过此值马达就会产生泄压降超过此值马达就会产生泄漏，转速很快下降，严重时会完全停止转动，甚至造成马达损坏，用漏，转速很快下降，严重时会完全停止转动，甚至造成马达损坏，用漏，转速很快下降，严重时会完全停止转动，甚至造成马达损坏，用漏，转速很快下降，严重时会完全停止转动，甚至造成马达损坏，用户应特别注意。户应特别注意。户应特别注意。户应特别注意。马达的输出扭矩马达的输出扭矩马达的输出扭矩马达的输出扭矩MM与马达的压降与马达的压降与马达的压降与马达的压降 P P成正比，输出转速成正比，输出转速成正比，输出转速成正比，输出转速n n与输入泥与输入泥与输入泥与输入泥浆量浆量浆量浆量QQ成正比，随着负载的增加，钻具的转速有所降低，因此在孔口成正比，随着负载的增加，钻具的转速有所降低，因此在孔口成正比，随着负载的增加，钻具的转速有所降低，因此在孔口成正比，随着负载的增加，钻具的转速有所降低，因此在孔口只要根据压力表控制压力，根据表盘控制泵的流量，就可以控制孔内只要根据压力表控制压力，根据表盘控制泵的流量，就可以控制孔内只要根据压力表控制压力，根据表盘控制泵的流量，就可以控制孔内只要根据压力表控制压力，根据表盘控制泵的流量，就可以控制孔内钻具的扭矩钻具的扭矩钻具的扭矩钻具的扭矩MM和转速和转速和转速和转速n n。定子定子定子定子转子转子转子转子密封舱密封舱密封舱密封舱3.3.3 3.3.3 马达总成马达总成 马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子头数比转子多马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子头数比转子多马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子头数比转子多马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子头数比转子多一头）。转子的头数越少，转速越高，扭矩越小一头）。转子的头数越少，转速越高，扭矩越小一头）。转子的头数越少，转速越高，扭矩越小一头）。转子的头数越少，转速越高，扭矩越小;头数越多，头数越多，头数越多，头数越多，转速越低，扭矩越大。常用的转子头数与定子头数比为转速越低，扭矩越大。常用的转子头数与定子头数比为转速越低，扭矩越大。常用的转子头数与定子头数比为转速越低，扭矩越大。常用的转子头数与定子头数比为 3 3：4 4、5 5：6 6、7 7：8 8的马达，其马达配合的截面轮廊为：的马达，其马达配合的截面轮廊为：的马达，其马达配合的截面轮廊为：的马达，其马达配合的截面轮廊为：3:3:4 45:5:6 67:7:8 83.3.3 3.3.3 马达总成马达总成 万向轴的作用是将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动，将万向轴的作用是将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动，将万向轴的作用是将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动，将万向轴的作用是将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动，将马达产生的扭矩及转速传递给传动轴。万向轴大多采用瓣形和球形。马达产生的扭矩及转速传递给传动轴。万向轴大多采用瓣形和球形。马达产生的扭矩及转速传递给传动轴。万向轴大多采用瓣形和球形。马达产生的扭矩及转速传递给传动轴。万向轴大多采用瓣形和球形。瓣型万向轴采用数控切割技术制成，切口平行度高，粗糙度可达瓣型万向轴采用数控切割技术制成，切口平行度高，粗糙度可达瓣型万向轴采用数控切割技术制成，切口平行度高，粗糙度可达瓣型万向轴采用数控切割技术制成，切口平行度高，粗糙度可达 6.36.3且不破坏金属化学成分，因此使用寿命高、机械损失小。且不破坏金属化学成分，因此使用寿命高、机械损失小。且不破坏金属化学成分，因此使用寿命高、机械损失小。且不破坏金属化学成分，因此使用寿命高、机械损失小。球传动万向轴采用球、杆、绞连接方式，工作面均进行特殊表面球传动万向轴采用球、杆、绞连接方式，工作面均进行特殊表面球传动万向轴采用球、杆、绞连接方式，工作面均进行特殊表面球传动万向轴采用球、杆、绞连接方式，工作面均进行特殊表面处理并用处理并用处理并用处理并用橡胶套密封钢球运动部分，内部注入橡胶套密封钢球运动部分，内部注入橡胶套密封钢球运动部分，内部注入橡胶套密封钢球运动部分，内部注入润滑脂来润滑摩擦副，润滑脂来润滑摩擦副，润滑脂来润滑摩擦副，润滑脂来润滑摩擦副，因此耐磨性、可靠性得到进一步提高，工作寿命相应延长。因此耐磨性、可靠性得到进一步提高，工作寿命相应延长。因此耐磨性、可靠性得到进一步提高，工作寿命相应延长。因此耐磨性、可靠性得到进一步提高，工作寿命相应延长。花瓣型万向轴总成花瓣型万向轴总成花瓣型万向轴总成花瓣型万向轴总成球传动万向轴总成球传动万向轴总成球传动万向轴总成球传动万向轴总成3.3.4 3.3.4 万向轴总成万向轴总成球传动万向轴总成的组成：球传动万向轴总成的组成：球传动万向轴总成的组成：球传动万向轴总成的组成：传传传传动动动动球球球球承承承承压压压压球球球球球球球球座座座座锁锁锁锁紧紧紧紧套套套套连连连连杆杆杆杆活活活活绞绞绞绞密密密密封封封封套套套套可调弯壳体的组成可调弯壳体的组成可调弯壳体的组成可调弯壳体的组成:上壳体上壳体上壳体上壳体下壳体下壳体下壳体下壳体定位套定位套定位套定位套弯接头弯接头弯接头弯接头煤矿用可调弯壳体可调角度范围一般为煤矿用可调弯壳体可调角度范围一般为煤矿用可调弯壳体可调角度范围一般为煤矿用可调弯壳体可调角度范围一般为0-3 0-3。可调弯壳体可调弯壳体可调弯壳体可调弯壳体1.51.50 0上壳体上壳体上壳体上壳体下壳体下壳体下壳体下壳体定位套定位套定位套定位套可调弯壳体的调整：可调弯壳体的调整：可调弯壳体的调整：可调弯壳体的调整：传动轴的作用是将马达的旋转动力传递给钻头，同时承受钻传动轴的作用是将马达的旋转动力传递给钻头，同时承受钻传动轴的作用是将马达的旋转动力传递给钻头，同时承受钻传动轴的作用是将马达的旋转动力传递给钻头，同时承受钻压所产生的轴向和径向负荷。压所产生的轴向和径向负荷。压所产生的轴向和径向负荷。压所产生的轴向和径向负荷。较小口径定向钻进常采用硬质合金径向轴承和中间有一组推较小口径定向钻进常采用硬质合金径向轴承和中间有一组推较小口径定向钻进常采用硬质合金径向轴承和中间有一组推较小口径定向钻进常采用硬质合金径向轴承和中间有一组推力轴承的传动轴总成。力轴承的传动轴总成。力轴承的传动轴总成。力轴承的传动轴总成。传动轴总成传动轴总成传动轴总成传动轴总成3.3.5 3.3.5 传动轴总成传动轴总成传动轴总成的组成传动轴总成的组成传动轴总成的组成传动轴总成的组成 ：壳壳壳壳体体体体下下下下TCTCTCTC动套动套动套动套下下下下TCTCTCTC静套静套静套静套锁母锁母锁母锁母上上上上TCTCTCTC静套静套静套静套上上上上TCTCTCTC动套动套动套动套串轴承串轴承串轴承串轴承隔套隔套隔套隔套水帽水帽水帽水帽传动轴传动轴传动轴传动轴键键键键传动轴总成的组装传动轴总成的组装传动轴总成的组装传动轴总成的组装 ：螺杆马达型号说明螺杆马达型号说明螺杆马达型号说明螺杆马达型号说明 ：例：例：5LZ737.0-表示螺杆马达转子头数与定子头数比表示螺杆马达转子头数与定子头数比56、外径、外径73mm，钻头水眼压降，钻头水眼压降7.0Mpa，为第二次改进产品。，为第二次改进产品。理论特性曲线示意图理论特性曲线示意图理论特性曲线示意图理论特性曲线示意图 可知：理论转矩可知：理论转矩M与马达进出口间的压差与马达进出口间的压差 P成正比；成正比；理论转速理论转速n与通过的流量与通过的流量Q成正比而与钻压无关。成正比而与钻压无关。3.4 3.4 螺杆马达特性分析螺杆马达特性分析 0NpnM,M,n,N 实际特性曲线示意图实际特性曲线示意图实际特性曲线示意图实际特性曲线示意图可知：通过控制泥浆泵的排量可知：通过控制泥浆泵的排量Q和泵压和泵压P 可控制螺杆马达的输出转速可控制螺杆马达的输出转速n和扭矩和扭矩M 3.4 3.4 螺杆马达特性分析螺杆马达特性分析 n0pN,M,n,NM3.53.5 螺杆马达性能测试螺杆马达性能测试测试试验机具连接布置示意图测试试验机具连接布置示意图测试试验机具连接布置示意图测试试验机具连接布置示意图3.5 3.5 螺杆马达性能测试螺杆马达性能测试测试试验现场测试试验现场测试试验现场测试试验现场进口进口进口进口73mm73mm螺杆马达转速、泵压与扭矩变化趋势图螺杆马达转速、泵压与扭矩变化趋势图螺杆马达转速、泵压与扭矩变化趋势图螺杆马达转速、泵压与扭矩变化趋势图 3.5 3.5 螺杆马达性能测试螺杆马达性能测试 两种类型螺杆马达性能对比两种类型螺杆马达性能对比两种类型螺杆马达性能对比两种类型螺杆马达性能对比 类型型优 点点缺缺 点点国国产73mm螺杆螺杆马达达低转速、大扭矩，适应于较深孔和相对复杂地层定向钻孔施工启动泵量、泵压较高，马达发热较为严重进口口73mm螺杆螺杆马达达启动泵量、泵压较低，工作性能稳定，便于操作掌控，适用于一般定向钻孔施工排量范围较小、转速较高、输出扭矩较低，较深钻孔时钻具性能可能会受限3.5 3.5 螺杆马达性能测试螺杆马达性能测试4 螺杆马达定向成孔工艺螺杆马达定向成孔工艺 主孔成孔工艺主孔成孔工艺 4.1 分支孔成孔工艺分支孔成孔工艺 4.24.1 4.1 主孔成孔工艺主孔成孔工艺 主主 孔孔成成孔孔工工艺艺 成孔工艺原理成孔工艺原理 定向方法定向方法 工艺流程工艺流程 钻进工艺参数钻进工艺参数 定向成孔工艺原理：定向成孔工艺原理：用螺杆马达进行煤矿井下近水平定向钻进时，通过选用或调节用螺杆马达进行煤矿井下近水平定向钻进时，通过选用或调节0-3不同的定向弯外管，可达到不同的定向效果。根据设计钻孔轨不同的定向弯外管，可达到不同的定向效果。根据设计钻孔轨迹，在钻孔施工过程中，通过随钻测斜数据来调整弯外管的工具面迹，在钻孔施工过程中，通过随钻测斜数据来调整弯外管的工具面向角，从而使钻孔的倾角和方位基本达到预定目标。向角，从而使钻孔的倾角和方位基本达到预定目标。螺杆马达能够定向钻进基于三个缘由：螺杆马达能够定向钻进基于三个缘由：1）钻头回转碎岩而钻杆柱不回转；）钻头回转碎岩而钻杆柱不回转；2）可连接不同定向弯外管；）可连接不同定向弯外管；3）可随钻进行倾角和方位角测量。）可随钻进行倾角和方位角测量。定向方法：定向方法：1）人工定向：利用全液压坑道钻机卡盘、夹持器的联动功）人工定向：利用全液压坑道钻机卡盘、夹持器的联动功能进行人工定向能进行人工定向 2）随钻测量系统定向：根据设计钻孔的轨迹状况，如用可）随钻测量系统定向：根据设计钻孔的轨迹状况，如用可调弯外管的螺杆马达，先在孔口调整弯外管度数，使其弯头朝上，调弯外管的螺杆马达，先在孔口调整弯外管度数，使其弯头朝上，规定为规定为0。当使用随钻测斜仪时，为避免磁场干扰，应在螺杆马。当使用随钻测斜仪时，为避免磁场干扰，应在螺杆马达后面分别连接下无磁钻杆、测斜仪（其外管也为无磁钻杆）、达后面分别连接下无磁钻杆、测斜仪（其外管也为无磁钻杆）、上无磁钻杆。钻进过程中，根据钻孔轨迹与设计轨迹的偏斜状况，上无磁钻杆。钻进过程中，根据钻孔轨迹与设计轨迹的偏斜状况，采用调整工具面向角进行控制，而不用起下钻变更钻具组合。采用调整工具面向角进行控制，而不用起下钻变更钻具组合。工具面向角对倾角的影响工具面向角对倾角的影响工具面向角对倾角的影响工具面向角对倾角的影响 工具面向角对钻孔轨迹的影响：工具面向角对钻孔轨迹的影响：工具面向角对方位的影响工具面向角对方位的影响工具面向角对方位的影响工具面向角对方位的影响 工具面向角对钻孔轨迹的影响：工具面向角对钻孔轨迹的影响：工艺流程：工艺流程：Y螺杆马达测试螺杆马达测试安装螺杆马达安装螺杆马达设计定向钻孔设计定向钻孔定向钻进定向钻进是否偏是否偏离离设计轨设计轨迹迹准备配套机具准备配套机具调整工具面向角调整工具面向角终终 孔孔定向钻进定向钻进调整弯外管弯角调整弯外管弯角N钻孔测量钻孔测量螺杆马达定向钻进工艺流程螺杆马达定向钻进工艺流程螺杆马达定向钻进工艺流程螺杆马达定向钻进工艺流程 钻进工艺参数：钻进工艺参数：主要包括泵量和泵压。通过调节泵量可控制主要包括泵量和泵压。通过调节泵量可控制钻头的转速；泵压可作为孔底工况的监视器，来钻头的转速；泵压可作为孔底工况的监视器，来反映扭矩的大小，即钻压的相对大小。反映扭矩的大小，即钻压的相对大小。4.2 4.2 分支孔成孔工艺分支孔成孔工艺分支孔分支孔 重入技术重入技术 分支孔分支孔分支孔分支孔 侧钻开侧钻开 分支孔技术分支孔技术 侧钻开分支孔技术：侧钻开分支孔技术：根据开分支孔的发展过程可分为：根据开分支孔的发展过程可分为：1）打水泥塞侧钻）打水泥塞侧钻 2）可回收式裸眼封隔器）可回收式裸眼封隔器/斜向器侧钻斜向器侧钻 3）悬空侧钻）悬空侧钻打水泥塞侧钻：打水泥塞侧钻：施工工艺为：在钻每一个分支孔前，在主水平孔相应位置打施工工艺为：在钻每一个分支孔前，在主水平孔相应位置打一个一定长度（一般大于一个一定长度（一般大于10m）的水泥塞，候凝）的水泥塞，候凝48小时；修塞，小时；修塞，将水泥塞顶面修至侧钻点；下入由带单弯外管螺杆组成的导向钻将水泥塞顶面修至侧钻点；下入由带单弯外管螺杆组成的导向钻具进行定向钻进，直到开出新的分支孔；钻完一个分支后，将水具进行定向钻进，直到开出新的分支孔；钻完一个分支后，将水泥塞钻掉；重复上述步骤，钻另一分支孔。泥塞钻掉；重复上述步骤，钻另一分支孔。采用此技术，由于分支孔侧钻时需多次在主孔中进行打塞和采用此技术，由于分支孔侧钻时需多次在主孔中进行打塞和钻塞施工作业，施工程序十分复杂，如今已有被逐渐取代的趋势。钻塞施工作业，施工程序十分复杂，如今已有被逐渐取代的趋势。可回收式裸眼封隔器可回收式裸眼封隔器/斜向器侧钻：斜向器侧钻：此种方法此种方法成功成功率较高，但施工程率较高，但施工程序较多，需要特殊序较多，需要特殊的工具。根据煤矿的工具。根据煤矿钻孔施工特点，目钻孔施工特点，目前井下分支钻孔施前井下分支钻孔施工一般不采用此项工一般不采用此项技术。技术。悬空侧钻：悬空侧钻：悬空侧钻施工工序最为简单，直接将由单弯螺杆钻具悬空侧钻施工工序最为简单，直接将由单弯螺杆钻具组合组成的导向钻具下至预开分支点以上组合组成的导向钻具下至预开分支点以上3m处，根据要处，根据要求调整好工具面向角，以滑动方式缓慢钻进，直到开出新求调整好工具面向角，以滑动方式缓慢钻进，直到开出新的分支孔。采用此技术进行侧钻开各分支孔，施工工艺简的分支孔。采用此技术进行侧钻开各分支孔，施工工艺简单，易于实现，是目前最为常用的开分支孔方法。单，易于实现，是目前最为常用的开分支孔方法。分支孔重入技术：分支孔重入技术：目的：目的：携带分支孔岩粉，提高瓦斯抽放量和抽放效率。携带分支孔岩粉，提高瓦斯抽放量和抽放效率。方法：方法：利用侧钻点位置固定的特点，先下螺杆马达至欲利用侧钻点位置固定的特点，先下螺杆马达至欲下入的侧钻点处，调整好工具面向角，缓慢钻进并下入的侧钻点处，调整好工具面向角，缓慢钻进并随钻测量，直至下入分支孔。随钻测量，直至下入分支孔。室内模拟试验室内模拟试验 5.1 现场工业性试验现场工业性试验 5.2 定向效果分析定向效果分析 5.35 螺杆马达定向钻进试验螺杆马达定向钻进试验5.1 5.1 室内模拟试验室内模拟试验 室内模拟试验室内模拟试验室内模拟试验室内模拟试验 试验目的试验目的试验目的试验目的 试验状况试验状况试验状况试验状况 工艺参数工艺参数工艺参数工艺参数 试验结论试验结论试验结论试验结论 螺杆钻具螺杆钻具和钻头和钻头下无磁下无磁钻杆钻杆送水器送水器上无磁钻杆上无磁钻杆通缆式钻杆通缆式钻杆测量测量探管探管 监视器监视器高压送水胶管高压送水胶管通讯电缆通讯电缆模拟试验随钻测量系统连接示意图模拟试验随钻测量系统连接示意图模拟试验随钻测量系统连接示意图模拟试验随钻测量系统连接示意图 5.1 5.1 室内模拟试验室内模拟试验 模拟试验螺杆马达开孔状况模拟试验螺杆马达开孔状况模拟试验螺杆马达开孔状况模拟试验螺杆马达开孔状况 5.1 5.1 室内模拟试验室内模拟试验钻压(kN)泵量（L/min）泵压(MPa)0-2.42301-3.5钻进工艺参数钻进工艺参数钻进工艺参数钻进工艺参数螺杆马达工作期间表盘显示泵压参数螺杆马达工作期间表盘显示泵压参数螺杆马达工作期间表盘显示泵压参数螺杆马达工作期间表盘显示泵压参数 5.1 5.1 室内模拟试验室内模拟试验5.2 5.2 现场工业性试验现场工业性试验大佛寺矿大佛寺矿大佛寺矿大佛寺矿4010440104工作面钻场及实钻钻孔示意图工作面钻场及实钻钻孔示意图工作面钻场及实钻钻孔示意图工作面钻场及实钻钻孔示意图 第一次现场试验第一次现场试验5.2 5.2 现场工业性试验现场工业性试验第二次现场试验第二次现场试验亭南矿亭南矿亭南矿亭南矿113113工作面钻场及实钻钻孔示意图工作面钻场及实钻钻孔示意图工作面钻场及实钻钻孔示意图工作面钻场及实钻钻孔示意图5.3 5.3 螺杆马达定向效果分析螺杆马达定向效果分析1）带弯角螺杆马达钻孔轨迹是空间弯曲的变化过程，总体趋于一条不规带弯角螺杆马达钻孔轨迹是空间弯曲的变化过程，总体趋于一条不规则的螺旋弯曲曲线；则的螺旋弯曲曲线；2）相同弯角螺杆马达参数基本相同状况下，钻孔降斜趋势比增斜趋势快；相同弯角螺杆马达参数基本相同状况下，钻孔降斜趋势比增斜趋势快；当钻孔倾角小于当钻孔倾角小于-3左右时，用左右时，用0.62以下弯角螺杆马达无法实现增以下弯角螺杆马达无法实现增斜钻进效果；斜钻进效果；3）定向钻进过程中反扭矩力导致工具面向角有左偏趋势，随着孔深增加、定向钻进过程中反扭矩力导致工具面向角有左偏趋势，随着孔深增加、钻孔曲率增大，工具面左偏趋势增强；钻孔曲率增大，工具面左偏趋势增强；4）煤层和顶板岩层中定向时，煤层和顶板岩层中定向时，0.93以下弯角轨迹变化较缓，但向上纠以下弯角轨迹变化较缓，但向上纠斜不太理想；斜不太理想；1.25以上弯角轨迹变化太快，不适于沿煤层较深施工；以上弯角轨迹变化太快，不适于沿煤层较深施工；主孔侧钻开分支时，用主孔侧钻开分支时，用1.25弯角效果较好。弯角效果较好。6 螺杆马达使用注意事项螺杆马达使用注意事项1）钻孔施工前，要认真学习螺杆马达使用说明书，对其结构和性能特点进行）钻孔施工前，要认真学习螺杆马达使用说明书，对其结构和性能特点进行仔细研究。仔细研究。2）下钻前，要对螺杆马达进行孔口检查，查看螺杆的运转灵活程度、工具面）下钻前，要对螺杆马达进行孔口检查，查看螺杆的运转灵活程度、工具面向角的方向等。向角的方向等。3）用于定向钻进时，按设计的定向要求选择调整适宜的螺杆马达组合，特别）用于定向钻进时，按设计的定向要求选择调整适宜的螺杆马达组合，特别是合理的定向弯外管弯角。是合理的定向弯外管弯角。4）孔底钻具组合连接十分重要。装配时丝扣连接部位要牢固，必要部位须加）孔底钻具组合连接十分重要。装配时丝扣连接部位要牢固，必要部位须加丝扣紧固胶，以免工作时松脱。钻杆之间的连接丝扣应有良好的密封，避免丝扣紧固胶，以免工作时松脱。钻杆之间的连接丝扣应有良好的密封，避免丝扣泄漏冲洗液，影响螺杆马达的流量输入以及钻孔测量信号。丝扣泄漏冲洗液，影响螺杆马达的流量输入以及钻孔测量信号。5）钻孔过程中尽量用清水作为冲洗液，冲洗液中含砂量（指大于）钻孔过程中尽量用清水作为冲洗液，冲洗液中含砂量（指大于0.074mm的的固相颗粒）应控制在固相颗粒）应控制在1%以下，有利于提高螺杆马达的工作寿命。以下，有利于提高螺杆马达的工作寿命。6）钻孔时压力降和流量应控制在螺杆马达合理的工作规范范围内，同时起下）钻孔时压力降和流量应控制在螺杆马达合理的工作规范范围内，同时起下钻具要平稳。加钻压时小心控制，避免马达憋死，造成螺杆提前损坏。钻具要平稳。加钻压时小心控制，避免马达憋死，造成螺杆提前损坏。7 螺杆马达故障分析螺杆马达故障分析 注意细心观察泥浆泵压力变化，可以及早发现和注意细心观察泥浆泵压力变化，可以及早发现和判断钻进过程中孔内众多问题，参见下表正确分析和判断钻进过程中孔内众多问题，参见下表正确分析和采取适当的措施，避免机具损坏或孔内事故，造成人采取适当的措施，避免机具损坏或孔内事故，造成人力物力浪费。力物力浪费。异常异常现象象可能原因可能原因判断及判断及处理方法理方法压力表力表压力突然升高力突然升高马达失速达失速把把钻具上升具上升0.3-0.6 m，核，核对循循环压力，逐步加力，逐步加钻压，压力表随之逐步升高，均正常，力表随之逐步升高，均正常，可确可确认是失速。是失速。马达达传动轴卡死，卡死，钻头水眼被堵水眼被堵把把钻头提离孔底，提离孔底，压力表力表读数仍很高，只能提出数仍很高，只能提出钻具具检查或更或更换钻头。压力表慢慢增高（不力表慢慢增高（不指随指随钻孔深度增加而孔深度增加而增大的正常增大的正常压降）降）钻头水眼被堵水眼被堵把把钻头提离孔底，再提离孔底，再检查压力，如果力，如果压力仍然高于正常循力仍然高于正常循环压力，可以力，可以试着改善循着改善循环流量或上下移流量或上下移动钻杆，如无效只得取出修理、更杆，如无效只得取出修理、更换。钻头磨磨损继续工作，工作，细心心观察，如仍无察，如仍无进尺，只能取出更尺，只能取出更换。地地层变化化把把钻头稍稍上提，如果稍稍上提，如果压力与循力与循环压力相同，力相同，则可可继续工作。工作。压力表力表压力力,缓慢降低慢降低循循环压力力损失失变化化检查冲洗液流量。冲洗液流量。钻杆杆损坏坏稍提稍提钻具，具，压力表力表读数仍低于循数仍低于循环压力，提出井眼力，提出井眼检查。没没进尺尺地地层变化化适当改适当改变钻压和循和循环流量（注意必流量（注意必须在允在允许范范围内）。内）。马达失速达失速压力表力表读数偏高，数偏高，钻具提离孔底，具提离孔底，检查循循环压力，从小力，从小钻压开始，逐步增大开始，逐步增大钻压。旁通旁通阀处于于“开位开位”压力表力表读数偏低，稍提起数偏低，稍提起钻具，起停具，起停钻井井泵两次仍无效，两次仍无效，则需要提出井眼更需要提出井眼更换检查旁通旁通阀（如用代用接（如用代用接头时不用考不用考虑此此项）。）。内部内部损坏坏常伴有常伴有压力波力波动，稍提起，稍提起钻具，具，压力波力波动范范围小些，只能取小些，只能取钻具，具，检查更更换。钻头损坏坏更更换新新钻头。