专利名称:液压马达的制作方法
本发明涉及液压马达，该马达在压力流体流至旋转部分的流动中得到输出功率。
本发明将叙述关于一种液压马达，该种马达可以安装在一长的钻具组的下端，作为一井底钻探马达，以及由增压悬浮液驱动，该悬浮液一般地用作钻探钻头润滑和冷却。然而，不用说，本发明不限于用作马达(即使具有或者没有较小的修改)也可以作为一高转矩/慢转速马达，用于一般用途的流体静力学的传输系统。
各种形式的井底钻探马达是众所周知的，其中最熟悉和广泛应用的是涡轮钻具。根据名字的意思，涡轮钻具是基于以钻泥作为工作流体的多级涡轮机原理之上的。
商业上使用的或者还处于实验阶段的其他正排量液压马达(positive displacement hydraulic motors)，包括离心叶型转子(如单泵形式)和弹性翼片型的。许多井底涡轮钻具或正排量马达，在一个相当大的轴线长度范围内，从运动流体的压力逐渐下降得到其高转矩/慢转速特性。
本发明的目的在于提供一种在相当短的轴向尺寸范围内具有高转矩/慢转速特性的液压马达，使其成为特别适合于定向钻探，以及轻便和坚固的结构适合于钻探或者矿井应用。
根据本发明提供一种液压马达，该种马达包括一个界定一腔的机壳，该腔具有多个形成在其中的液压缸;一个在腔内的适合于耦合到一个输出轴的驱动元件;一个安装于带有叶片的驱动元件上的，适合于与几个液压缸顺序地协同工作的多叶转子;在每叶片中有一通道，在经过各叶片预定的位置的期间，经过通道施加于转子内部的流体是对准液压缸的，从而叶片从液压缸受到力，而这样产生的力作为转矩传送至驱动元件。
最好有三个转子，各带有三个叶片和十个液压缸，而原理能同样地应用到一个三转子/三叶片，六个、八个或九个液压缸结构。
马达能成级的装配，从而各个特有的功率组件或马达可以与一个或另外更多的组件连接成一行，以增加最终的输出轴功率。
在本发明的一个最佳形式中，工作流体是增压泥悬浮液，用作冲洗钻探的岩屑，以及用作在钻具组末端的钻探钻头的润滑和冷却。工作流体依次通过各级，而总流量的一部分是在各中间级被提取出，以提供各级组件的运动功率。在实施中，马达组件是液压以并联的方式以及机械以串联的方式运转。
为了使本发明更容易了解和实施，可参照附图来进行，其中图1是根据本发明一个实施例的单级液压马达的一个剖面图，图2是适合于连接至示于图1的第一级的第二级或第二阶液压马达的一个剖面图，图3是一出口装置(porting arrangement)的概略图象，依靠该装置流体传送至示于图1的液压马达的液压缸和从液压缸排出，图4是一出口装置的概略图象，依靠该装置流体传送至示于图2的液压马达的液压缸和从液压缸排出，图5是图1所示马达中央部分的部件分解图，以及图6是井底钻具组、马达和钻头装置的一示意图。
图1和图2中所示的液压马达，各包括一中空机壳10，由一非驱动端罩12和驱动端罩13封盖，所有的罩用螺栓11固定在适当的位置。多个径向槽或凹口14形成在机壳的内部表面里，构成马达的工作液压缸(见图3)，第一和第二级是大体上相似的，而在适当的时候一起叙述。
端罩12和13具有锥形滚柱轴承16、17，转承支持由机壳10界定的腔中的一个驱动元件15。油或脂由聚合物密封板18和板18a密封在轴承16、17的里面，该密封板对着与驱动元件或转子15相连的机械零件的面起作用，而板18a对着附于非驱动端的短轴24(图2)与24a(图1)和附于驱动端短轴26(图2)与26a(图1)的锁定环20密封。如图2所示，密封压力是由压缩弹簧40、41提供，该弹簧分别对着板18和18a起作用。
驱动元件15(见图2)包括二个有法兰的部件19、19a，它们由三个相等间隔的，圆的、中空的螺栓21将它们连接在一起。每个螺栓21装有一个转子22，转子具有在螺栓上能自由转动的三个叶片23。第二级马达的驱动元件，在法兰部件19、19a之间具有三传送管50(见图4)，而第一级的驱动元件，在法兰部件19、19a之间具有三个转子扭力螺栓51(见图3)。
从图3和图4中可见，当驱动元件15和转子22转动(以相反方向)时，转子叶片23依次啮合液压缸14，从而形成一个密封腔，该腔接纳增压流体。
流体传送至液压缸和从液压缸排出的出口装置和传送的方法，对于图1的第一级马达图示于图3，而对于图2的第二级马达图示于图4。高压(即输入)流体由实线指示，而低压(即排出)流体由虚线指示。非驱动端部件19具有一中空短轴24(图2)、24a(图1)以及一增压流体通道25(图2)、25a(图1)，驱动流体经过通道，以箭头A的方向引进图1和图2的马达里。
驱动端法兰部件19a有一中空短轴26(图2)，短轴具有一通道27(图2)，增压驱动流体的一部分经过通道，就图2的马达来说，以箭头B的方向排出到图1的马达。一个环状的连接法兰28是用来连结第一和第二级，而一个单元的驱动端短轴26容纳下一单元的非驱动端短轴24a，两者之间有一封口29。
各转子螺栓21有一出口槽(port slot)31，该槽依次与在转子22中的三个对应的出口(port)32重叠。转子出口32提供一通道用作压力下的流体通过各叶片23进入液压缸腔14，由从液压缸加力于叶片而提供动力冲程。
转子出口32打开于液压缸14中各叶片23的上死中心，而闭合于叶片从液压缸分离的点。转子21上产生的力，作为转矩传送至驱动元件15而到达马达的最终输出轴(未画出)。
在运转期间，马达的机壳是充满着压力为排出压力的流体。当一叶片23进入液压缸14时，流体被一在各叶片23周边上的轴向矩形沟33所移动，这使得在工作循环的那一段的密封被打破。在多级马达中，排出流体由非驱动端板12中通道34以及驱动端板13中的通道35，以箭头D的方向从第一级放出。如果马达是最终级或仅有一级，如图1马达的情形，所有压力流体经过驱动元件15转换成转动能量。余下的流体被排进机壳10，而从那里经过通道27a到钻探钻头(图1和图3中箭头C)。
图6示出了用作井底钻探马达的本发明的一种液压马达，图中第一马达单元60直接用螺栓紧固于输送管61的钻具组的下法兰，该输送管提供来自供应线62的输入供应流体。最终马达单元的外轴是直接或经过一中间联接器连接到钻探钻头64。
这样，能看到液压马达，将在压力下流动的流体供给到旋转部件而得到其输出功率。
虽然马达原则上设计成用于放于深井的井底钻探马达，它也可作为一高转矩/慢转速马达应用于(以适当的修改)一般用途的流体静力学的传输系统。
马达能容易地适合于“逐级”装配，从而如上所述的各个别马达可以用一个或另外更多个马达连接成一行，以增加最终输出轴功率。
当用作一钻探马达时，传统地用增压泥悬浮液为工作流体，用于冲洗、润滑和冷却一钻探钻头，该流体依次通过各级。总流量的一部分，在各马达级被提取出，以提供用于驱动元件的运动功率。流体从工作动程排出后，流体从马达机壳放出，以提供用作附于马达输出轴的钻探钻头的冲洗、润滑和冷却。
不偏离本发明的范围和轮廓，可对设计和构造详细地作出各种修改。例如，当适用于一般用途时，液压马达是不受放下井底钻探马达严格的直径限制，而这样用于工作流体(例如液压油)的入口和出口连接，能设置在马达的非驱动端的一板或铸件中。
权利要求
1.一种液压马达，其特征在于包括一个界定一腔的机壳，该腔具有多个形成在其中的液压缸；一个驱动单元在腔内，适合于耦合到一输出轴；一多叶型转子安装于带有叶片的驱动元件上，适合于与几个液压缸顺序地协同工作；在各叶片中有一通道，在各叶片预定的位置期间，经过通道施加于转子内部的流体是对准液压缸的，从而叶片从液压缸受到力，而这样产生的力作为转矩传送至驱动元件。
2.按权利要求
1规定的马达，其特征在于其中驱动单元包括一对间隔地分开法兰装置，它们由多个中空螺栓连接在一起，以及多叶型转子是安装于各中空螺栓上的。
3.按权利要求
2规定的马达，其特征在于其中一个所说法兰装置是一驱动端法兰装置，而另一个是非驱动端法兰装置，以及其中非驱动端法兰装置具有一中空的短轴，驱动流体经过该短轴引进马达里面，而驱动端法兰装置是连接至输出轴。
4.按权利要求
3规定的马达，其特征在于其中马达是一多级马达，其中马达的驱动端法兰装置适合于耦合到一相似液压马达的非驱动端法兰装置，以及马达具有一中空短轴，驱动流体经过该短轴排进所说相似液压马达。
5.按权利要求
3规定的马达，其特征在于其中驱动端法兰具有一中空短轴，所有排出流体经过该短轴导向至一钻探钻头。
6.按权利要求
3规定的马达，其特征在于其中各转子中空螺栓具有一出口，该出口依次与对应叶片中的通道重叠，从而工作流体是从非驱动端法兰朝向中空螺栓进入而经过螺栓中的出口进入叶片以及从那里到对应的液压缸。
7.按权利要求
6规定的马达，其特征在于其中各叶片在其周边上有一轴向沟以在叶片运动的那一段打破叶片和其液压缸两者之间的密封。
8.一种液压马达组合，其特征在于包括一大体上按权利要求
1规定的第一马达，和一大体上按权利要求
1规定的第二马达，以及工作流体依次流经各马达，在每一马达处流体的一部份被提取出来。
专利摘要
一液压马达有由非驱动端罩(12)和一驱动端罩(13)封盖的一中空机壳(10)。多个径向槽或凹口形成在机壳内表面里构成工作液压缸。端罩(12、13)有轴承(16、17)，轴承支持由机壳界定的腔中的一驱动元件(15)。驱动元件具有三个三叶型转子(22)，驱动元件和转子旋转(以相反方向)时，转子叶片(23)依次啮合各液压缸，从而形成一密封腔，该腔在箭头A的方面接纳增压流体。余下流体沿着箭头C方向排出，例如马达用作井底钻探马达时，排至钻探钻头。
文档编号F03C2/08GK86103246SQ86103246
公开日1987年1月7日 申请日期1986年5月8日
发明者罗伯特·威廉·里格比, 艾伦·罗伯特·伯恩斯 申请人:坦尼森控股公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan