Motorji s prostornino (PDM)

Positive Displacement Motor (PDM), splošno znan kot mud motor ozMotor s prostornino (PDM), je volumetrično električno orodje za vrtino, ki pretvarja hidravlično energijo vrtalne tekočine v mehansko vrtenje. PDM, ki se pogosto uporablja pri usmerjenem vrtanju, vodoravnih vrtinah in ravnih-vrtinah, omogoča natančen nadzor vrtenja svedra brez vrtenja celotnega vrtalnega niza s površine.

PDM poganja vrtalna tekočina (blato), ki se črpa iz površinskih črpalk za blato. Ko tekočina teče skozi obvodni ventil in vstopi v del motorja, se na vhodu in izhodu motorja razvije razlika v tlaku. Ta padec tlaka poganja rotor, da se vrti ekscentrično znotraj statorja. Hitrost vrtenja in navor se preko kardanskega zgloba (fleksibilne gredi) in sklopa pogonske gredi prenašata na sveder, kar omogoča vrtanje.

PDM je sestavljen iz štirih glavnih sklopov:

1. Obvodni ventil
2. Hidravlični motor (stator in rotor)
3. Univerzalni zglob (fleksibilna gred)
4. Sklop pogonske gredi

1. Obvodni ventil

Obvodni ventil je sestavljen iz telesa ventila, tulca ventila, jedra ventila in vzmeti. Pod delovanjem tlaka tekočine jedro ventila drsi znotraj tulca in spreminja pot pretoka. Ventil ima dve stanji:

• Stanje obvoda (odprto):Med spotikanjem navznoter ali ven (ko je pretok blata nizek ali ustavljen) vzmet potisne jedro navzgor in odpre obvodne odprtine. Blato v vrtalnem nizu obide motor in izstopa v obroč.
• Zaprto stanje:Ko stopnja pretoka blata in tlak dosežeta nastavljeno vrednost, se jedro premakne navzdol in zapre obvodne odprtine. Vse blato nato teče skozi motor in pretvarja tlačno energijo v mehansko vrtenje.

2. Motorni del (stator in rotor)

Motor je osrednja komponenta PDM.

Stator:Jeklena cev z oblogo iz elastomera (gume), oblikovana v spiralno obliko s posebnimi geometrijskimi parametri.

Rotor:Trdo{0}}prevlečen jeklen spiralni vijak (običajno kromiran-ali trdo-obložen), ki se ujame s statorjem.

Rotor in stator tvorita vrsto zaprtih votlin. Ker pritisk blata prisili rotor, da se vrti ekscentrično znotraj statorja, se vrtenje prenese na nastavek. En sam spiralni korak (en celoten navoj) je enak eni stopnji. Za učinkovito delovanje padec tlaka na stopnjo ne sme preseči 0,8 MPa (približno 116 psi); po tem se poveča notranje puščanje (zdrs), hitrost rotorja močno pade in lahko pride do poškodb motorja.

Značilnosti delovanja:

• Teoretični izhodni navor je sorazmeren s padcem tlaka motorja.
• Izhodna vrtilna hitrost (RPM) je sorazmerna z vstopno hitrostjo pretoka blata.
• Ko se obremenitev (bitni navor) poveča, se hitrost motorja zmanjša.

S spremljanjem tlaka površinske črpalke in hitrosti pretoka lahko vrtalec učinkovito nadzoruje navor in število vrtljajev v vrtini.

Rotorski režnji (navoji):Rotorji so lahko eno- ali več-.

• Manj režnjev (npr. 1:2)→ Višji vrtljaji, manjši navor.
• Več režnjev (npr. 7:8)→ Nižji vrtljaji, višji navor (idealen za aplikacije z visokim-navorom, kot je vodoravno vrtanje).

3. Univerzalni zglob (fleksibilna gred)

Univerzalni zglob pretvori planetno (ekscentrično) gibanje rotorja v koncentrično (aksialno) vrtenje pogonske gredi. Večina sodobnih PDM uporablja zasnovo gibke gredi (flex-shaft) za zanesljivost in kompaktnost.

4. Sklop pogonske gredi

Pogonska gred prenaša vrtenje in navor od kardanskega zgloba do svedra. Nosi tudi aksialne (teža-na-nastavku) in radialne obremenitve, ki nastanejo med vrtanjem. Zato pogonske gredi zahtevajo visoko trdoto, odlično odpornost proti obrabi in dolgo življenjsko dobo. Toplotna obdelava (kaljenje in popuščanje) se običajno uporablja za znatno podaljšanje življenjske dobe komponent pogonske gredi.

Operativne smernice

• Hitrost pretoka:Dejanski pretok blata mora ostati v območju, ki ga priporoča proizvajalec. Prevelik pretok lahko pospeši obrabo; nezadosten pretok zmanjša učinkovitost motorja.
• Padec tlaka:Spremljajte padec tlaka na motorju. Nenadno povečanje ali neenakomerno vedenje lahko kaže na zaustavitev motorja ali notranjo poškodbo.
• Začetni navor:Začetni odlomni navor je lahko večji od obratovalnega navora; upravljavci morajo počasi uporabljati obremenitev.

Aplikacije

PDM so bistveni za:

• Usmerjeno in vodoravno vrtanje (z upognjenim ohišjem).
• Vrtanje stranskega tira in-ponovno vrtanje.
• Vrtanje navitih cevi.
• Ravno-vrtanje lukenj, kjer je zaželena nadzorovana hitrost nastavka.

Positive Displacement Motor je zrelo, zanesljivo orodje za vrtanje, ki pretvarja hidravlično moč v mehansko vrtenje, kar omogoča učinkovito vrtanje v navpičnih, nagnjenih in vodoravnih vrtinah. Razumevanje njegovih sestavnih delov-obvodnega ventila, motorja (stator/rotor), kardanskega zgloba in pogonske gredi-ter odnosov med pretokom, padcem tlaka, navorom in hitrostjo je temeljnega pomena za optimiziranje zmogljivosti vrtanja in preprečevanje okvar v vrtini. Napredek v tehnologiji elastomerov, prevleki rotorjev in toplotni obdelavi pogonskih gredi še naprej širi delovno območje PDM pri visokih-temperaturah, visokem-navoru in zahtevnih okoljih vrtanja. Za podrobnejše informacije se obrnite na ekipo Vigor za podrobnejše informacije o izdelku.