CN102629796A - 管件内高压成型等壁厚螺杆马达及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种石油和天然气钻井、修井用的管件内高压成型等壁厚螺杆马达及其加工工艺。其技术方案是：管件内高压成型等壁厚螺杆马达由等壁厚金属衬套、橡胶衬套、橡胶夹层、定子壳体和转子组成；等壁厚金属衬套内壁硫化一层壁厚均匀的橡胶衬套，定子壳体为内壁光滑的直管，定子壳体内壁与等壁厚金属衬套外壁之间的间隙内硫化橡胶夹层，橡胶夹层起支撑和粘结作用，转子与橡胶衬套配合形成密封腔；等壁厚金属衬套是利用内高压成型加工工艺将管件加工成壁厚均匀且内外壁均为螺旋曲面的骨架。本发明具有耐高温、扭矩大及加工简单等优点；还可以提高螺杆钻具使用寿命和工作效率，降低等壁厚螺杆钻具定子加工难度和成本，具有重要的工程应用价值。

Description

管件内高压成型等壁厚螺杆马达及其加工工艺
技术领域
本发明涉及一种石油、天然气钻井领域中应用的螺杆钻具马达，特别是一种管件内高压成型等壁厚螺杆马达及其加工工艺。
背景技术
螺杆钻具是石油、天然气钻井工程中常用的井下动力钻具，它包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，其中马达总成是为螺杆钻具提供动力的核心部件，由转子和定子两个基本部分组成。常规马达定子由定子壳体和橡胶衬套构成，定子壳体内腔为光滑圆柱面，橡胶通过硫化工艺粘结在定子壳体内壁，橡胶衬套的内孔为连续螺旋曲面。工作过程中，在转子周期性的挤压和定转子密封腔压差作用下，由于橡胶衬套壁厚不等，橡胶衬套将发生不均匀变形，从而导致橡胶衬套机械密封性能减弱，影响马达工作效率，同时由于常规形状的橡胶衬套散热不均，热滞后现象严重，使橡胶极易老化和撕裂，降低其使用寿命。
近年来，国内外提出了等壁厚螺杆钻具马达定子，由于定子橡胶衬套的壁厚基本相同，受力后变形均匀，抵抗变形能力强，且散热性能和密封性能得到改善，提高了螺杆钻具的工作效率和使用寿命；然而由于等壁厚定子壳体为大长径比、内表面为连续螺旋曲面，加工难度大，加工成本高。因此，研究加工工艺简单、加工成本较低、工作效率高以及寿命长的等壁厚螺杆钻具马达具有重要的工程应用价值。
发明内容
本发明的目的是：为了解决常规螺杆钻具马达工作效率低、使用寿命短，以及等壁厚螺杆钻具马达加工难度大、加工成本高的难题，特提供一种管件内高压成型等壁厚螺杆马达及其加工工艺。
为了达到上述目的，本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：管件内高压成型等壁厚螺杆马达，是由等壁厚金属衬套、橡胶衬套、橡胶夹层、定子壳体和转子组成；等壁厚金属衬套内壁硫化有橡胶衬套，定子壳体为内壁光滑的直管，定子壳体内壁与等壁厚金属衬套外壁之间的间隙内硫化橡胶夹层，转子装在橡胶衬套内孔中。
橡胶衬套为壁厚均匀、内外表面都为螺旋曲面的结构；橡胶夹层在定子壳体和等壁厚金属衬套之间起支撑和连接作用，当转子转动时，橡胶夹层起到缓冲转子离心力的作用。
所述管件内高压成型等壁厚螺杆马达的加工工艺，其特征在于：内高压成型设备主要是由成型设备壳体、夹紧套筒、定子成型模具、芯轴和成型液流道组成；定子成型模具内表面为螺旋曲面，芯轴两端均开有成型液流道；将管件放置于定子成型模具内孔中，用夹紧套筒固定好定子成型模具，一起放入成型设备壳体和芯轴之间的间隙内，夹紧套筒外表面与成型设备壳体内表面配合，然后通过成型液流道注入高压液体，高压液体流入管件内部，使管件膨胀变形，先是管件外壁与定子成型模具内壁贴合，最终使管件形成壁厚均匀且内壁和外壁均挤压成与定子成型模具内壁一样的螺旋曲面，即形成等壁厚金属衬套，拆下芯轴、夹紧套筒和定子成型模具取出等壁厚金属衬套，对等壁厚金属衬套进行时效以消除残余应力，然后在等壁厚金属衬套内孔注入橡胶衬套，安装定子壳体，在定子壳体内壁与等壁厚金属衬套外壁之间的间隙内注入橡胶夹层，橡胶夹层起支撑作用；注胶完成即可将管件内高压成型等壁厚螺杆马达定子放入硫化箱硫化，硫化完成后，取出管件内高压成型等壁厚螺杆马达定子，将转子安装在橡胶衬套内孔中，与橡胶衬套配合形成密封腔。
内高压成型设备的成型设备壳体内孔为锥形的，而夹紧套筒外壁为锥形的，且夹紧套筒由2-5个楞对合而成，定子成型模具由两个半剖部件对合而成。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：（1）管件内高压成型等壁厚螺杆马达的等壁厚金属衬套内壁硫化一层等壁厚橡胶衬套，提高了橡胶的散热速度、密封腔的承压能力，以及马达的工作效率和使用寿命；（2）管件内高压成型等壁厚螺杆马达具有普通等壁厚螺杆马达的优点，而且采用内高压成型加工工艺加工等壁厚螺杆马达，提高了等壁厚螺杆马达的机械强度和加工精度，同时还降低了大长径比定子内腔螺旋曲面的加工难度和加工成本；（3）定子壳体和等壁厚金属衬套之间靠橡胶夹层粘结，橡胶夹层在螺杆马达工作过程中起到缓冲转子离心力的作用，从而也可以螺杆马达的使用寿命。
附图说明
图1是本发明管件内高压成型等壁厚螺杆马达定子的三维示意图；
图2是本发明管件内高压成型等壁厚螺杆马达及其加工工艺的等壁厚定子金属衬套注胶后的三维示意图；
图3是本发明管件内高压成型等壁厚螺杆马达及其加工工艺的定子成型设备的侧视剖视图，其中放有准备内高压成型的管件；
图4是本发明管件内高压成型等壁厚螺杆马达及其加工工艺的定子成型设备的侧视剖视图，其中具有内高压成型结束的等壁厚定子金属衬套；
图5是本发明管件内高压成型等壁厚螺杆马达加工装置及工艺的4个楞的夹紧套筒结构示意图，左侧为一个楞的三维示意图，右侧为4个楞对合后的截面示意图；
图6是本发明管件内高压成型等壁厚螺杆马达加工装置及工艺的定子成型模具结构示意图，左侧为半个定子成型模具的三维示意图，右侧为定子成型模具对合后的截面示意图；
图7是本发明管件内高压成型等壁厚螺杆马达及其加工工艺的等壁厚定子金属衬套注胶后的剖视图；
图8是本发明管件内高压成型等壁厚螺杆马达的截面剖视图；
图9是本发明管件内高压成型等壁厚螺杆马达的侧视剖视图。
图中：1.成型设备壳体，2.夹紧套筒，3.定子成型模具，4.管件，5.芯轴，6.成型液流道，7.等壁厚金属衬套，8.橡胶衬套，9.橡胶夹层，10.定子壳体，11.转子。
具体实施方式
如图1-图9所示，本发明一种管件内高压成型等壁厚螺杆马达，是由等壁厚金属衬套7、橡胶衬套8、橡胶夹层9、定子壳体10和转子11组成；等壁厚金属衬套7内壁硫化有橡胶衬套8，定子壳体10为内壁光滑的直管，定子壳体10内壁与等壁厚金属衬套7外壁之间的间隙内硫化橡胶夹层9，转子11装在橡胶衬套8内孔中。
所述橡胶衬套8为壁厚均匀、内外表面都为螺旋曲面的结构；橡胶夹层9在定子壳体10和等壁厚金属衬套7之间起支撑和粘结作用，当转子11转动时，橡胶夹层9起到缓冲转子11离心力的作用，从而可以螺杆马达的使用寿命。
一种管件内高压成型等壁厚螺杆马达的加工工艺，其特征在于：内高压成型设备主要是由成型设备壳体1、夹紧套筒2、定子成型模具3、芯轴5和成型液流道6组成；定子成型模具3内表面为螺旋曲面，芯轴5两端均开有成型液流道6；将管件4放置于定子成型模具3内孔中，用夹紧套筒2固定好定子成型模具3，一起放入成型设备壳体1和芯轴5之间的间隙内，夹紧套筒2外表面与成型设备壳体1内表面配合，然后通过成型液流道6注入高压液体，高压液体流入管件4内部，使管件4膨胀变形，先是管件4外壁与定子成型模具3内壁贴合，最终使管件4形成壁厚均匀且内壁和外壁均挤压成与定子成型模具3内壁一样的螺旋曲面，即形成等壁厚金属衬套7，拆下芯轴5、夹紧套筒2和定子成型模具3获得等壁厚金属衬套7，对等壁厚金属衬套7进行时效以消除残余应力，然后在等壁厚金属衬套7内孔注入橡胶衬套8，安装定子壳体1，在定子壳体1内壁与等壁厚金属衬套7外壁之间的间隙内注入橡胶夹层9，橡胶夹层9起支撑作用；注胶完成即可将管件内高压成型等壁厚螺杆马达定子放入硫化箱硫化，硫化完成后，取出管件内高压成型等壁厚螺杆马达定子，将转子11安装在橡胶衬套8内孔中，与橡胶衬套8配合形成密封腔。
内高压成型设备的成型设备壳体1内孔为锥形的，而夹紧套筒2外壁为锥形的，且夹紧套筒2由2-5个楞对合而成，夹紧套筒2的外锥面与成型设备壳体1内锥孔配合，该结构有利于内高压成型前后，夹紧套筒2的送入和取出；定子成型模具3由两个半剖部件对合而成，两个半剖部件对合的结构便于管件内高压成型后等壁厚金属衬套的取出。
本发明管件内高压成型等壁厚螺杆马达的等壁厚金属衬套内壁硫化一层等壁厚橡胶衬套，提高了橡胶的散热速度、密封腔的承压能力，以及马达的工作效率和使用寿命，因此，管件内高压成型等壁厚螺杆马达具有普通等壁厚螺杆马达的优点，而且采用内高压成型加工工艺加工等壁厚螺杆马达，提高了等壁厚螺杆马达的机械强度和加工精度，同时还降低了大长径比定子内腔螺旋曲面的加工难度和加工成本。

Claims (4)

1.管件内高压成型等壁厚螺杆马达，是由等壁厚金属衬套（7）、橡胶衬套（8）、橡胶夹层（9）、定子壳体（10）和转子（11）组成；等壁厚金属衬套（7）内壁硫化有橡胶衬套（8），定子壳体（10）为内壁光滑的直管，定子壳体（10）内壁与等壁厚金属衬套（7）外壁之间的间隙内硫化橡胶夹层（9），转子（11）装在橡胶衬套（8）内孔中。
2.根据权利要求1所述的管件内高压成型等壁厚螺杆马达，其特征在于：所述等壁厚金属衬套（7）为壁厚均匀、内外表面均为螺旋曲面的骨架。
3.根据权利要求1所述的管件内高压成型等壁厚螺杆马达，其特征在于：管件内高压成型等壁厚螺杆马达加工工艺的设备主要是由成型设备壳体（1）、夹紧套筒（2）、定子成型模具（3）、芯轴（5）和成型液流道（6）组成；定子成型模具（3）内表面为螺旋曲面，芯轴（5）两端均开有成型液流道（6）；将管件（4）放置于定子成型模具（3）内孔中，用夹紧套筒（2）固定好定子成型模具（3），一起放入成型设备壳体（1）和芯轴（5）之间的间隙内，夹紧套筒（2）外表面与成型设备壳体（1）内表面配合，通过成型液流道（6）注入高压液体，高压液体使管件（4）膨胀变形，先是管件（4）外壁与定子成型模具（3）内壁贴合，最终使管件（4）形成壁厚均匀且内壁和外壁均挤压成与定子成型模具（3）内壁一样的螺旋曲面，即形成等壁厚金属衬套（7），拆下芯轴（5）、夹紧套筒（2）和定子成型模具（3）取出等壁厚金属衬套（7），对等壁厚金属衬套（7）进行时效以消除残余应力，然后在等壁厚金属衬套（7）内孔注入橡胶衬套（8），安装定子壳体（1），在定子壳体（1）内壁与等壁厚金属衬套（7）外壁之间的间隙内注入橡胶夹层（9），橡胶夹层（9）起支撑作用；注胶完成即可将管件内高压成型等壁厚螺杆马达定子放入硫化箱硫化，硫化完成后，取出管件内高压成型等壁厚螺杆马达定子，将转子（11）安装在橡胶衬套（8）内孔中，与橡胶衬套（8）配合形成密封腔。
4.根据权利要求3所述的管件 内高压成型等壁厚螺杆马达的加工工艺，其特征在于：内高压成型设备的成型设备壳体（1）内孔为锥形的，而夹紧套筒（2）外壁为锥形的，且夹紧套筒（2）由2-5个楞对合而成，定子成型模具（3）由两个半剖部件对合而成。
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