CN109236559A - 一种螺杆马达及井下动力钻具 - Google Patents
一种螺杆马达及井下动力钻具 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109236559A CN109236559A CN201810946609.6A CN201810946609A CN109236559A CN 109236559 A CN109236559 A CN 109236559A CN 201810946609 A CN201810946609 A CN 201810946609A CN 109236559 A CN109236559 A CN 109236559A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stator
- peripheral surface
- thickness
- stator liner
- liner
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 53
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 4
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 239000000686 essence Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 1
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920006346 thermoplastic polyester elastomer Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
- F03C2/00—Rotary-piston engines
- F03C2/08—Rotary-piston engines of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
- E21B4/02—Fluid rotary type drives
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Rotary Pumps (AREA)
- Motor Or Generator Frames (AREA)
Abstract
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。
Description
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。
一方面，发明提供一种螺杆马达，该螺杆马达包括定子管，穿设在所述定子管内且由弹性材质制成的定子衬套，穿设在所述定子衬套内的转子，所述定子衬套的外周面和所述定子管的内周面贴合，所述定子管的内周面、所述定子衬套的外周面以及所述定子衬套的内周面均呈环形且呈波纹状，所述定子衬套的外周面上波峰相对所述定子衬套的外周面上波谷远离所述定子管的中心，所述定子衬套的内周面上波峰相对所述定子衬套的内周面上波谷远离所述定子管的中心，所述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，所述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，沿所述转子的转动方向，所述波谷部和与其前方相邻的所述波峰部通过承载部连接，所述波峰部和与其前方相邻的所述波谷部通过密封部连接，所述波峰部以及所述波谷部的厚度均小于所述承载部的厚度且均大于所述密封部的厚度。
作为优选，所述承载部的厚度为所述密封部厚度的1.1-1.5倍。
作为优选，所述波峰部以及所述波谷部的厚度均为所述密封部厚度的1.02-1.03倍。
作为优选，所述承载部的厚度小于7mm。
作为优选，所述定子衬套由塑料材料成型。
作为优选，所述定子衬套由复合材料成型。
作为优选，所述定子衬套与所述定子管粘结。
作为优选，所述定子衬套的材质为橡胶。
作为优选，所述定子衬套的邵氏硬度为83-90。
另一方面，发明提供井下动力钻具，包括上述任一方案中的螺杆马达。
发明的有益效果为：
通过使定子衬套的外周面上波峰与其内周面上的波峰相对，定子衬套的外周面上波谷与其内周面上的波谷相对，从而使定子衬套壁厚近似相等，可以避免常规螺杆马达定子衬套厚度相差大所导致的热聚效应；通过使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，从而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，从而提高了定子衬套的使用寿命；进而可以使定子衬套厚度减小，散热效果更好；定子衬套硬度增加，单位长度马达可以提供更大的扭矩。
附图说明
图1为本发明现有技术中常规定子马达的横截面结构示意图；
图2为本发明现有技术中等壁厚定子马达的横截面结构示意图；
图3为本发明本实施例中定子马达的横截面结构示意图；
图4为本发明本实施例中井下动力钻具的结构示意图。
图中：
10、定子管；20、定子衬套；30、转子；
1、定子管；2、定子衬套；21、波峰部；22、波谷部；23、承载部；24、密封部；3、转子；4、万向轴总成；5、传动轴总成。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明发明的技术方案。
如图3所示，本实施例提供一种螺杆马达，该螺杆马达包括定子管1、定子衬套2以及转子3，定子衬套2穿设在定子管1中并且定子衬套2的外周面和定子管1的内周面贴合，转子3穿设在定子衬套2中。本实施例中定子衬套2为弹性体，当转子3转动时，定子衬套2被转子3挤压，定子衬套2处于压缩-回弹-压缩的往复过程中。
本实施例中，定子管1由钢材制成，其外周面为圆柱面，内周面呈环状且呈波纹状，相应的定子衬套2的外周面由于和定子管1的内周面匹配，也呈波波纹状。定子管1通过其波纹状的内周面能够对定子衬套2进行有效支撑，从而可以增大单位长度螺杆马达提供的扭矩。
本实施例中，定子衬套2的内周面以及转子3的外周面同样均呈环状且呈波纹状，对于定子衬套2而言，其外周面上远离定子管1中心的部位为波峰，靠近定子管1中心的部分为波谷，其内周面上远离定子管1中心的部位为波峰，靠近定子管1中心的部分为波谷。定子衬套2内周面上的波峰以及外周面上的波峰相对，定子衬套2内周面上的波谷以及外周面上的波谷相对，并且定子衬套2内周面上相邻的波峰和波谷形状一致，仅开口方向相反，定子衬套2外周面上相邻的波峰和波谷形状不一致并且开口相反，从而定子衬套2各处的厚度不等厚但近似等厚，从而该螺杆马达依旧可以避免常规螺杆马达定子衬套厚度相差大所导致的热聚效应。
具体的，定子衬套2的外周面上波峰与其内周面上的波峰构成波峰部21，定子衬套2的外周面上波谷与其内周面上的波谷构成波谷部22，波峰部21相对波谷部22远离定子管1的中心。沿转子3的转动方向，波谷部22和与其相邻的且位于转子3转动的前方的波峰部21通过承载部23连接，波峰部21和与其相邻的且位于转子3转动的前方的波谷部22通过密封部24连接，波峰部21以及波谷部22的厚度均小于承载部23的厚度且均大于密封部24的厚度。当转子 3转动过程中，承载部23的受力比密封部24大，相应的将承载部23处的厚度设置为比密封部24厚，可以使定子衬套2各处所受的应力趋于均匀，进而改善定子衬套2局部掉胶、剥落失效的问题。
本实施例中，承载部23的厚度为密封部24厚度的1.1-1.5倍，波峰部21 以及波谷部22的厚度均为密封部24厚度的1.02-1.03倍，承载部23的厚度小于 7mm。
定子衬套2可以由弹性的塑料材料成型或者复合材料成型，并将成型后的定子衬套2和定子管1粘结。塑料材料可以为橡胶、聚烯烃热塑性弹性体以及热塑性聚酯弹性体等材质。复合材料可以为聚氨酯类材料。当定子衬套2的材质为橡胶时，定子衬套2通过橡胶压注成型，橡胶的邵氏硬度为83-90。
如图4所示，本实施例还提供一种井下动力钻具，包括上述方案中的螺杆马达，还包括与螺杆马达连接的万向轴总成4以及和万向轴总成4连接的传动轴总成5。
显然，发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明发明所作的举例，而并非是对发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种螺杆马达，其特征在于，包括定子管(1)，穿设在所述定子管(1)内且由弹性材质制成的定子衬套(2)，穿设在所述定子衬套(2)内的转子(3)，所述定子衬套(2)的外周面和所述定子管(1)的内周面贴合，所述定子管(1)的内周面、所述定子衬套(2)的外周面以及所述定子衬套(2)的内周面均呈环形且呈波纹状，所述定子衬套(2)的外周面上波峰相对所述定子衬套(2)的外周面上波谷远离所述定子管(1)的中心，所述定子衬套(2)的内周面上波峰相对所述定子衬套(2)的内周面上波谷远离所述定子管(1)的中心，所述定子衬套(2)的外周面上波峰与其内周面上的波峰相对且构成波峰部(21)，所述定子衬套(2)的外周面上波谷与其内周面上的波谷相对且构成波谷部(22)，沿所述转子(3)的转动方向，所述波谷部(22)和与其前方相邻的所述波峰部(21)通过承载部(23)连接，所述波峰部(21)和与其前方相邻的所述波谷部(22)通过密封部(24)连接，所述波峰部(21)以及所述波谷部(22)的厚度均小于所述承载部(23)的厚度且均大于所述密封部(24)的厚度。
2.根据权利要求1所述的螺杆马达，其特征在于，所述承载部(23)的厚度为所述密封部(24)厚度的1.1-1.5倍。
3.根据权利要求1所述的螺杆马达，其特征在于，所述波峰部(21)以及所述波谷部(22)的厚度均为所述密封部(24)厚度的1.02-1.03倍。
4.根据权利要求1所述的螺杆马达，其特征在于，所述承载部(23)的厚度小于7mm。
5.根据权利要求1所述的螺杆马达，其特征在于，所述定子衬套(2)由塑料材料成型。
6.根据权利要求1所述的螺杆马达，其特征在于，所述定子衬套(2)由复合材料成型。
7.根据权利要求5或6所述的螺杆马达，其特征在于，所述定子衬套(2)与所述定子管(1)粘结。
8.根据权利要求1所述的螺杆马达，其特征在于，所述定子衬套(2)的材质为橡胶。
9.根据权利要求8所述的螺杆马达，其特征在于，所述定子衬套(2)的邵氏硬度为83-90。
10.一种井下动力钻具，其特征在于，包括权利要求1-9任一项中所述的螺杆马达。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810946609.6A CN109236559B (zh) | 2018-08-20 | 2018-08-20 | 一种螺杆马达及井下动力钻具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810946609.6A CN109236559B (zh) | 2018-08-20 | 2018-08-20 | 一种螺杆马达及井下动力钻具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109236559A true CN109236559A (zh) | 2019-01-18 |
| CN109236559B CN109236559B (zh) | 2021-04-30 |
Family
ID=65069805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810946609.6A Active CN109236559B (zh) | 2018-08-20 | 2018-08-20 | 一种螺杆马达及井下动力钻具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109236559B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113202688A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-03 | 中石化江钻石油机械有限公司 | 一种提高使用寿命的螺杆马达及井下动力钻具 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1333151A2 (en) * | 2002-01-24 | 2003-08-06 | Services Petroliers Schlumberger | Liner of optimized thickness for positive displacement drilling motors |
| US7192260B2 (en) * | 2003-10-09 | 2007-03-20 | Lehr Precision, Inc. | Progressive cavity pump/motor stator, and apparatus and method to manufacture same by electrochemical machining |
| CN101656438A (zh) * | 2009-09-15 | 2010-02-24 | 江汉石油钻头股份有限公司 | 一种螺杆钻具马达定子 |
| CN103857867A (zh) * | 2011-08-26 | 2014-06-11 | 贝克休斯公司 | 带有改进的定子的井下马达和泵及其制造和使用方法 |
| CN205841092U (zh) * | 2016-06-20 | 2016-12-28 | 武汉市恒信泰采油设备制造有限公司 | 分体式等壁厚螺杆马达及其螺杆钻具 |
| CN107476759A (zh) * | 2017-10-06 | 2017-12-15 | 西南石油大学 | 一种大扭矩串联马达等壁厚螺杆钻具 |
-
2018
- 2018-08-20 CN CN201810946609.6A patent/CN109236559B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1333151A2 (en) * | 2002-01-24 | 2003-08-06 | Services Petroliers Schlumberger | Liner of optimized thickness for positive displacement drilling motors |
| US7192260B2 (en) * | 2003-10-09 | 2007-03-20 | Lehr Precision, Inc. | Progressive cavity pump/motor stator, and apparatus and method to manufacture same by electrochemical machining |
| CN101656438A (zh) * | 2009-09-15 | 2010-02-24 | 江汉石油钻头股份有限公司 | 一种螺杆钻具马达定子 |
| CN103857867A (zh) * | 2011-08-26 | 2014-06-11 | 贝克休斯公司 | 带有改进的定子的井下马达和泵及其制造和使用方法 |
| CN205841092U (zh) * | 2016-06-20 | 2016-12-28 | 武汉市恒信泰采油设备制造有限公司 | 分体式等壁厚螺杆马达及其螺杆钻具 |
| CN107476759A (zh) * | 2017-10-06 | 2017-12-15 | 西南石油大学 | 一种大扭矩串联马达等壁厚螺杆钻具 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113202688A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-03 | 中石化江钻石油机械有限公司 | 一种提高使用寿命的螺杆马达及井下动力钻具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109236559B (zh) | 2021-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5171139A (en) | Moineau motor with conduits through the stator | |
| US5171138A (en) | Composite stator construction for downhole drilling motors | |
| CN104684680B (zh) | 用于在使用压紧装置的情况下无预制孔地直接螺接至少两个构件的方法和设备 | |
| US2432803A (en) | Sealing means for universal joints | |
| CN104011395B (zh) | 泵机组 | |
| HU184664B (en) | Hydraulic drilling motor for deep drilling | |
| CN107476759B (zh) | 一种大扭矩串联马达等壁厚螺杆钻具 | |
| AU2018253007B2 (en) | Eccentric screw pump | |
| RU161029U1 (ru) | Статор винтовой героторной гидромашины | |
| CN109236559A (zh) | 一种螺杆马达及井下动力钻具 | |
| CN110332389A (zh) | 螺旋波纹管接头及其装配方法 | |
| EP3631138B1 (en) | Mud motor inverse power section | |
| CN202210711U (zh) | 一种橡胶夹层金属定子螺杆 | |
| CN104791242A (zh) | 一种双螺杆泵及其相应的衬胶螺杆的制备方法 | |
| CN210460942U (zh) | 螺杆钻具上用的非对称型线马达及石油钻井工具 | |
| HU207569B (en) | Hydraulis engine | |
| CN102220977A (zh) | 双转子泵的胀套装置 | |
| CN217129793U (zh) | 一种低耗节能变螺距螺杆泵 | |
| CN106907318A (zh) | 一种单螺杆泵 | |
| CN202360021U (zh) | 集成式高性能螺杆钻具 | |
| CN200993233Y (zh) | 一种油封 | |
| CN221002608U (zh) | 全壁厚螺杆钻具定子 | |
| CN214196243U (zh) | 一种水力振动脉冲发生器 | |
| CN216589247U (zh) | 一种轴承及应用该轴承的电动水泵 | |
| RU2771687C1 (ru) | Статор винтового забойного двигателя для бурения скважин |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |