CN114458524A - 嵌入式定子及螺杆马达 - Google Patents

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于兴胜
罗西超
刘凤
郭添鸣
王宇鹏
张洪霖
郭晨
李兴杰
米凯夫
宋建
刘欣欣
杜迎军
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    • 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
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Abstract

本发明为一种嵌入式定子及螺杆马达，该嵌入式定子包括定子外壳和第一衬套，定子外壳为两端开口的筒状结构，第一衬套为两端开口的螺旋筒状结构，且第一衬套上各位置的厚度均相等；定子外壳的内壁上形成有与第一衬套相配合的螺旋状的第一凸台，第一衬套沿轴向设置于定子外壳的内部且固定于定子外壳的内壁上，第一衬套的外壁与定子外壳的内壁紧密贴合，在定子外壳的内部形成容放转子的螺旋状的腔室。本发明解决了螺杆马达定子各位置上的橡胶层厚度不同，影响定子壳体的耐冲击能力、抗变形能力以及使用寿命的技术问题。

Description

嵌入式定子及螺杆马达
技术领域
本发明是关于一种石油钻井技术领域，进一步的，涉及一种嵌入式定子及螺杆马达，尤其涉及一种深井、超深井使用的嵌入式定子及螺杆马达。
背景技术
螺杆钻具是当前国内外石油、天然气钻井领域中应用最为广泛的一种井下动力钻具，尤其在定向井、水平井中起着不可替代的作用。随着油气钻井的发展以及钻井提速的要求，对井下动力钻具提出更多要求(如：钻具使用寿命、耐高温能力、耐泥浆腐蚀能力、满足特殊工艺井需求等)。
嵌入式螺杆钻具的结构与普通螺杆钻具基本相同，包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成和防吊装置等部分。虽然两种钻具的结构组成相似，但详细结构却存在较大的差异。如图1所示，常规螺杆马达定子的加工方法是直接将橡胶浇铸在内壁光滑的定子壳体10上以形成橡胶衬套20，橡胶衬套20的内表面为螺旋曲面，转子30的外壁也为螺旋曲面，在工作过程中橡胶衬套20与转子30相互啮合，利用两者的导程差形成螺旋密封腔，从而完成能量的转换。
但是，由于橡胶衬套20上各位置的橡胶层厚度不同，较薄位置上承压能力较差，从而影响定子壳体10的耐冲击能力和抗变形能力，降低螺杆马达的输出功率和工作效率，缩短螺杆马达的使用寿命。
针对相关技术中螺杆马达定子各位置上的橡胶层厚度不同，影响定子壳体的耐冲击能力、抗变形能力以及使用寿命的问题，目前尚未给出有效的解决方案。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种嵌入式定子及螺杆马达，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种嵌入式定子及螺杆马达，将定子外壳的内壁加工成螺旋状结构，再将橡胶衬套设置于定子外壳的内壁上，由于橡胶衬套上各位置的橡胶层厚度相等，使得转子线形保持良好，橡胶衬套各位置上均具有良好的承压能力，从而增强了定子的耐冲击能力和抗变形能力，进而有效提高螺杆马达的输出功率和工作效率，延长螺杆马达的使用寿命。
本发明的目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供了一种嵌入式定子，包括定子外壳，所述定子外壳为两端开口的筒状结构，所述嵌入式定子还包括第一衬套，所述第一衬套为两端开口的螺旋筒状结构，且所述第一衬套上各位置的厚度均相等；
所述定子外壳的内壁上形成有与所述第一衬套相配合的螺旋状的第一凸台，所述第一衬套沿轴向设置于所述定子外壳的内部且固定于所述定子外壳的内壁上，所述第一衬套的外壁与所述定子外壳的内壁紧密贴合，在所述定子外壳的内部形成容放转子的螺旋状的腔室。
在本发明的一较佳实施方式中，所述定子外壳包括外壳主体和至少一个第二衬套，所述外壳主体和所述第二衬套均为两端开口的筒状结构，所述第二衬套沿轴向设置于所述外壳主体的内部且固定于所述外壳主体的内壁上，所述第二衬套的外壁与所述外壳主体的内壁紧密贴合；
所述第二衬套的内壁呈螺旋状，以形成所述定子外壳内壁上的螺旋状的第一凸台。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第二衬套内壁上螺旋状结构的导程与所述第一衬套上螺旋状结构的导程相等。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第二衬套的外壁与所述外壳主体的内壁粘接或者焊接。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第二衬套采用钢材制成。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第二衬套的数量为多个，各所述第二衬套分别沿所述外壳主体的轴向顺序连接，且相邻两所述第二衬套之间设置有连接块。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一衬套的外壁与所述第二衬套的内壁紧密贴合，且所述第一衬套的外壁与所述第二衬套的内壁粘接。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第二衬套的内壁进行喷砂处理。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一衬套采用橡胶制成。
本发明提供了一种螺杆马达，所述螺杆马达包括上述的嵌入式定子以及与所述嵌入式定子相配合的转子，所述转子能转动地设置于所述嵌入式定子的内部。
在本发明的一较佳实施方式中，所述转子为柱状结构，所述转子的外壁上形成有螺旋状的第二凸台，所述转子沿所述嵌入式定子的轴向设置，且在所述转子的外壁与所述第一衬套的内壁之间留有螺旋状的间隙。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第二凸台的螺旋方向与所述第一凸台的螺旋方向相同。
由上所述，本发明的嵌入式定子及螺杆马达的特点及优点是：在定子外壳的内壁上形成有螺旋状的第一凸台，定子外壳的内部设置有第一衬套，第一衬套为两端开口的螺旋筒状结构，且第一衬套的外壁与定子外壳的内壁相连接，由于第一衬套上各位置的厚度均相等，使得第一衬套各位置上均具有良好的承压能力，增强了定子的耐冲击能力和抗变形能力，而且能够使第一衬套的内部不会产生热积聚，能够快速散除转子、第一衬套和定子外壳之间挤压产生的热量以及转子旋转所产生的热量，延长第一衬套的寿命；另外，由于第一衬套的等厚设置，能够提高螺杆马达的运转效率和单位长度的输出功率，进而缩短螺杆马达的长度，有利于定向井和水平井的钻井作业。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
其中：
图1：为现有技术中常规螺杆马达的截面示意图。
图2：为本发明嵌入式定子的结构示意图。
图3：为图2中A-A位置的横截面示意图。
图4：为本发明嵌入式定子中相邻两第一衬套连接位置的结构示意图。
背景技术中的附图标号为：
10、定子壳体；20、橡胶衬套；
30、转子。
本发明中的附图标号为：
1、定子外壳；101、外壳主体；
102、第二衬套；2、第一衬套；
3、连接块。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
实施方式一
如图2、图3所示，本发明提供了一种嵌入式定子，包括定子外壳1和第一衬套2，定子外壳1为两端开口的圆筒状结构，第一衬套2为两端开口的螺旋筒状结构(即；第一衬套2的外壁和内壁上均设置有螺旋方向相同的螺旋状的凸台)，且第一衬套2上各位置的厚度均相等；定子外壳1的内壁上形成有与第一衬套2相配合的螺旋状的第一凸台，第一衬套2沿轴向设置于定子外壳1的内部，第一衬套2的外壁与定子外壳1的内壁紧密贴合且固定连接，在定子外壳1的内部形成容放转子的螺旋状的腔室。
本发明在定子外壳1的内壁上形成有螺旋状的第一凸台，定子外壳1的内部设置有第一衬套2，第一衬套2为两端开口的螺旋筒状结构，且第一衬套2的外壁与定子外壳1的内壁相连接，由于第一衬套2上各位置的厚度均相等，使得第一衬套2各位置上均具有良好的承压能力，增强了定子的耐冲击能力和抗变形能力，而且能够使第一衬套2的内部不会产生热积聚，能够快速散除转子、第一衬套2和定子外壳1之间挤压产生的热量以及转子旋转所产生的热量，延长第一衬套2的寿命；另外，由于第一衬套2的等厚设置，能够提高螺杆马达的运转效率和单位长度的输出功率，进而缩短螺杆马达的长度，有利于定向井和水平井的钻井作业。
在本发明的一个可选实施例中，如图2、图3所示，定子外壳1包括外壳主体101和至少一个第二衬套102，外壳主体101和第二衬套102均为两端开口的圆筒状结构，外壳主体101的内壁和外壁均为平滑曲面，第二衬套102的外壁为与外壳主体101的内壁相配合的平滑曲面，第二衬套102的内壁为与第一衬套2的外壁相配合的螺旋状，第二衬套102沿轴向设置于外壳主体101的内部，且第二衬套102的外壁与外壳主体101的内壁固定连接，第二衬套102的外壁与外壳主体101的内壁紧密贴合；以形成定子外壳1内壁上的螺旋状的第一凸台。
进一步的，第二衬套102内壁上螺旋状结构的导程与第一衬套2上螺旋状结构的导程相等，从而保证第一衬套2的外壁能够与第二衬套102的内壁紧密贴合。
进一步的，第二衬套102的外壁与外壳主体101的内壁采用金属粘接剂粘接或者焊接。当然，第二衬套102的外壁与外壳主体101的内壁之间也可通过其他机械结构固定连接，保证第二衬套102与外壳主体101稳固连接即可。
进一步的，第二衬套102可采用但不限于钢材制成。
在本发明的一个可选实施例中，如图1、图4所示，第二衬套102的数量为多个，各第二衬套102分别沿外壳主体101的轴向顺序连接，且相邻两第二衬套102之间设置有连接块3。根据转子以及第一衬套2的长度设置不同数量的第二衬套102，保证定子外壳1的内部形成与转子相配合的螺旋状的腔室。
进一步的，如图4所示，与相邻两第二衬套102的端部分别开设有与连接块3的两端相配合的卡槽，连接块3的一端嵌入一第二衬套102端部的卡槽内并与该第二衬套102固定连接，连接块3的另一端嵌入另一第二衬套102端部的卡槽内并与该第二衬套102固定连接。
进一步的，连接块3可采用但不限于钢材制成，连接块3与第二衬套102焊接。
在本发明的一个可选实施例中，如图1、图2所示，第一衬套2的外壁与第二衬套102的内壁紧密贴合，且第一衬套2的外壁与第二衬套102的内壁通过橡胶粘接剂粘接。
进一步，在第二衬套102的内壁上进行喷砂处理，以提高第二衬套102内壁的附着能力，增加第二衬套102与第一衬套2之间的附着力，提高第二衬套102与第一衬套2连接的稳定性。
进一步的，第一衬套2可采用但不限于橡胶制成。
本发明的嵌入式定子的制作过程为：首先，根据实际需要按顺序将多个第二衬套102通过连接块3固定连接，在外壳主体101的内壁上均匀涂抹金属粘接剂，将固定好的各第二衬套102推入外壳主体101的内部，待外壳主体101的内壁与各第二衬套102的外壁固定连接(即：粘接剂固化)后，对外壳主体101的外壁以及各第二衬套102的内壁进行喷砂处理；之后，在第二衬套102的内壁上均匀涂抹橡胶粘接剂，将第一衬套2注入到第二衬套102的内部并通过硫化将第一衬套2与第二衬套102连接，从而形成本发明中的嵌入式定子。由于第一衬套2各位置上的等厚设置，避免橡胶衬套厚度较薄的位置出现橡胶老化和脱胶的情况，达到更佳的硫化效果，延长螺杆钻具的使用寿命。
本发明的嵌入式定子的特点及优点是：
一、该嵌入式定子在定子外壳1的内壁上形成有螺旋状的第一凸台，将第一衬套2注入到定子外壳1的内部，以达到第一衬套2上各位置的厚度均相等的目的，能够保证定子线形保持良好，使得第一衬套2各位置上均具有良好的承压能力，增强了定子的耐冲击能力和抗变形能力，减少了橡胶材料制成的第一衬套2的热聚集效应，有利于第一衬套2的散热，大幅度提高螺杆马达的输出功率和工作效率，延长螺杆马达的使用寿命。
二、该嵌入式定子无需对容放转子的螺旋状的腔室进行机械加工，尤其对于小尺寸螺杆钻具(如：5LZ43×7.0螺杆钻具)来说，有效解决了定子的螺旋状的腔室机加工困难的问题。
三、该嵌入式定子能够有效提螺杆钻具的输出功率和输出效率，提高螺杆钻具使用寿命和耐温能力，适用于尺寸较小的螺杆钻具(如：5LZ43×7.0螺杆钻具)，尤其适用于与连续油管相配套的螺杆钻具。
实施方式二
本发明提供了一种螺杆马达，该螺杆马达包括上述的嵌入式定子以及与嵌入式定子相配合的转子，转子为柱状结构，转子的外壁上形成有螺旋状的第二凸台，转子沿嵌入式定子的轴向能转动地设置于嵌入式定子的内部，且在转子的外壁与第一衬套2的内壁之间留有螺旋状的间隙。
进一步，第二凸台的螺旋方向与第一凸台的螺旋方向相同，且第二凸台的数量少于第一凸台的数量。
本发明的螺杆马达的特点及优点是：
该螺杆马达的定子外壳1上设置有各位置厚度均相等的第一衬套2，增强了定子外壳1的耐冲击能力和抗变形能力，而且有利于定子外壳1上的热量快速散除，不仅能够延长定子外壳1的使用寿命，而且能够提高螺杆马达的运转效率和单位长度的输出功率，进而缩短螺杆马达的长度，有利于定向井和水平井的钻井作业。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (12)

1.一种嵌入式定子，包括定子外壳(1)，所述定子外壳(1)为两端开口的筒状结构，其特征在于，所述嵌入式定子还包括第一衬套(2)，所述第一衬套(2)为两端开口的螺旋筒状结构，且所述第一衬套(2)上各位置的厚度均相等；
所述定子外壳(1)的内壁上形成有与所述第一衬套(2)相配合的螺旋状的第一凸台，所述第一衬套(2)沿轴向设置于所述定子外壳(1)的内部且固定于所述定子外壳(1)的内壁上，所述第一衬套(2)的外壁与所述定子外壳(1)的内壁紧密贴合，在所述定子外壳(1)的内部形成容放转子的螺旋状的腔室。
2.如权利要求1所述的嵌入式定子，其特征在于，所述定子外壳(1)包括外壳主体(101)和至少一个第二衬套(102)，所述外壳主体(101)和所述第二衬套(102)均为两端开口的筒状结构，所述第二衬套(102)沿轴向设置于所述外壳主体(101)的内部且固定于所述外壳主体(101)的内壁上，所述第二衬套(102)的外壁与所述外壳主体(101)的内壁紧密贴合；
所述第二衬套(102)的内壁呈螺旋状，以形成所述定子外壳(1)内壁上的螺旋状的第一凸台。
3.如权利要求2所述的嵌入式定子，其特征在于，所述第二衬套(102)内壁上螺旋状结构的导程与所述第一衬套(2)上螺旋状结构的导程相等。
4.如权利要求2所述的嵌入式定子，其特征在于，所述第二衬套(102)的外壁与所述外壳主体(101)的内壁粘接或者焊接。
5.如权利要求2所述的嵌入式定子，其特征在于，所述第二衬套(102)采用钢材制成。
6.如权利要求2所述的嵌入式定子，其特征在于，所述第二衬套(102)的数量为多个，各所述第二衬套(102)分别沿所述外壳主体(101)的轴向顺序连接，且相邻两所述第二衬套(102)之间设置有连接块(3)。
7.如权利要求2所述的嵌入式定子，其特征在于，所述第一衬套(2)的外壁与所述第二衬套(102)的内壁紧密贴合，且所述第一衬套(2)的外壁与所述第二衬套(102)的内壁粘接。
8.如权利要求7所述的嵌入式定子，其特征在于，所述第二衬套(102)的内壁进行喷砂处理。
9.如权利要求1或7所述的嵌入式定子，其特征在于，所述第一衬套(2)采用橡胶制成。
10.一种螺杆马达，其特征在于，所述螺杆马达包括权利要求1至9中任意一项所述的嵌入式定子以及与所述嵌入式定子相配合的转子，所述转子能转动地设置于所述嵌入式定子的内部。
11.如权利要求10所述的螺杆马达，其特征在于，所述转子为柱状结构，所述转子的外壁上形成有螺旋状的第二凸台，所述转子沿所述嵌入式定子的轴向设置，且在所述转子的外壁与所述第一衬套(2)的内壁之间留有螺旋状的间隙。
12.如权利要求11所述的螺杆马达，其特征在于，所述第二凸台的螺旋方向与所述第一凸台的螺旋方向相同。
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