RU2194880C2 - Многозаходный героторный механизм винтовой гидравлической машины - Google Patents
Многозаходный героторный механизм винтовой гидравлической машины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2194880C2 RU2194880C2 RU2001103176/06A RU2001103176A RU2194880C2 RU 2194880 C2 RU2194880 C2 RU 2194880C2 RU 2001103176/06 A RU2001103176/06 A RU 2001103176/06A RU 2001103176 A RU2001103176 A RU 2001103176A RU 2194880 C2 RU2194880 C2 RU 2194880C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- teeth
- stator
- rotor
- envelope
- axis
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
- F04C2/107—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth
- F04C2/1071—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type
- F04C2/1073—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type where one member is stationary while the other member rotates and orbits
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Rotary Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технике строительства скважин и может быть использовано в винтовых насосах для добычи нефти и перекачивания жидкости, а также в винтовых гидромашинах общего назначения. Механизм содержит статор с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, и ротор с наружными винтовыми зубьями. Число зубьев статора выполнено на единицу больше числа зубьев ротора, а ось статора смещена относительно оси ротора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зубьев. Торцовый профиль зубьев одного из элементов выполнен как огибающая исходного контура рейки, очерченной эквидистантой укороченной циклоиды со смещением. Торцовый профиль зубьев другого элемента выполняется в виде эквидистанты огибающей первого элемента при обкатывании без проскальзывания их центроид, а величина эквидистантности составляет половину величины диаметрального натяга в зацеплении. Обеспечивается равномерный натяг во всех фазах контакта зубьев статора и ротора, что повышает надежность и долговечность механизма. 4 ил.
Description
Изобретение относится к технике строительства скважин, а именно к героторным механизмам винтовых забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин, и может быть использовано в винтовых насосах для добычи нефти и перекачивания жидкости, а также в винтовых гидромашинах общего назначения (насосах, моторах или компрессорах).
Известен многозаходный винтовой героторный механизм (см. М.Т. Гусман, Д. Ф. Балденко, А. М. Кочнев, С.С. Никомаров. Забойные винтовые двигатели для бурения скважин. М.: Недра, 1981, с. 41-44, рис. 19, 21), включающий статор с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, например из резины, и ротор с наружными винтовыми зубьями. Число зубьев статора на единицу больше числа зубьев ротора. Ось статора смещена относительно оси ротора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зубьев. Торцовый профиль статора выполнен как эквидистанта укороченной гипоциклоиды, а профиль ротора - как огибающая профиля статора при взаимном обкатывании по рабочим центроидам.
Недостатком известного героторного механизма является то, что профили ротора и статора строятся как специальные, пригодные лишь для данного конкретного механизма. Изменение диаметральных размеров, числа зубьев у элементов механизма приводит к необходимости проектирования и изготовления нового зуборезного инструмента.
Указанный недостаток частично устранен в известном героторном механизме винтового забойного двигателя (см. пат. СССР 1595105, М.кл. F 04 C 2/16, опубл. 20.12.1999 г.), содержащем элементы в виде статора с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, например из резины, и ротора с наружными винтовыми зубьями. Зубья статора и ротора имеют разницу их чисел, равную единице. Ось статора смещена относительно оси ротора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зубьев. Торцовые профили ротора и статора выполнены в виде огибающих общего исходного контура рейки, очерченного по эквидистанте укороченной циклоиды, со смещениями общего исходного контура при образовании профилей зубьев статора и ротора. Диаметральный натяг обеспечивается за счет разницы смещений исходного контура при образовании профилей зубьев ротора и статора.
Недостатком известного героторного механизма является то, что профили ротора и статора, построенные от общего исходного контура рейки, имеют погрешности взаимоогибания и неравномерный натяг, в результате чего во внеполюсных зонах контакта зубьев статора и ротора возникают зазоры, которые приводят к утечкам промывочной жидкости, что снижает долговечность героторного механизма.
Задачей настоящего изобретения является создание многозаходного героторного механизма винтовой гидравлической машины с равномерным натягом во всех фазах контакта зубьев статора и ротора, что обеспечивает повышение надежности и долговечности механизма.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном многозаходном героторном механизме винтовой гидравлической машины, содержащем элементы в виде статора с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, например из резины, и ротора с наружными винтовыми зубьями, причем число зубьев статора на единицу больше числа зубьев ротора, ось статора смещена относительно оси ротора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зубьев, а торцовый профиль зубьев одного из элементов выполнен как огибающая исходного контура рейки, очерченной эквидистантой укороченной циклоиды со смещением, согласно изобретению торцовый профиль зубьев другого элемента выполнен в виде эквидистанты огибающей первого элемента при обкатывании без проскальзывания их центроид, а величина эквидистантности составляет половину величины диаметрального натяга в зацеплении.
Такое выполнение героторного механизма позволяет создать равномерный натяг между всеми зубьями статора и ротора во всех фазах зацепления, повысить энергетическую характеристику за счет уменьшения утечек жидкости, увеличить запасы на износ зубьев и повысить долговечность героторного механизма.
На фиг.1 показан общий вид многозаходного героторного механизма винтовой гидравлической машины в продольном разрезе;
на фиг.2 приведено поперечное сечение механизма по линии А-А;
на фиг. 3 показан в увеличенном масштабе торцовый профиль зубьев одного из элементов механизма (статора) и профиль исходного контура рейки;
на фиг. 4 показаны в увеличенном масштабе торцовые профили зубьев статора, огибающей статора и зубьев ротора.
на фиг.2 приведено поперечное сечение механизма по линии А-А;
на фиг. 3 показан в увеличенном масштабе торцовый профиль зубьев одного из элементов механизма (статора) и профиль исходного контура рейки;
на фиг. 4 показаны в увеличенном масштабе торцовые профили зубьев статора, огибающей статора и зубьев ротора.
Многозаходный героторный механизм винтовой гидравлической машины (фиг.1) содержит два элемента: статор 1 с внутренними винтовыми зубьями 2, выполненными из упругоэластичного материала, например из резины, и металлический ротор 3 с наружными винтовыми зубьями 4. Число Z1 зубьев 2 статора 1 выполнено на единицу больше числа Z2 зубьев 4 ротора 3 (фиг.2), а ось O1 статора 1 смещена относительно оси О2 ротора 3 на величину эксцентриситета равную половине высоты Н зубьев.
Торцовый профиль зубьев одного из элементов, например статора 1, выполнен как огибающая исходного контура рейки 5, очерченной эквидистантой укороченной циклоиды 6 со смещением Δh1. Укороченная циклоида 6 образуется точкой М круга 7, катящегося без скольжения по оси ypt (фиг.3).
Координаты хрt, ypt и угол профиля αpt, исходного контура рейки 5 рассчитываются по уравнениям
xpt = -r+cosψp+rysinαpt,
ypt = r•ψp+cosψp+rycosαpt,
где а - радиус производящей окружности, равный эксцентриситету (межосевому расстоянию) героторного механизма;
r - радиус катящейся окружности;
rц - радиус эквидистанты укороченной циклоиды;
ψp - текущий угловой параметр рейки.
xpt = -r+cosψp+rysinαpt,
ypt = r•ψp+cosψp+rycosαpt,
где а - радиус производящей окружности, равный эксцентриситету (межосевому расстоянию) героторного механизма;
r - радиус катящейся окружности;
rц - радиус эквидистанты укороченной циклоиды;
ψp - текущий угловой параметр рейки.
Образованный от исходного контура рейки 5 торцовый профиль зубьев 2 одного из элементов (статора 1) описывается уравнениями, определяющими координаты точки В профиля х1, y1, r1 и углы ξ1, ν1, δ1:
x1 = (xpt+rw1+Δh1)cosφ1-(ypt-rw1φ1)sinφ1;
y1 = (xpt+rw1+Δh1)sinφ1+(ypt-rw1φ1)cosφ1;
ν1 = αpt-φ1;
ξ1 = ν1-δ1,
где rw1 - радиус делительной окружности статора 1, rw1=rZ1;
Δh1 - смещение исходного контура рейки 5 от делительной окружности статора rw1;
φ1 - угол поворота системы координат, связанной со статором 1, по отношению к положению, показанному на фиг.3;
δ1 - полярный угол текущей точки профиля статора 1;
ξ1 - угол между направлением касательной к профилю и полярным радиусом-вектором;
ν1 - угол между направлением касательной к профилю и осью ординат O1X1.
x1 = (xpt+rw1+Δh1)cosφ1-(ypt-rw1φ1)sinφ1;
y1 = (xpt+rw1+Δh1)sinφ1+(ypt-rw1φ1)cosφ1;
ν1 = αpt-φ1;
ξ1 = ν1-δ1,
где rw1 - радиус делительной окружности статора 1, rw1=rZ1;
Δh1 - смещение исходного контура рейки 5 от делительной окружности статора rw1;
φ1 - угол поворота системы координат, связанной со статором 1, по отношению к положению, показанному на фиг.3;
δ1 - полярный угол текущей точки профиля статора 1;
ξ1 - угол между направлением касательной к профилю и полярным радиусом-вектором;
ν1 - угол между направлением касательной к профилю и осью ординат O1X1.
Профиль другого элемента механизма - ротора 3 выполняется в виде эквидистанты огибающей 8 статора 1 (фиг.4), которая образуется при обкатывании центроиды 9 ротора 3 радиуса Rw2=aw12Z2 по центроиде 10 статора 1 радиуса Rw1= aw12Z1.
Координаты xoc, yос точек огибающей 8 статора 1 рассчитываются по формулам
xoc = x1cos(φO2-φO1)-y1sin(φO2-φO1)-aw12cosφO2;
yoc = x1sin(φO2-φO1)+y1cos(φO2-φO1)-aw12sinφO2;
ξoc = ν1-δoc-(φO2-φO1);
где φO2, φO1 - углы поворота систем координат, связанных соответственно с ротором 3 и статором 1.
xoc = x1cos(φO2-φO1)-y1sin(φO2-φO1)-aw12cosφO2;
yoc = x1sin(φO2-φO1)+y1cos(φO2-φO1)-aw12sinφO2;
ξoc = ν1-δoc-(φO2-φO1);
где φO2, φO1 - углы поворота систем координат, связанных соответственно с ротором 3 и статором 1.
Координаты x2, y2, r2 и углы ξ2, ν2, δ2 в текущей точке С торцового профиля зубьев 4 ротора 3 как эквидистанты огибающей 8 статора 1 рассчитываются по формулам:
ν2 = νoc = ξoc-δoc;
ξ2 = ν2-δ2,
где Δ - диаметральный натяг в зацеплении,
ξ2 - угол между направлением касательной к профилю ротора 3 и полярным радиусом-вектором;
ν2 - угол между направлением касательной к профилю ротора 3 и осью ординат О2Х2;
δ2 - полярный угол текущей точки С профиля ротора 3.
ν2 = νoc = ξoc-δoc;
ξ2 = ν2-δ2,
где Δ - диаметральный натяг в зацеплении,
ξ2 - угол между направлением касательной к профилю ротора 3 и полярным радиусом-вектором;
ν2 - угол между направлением касательной к профилю ротора 3 и осью ординат О2Х2;
δ2 - полярный угол текущей точки С профиля ротора 3.
Возможен и такой случай, не показанный на чертежах, когда в виде огибающей исходного контура циклоидальной рейки 5 выполнен торцовый профиль зубьев другого элемента механизма - ротора 3. В этом случае профиль статора 1 выполняется как эквидистанта огибающей профиля ротора 3 при обкатывании центроиды 10 статора 1 радиуса Rw1=aw12 Z1 по центроиде 9 ротора 3 радиуса Rw2=aw12Z2.
В верхней части статора 1 героторного механизма выполнена резьба 11 для присоединения к колонне бурильных труб (не показана), в нижней части статор 1 снабжен резьбой 12 для присоединения к корпусу опорного узла, а в нижней части ротора 3 выполнена резьба 13 для соединения с валом опорного узла (корпус и вал опорного узла не показаны).
Многозаходный винтовой героторный механизм гидравлической машины работает следующим образом. Винтовые зубья статора 1 и ротора 2 образуют замкнутые винтовые камеры. Промывочная жидкость, подаваемая с поверхности по колонне бурильных труб, поступает в героторный механизм, ротор 3 которого под действием неуравновешенных гидравлических сил совершает планетарное движение относительно статора 1, при этом происходит качение без проскальзывания рабочих центроид 9 и 10 статора 1 и ротора 3. Ось О2O2 ротора 3 вращается вокруг оси O1O1 статора 1 по окружности радиуса аw12, а сам ротор 3 поворачивается относительно своей оси O2O2 в противоположном направлении.
В описываемом героторном механизме во всех зонах контакта зубьев (фиг.4) обеспечивается равномерный натяг, показанный в увеличенном масштабе заштрихованными областями (I, II, III, IV), что обеспечивает уменьшение утечек жидкости, создает равномерный запас на износ по вершинам, впадинам и боковым сторонам зубьев героторного механизма, в результате чего повышается долговечность гидравлической машины.
Claims (1)
- Многозаходный героторный механизм винтовой гидравлической машины, содержащий элементы в виде статора с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, например из резины, и ротора с наружными винтовыми зубьями, причем число зубьев статора больше числа зубьев ротора на единицу, ось статора смещена относительно оси ротора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зубьев, а торцовый профиль зубьев одного из элементов выполнен как огибающая исходного контура рейки, очерченной эквидистантой укороченной циклоиды со смещением, отличающийся тем, что торцовый профиль зубьев другого элемента выполнен в виде эквидистанты огибающей первого элемента при обкатывании без проскальзывания их центроид, а величина эквидистантности составляет половину величины диаметрального натяга в зацеплении.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001103176/06A RU2194880C2 (ru) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | Многозаходный героторный механизм винтовой гидравлической машины |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001103176/06A RU2194880C2 (ru) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | Многозаходный героторный механизм винтовой гидравлической машины |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2194880C2 true RU2194880C2 (ru) | 2002-12-20 |
Family
ID=20245586
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001103176/06A RU2194880C2 (ru) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | Многозаходный героторный механизм винтовой гидравлической машины |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2194880C2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004085798A1 (fr) * | 2003-03-25 | 2004-10-07 | Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu Firma 'radius-Servis' | Mecanisme dente d'une machine a vis |
CN102152079A (zh) * | 2011-03-31 | 2011-08-17 | 大庆油田有限责任公司 | 排出端小过盈式螺杆泵转子加工方法 |
RU2681875C1 (ru) * | 2017-10-06 | 2019-03-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Способ определения натяга в одновинтовом насосе |
RU2710338C1 (ru) * | 2019-07-01 | 2019-12-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Гидравлический забойный двигатель |
-
2001
- 2001-02-02 RU RU2001103176/06A patent/RU2194880C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГУСМАН М.Т. и др. Забойные винтовые двигатели для бурения скважин. - М.: Недра, 1981, с. 41-44, рис. 19, 21. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004085798A1 (fr) * | 2003-03-25 | 2004-10-07 | Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu Firma 'radius-Servis' | Mecanisme dente d'une machine a vis |
US7226279B2 (en) | 2003-03-25 | 2007-06-05 | Obschestvi S Ogranichennoi Otvetstvennostyu “Firma Radius-Servis” | Gerotor mechanism for a screw hydraulic machine |
CN102152079A (zh) * | 2011-03-31 | 2011-08-17 | 大庆油田有限责任公司 | 排出端小过盈式螺杆泵转子加工方法 |
RU2681875C1 (ru) * | 2017-10-06 | 2019-03-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Способ определения натяга в одновинтовом насосе |
RU2710338C1 (ru) * | 2019-07-01 | 2019-12-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Гидравлический забойный двигатель |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9869126B2 (en) | Variable diameter stator and rotor for progressing cavity motor | |
US20230098259A1 (en) | Sealing In Helical Trochoidal Rotary Machines | |
US4210410A (en) | Volumetric type flowmeter having circular and involute tooth shape rotors | |
WO2010016473A1 (ja) | 内接歯車式ポンプ用ロータとそれを用いた内接歯車式ポンプ | |
AU2013401963B2 (en) | Rotor bearing for progressing cavity downhole drilling motor | |
RU2228444C1 (ru) | Героторный механизм винтовой гидромашины | |
US11802558B2 (en) | Axial load in helical trochoidal rotary machines | |
RU2194880C2 (ru) | Многозаходный героторный механизм винтовой гидравлической машины | |
WO2008030004A1 (en) | Tooth profile of internal gear | |
US3424095A (en) | Gear pumps and gear power units | |
RU132474U1 (ru) | Многозаходный героторный механизм винтовой гидравлической машины | |
JPH05106549A (ja) | ギヤ・ホイール・アセンブリとその組立て方法 | |
CN1544814A (zh) | 非对称双圆弧齿形中高压齿轮泵 | |
RU2309237C1 (ru) | Героторный механизм винтовой гидравлической машины | |
RU2166603C1 (ru) | Героторный механизм винтовой забойной гидромашины (варианты) | |
US5135373A (en) | Spur gear with epi-cycloidal and hypo-cycloidal tooth shapes | |
EP3499038B1 (en) | Stator and rotor profile for improved power section performance and reliability | |
EP0173778B1 (en) | Improvements relating to pumps | |
RU2321768C1 (ru) | Героторный винтовой гидравлический двигатель | |
WO1980000592A1 (en) | Gear machine | |
RU2321767C1 (ru) | Героторный винтовой гидравлический двигатель | |
US11898560B1 (en) | Working members of a rotary hydraulic or pneumatic machine | |
RU2202694C1 (ru) | Героторный механизм винтовой гидромашины | |
RU217542U1 (ru) | Героторный механизм рабочих органов объемной гидравлической машины | |
JP4076603B2 (ja) | 遊星カム型流体圧装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MZ4A | Patent is void |
Effective date: 20110214 |