RU222521U1 - Винтовая гидромашина с бронезащитным слоем арамидной ткани - кевлар на поверхности зубьев статора - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к винтовым забойным двигателям и винтовым насосам и может быть использована в нефтегазодобывающей, горной и других отраслях промышленности. Винтовая гидромашина содержит статор и ротор. Статор состоит из корпуса статора с закрепленной в корпусе обкладкой с внутренними винтовыми зубьями, выполненной из упругоэластичного материала. Ротор выполнен с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев обкладки статора. Ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине радиальной высоты зубьев. Профили наружных зубьев ротора и внутренних зубьев статора в торцовом сечении выполнены взаимоогибаемыми. Ходы винтовых зубьев ротора и статора пропорциональны их числам зубьев. Поверхность внутренних винтовых зубьев обкладки статора облицована, по меньшей мере, одним защитным слоем арамидной ткани – кевлар с объемным заполнением пространства между волокнами и/или нитями ткани упругоэластичным материалом зубьев. Обеспечивается увеличение ресурса, рабочего момента и КПД винтовой гидромашины. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Полезная модель относится к винтовым забойным двигателям и винтовым насосам и может быть использована в нефтегазодобывающей, горной и других отраслях промышленности.

Известен статор винтового забойного двигателя, описанного в книге авторов Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко, А.Н. Гноевых «Одновинтовые гидравлические машины» (М., ООО «ИРЦ Газпром» - 2007, т. 2, стр. 166). Статор содержит трубчатый полый корпус и закрепленную в нем резиновую обкладку с внутренними винтовыми зубьями, которые взаимодействуют с размещенным внутри статора стальным ротором с наружными зубьями, число которых на единицу меньше количества зубьев статора.

Недостатком конструкции статора является то, что при работе двигателя резиновые зубья статора, подвергаясь значительным нагрузкам со стороны зубьев ротора, деформируются, при этом нарушается геометрия зацепления, резина разогревается из-за внутреннего трения в ней, снижается КПД двигателя. Из-за низкой теплопроводности резины в обкладке возникает перегрев, разрушаются зубья. Поверхность резиновой обкладки зубьев подвержена интенсивному износу при работе с абразивным буровым раствором. Резиновая обкладка подвержена набуханию, растрескиванию, разрыву, что вызывает малую наработку двигателя. Для снижения напряжений увеличивают длину статора и ротора, что приводит к увеличению материалоемкости, трудоемкости изготовления, цены двигателя.

Известен также двигатель, описанный в этой же монографии Д.Ф. Балденко и др. «Одновинтовые гидравлические машины» том 2 «Винтовые забойные двигатели» стр. 67-68, М. 2007 г. выбранный в качестве прототипа. В этом двигателе для повышения жесткости зубьев статора на внутренней поверхности остова выполнены внутренние металлические зубья, на которые наносится упругоэластичная обкладка с расчетным профилем зуба. Металлическая часть зуба позволяет уменьшить толщину упругоэластичной обкладки, что увеличивает жесткость зубьев, уменьшает деформацию и разогрев резины, позволяет передавать на долото более высокий крутящий момент. Однако в этом двигателе также имеет низкую стойкость упругоэластичная обкладка статора, оформляющая рабочую поверхность внутренних зубьев статора. Поверхность упругоэластичной обкладки зубьев подвержена интенсивному износу при работе с абразивным буровым раствором. Упругоэластичная обкладка тоже подвержена набуханию, растрескиванию, разрыву, что вызывает малую наработку двигателя.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание статора, применение которого в винтовой гидромашине, дополнительно по сравнению с прототипом, увеличивает ресурс, рабочий момент и КПД винтовой гидромашины. Задачей также является разработка пресс-формы и способа для изготовления упомянутого статора для упрощения технологии его изготовления и уменьшения трудоемкости изготовления.

Указанная задача решается тем, что винтовая гидромашина содержит статор, состоящий из корпуса статора с закрепленной в корпусе обкладкой с внутренними винтовыми зубьями, выполненной из упругоэластичного материала и ротор с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев обкладки статора, причем ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине радиальной высоты зубьев, профили наружных зубьев ротора и внутренних зубьев статора в торцовом сечении выполнены взаимоогибаемыми, а ходы винтовых зубьев ротора и статора пропорциональны их числам зубьев, поверхность внутренних винтовых зубьев обкладки статора облицована, по меньшей мере, одним защитным слоем арамидной (кевларовой) ткани с объемным заполнением пространства между волокнами и (или) нитями ткани упругоэластичным материалом зубьев.

Указанная задача решается лучше и тогда, когда арамидная (кевларовая) ткань имеет ячеистую структуру, для лучшего заполнения пространства между волокнами и (или) нитями ткани упругоэластичным материалом зубьев и когда толщина гибкого защитного слоя выполнена меньше половины высоты зуба статора.

Указанная задача решается при применении пресс-формы для изготовления статора с гибким защитным слоем на поверхности зубьев обкладки, содержащей концентрично установленные с образованием кольцевой оформляющей рабочей полости корпус статора, сердечник с наружными зубьями, центрирующие корпус втулки, установленные по торцам сердечника, фиксирующие гайки, литниковые отверстия для возможности залива в кольцевую оформляющую полость упругоэластичного материала, выполненные в середине или с одной из сторон пресс-формы, в оформляющей рабочей полости вокруг зубьев сердечника уложена по меньшей мере, в один слой, ткань и (или) пленка с образованием рукава.

Указанная задача решается способом изготовления статора, характеризующимся тем, что выполняют пресс-форму, содержащую концентрично установленные с образованием кольцевой оформляющей рабочей полости корпус статора, сердечник с наружными зубьями, центрирующие корпус втулки, установленные по торцам сердечника, фиксирующие гайки, литниковые отверстия для возможности залива в кольцевую оформляющую полость упругоэластичного материала, выполняют в середине или с одной из сторон пресс-формы, в оформляющей рабочей полости вокруг зубьев сердечника укладывают по меньшей мере, в один слой, ткань и (или) пленку с образованием рукава. При выполнении пресс-формы наносят адгезив на защитный слой, через литниковые отверстия пресс-формы заливают упругоэластичный материал между корпусом статора и защитным слоем в оформляющей рабочей полости пресс-формы, нагревают пресс-форму до температуры вулканизации упругоэластичного материала, выдерживают при этой температуре до окончания процесса вулканизации, охлаждают пресс-форму, извлекают сердечник пресс-формы из статора.

Отличительными признаками предлагаемой винтовой гидромашины от указанного выше наиболее близкого к нему прототипа, являются следующие.

Во-первых, винтовая гидромашина содержит статор, состоящий из корпуса статора с закрепленной в корпусе обкладкой с внутренними винтовыми зубьями, выполненной из упругоэластичного материала и ротор с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев статора, причем ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине радиальной высоты зубьев, профили наружных зубьев ротора и внутренних зубьев статора в торцовом сечении выполнены взаимоогибаемыми, а ходы винтовых зубьев ротора и статора пропорциональны их числам зубьев, поверхность внутренних винтовых зубьев обкладки статора облицована, по меньшей мере, одним защитным слоем арамидной (кевларовой) ткани с объемным заполнением пространства между волокнами и (или) нитями ткани упругоэластичным материалом зубьев. При таком исполнении винтовой гидромашины арамидная (кевларовая) ткань выполняет роль гибкой бронезащиты упругоэластичных зубьев от абразивных частиц песка в буровом растворе, при этом сохраняется эластичность зубьев необходимая для работы двигателя и кратно уменьшается абразивный износ зубьев с увеличением ресурса двигателя. При этом арамидная (кевларовая) ткань воспринимает на себя силовые изгибающие нагрузки, действующие на зубья при бурении, оказывает сопротивление изгибу зубьев при работе двигателя. Этим повышается КПД двигателя, увеличивается его рабочий момент, в том числе это позволяет не выполнять внутренние металлические зубья на статоре, при сохранении технических характеристик двигателя или выполнять двигатель короче, что существенно уменьшает стоимость винтовой гидромашины. Помимо этого, арамидная (кевларовая) ткань также служит механическим барьером для проникновения в упругоэластичный слой химических элементов бурового раствора вызывающих разбухание упругоэластичных зубьев, что также увеличивает ресурс двигателя. Сохраняемая местная эластичность зубьев позволяет пропускать порции песка через уплотнения камер без заклинивания двигателя и разрушения зубьев статора. При применении защитного слоя из арамидной (кевларовой) ткани, исключается отрыв зубьев с увеличением при этом ресурса двигателя.

В-третьих, когда арамидная (кевларовая) ткань имеет ячеистую структуру, достигается более прочное закрепление слоя ткани на поверхности зубьев с объемным заполнением пространства ячеек между волокнами и (или) нитями ткани упругоэластичным материалом зубьев, что увеличивает ресурс гидромашины.

Отличительными признаками предлагаемой пресс-формы для изготовления статора винтовой гидромашины с защитным слоем арамидной (кевларовой) ткани на поверхности зубьев с объемным заполнением пространства между волокнами и (или) нитями ткани упругоэластичным материалом зубьев, являются следующее.

Пресс-форма содержит концентрично установленные с образованием кольцевой оформляющей рабочей полости корпус статора, сердечник с наружными зубьями, центрирующие корпус втулки, установленные по торцам сердечника, фиксирующие гайки, литниковые отверстия для возможности залива в кольцевую оформляющую полость упругоэластичного материала, выполненные в середине или с одной из сторон пресс-формы, в оформляющей рабочей полости вокруг зубьев сердечника уложена по меньшей мере, в один слой, арамидная (кевларовая) ткань с образованием рукава.

Отличительными признаками способа изготовления статора с защитным слоем арамидной (кевларовой) ткани на поверхности зубьев являются следующие.

Способ характеризуется тем, что выполняют пресс-форму, содержащую концентрично установленные с образованием кольцевой оформляющей рабочей полости корпус статора, сердечник с наружными зубьями, центрирующие корпус втулки, установленные по торцам сердечника, фиксирующие гайки, литниковые отверстия для возможности залива в кольцевую оформляющую полость упругоэластичного материала, выполняют в середине или с одной из сторон пресс-формы, в оформляющей рабочей полости вокруг зубьев сердечника укладывают по меньшей мере, в один слой, кевларовую (арамидную) ткань с образованием рукава. Через литниковые отверстия пресс-формы заливают упругоэластичный материал между корпусом статора и арамидной (кевларовой) тканью в оформляющей рабочей полости пресс-формы, нагревают пресс-форму до температуры вулканизации упругоэластичного материала, выдерживают при этой температуре до окончания процесса вулканизации, охлаждают пресс-форму, извлекают сердечник пресс-формы из статора.

Способ позволяет произвести изготовление статора с защитным слоем арамидной (кевларовой) ткани на поверхности его упругоэластичных зубьев. При заливке рукав из арамидной (кевларовой) ткани под воздействием движения заливаемого между корпусом статора и рукавом упругоэластичного материала, облегает зубья сердечника пресс-формы, прижимается к ним, облицовывая поверхность зубьев обкладки, а упругоэластичный материал зубьев при этом заполняет пространство между волокнами и (или) нитями ткани обеспечивая ее надежное крепление к поверхности зубьев обкладки, это упрощает технологию и уменьшает стоимость винтовой гидромашины. Заливка производится за один раз, одним составом упругоэластичного материала с использованием одной пресс-формы, это также упрощает технологию и уменьшает стоимость винтовой гидромашины.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4.

На фиг. 1 показано сечение статора и ротора винтовой гидромашины, поверхность внутренних винтовых зубьев упругоэластичной обкладки статора облицована защитным слоем арамидной (кевларовой) ткани.

На фиг. 2 показано сечение статора и ротора винтовой гидромашины, при этом статор выполнен с уменьшенной толщиной упругоэластичной обкладки, поверхность внутренних винтовых зубьев упругоэластичной обкладки статора облицована защитным слоем арамидной (кевларовой) ткани.

На фиг. 3 показана пресс-форма для изготовления статора с защитным слоем арамидной (кевларовой) ткани на поверхности зубьев обкладки с литниковыми отверстиями, расположенными на одном крае пресс-формы.

На фиг. 4 показана пресс-форма для изготовления статора с защитным слоем арамидной (кевларовой) ткани на поверхности зубьев обкладки с литниковыми отверстиями, расположенными в середине пресс-формы.

Винтовая гидромашина (фиг. 1, 2) содержит статор 2, состоящий из корпуса 1 статора 2 с закрепленной в корпусе 1 обкладкой 3 с внутренними винтовыми зубьями 4, выполненной из упругоэластичного материала и ротор 5 с наружными винтовыми зубьями 6, число которых на единицу меньше числа зубьев 4 обкладки 3 статора 2, причем ось О-О ротора 5 смещена относительно оси O₁-O₁ статора 2 на величину эксцентриситета Е, равную половине радиальной высоты h зубьев 4,6, профили наружных зубьев 6 ротора 5 и внутренних зубьев 4 статора 2 в торцовом сечении выполнены взаимоогибаемыми, а ходы винтовых зубьев 4,6 ротора 5 и статора 2 пропорциональны их числам зубьев, поверхность внутренних винтовых зубьев 4 обкладки 3 статора 2 облицована, по меньшей мере, одним гибким защитным слоем 7 арамидной (кевларовой) ткани прикрепленной объемным заполнением пространства между волокнами и (или) нитями ткани упругоэластичным материалом зубьев 4. Ткань имеет ячеистую структуру, а толщина гибкого защитного слоя выполнена меньше половины высоты h зуба 4 обкладки 3 статора 2

Пресс-форма (фиг 3, 4) для изготовления статора 2 с защитным слоем 7 арамидной (кевларовой) ткани на поверхности зубьев 4 обкладки 3, содержит концентрично установленные с образованием кольцевой оформляющей рабочей полости 8 корпус 1 статора 2, сердечник 9 с наружными зубьями 10, центрирующие корпус втулки 11, установленные по торцам сердечника 9, фиксирующие гайки 12, литниковые отверстия 13 для возможности залива в кольцевую оформляющую полость 8 упругоэластичного материала 16, выполненные в середине (фиг. 4) или с одного из краев (фиг. 3) пресс-формы, в оформляющей рабочей полости 8 вокруг зубьев сердечника 9 уложена по меньшей мере, в один слой 7, арамидная (кевларовой) ткани с образованием рукава 14.

Способ изготовления статора с защитным слоем арамидной (кевларовой) ткани на поверхности зубьев обкладки, осуществляют следующим образом: выполняют пресс-форму в соответствии с п. 4, при этом наносят адгезив на защитный слой 7, через литниковые отверстия 13 пресс-формы заливают упругоэластичный материал 16 между корпусом 1 статора 2 и защитным слоем 7 в оформляющей рабочей полости 8 пресс-формы, нагревают пресс-форму до температуры вулканизации упругоэластичного материала 16, выдерживают при этой температуре до окончания процесса вулканизации, охлаждают пресс-форму, извлекают сердечник 9 пресс-формы из статора 2. При этом гибкий защитный слой 7 арамидной (кевларовой) ткани на поверхности зубьев 4 закрепляется в процессе заливки упругоэластичного материала 16. При заливке рукав 14 из защитного слоя 7 арамидной (кевларовой) ткани под воздействием движения заливаемого между корпусом 1 статора 2 и рукавом 14 упругоэластичного материала, облегает зубья 10 сердечника 9 пресс-формы, прижимается к ним, облицовывая поверхность зубьев 4 обкладки 3. А упругоэластичный материал зубьев при этом заполняет пространство между волокнами и (или) нитями ткани обеспечивая ее надежное крепление к поверхности зубьев 4 обладки 3.

Винтовая гидромашина (фиг 2), при ее использовании в винтовом забойном двигателе, работает следующим образом: поток рабочей текучей среды под давлением по колонне бурильных труб (не показаны) подается в винтовые камеры 15 образованные винтовыми зубьями 4 обкладки 3 статора 2 и винтовыми зубьями 6 ротора 5. В винтовых камерах при высоком давлении рабочей текучей среды, воздействующем на боковые поверхности винтовых зубьев 4 и 6, создается крутящий момент, приводящий во вращение ротор 5. Защитный слой 7 арамидной (кевларовой) ткани выполняет роль гибкой бронезащиты упругоэластичных зубьев 4 обкладки 3 статора 2 от абразивных частиц песка в буровом растворе, при этом сохраняется эластичность зубьев 4 необходимая для работы двигателя и кратно уменьшается абразивный износ зубьев 4 с увеличением ресурса двигателя.

Винтовая гидромашина (фиг. 1), при ее использовании в винтовом насосе работает следующим образом: ротор 5 принудительно приводится во вращение относительно статора 2, например, через колонну штанг (не показаны). Винтовые камеры 15 образованные винтовыми зубьями 4 обкладки 3 статора 2 и винтовыми зубьями 6 ротора 5, при вращении ротора 5 перемещаются вдоль статора 2, при этом перемещая перекачиваемую среду вдоль статора 2.

Защитный слой 7 арамидной (кевларовой) ткани выполняет роль гибкой бронезащиты упругоэластичных зубьев 4 обкладки 3 статора 2 от абразивных частиц песка в перекачиваемой среде, при этом сохраняется эластичность зубьев 4 необходимая для работы насоса и кратно уменьшается абразивный износ зубьев 4 с увеличением ресурса насоса.

Claims (3)

1. Винтовая гидромашина, содержащая статор, состоящий из корпуса статора с закрепленной в корпусе обкладкой с внутренними винтовыми зубьями, выполненной из упругоэластичного материала, и ротор с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев обкладки статора, причем ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине радиальной высоты зубьев, профили наружных зубьев ротора и внутренних зубьев статора в торцовом сечении выполнены взаимоогибаемыми, а ходы винтовых зубьев ротора и статора пропорциональны их числам зубьев, отличающаяся тем, что поверхность внутренних винтовых зубьев обкладки статора облицована, по меньшей мере, одним защитным слоем арамидной ткани – кевлар с объемным заполнением пространства между волокнами и/или нитями ткани упругоэластичным материалом зубьев.

2. Винтовая гидромашина по п. 1, отличающаяся тем, что ткань имеет ячеистую структуру.

3. Винтовая гидромашина по п. 1, отличающаяся тем, что толщина защитного слоя выполнена меньше половины высоты зуба статора.