RU2230171C1 - Jointed device of helical rotor-driven hydraulic machine - Google Patents
Jointed device of helical rotor-driven hydraulic machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2230171C1 RU2230171C1 RU2003106202/03A RU2003106202A RU2230171C1 RU 2230171 C1 RU2230171 C1 RU 2230171C1 RU 2003106202/03 A RU2003106202/03 A RU 2003106202/03A RU 2003106202 A RU2003106202 A RU 2003106202A RU 2230171 C1 RU2230171 C1 RU 2230171C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- finger
- casing
- spherical
- hydraulic machine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rotary Pumps (AREA)
- Details And Applications Of Rotary Liquid Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике строительства скважин, а именно - к шарнирным устройствам винтовых героторных гидромашин (винтовых забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин и винтовых насосов для перекачивания жидкости).The invention relates to techniques for well construction, and in particular to articulated devices for screw gerotor hydraulic machines (downhole screw motors for drilling oil and gas wells and screw pumps for pumping liquids).
Известно шарнирное устройство винтового насоса (патент США №4907906, опубл. 13.03.1990 г.). Данное устройство включает обойму с осевым и радиальными отверстиями, вал со сквозным пазом, имеющим плоские стенки, параллельные оси вала, палец цилиндрической формы, установленный в радиальных отверстиях обоймы и проходящий через паз вала.Known articulated device of a screw pump (US patent No. 4907906, publ. 03/13/1990). This device includes a cage with axial and radial holes, a shaft with a through groove having flat walls parallel to the axis of the shaft, a cylindrical pin mounted in the radial holes of the cage and passing through the shaft groove.
В этом устройстве имеется ряд недостатков. Недостатком такого устройства является то, что момент от вала к обойме передается через цилиндрический палец по линии контакта пальца с плоскими стенками паза. При больших моментах в линии контакта возникают большие контактные напряжения, что приводит к быстрому износу поверхностей паза и к разрушению пальца.This device has several disadvantages. The disadvantage of this device is that the moment from the shaft to the cage is transmitted through a cylindrical finger along the line of contact of the finger with the flat walls of the groove. At large moments in the contact line, large contact stresses arise, which leads to rapid wear of the groove surfaces and to the destruction of the finger.
Другим недостатком данного устройства является то, что осевая нагрузка от вала к обойме воспринимается пальцем, и большие ее значения приводят к быстрому износу пальца и поверхностей паза.Another disadvantage of this device is that the axial load from the shaft to the cage is perceived by the finger, and its large values lead to rapid wear of the finger and groove surfaces.
Известно также синхронное шарнирное устройство для передачи крутящего момента от ротора винтового забойного двигателя на вал опорного узла, применяемое для наклонно-направленного бурения (патент РФ №2186189, М.кл.6 7 Е 21 В 4/02, F 04 C 2/00 опубл. 27.07.02 г., Бюл. №21). Такое устройство является наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению и выбрано в качестве прототипа. Оно включает обойму с радиальными отверстиями и осевым глухим отверстием со сферическим дном; вал со сферической концевой частью (пятой), взаимодействующей со сферическим дном осевого отверстия обоймы, и сквозным пазом, имеющим плоские стенки, параллельные оси вала; палец, установленный в радиальных отверстиях обоймы и проходящий через паз вала; втулку, размещенную в пазу вала, в которой установлен палец. Втулка выполнена с лысками на наружной поверхности для взаимодействия с плоскими стенками сквозного радиального отверстия вала.Also known is a synchronous articulated device for transmitting torque from the rotor of a downhole screw motor to the shaft of the support assembly used for directional drilling (RF patent No. 2186189, Mcl 6 7 E 21
Известное шарнирное устройство имеет ряд недостатков, а именно:Known articulated device has several disadvantages, namely:
- невозможность передачи достаточно больших крутящих моментов из-за малой величины плеча сил, возникающих при передаче вращения;- the impossibility of transmitting sufficiently large torques due to the small amount of shoulder forces arising from the transmission of rotation;
- конструкция имеет небольшую площадь контакта (работают по 1/2 площади лысок втулки с каждой стороны), которую трудно увеличить из-за возможного ослабления сечения вала, поэтому в нем возникают значительные напряжения смятия;- structure has a small area of contact (working at half the area of the sleeve flats on each side), which is difficult to increase due to possible weakening of the cross section of the shaft, so there arise considerable voltage collapse;
- вал может перемещаться в осевом направлении относительно обоймы в пределах длины паза, что при циклических нагрузках ведет к разрушению шарнира;- the shaft can move in the axial direction relative to the casing within the length of the groove, which under cyclic loads leads to the destruction of the hinge;
- конструкция неремонтопригодна, так как палец приварен к обойме.- the design is not repairable, since the finger is welded to the clip.
Задачей настоящего изобретения является создание шарнирного устройства винтовой героторной гидромашины (винтового забойного двигателя или винтового насоса), в котором:An object of the present invention is to provide an articulated device for a screw gerotor hydraulic machine (a downhole screw motor or a screw pump), in which:
- увеличивается долговечность основных деталей за счет увеличения их прочности;- increases the durability of the main parts by increasing their strength;
- уменьшается износ контактирующих поверхностей сухарей и площадок окон за счет снижения напряжений их смятия;- reduced wear of the contacting surfaces of crackers and window pads by reducing stresses of their crushing;
- увеличивается передаваемый крутящий момент при сохранении малых габаритов шарнирного устройства;- increases the transmitted torque while maintaining the small dimensions of the hinge device;
- обеспечивается возможность разборки шарнира с целью его ремонта.- it is possible to disassemble the joint for the purpose of repairing it.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом шарнирном устройстве, содержащем обойму с глухим осевым отверстием, пяту со сферической поверхностью, вал со сферической концевой частью для взаимодействия со сферической поверхностью пяты и палец, согласно изобретению палец запрессован средней частью в радиальном, сквозном отверстии вала, перпендикулярном к его оси, и свободно проходит через окна обоймы концевыми частями, на концах пальца свободно установлены два сухаря, причем сухари выполнены с параллельными плоскостями скольжения и размещены в окнах обоймы, имеющих плоские стенки, параллельные оси обоймы и взаимодействующие с плоскими стенками сухарей; в осевом отверстии обоймы установлены и закреплены два полувкладыша, образующих сферическое углубление, сопрягающееся с наружной сферической поверхностью концевой части вала. Кроме того, внешняя поверхность сухарей и внутренняя поверхность обоих полувкладышей выполнены конусными с углами отклонения от смежной поверхности, превышающими острый угол возможного кругового отклонения вала в обойме.The problem is solved in that in the proposed hinge device containing a cage with a blind axial hole, a heel with a spherical surface, a shaft with a spherical end part for interacting with the spherical surface of the heel and a finger, according to the invention, the finger is pressed into the middle part in a radial, through hole of the shaft, perpendicular to its axis, and freely passes through the windows of the holder with end parts, two crackers are freely installed at the ends of the finger, and the crackers are made with parallel planes sliding ia and are placed in the windows of the holder having flat walls parallel to the axis of the holder and interacting with the flat walls of crackers; two half-shells are installed and fixed in the axial hole of the cage, forming a spherical recess that mates with the outer spherical surface of the shaft end part. In addition, the outer surface of the crackers and the inner surface of both half-liners are made conical with angles of deviation from the adjacent surface exceeding the acute angle of a possible circular deflection of the shaft in the cage.
В прототипе вал имеет возможность осевого перемещения относительно обоймы, то есть жестко не закреплен. А в предлагаемом изобретении установка полувкладышей “запирает” сферический конец вала и, таким образом, получается сферический шарнир, в котором вал может свободно вращаться и передавать крутящий момент под углом преломления α. При этом вал не может перемещаться вдоль оси, что повышает жесткость крепления и тем самым уменьшает износ контактирующих поверхностей пяты и подпятника и повышает их долговечность.In the prototype, the shaft has the possibility of axial movement relative to the cage, that is, is not rigidly fixed. And in the present invention, the installation of half-liners “locks” the spherical end of the shaft and, thus, a spherical hinge is obtained in which the shaft can rotate freely and transmit torque at the angle of refraction α. In this case, the shaft cannot move along the axis, which increases the rigidity of the mount and thereby reduces the wear of the contacting surfaces of the heel and the thrust bearing and increases their durability.
В конструкции прототипа площадки контакта втулки и стенок сквозного радиального паза расположены внутри вала. Поэтому площадь контакта между втулкой и стенками в валу недостаточно велика, а плечо действия силы мало. В предлагаемой конструкции площадки контакта вынесены наружу, в обойму, что позволяет увеличить плечо приложения нагрузки и, соответственно, увеличивает нагрузочную способность шарнира. При передаче момента от вала к обойме плоские стенки окон обоймы взаимодействуют с площадками скольжения сухарей, при этом количество площадок увеличивается в два раза по сравнению с прототипом, что увеличивает площадь контакта, а следовательно, уменьшает износ контактирующих поверхностей за счет уменьшения напряжений смятия.In the design of the prototype, the contact areas of the sleeve and the walls of the through radial groove are located inside the shaft. Therefore, the contact area between the sleeve and the walls in the shaft is not large enough, and the shoulder action is small. In the proposed design, the contact pads are brought out into the cage, which allows to increase the shoulder of the load application and, accordingly, increases the load capacity of the hinge. When transmitting torque from the shaft to the cage, the flat walls of the cage windows interact with the sliding pads of the crackers, while the number of pads doubles compared to the prototype, which increases the contact area, and therefore, reduces the wear of the contacting surfaces by reducing shear stresses.
Увеличение длины окон также позволяет увеличить площадь их контакта с сухарями, что приводит к уменьшению напряжений смятия по сравнению с прототипом, благодаря чему износ деталей шарнирного устройства также уменьшается.The increase in the length of the windows also allows to increase the area of their contact with crackers, which leads to a reduction in shear stresses in comparison with the prototype, due to which the wear of the parts of the hinge device is also reduced.
В прототипе палец концевыми частями приварен к обойме, а средняя часть свободно вращается относительно втулки, при этом втулка имеет возможность скольжения внутри сквозного паза, перпендикулярного оси вала. В предлагаемом изобретении палец средней частью запрессован в сквозном радиальном отверстии вала, что, в отличие от прототипа, обеспечивает его ремонтопригодность.In the prototype, the finger end parts are welded to the cage, and the middle part rotates freely relative to the sleeve, while the sleeve has the ability to slip inside the through groove perpendicular to the axis of the shaft. In the invention, the middle finger is pressed into the through radial hole of the shaft, which, unlike the prototype, ensures its maintainability.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид шарнирного устройства винтовой героторной гидромашины в продольном разрезе; на фиг.2 показан поперечный разрез шарнирного устройства в месте расположения оси и сухарей (сечение А–А на фиг.1); на фиг.3 показан продольный разрез шарнирного устройства в месте расположения оси и сухарей, совмещенный с видом сбоку (сечение Б-Б на фиг.1).The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the hinge device of a screw gerotor hydraulic machine in longitudinal section; figure 2 shows a cross section of a hinge device at the location of the axis and crackers (section a-a in figure 1); figure 3 shows a longitudinal section of the hinge device at the location of the axis and the crackers, combined with a side view (section BB in figure 1).
Шарнирное устройство винтовой героторной гидромашины, показанное на фиг.1-3, содержит вал 1, обойму 2, пяту 3, полувкладыши 4, сухари 5, палец 6. В верхней части обоймы 2 выполнено осевое отверстие G и два симметричных продольных окна D, имеющих плоские стенки, параллельные оси обоймы O2O2. В осевом отверстии G обоймы 2 установлена пята 3, выполненная со сферической поверхностью В, и помещен вал 1. В нижней его части выполнено сквозное радиальное отверстие С, перпендикулярное оси вала O1O1, в котором запрессован палец 6. На концах пальца 6 установлены сухари 5, имеющие плоскости скольжения D для взаимодействия с плоскими стенками окон обоймы 2. Концевая часть вала 1 выполнена с наружной сферической поверхностью В для взаимодействия передней его частью со сферической поверхностью пяты 3, а задней - со сферическими поверхностями Е полувкладышей 4. Полувкладыши 4, препятствующие осевому перемещению вала 1, закреплены на обойме 2 при помощи винтов 7. Кроме того, полувкладыши 4 имеют внутреннюю коническую поверхность К, уклон которой превышает угол преломления α. Верхняя часть вала 1 соединена с ведущим звеном (ротором) винтовой героторной гидромашины, двигателя или насоса (не показано) с помощью, например, резьбы. Шарнирное устройство винтовой героторной гидромашины может быть закрыто манжетой 8 и уплотнено резиновым кольцом 9. Манжета 8 закреплена одним концом на втулке 10, а другим - на валу 1 при помощи хомута 11. Нижняя часть обоймы 2 соединена с ведомым звеном винтовой героторной гидромашины (на фиг. не показано) с помощью, например, резьбы.The hinged device of the screw gerotor hydraulic machine shown in figures 1-3 contains a
Шарнирное устройство винтовой героторной гидромашины работает следующим образом. Ведущее звено винтовой героторной гидромашины (на фиг. не показано) передает на вал 1 осевую нагрузку и крутящий момент. Осевая нагрузка передается от вала 1 к обойме 2 через пяту 3 и конец вала по сферической поверхности В. Крутящий момент передается от вала 1 к обойме 2 через стенки окон D, сухари 5 с площадками скольжения и палец 6. При прецессионном движении вала 1 по отношению к обойме 2 с углом преломления α оси O1O1 относительно оси О2O2 происходит скольжение площадок сухарей 5 и пальца 6 по плоским стенкам окон D и поворот сухарей 5 и пальца 6 вокруг своей оси. Сферическая поверхность вала 1 скользит по сферической поверхности В пяты 3 и сферической поверхности Е полувкладышей 4. Таким образом, ось O1O1 вала 1 может отклоняться от оси О2О2 обоймы 2 на угол α во всех плоскостях, проходящих через ось О2О2 обоймы 2.The hinged device of a screw gerotor hydraulic machine operates as follows. The leading link of the screw gerotor hydraulic machine (not shown in Fig.) Transfers axial load and torque to
Предлагаемое устройство имеет ряд преимуществ перед известным устройством, а именно:The proposed device has several advantages over the known device, namely:
- повышение нагрузочной способности (крутящего момента) за счет увеличения плеча момента сил;- increase the load capacity (torque) by increasing the shoulder moment of forces;
- уменьшение напряжений смятия за счет увеличения площади контакта;- reduction of shear stress due to the increase in contact area;
- повышение прочности соединения за счет применения полувкладышей;- increasing the strength of the connection due to the use of half-liners;
- возможность разборки шарнира с целью его ремонта. Шарнирное устройство используется в винтовых героторных гидромашинах, например в винтовых забойных двигателях, при передаче движения от эксцентрично расположенного ротора (на фиг. не показан) к соосно размещенному валу опорного узла (на фиг. не показан). Ось O1O1 вала 1 повернута по отношению к оси О2О2 обоймы 2 на угол преломления α. Как правило, соединяются между собой два шарнирных устройства, при этом угол преломления двузвенного шарнирного устройства увеличивается в два раза.- the ability to disassemble the hinge with a view to repairing it. The swivel device is used in screw gerotor hydraulic machines, for example in downhole screw motors, when transmitting movement from an eccentrically located rotor (not shown in Fig.) To a coaxially placed shaft of the support unit (not shown in Fig.). The axis O 1 O 1 of the shaft 1 is rotated with respect to the axis O 2 O 2 of the cage 2 by the angle of refraction α. As a rule, two articulated devices are interconnected, while the angle of refraction of the two-link articulated device is doubled.
Таким образом, предложенное шарнирное устройство винтовой героторной гидромашины позволяет уменьшить износ деталей и продлить срок службы шарнирного устройства. Это дает возможность повысить долговечность винтового забойного двигателя и успешно использовать его при бурении как прямых, так и наклонно направленных скважин.Thus, the proposed hinge device of a screw gerotor hydraulic machine allows to reduce the wear of parts and extend the service life of the hinge device. This makes it possible to increase the durability of a downhole screw motor and to successfully use it when drilling both direct and directional wells.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003106202/03A RU2230171C1 (en) | 2003-03-05 | 2003-03-05 | Jointed device of helical rotor-driven hydraulic machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003106202/03A RU2230171C1 (en) | 2003-03-05 | 2003-03-05 | Jointed device of helical rotor-driven hydraulic machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2230171C1 true RU2230171C1 (en) | 2004-06-10 |
Family
ID=32846836
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003106202/03A RU2230171C1 (en) | 2003-03-05 | 2003-03-05 | Jointed device of helical rotor-driven hydraulic machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2230171C1 (en) |
-
2003
- 2003-03-05 RU RU2003106202/03A patent/RU2230171C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10753159B1 (en) | Flexible coupling | |
US5135060A (en) | Articulated coupling for use with a downhole drilling apparatus | |
US10253578B2 (en) | Drill motor connecting rod | |
US4679638A (en) | Downhole progressive cavity type drilling motor with flexible connecting rod | |
US20170370420A1 (en) | Universal Joint | |
US5007491A (en) | Downhole drilling apparatus progressive cavity drive train with sealed coupling | |
US5833541A (en) | Elastomeric joints having interlocking threaded portions | |
US5860864A (en) | Joint assembly having self-biasing mechanism to bias two shafts into coaxial alignment | |
US5007490A (en) | Progressive cavity drive train with elastomeric joint assembly for use in downhole drilling | |
US5447472A (en) | Articulated coupling for use with a progressive cavity apparatus | |
US20150176342A1 (en) | Mud motor drive-shaft with improved bearings | |
DK156016B (en) | BUILDING CLUTCH | |
RU2230171C1 (en) | Jointed device of helical rotor-driven hydraulic machine | |
CA3038945A1 (en) | Reciprocation-dampening drive shaft assembly | |
US20220325584A1 (en) | Drive Shaft Assembly for Downhole Drilling and Method for Using Same | |
RU2186189C1 (en) | Articulated device of screw gyration hydraulic machine (versions) | |
RU2478836C1 (en) | Flexible coupling | |
RU2304688C2 (en) | Gerotor fluid drive or pump | |
RU2367761C2 (en) | Hydraulic downhole motor | |
RU2405903C1 (en) | Drive shaft of hydraulic downhole motor | |
RU153645U1 (en) | SCREW SHAFT SCREW GEROTOR HYDRAULIC MACHINE | |
CN105298404A (en) | Oil string rotating device | |
RU2185488C1 (en) | Screw hydraulic downhole motor | |
RU2232859C2 (en) | Downhole hydraulic motor | |
RU48569U1 (en) | BOTTOM DRILLING SPINDLE SPINDLE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20070502 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100306 |