RU2309237C1 - Gerotor mechanism for hydraulic screw-rotor machine - Google Patents
Gerotor mechanism for hydraulic screw-rotor machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2309237C1 RU2309237C1 RU2006112780/11A RU2006112780A RU2309237C1 RU 2309237 C1 RU2309237 C1 RU 2309237C1 RU 2006112780/11 A RU2006112780/11 A RU 2006112780/11A RU 2006112780 A RU2006112780 A RU 2006112780A RU 2309237 C1 RU2309237 C1 RU 2309237C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- teeth
- radius
- coordinate system
- center
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rotary Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к героторным механизмам винтовых гидравлических машин, размещаемым в скважинах, и может быть использовано в двигателях для вращения роторов от насосной подачи текучей среды или в насосах для подачи текучей среды за счет вращения роторов, предназначенных, например, для бурения нефтяных и газовых скважин, добычи нефти и перекачивания жидкостей.The invention relates to gerotor mechanisms of screw hydraulic machines located in wells, and can be used in engines for rotating rotors from a pumped fluid supply or in pumps for supplying a fluid due to the rotation of rotors intended, for example, for drilling oil and gas wells, oil production and pumping liquids.
Известен героторный механизм с внутренним внецентроидным зацеплением, у которого торцовый профиль зубьев, например, статора принят за исходный, очерченный эквидистантой укороченной эпициклоиды или гипоциклоиды, а сопряженный профиль зубьев ротора выполнен как огибающая кривая исходного профиля [1].A known gerotor mechanism with internal extracentroid engagement, in which the end profile of the teeth, for example, the stator is taken as the initial one, outlined by the equidistant of the shortened epicycloid or hypocycloid, and the conjugated profile of the rotor teeth is made as an envelope curve of the original profile [1].
Недостатком известного механизма является то, что для образования зубьев ротора и статора (сердечника пресс-формы) требуется различный зуборезный инструмент, например, две червячные фрезы, а с изменением числа зубьев механизма при его проектировании и изготовлении количество потребных червячных фрез возрастает, что не обеспечивает экономических преимуществ.A disadvantage of the known mechanism is that for the formation of the teeth of the rotor and stator (core of the mold) requires a different gear cutting tool, for example, two worm mills, and with the change in the number of teeth of the mechanism during its design and manufacture, the number of worm mills required increases, which does not provide economic benefits.
Известен героторный механизм, содержащий статор с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, например из резины, 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, ходы винтовых зубьев ротора и статора пропорциональны их числам зубьев.A known gerotor mechanism comprising a stator with internal helical teeth made of elastic material, such as rubber, and a rotor with external helical teeth, the number of which is one less than the number of stator teeth, the rotor axis being offset relative to the stator axis by an eccentricity equal to half the radial the height of the teeth, the moves of the helical teeth of the rotor and stator are proportional to their number of teeth.
Профиль зубьев статора в торцовом сечении выполнен как огибающая исходного контура циклоидальной рейки, очерченной эквидистантой с радиусом RС1 укороченной циклоиды, а профиль зубьев ротора в торцовом сечении выполнен как огибающая другого исходного контура циклоидальной рейки с радиусом эквидистанты RС2, выполненным больше, чем RС1 или связанным соотношением RС2=RС1+(0,1...0,5)E, где Е - радиус производящей окружности, равный величине эксцентриситета [2].The stator teeth profile in the end section is made as the envelope of the initial contour of the cycloidal rack, outlined by an equidistant with a radius R C1 of the shortened cycloid, and the profile of the teeth of the rotor in the end section is made as the envelope of the other initial circuit of the cycloidal rack with the equidistant radius of R C2 , made more than R C1 or the related relation R С2 = R С1 + (0,1 ... 0,5) E, where Е is the radius of the generating circle equal to the eccentricity [2].
Вариантом известного изобретения является выполнение героторного механизма таким образом, что профиль зубьев статора в торцовом сечении выполнен как огибающая исходного контура циклоидальной рейки, очерченной эквидистантой с радиусом RС1 укороченной циклоиды, а профиль зубьев ротора в торцовом сечении очерчен сопряженными дугами окружностей, причем выступ зуба ротора очерчен дугой радиуса RB, большего, чем радиус эквидистанты статора RC1 или связан с ним соотношением RC2=RC1+(0,1...0,5)E, а профиль впадины зуба ротора очерчен дугой радиуса RV, зависящего от числа зубьев ротора, его наружного диаметра и эксцентриситета [2].An embodiment of the known invention is the implementation of the gerotor mechanism in such a way that the stator tooth profile in the end section is made as the envelope of the initial contour of the cycloidal rack, outlined by an equidistant curve with a shortened cycloid radius R C1 , and the profile of the rotor teeth in the end section is outlined by conjugate arcs of circles, and the protrusion of the rotor tooth defined by an arc of radius R B greater than the radius of the stator equidistant R C1 or associated with it by the ratio R C2 = R C1 + (0.1 ... 0.5) E, and the profile of the cavity of the rotor tooth is defined by an arc of radius R V depending on the number of teeth of the rotor, its outer diameter and eccentricity [2].
Недостатком известного героторного механизма является то, что указанные варианты героторных механизмов требуют осуществления селективной сборки рабочих пар в связи с необходимостью подбора ротора и статора по радиальному натягу.A disadvantage of the known gerotor mechanism is that these gerotor mechanisms require selective assembly of working pairs due to the need to select the rotor and stator by radial interference.
Кроме того, при работе за счет возникновения бокового натяга, распределенного равномерно при выпукло-вогнутом контакте зуба ротора с впадиной зуба статора, появляется повышенный износ боковых сторон зубьев статора, выполненных из упругоэластичного материала, при этом за счет наличия радиального и бокового натягов в зацеплении возникают силы трения в зонах контакта зубьев, создающие моменты сопротивления, препятствующие вращению ротора вокруг своей оси и его планетарному движению, что ухудшает энергетические характеристики механизма.In addition, during operation due to the occurrence of lateral interference, distributed evenly during convex-concave contact of the rotor tooth with the cavity of the stator tooth, increased wear of the lateral sides of the stator teeth made of elastic material appears, while due to the presence of radial and lateral interference in the engagement friction forces in the zones of contact of the teeth, creating moments of resistance, preventing the rotation of the rotor around its axis and its planetary motion, which affects the energy characteristics of the mechanism.
В связи с тем, что исходные контуры инструментальных реек ротора и статора разные, исключается возможность изготовления ротора и сердечника пресс-формы статора одним инструментом.Due to the fact that the initial contours of the tool rails of the rotor and stator are different, the possibility of manufacturing the rotor and core of the stator mold with one tool is excluded.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является героторный механизм винтовой гидромашины, содержащий статор и эксцентрично расположенный в нем ротор, зубья которых находятся в непрерывном контакте и имеют разницу их чисел, равную единице, торцовые профили статора и ротора образованы общим исходным профилем рейки (зацепления) со смещением, а профиль этого контура очерчен эквидистантой укороченной циклоиды, при этом наибольшее допустимое положительное и наибольшее отрицательное смещения контура рейки задано с выполнением соотношений:Closest to the claimed invention is a gerotor mechanism of a screw hydraulic machine containing a stator and a rotor eccentrically located in it, the teeth of which are in continuous contact and have a difference of their numbers equal to unity, the end profiles of the stator and rotor are formed by a common initial rail profile (meshing) with an offset , and the profile of this contour is outlined by the equidistant of the shortened cycloid, while the largest allowable positive and greatest negative bias of the rail contour are specified with the relation niy:
а допустимое значение контурного диаметра ограничено пределами:and the permissible value of the contour diameter is limited by:
гдеWhere
где Δhn, Δhот - наибольшее допустимое положительное и наибольшее отрицательное смещения, соответственно, контура рейки,where Δh n , Δh from is the largest allowable positive and greatest negative bias, respectively, of the rail contour,
Dк max, Dк min - наибольшее и наименьшее значения контурного диаметра,D to max , D to min - the largest and smallest values of the contour diameter,
а - эксцентриситет зацепления механизма,a is the eccentricity of the meshing mechanism,
Z1,2 - числа зубьев статора и ротора соответственно,Z 1,2 - the number of teeth of the stator and rotor, respectively,
Df1 - номинальный диаметр впадин статора при отсутствии смещения исходного контура, который задают по формуле:D f1 is the nominal diameter of the stator troughs in the absence of bias of the initial circuit, which is set by the formula:
где Z2 - число зубьев ротора,where Z 2 - the number of teeth of the rotor,
r - радиус катящейся окружности, образующей нормальную циклоиду исходного контура рейки,r is the radius of the rolling circle forming a normal cycloid of the original rail contour,
rс - расстояние от укороченной циклоиды до точек профиля исходного контура рейки [3].r with - the distance from the shortened cycloid to the profile points of the original rail contour [3].
Недостатком известной конструкции является то, что при выбранном контурном диаметре Dк, величине эксцентриситета "а", числах Z1,2 зубьев статора и ротора, соответственно, не может быть изменена площадь проходного сечения (площадь, занятая рабочим телом) многозаходного героторного механизма и, следовательно, отсутствует возможность улучшить энергетические характеристики, например, развиваемую мощность и крутящий момент в двигателе для вращения ротора от насосной подачи текучей среды или развиваемое давление и расход в насосе для подачи текучей среды за счет вращения ротора.A disadvantage of the known design is that with the selected contour diameter D k , the eccentricity value "a", the numbers Z 1.2 of the teeth of the stator and rotor, respectively, the passage area (the area occupied by the working fluid) of the multiple-start gerotor mechanism cannot be changed and therefore, there is no way to improve energy characteristics, for example, the developed power and torque in the engine for rotating the rotor from the pump fluid supply or the developed pressure and flow rate in the pump for feeding ekuchey medium due to rotation of the rotor.
Недостатки известной конструкции объясняются тем, что форма исходного контура зацепления (рейки) стандартизована и задается, по существу, в соответствие с ОСТ 39-164-84, при этом контурный диаметр Dк может быть изменен только путем замены числа зубьев Z1 статора или эксцентриситета "а" зацепления механизма, что накладывает ограничения на проектирование механизма и оптимизацию характеристик двигателя или насоса.The disadvantages of the known design are explained by the fact that the shape of the initial engagement contour (rail) is standardized and is set essentially in accordance with OST 39-164-84, while the contour diameter D k can only be changed by replacing the number of teeth Z 1 of the stator or eccentricity "a" gear engagement, which imposes restrictions on the design of the mechanism and the optimization of the characteristics of the engine or pump.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в улучшении энергетических характеристик героторного механизма винтовой гидравлической машины, по существу, развиваемой мощности и крутящего момента в двигателе или развиваемого давления и расхода в насосе путем обеспечения максимальной площади поперечного сечения, занятой рабочим телом, при одинаковом контурном диаметре Dк, величине эксцентриситета зацепления механизма, числах зубьев обкладки и ротора за счет оптимизации величин радиусов окружностей, огибающие которых очерчивают торцовые профили зубьев в обкладке и роторе, вследствие чего обеспечивается снижение гидромеханических потерь за счет равномерного натяга во всех фазах контакта зубьев обкладки и ротора, улучшения уплотнения по контактным линиям в зоне полюсов зацепления и снижения контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжения.The technical problem to which the invention is directed is to improve the energy characteristics of the gerotor mechanism of a screw hydraulic machine, essentially the developed power and torque in the engine or the developed pressure and flow in the pump by ensuring the maximum cross-sectional area occupied by the working fluid, with the same contour diameter D k , the magnitude of the eccentricity of the engagement of the mechanism, the number of teeth of the lining and the rotor due to the optimization of the radii of the circles, the bend The components of which outline the end profiles of the teeth in the lining and the rotor, as a result of which the hydromechanical losses are reduced due to the uniform interference in all phases of the contact between the teeth of the lining and the rotor, the seal is improved along the contact lines in the area of the engagement poles and the contact loads are reduced in the zone of maximum sliding speeds.
Сущность технического решения заключается в том, что в героторном механизме винтовой гидравлической машины, содержащем статор, представляющий собой трубчатый корпус с закрепленной в нем обкладкой из эластомера, например из резины, с внутренними винтовыми зубьями, и расположенный внутри статора ротор с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев обкладки, ходы винтовых зубьев обкладки и ротора пропорциональны их числам зубьев, а центральные продольные оси ротора и обкладки смещены между собой на величину эксцентриситета, согласно изобретению торцовый профиль зубьев в обкладке из эластомера очерчен как огибающая кривая радиусов rs при повороте системы координат Хос, Уос, которой принадлежит окружность радиуса rs, а центр окружности радиуса rs расположен на окружности с радиусом Roc, проведенным из центра системы координат Хос, Уос, причем центр системы координат Хос, Уос смещен от центральной продольной оси обкладки на величину эксцентриситета aw между центральными продольными осями ротора и обкладки и определен выражением:The essence of the technical solution lies in the fact that in the gerotor mechanism of a screw hydraulic machine containing a stator, which is a tubular body with an elastomer cover fixed to it, for example, rubber, with internal helical teeth, and a rotor with external helical teeth located inside the stator, which are one less than the number of teeth of the lining, the moves of the helical teeth of the lining and the rotor are proportional to their number of teeth, and the central longitudinal axis of the rotor and the lining are offset by an amount of e stsentrisiteta according to the invention the end face profile of teeth in coated elastomer is outlined as an envelope curve radii r s when turning system X axes coordinates and Y axes, which belongs to a circle of radius r s, and the center of radius r s is located circumferentially on the circumference with R oc radius drawn from the center of the coordinate system X OS , Y OS , and the center of the coordinate system X OS , Y OS is offset from the central longitudinal axis of the plate by the amount of eccentricity a w between the central longitudinal axis of the rotor and the plate and is defined by the expression:
где rif - радиус впадин зубьев обкладки, угол поворота φс системы координат Хос, Уос относительно неподвижной системы координат Хк, Ук, центр которой расположен на центральной продольной оси обкладки, и угол поворота ψс системы координат Хс, Ус, центр которой расположен на центральной продольной оси обкладки, относительно неподвижной системы координат Хк, Ук, связаны соотношением:where r if is the radius of the cavities of the teeth of the lining, the angle of rotation φ from the coordinate system X OS , Y OS relative to the stationary coordinate system X k , Y k , the center of which is located on the central longitudinal axis of the plate, and the angle of rotation ψ from the coordinate system X s , Y c , the center of which is located on the central longitudinal axis of the plate, relative to the fixed coordinate system X to , To to are connected by the ratio:
где Zp и Zc - числа зубьев ротора и, соответственно, обкладки, а координаты Хс, Ус номинального профиля обкладки определены выражениями:where Z p and Z c - the number of teeth of the rotor and, accordingly, the lining, and the coordinates X s , Y from the nominal profile of the lining are defined by the expressions:
при этом торцовый профиль зубьев ротора очерчен как огибающая кривая радиусов rm при повороте системы координат Хор, Уор, которой принадлежит окружность радиуса rm, а центр окружности радиуса rm расположен на окружности с радиусом Rop, проведенным из центра системы координат Хор, Уор, причем центр системы координат Хор, Уор смещен от центральной продольной оси ротора на величину эксцентриситета аw и определен выражением:the end profile of the teeth of the rotor is outlined as an envelope curve of radii r m when the coordinate system X op , U op , which belongs to a circle of radius r m , and the center of a circle of radius r m is located on a circle with a radius R op drawn from the center of the coordinate system X Oh , U Oh , and the center of the coordinate system is X Oh , Y Oh is offset from the central longitudinal axis of the rotor by the amount of eccentricity a w and is defined by the expression:
Rop=rif-rm-2аw,R op = r if -r m -2a w ,
а угол поворота φр системы координат Хор, Уор относительно неподвижной системы координат Хкр, Укр, центр которой расположен на центральной продольной оси ротора, и угол поворота ψp системы координат Хр, Ур, центр которой расположен на центральной продольной оси ротора относительно неподвижной системы координат Хкр, Укр, связаны соотношением:and the rotation angle φ p system X op coordinate, Y op relatively fixed system X coordinate Cr, Y Cr, the center of which is located on the central longitudinal axis of the rotor, and rotation angle ψ p coordinate system X p, Y p, whose center is located on the central longitudinal the rotor axis relative to the fixed coordinate system X kr , Y kr , are related by the relation:
ψр=φp(Zp-1)/Zp,ψ p = φ p (Z p -1) / Z p ,
где Zp - число зубьев ротора, а координаты Хр, Ур номинального профиля ротора определены выражениями:where Z p - the number of teeth of the rotor, and the coordinates X p , U p the nominal profile of the rotor are determined by the expressions:
Хр=(Xopcosφp-Уopsinφp+aw)cosψp+(Xopsinφp-Уopcosφp)sinψp,X p = (X op cosφ p -Y op sinφ p + a w ) cosψ p + (X op sinφ p -Y op cosφ p ) sinψ p ,
Ур=-(Xopcosφp-Уopsinφp+aw)sinψp+(Xopsinφp+Уopcosφp)cosψp.Y p = - (X op cosφ p -Y op sinφ p + a w ) sinψ p + (X op sinφ p + Y op cosφ p ) cosψ p .
Кроме того, радиус rs, огибающая которых образует торцовый профиль зубьев в обкладке, радиус rm, огибающая которых образует торцовый профиль зубьев ротора, а также эксцентриситет аw между центральными продольными осями ротора и обкладки связаны соотношениями:In addition, the radius r s , the envelope of which forms the end profile of the teeth in the lining, the radius r m , the envelope of which forms the end profile of the teeth of the rotor, and the eccentricity a w between the central longitudinal axes of the rotor and the lining are related by the relations:
rs=(0,618...2,618)аw, rm=(0,166...2,618)aw.r s = (0.618 ... 2.618) a w , r m = (0.166 ... 2.618) a w .
Такое выполнение героторного механизма винтовой гидравлической машины обеспечивает максимальную площадь поперечного сечения, занятой рабочим телом, при одинаковом контурном диаметре Dк, величине эксцентриситета зацепления aw механизма, числах зубьев Zc (обкладки) и Zp (ротора) путем оптимизации величин радиусов rs, rm окружностей, огибающие которых очерчивают торцовые профили зубьев в обкладке и роторе соответственно, вследствие чего обеспечивается снижение гидромеханических потерь за счет равномерного натяга во всех фазах контакта зубьев обкладки и ротора, улучшения уплотнения по контактным линиям в зоне полюсов зацепления и снижения контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжения.This embodiment of the gerotor mechanism of a screw hydraulic machine provides the maximum cross-sectional area occupied by the working fluid with the same contour diameter D k , the magnitude of the eccentricity of the engagement a w mechanism, the number of teeth Z c (lining) and Z p (rotor) by optimizing the radii r s , r m of circles, the envelopes of which outline the end profiles of the teeth in the lining and the rotor, respectively, as a result of which the hydromechanical losses are reduced due to uniform interference in all contact phases slaughter of the plate and rotor, improvement of compaction along the contact lines in the zone of the poles of engagement and reduction of contact loads in the zone of maximum sliding speeds.
Кроме того, выполнение героторного механизма винтовой гидравлической машины таким образом, что радиус rs, огибающая которых образует торцовый профиль зубьев в обкладке, радиус rm, огибающая которых образует торцовый профиль зубьев ротора, а также эксцентриситет aw между центральными продольными осями ротора и обкладки связаны соотношениями:In addition, the execution of the gerotor mechanism of a screw hydraulic machine in such a way that the radius r s whose envelope forms the end profile of the teeth in the lining, the radius r m whose envelope forms the end profile of the teeth of the rotor and the eccentricity a w between the central longitudinal axes of the rotor and the lining are connected by the relations:
дополнительно снижает вероятность возникновения резонансных поперечных колебаний двигателя в скважине при осевых нагрузках, изменяемых при воздействии двигателя на забой, за счет синхронизации работы многозаходных многошаговых винтовых камер между зубьями ротора и обкладки.additionally reduces the likelihood of resonant transverse vibrations of the engine in the borehole under axial loads that change when the engine acts on the bottom due to the synchronization of multi-start multi-step screw chambers between the teeth of the rotor and the lining.
Ниже представлен лучший вариант героторного механизма винтового гидравлического двигателя для бурения наклонно направленных и горизонтальных нефтяных скважин.Below is the best version of the gyratory mechanism of a helical hydraulic motor for drilling directional and horizontal oil wells.
На фиг.1 показан продольный разрез героторного механизма винтового гидравлического двигателя.Figure 1 shows a longitudinal section of the gerotor mechanism of a screw hydraulic motor.
На фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1 поперек статора и ротора винтового гидравлического двигателя, отношение чисел зубьев ротор-обкладка равно 5/6.In Fig.2 shows a section aa in Fig.1 across the stator and rotor of the screw hydraulic motor, the ratio of the number of teeth of the rotor lining is 5/6.
На фиг.3 показана схема образования торцового профиля зубьев в обкладке.Figure 3 shows a diagram of the formation of the end profile of the teeth in the lining.
На фиг.4 показана схема образования торцового профиля зубьев ротора.Figure 4 shows a diagram of the formation of the end profile of the teeth of the rotor.
На фиг.5 показано образование торцового профиля зубьев в обкладке, который очерчен как огибающая кривая множества радиусов rs при повороте систем координат, показанных на фиг.3, при следующих значениях: rs=7,6125; аw=3,5; rif=31,675.Figure 5 shows the formation of the end profile of the teeth in the lining, which is outlined as an envelope curve of the set of radii r s when turning the coordinate systems shown in figure 3, with the following values: r s = 7.6125; and w = 3.5; r if = 31.675.
На фиг.6 показаны обкладка и ротор, рассчитанные по ОСТ 39-164-84: Dк=2rif; rif=31,675; Δh1n=0 (смещение исходного контура рейки для образования профиля зубьев обкладки); Δh2n=0,6125 (смещение исходного контура рейки для образования профиля зубьев ротора); S=587 мм2 - площадь поперечного сечения, занятая рабочим телом; цифры 0,054; 0,046 и 0,004 обозначают натяг в паре в мм при номинальных диаметрах впадин обкладки Dк=63,35 мм и диаметре ротора Da=56,35 мм.Figure 6 shows the lining and rotor calculated according to OST 39-164-84: D to = 2r if ; r if = 31.675; Δh 1n = 0 (displacement of the initial contour of the rail for the formation of the profile of the teeth of the lining); Δh 2n = 0.6125 (offset of the initial contour of the rail for the formation of the profile of the teeth of the rotor); S = 587 mm 2 - the cross-sectional area occupied by the working fluid; numbers 0.054; 0.046 and 0.004 denote an interference fit in a pair in mm at nominal diameters of the troughs D k = 63.35 mm and the diameter of the rotor D a = 56.35 mm.
На фиг.7 показан пример выполнения героторного механизма винтового гидравлического двигателя при одинаковом контурном диаметре Dк: обкладка rif=31,675 от окружности rs=7,6125; ротор rа=28,175 от окружности rm=7,38; S=593 мм2 - площадь поперечного сечения, занятая рабочим телом; цифры 0,012; 0,012 и 0,004 обозначают зазор в мм в паре.Figure 7 shows an example of the execution of the gerotor mechanism of a screw hydraulic motor with the same contour diameter D k : lining r if = 31.675 from the circle r s = 7.6125; a rotor r a = 28.175 from a circle r m = 7.38; S = 593 mm 2 is the cross-sectional area occupied by the working fluid; the numbers 0.012; 0.012 and 0.004 denote the gap in mm in pairs.
На фиг.8 показан пример выполнения героторного механизма винтового гидравлического двигателя при одинаковом контурном диаметре Dк: обкладка rif=31,675 от окружности rs=0,618 aw=2,163; ротор rа=28,175 от окружности rm=0,166 аw=0,581; S=576 мм2 - площадь поперечного сечения, занятая рабочим телом; цифры 0,021; 0,002 и 0,009 обозначают зазор в мм в паре.On Fig shows an example of the execution of the gerotor mechanism of a screw hydraulic motor with the same contour diameter D to : lining r if = 31.675 from the circle r s = 0,618 a w = 2,163; the rotor r a = 28.175 from the circle r m = 0.166 and w = 0.581; S = 576 mm 2 is the cross-sectional area occupied by the working fluid; numbers 0.021; 0.002 and 0.009 denote the gap in mm in pairs.
На фиг.9 показан пример выполнения героторного механизма винтового гидравлического двигателя при одинаковом контурном диаметре Dк: обкладка rif=31,675 от окружности rs=2,618 aw=9,168; ротор rа=28,175 от окружности rm=2,6 aw=9,1; S=599 мм2 - площадь поперечного сечения, занятая рабочим телом; цифры 0,004; 0,006 и 0,001 обозначают зазор в мм в паре.Figure 9 shows an example of the execution of the gerotor mechanism of a screw hydraulic motor with the same contour diameter D k : lining r if = 31.675 from the circle r s = 2,618 a w = 9,168; a rotor r a = 28.175 from a circle r m = 2.6 a w = 9.1; S = 599 mm 2 - the cross-sectional area occupied by the working fluid; numbers 0.004; 0.006 and 0.001 denote the gap in mm in pairs.
Героторный механизм винтового гидравлического двигателя содержит статор, представляющий собой трубчатый корпус 1 с закрепленной в нем обкладкой 2 из эластомера, например из резины, с внутренними винтовыми зубьями 3, и расположенный внутри статора ротор 4 с наружными винтовыми зубьями 5, число которых на единицу меньше числа зубьев 3 обкладки 2, ходы винтовых зубьев 3 обкладки 2 и винтовых зубьев 5 ротора 4 пропорциональны их числам зубьев (не показаны), а центральная продольная ось 6 ротора 4 и центральная продольная ось 7 обкладки 2 смещены между собой на величину эксцентриситета 8, показано на фиг.1, 2.The gerotor mechanism of a hydraulic screw motor contains a stator, which is a
Существенным признаком героторного механизма винтового гидравлического двигателя является то, что торцовый профиль зубьев 3 в обкладке 2 из эластомера очерчен как огибающая кривая радиусов rs при повороте системы координат Хос, Уос, которой принадлежит окружность радиуса rs, а центр окружности радиуса rs расположен на окружности с радиусом Roc, проведенным из центра системы координат Хос, Уос, причем центр системы координат Хос, Уос смещен от центральной продольной оси 7 обкладки 2 на величину эксцентриситета 8, аw между центральными продольными осями 6 ротора 4 и 7 обкладки 2 и определен выражением:An essential feature of the gerotor mechanism of a screw hydraulic motor is that the end profile of the
Roc=rif-rs-aw,R oc = r if -r s -a w ,
где rif - радиус впадин зубьев 3 обкладки 2, угол поворота φc системы координат Хос, Уос относительно неподвижной системы координат Хк, Ук, центр которой расположен на центральной продольной оси 7 обкладки 2, и угол поворота ψс системы координат Хс, Ус, центр которой расположен на центральной продольной оси 7 обкладки 2, относительно неподвижной системы координат Хк, Ук, связаны соотношением:where r if is the radius of the
ψc=φсZp/Zc,ψ c = φ with Z p / Z c ,
где Zp и Zc - числа зубьев ротора 4 и, соответственно, обкладки 2, а координаты Хс, Ус номинального профиля обкладки определены выражениями:where Z p and Z c are the numbers of teeth of the
Xc=(Хосcosφc-Уосsinφc+aw)cosψс+(Хосsinφс-Уосcosφc)sinψc,X c = (X os cosφ c -Y os sinφ c + a w ) cosψ c + (X os sinφ s -U os cosφ c ) sinψ c ,
Ус=-(Хосcosφс-Уосsinφс+аw)sinψс+(Хосsinφс+Уосcosφc)cosψс,Y c = - (X os cosφ s -Y os sinφ s + a w ) sinψ s + (X os sinφ s + Y os cosφ c ) cosψ s ,
показано на фиг.3, 5.shown in figure 3, 5.
Существенным признаком героторного механизма винтового гидравлического двигателя является то, что торцовый профиль зубьев 5 ротора 4 очерчен как огибающая кривая радиусов rm при повороте системы координат Хор, Уор, которой принадлежит окружность радиуса rm, а центр окружности радиуса rm расположен на окружности с радиусом Rop, проведенным из центра системы координат Хор, Уор, причем центр системы координат Хор, Уор смещен от центральной продольной оси 6 ротора 4 на величину эксцентриситета 8, аw и определен выражением:An essential feature of the gerotor mechanism of a screw hydraulic motor is that the end profile of the
Rop=rif-rm-2аw,R op = r if -r m -2a w ,
а угол поворота φр системы координат Хор, Уор относительно неподвижной системы координат Хкр, Укр, центр которой расположен на центральной продольной оси 6 ротора 4, и угол поворота ψр системы координат Хр, Ур, центр которой расположен на центральной продольной оси 6 ротора 4 относительно неподвижной системы координат Хкр, Укр, связаны соотношением:and the angle of rotation φ p system X op coordinate, Y op relatively fixed system X coordinate Cr, Y Cr, the center of which is located on the central
ψp=φp(Zp-1)/Zp,ψ p = φ p (Z p -1) / Z p ,
где Zp - число зубьев ротора, а координаты Хр, Ур номинального профиля ротора определены выражениями:where Z p - the number of teeth of the rotor, and the coordinates X p , U p the nominal profile of the rotor are determined by the expressions:
показано на фиг.4.shown in figure 4.
Существенным признаком героторного механизма винтового гидравлического двигателя является также то, что радиус rs, огибающая которых образует торцовый профиль зубьев 3 в обкладке 2, радиус rm, огибающая которых образует торцовый профиль зубьев 5 ротора 4, а также эксцентриситет 8, aw между центральной продольной осью 6 ротора 4 и центральной продольной осью 7 обкладки 2 связаны соотношениями:An essential feature of the gerotor mechanism of a hydraulic screw motor is that the radius r s , the envelope of which forms the end profile of the
На фиг.3 и 4 показаны схемы профилирования точки "С" обкладки 2 трубчатого корпуса 1 от образующей окружности радиуса rs и, соответственно, точки "Р" ротора 4 от образующей окружности радиуса rm.Figure 3 and 4 shows the profiling scheme of the point "C" of the
При проектировании задают:When designing ask:
rif - номинальный радиус окружности вершин детали с наружными зубьями (окружности впадин для детали с внутренними зубьями);r if is the nominal radius of the circumference of the vertices of the part with external teeth (the circumference of the depressions for the part with internal teeth);
aw - межцентровое расстояние в паре;a w is the center-to-center distance in a pair;
Zc - число зубьев обкладки статора;Z c is the number of teeth of the stator lining;
δ - натяг в паре ротор-обкладка статора.δ is the interference fit in the rotor-lining of the stator.
Исходя из требуемых энергетических характеристик, назначают радиусы образующих окружностей rs=(0,618...2,618)aw, rm=(0,166...2,618)aw, и находят профиль обкладки 2 статора по формулам:Based on the required energy characteristics, the radii of the forming circles r s = (0.618 ... 2.618) a w , r m = (0.166 ... 2.618) a w are assigned, and the profile of the stator lining 2 is found by the formulas:
профиль ротора:rotor profile:
Rop=rif-rm-2аw,R op = r if -r m -2a w ,
xop=Rop+rmcosαp,x op = R op + r m cosα p ,
уор=rmsinαp,y op = r m sinα p ,
ψp=φp(zp-1)/zp,ψ p = φ p (z p -1) / z p ,
xp=(xорcosφp-уорsinφp+aw)cosψp+(xорsinφp-уopcosφp)sinψp,x p = (x op sin cosφ p- oh op sinφ p + a w ) cosψ p + (x op sinφ p- op op cosφ p ) sinψ p ,
ур=-(xорcosφp-уopsinφp+aw)sinψp+(xорsinφp+уopcosφp)cosψp,y p = - (x y cosφ p op op sinφ p + a w) sinψ p + (x OR y sinφ p + op cosφ p) cosψ p,
где:Where:
Roc - радиус центра образующей окружности обкладки 2 статора rs,R oc - the radius of the center of the generatrix of the circumference of the
Rop - радиус центра образующей окружности ротора rm,R op is the radius of the center of the generatrix of the circumference of the rotor r m ,
xс и ус - координаты номинального профиля обкладки 2 статора,x s and y s are the coordinates of the nominal profile of the
хр и ур - координаты номинального профиля ротора 4,x p and y p - coordinates of the nominal profile of the
φс и ψс - текущие углы поворота обкладки и его образующей окружности rs,φ s and ψ s are the current rotation angles of the plate and its generating circle r s ,
φp и ψp - текущие углы поворота ротора 4 и его образующей окружности rm,φ p and ψ p are the current rotation angles of the
αс - угол между осью Хос и нормалью к профилю обкладки статора в момент профилирования, with α - angle between the axis X axes and the normal to the profile of the stator electrode at the time of profiling,
αp - угол между осью Хор и нормалью к профилю ротора 4 в момент профилирования,α p is the angle between the axis X OP and the normal to the profile of the
rs - радиус образующей окружности обкладки 2 статора,r s is the radius of the generatrix of the circumference of the
rm - радиус образующей окружности ротора 4.r m is the radius of the generatrix of the circumference of the
Натяг в зацеплении получают, увеличив величины rif и rm, в формулах для определения профиля ротора 4 на величину δ.An interference fit is obtained by increasing the values of r if and r m in the formulas for determining the profile of the
Героторный механизм винтовой гидравлической машины работает следующим образом. При использовании героторного механизма в винтовом гидравлическом двигателе буровая жидкость подается в верхнюю часть героторного механизма по колонне бурильных труб (на фиг. не показаны).Gerotor mechanism of a screw hydraulic machine operates as follows. When using the gerotor mechanism in a hydraulic screw motor, drilling fluid is supplied to the upper part of the gerotor mechanism through a drill pipe string (not shown in FIG.).
Под действием перепада давления буровой жидкости ротор 4 совершает планетарное движение внутри статора, обкатываясь винтовыми зубьями 4 по винтовым зубьям 3 обкладки из эластомера 2, закрепленной в трубчатом корпусе 1, показано на фиг.1, 2.Under the influence of the differential pressure of the drilling fluid, the
При этом центральная продольная ось 6 ротора 4 совершает вращение вокруг центральной продольной оси 7 обкладки 2 из эластомера, закрепленной в трубчатом корпусе 1, по окружности радиуса аw, а сам ротор 4 поворачивается вокруг своей центральной продольной оси 6 в направлении, противоположном направлению планетарного движения, показано на фиг.2.In this case, the central
Кинематическое движение ротора 4 относительно обкладки 2 трубчатого корпуса 1 определяется качением без скольжения зубьев 5 ротора 4, торцовый профиль которых очерчен как огибающая кривая радиусов rm при повороте системы координат Хор, Уор, которой принадлежит окружность радиуса rm, а центр окружности радиуса rm расположен на окружности с радиусом Rop, проведенным из центра системы координат Хор, Уор, причем центр системы координат Хор, Уор смещен от центральной продольной оси 6 ротора 4 на величину эксцентриситета 8, аw и определен выражением:The kinematic movement of the
Rop=rif-rm-2aw,R op = r if -r m -2a w ,
а угол поворота φр системы координат Хор, Уор относительно неподвижной системы координат Хкр, Укр, центр которой расположен на центральной продольной оси 6 ротора 4, и угол поворота ψр системы координат Хр, Ур, центр которой расположен на центральной продольной оси 6 ротора 4 относительно неподвижной системы координат Хкр, Укр, связаны соотношением:and the angle of rotation φ p system X op coordinate, Y op relatively fixed system X coordinate Cr, Y Cr, the center of which is located on the central
ψр=φp(Zp-1)/Zp,ψ p = φ p (Z p -1) / Z p ,
где Zp - число зубьев ротора 4, а координаты Хр, Ур номинального профиля ротора 4 определены выражениями:where Z p - the number of teeth of the
Хр=(Хорcosφр-Уорsinφр+aw)cosψp+(Хорsinφр-Уорcosφр)sinψp,X r = (X op op cosφ sinφ p -I p + a w) cosψ p + (X op op sinφ cosφ p -I p) sinψ p,
Ур=-(Хорcosφр-Уорsinφр+аw)sinψр+(Хорsinφр+Уорcosφр)cosψp,Y p = - (x op cosφ p - y op sinφp + а w ) sinψ p + (x op sinφ p + y op cosφ p ) cosψ p ,
по винтовым зубьям 3 обкладки 2 трубчатого корпуса 1, торцовый профиль зубьев 3 которых очерчен как огибающая кривая радиусов rs при повороте системы координат Хос, Уос, которой принадлежит окружность радиуса rs, a центр окружности радиуса rs расположен на окружности с радиусом Roc, проведенным из центра системы координат Хос, Уос, причем центр системы координат Хос, Уос смещен от центральной продольной оси 7 обкладки 2 на величину эксцентриситета 8, aw между центральными продольными осями 6 ротора 4 и, соответственно, 7 обкладки 2 и определен выражением:along
где rif - радиус впадин зубьев обкладки 2, угол поворота φc системы координат Хос, Уос относительно неподвижной системы координат Хк, Ук, центр которой расположен на центральной продольной оси 7 обкладки 2, и угол поворота ψс системы координат Хс, Ус, центр которой расположен на центральной продольной оси 7 обкладки 2, относительно неподвижной системы координат Хк, Ук, связаны соотношением:where r if is the radius of the gaps of the teeth of the
где Zp и Zc - числа зубьев 5 ротора 4 и, соответственно, 3 обкладки 2, а координаты Хс, Ус номинального профиля обкладки определены выражениями:where Z p and Z c are the number of
При этом радиус rs, огибающая которых образует торцовый профиль зубьев 3 в обкладке 2, радиус rm, огибающая которых образует торцовый профиль зубьев 5 ротора 4, а также эксцентриситет 8, аw между центральной продольной осью 6 ротора 4 и центральной продольной осью 7 обкладки 2 связаны соотношениями:The radius r s , the envelope of which forms the end profile of the
При использовании героторного механизма в винтовых насосах ротор 4 приводится во вращение и, обкатываясь по зубьям 3 обкладки 2 трубчатого корпуса 1, преобразует механическую энергию вращения в гидравлическую энергию потока жидкости.When using the gerotor mechanism in screw pumps, the
Кинематика движения ротора 4 винтового насоса и преимущества, получаемые при использовании заявленного героторного механизма, аналогичны описанным выше для винтового гидравлического двигателя.The kinematics of movement of the
Героторный механизм винтовой гидравлической машины при использовании в двигателях для вращения роторов от насосной подачи текучей среды или в насосах для подачи текучей среды за счет вращения роторов улучшает энергетические характеристики, по существу, развиваемую мощность и крутящий момент в двигателе или развиваемое давление и расход в насосе путем обеспечения максимальной площади поперечного сечения, занятой рабочим телом, при одинаковом контурном диаметре Dк, величине эксцентриситета зацепления механизма, числах зубьев обкладки и ротора за счет оптимизации величин радиусов окружностей, огибающие которых очерчивают торцовые профили зубьев в обкладке и роторе, вследствие чего обеспечивается снижение гидромеханических потерь за счет равномерного натяга во всех фазах контакта зубьев обкладки и ротора, улучшения уплотнения по контактным линиям в зоне полюсов зацепления и снижения контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжения.The gerotor mechanism of a screw hydraulic machine when used in engines for rotating rotors from a pump fluid supply or in pumps for supplying a fluid by rotating the rotors improves the energy characteristics, essentially the developed power and torque in the engine or the developed pressure and flow rate in the pump by ensuring the maximum cross-sectional area occupied by the working fluid with the same contour diameter D k , the magnitude of the eccentricity of the gearing mechanism, the number of teeth of the plates and of the rotor by optimizing the values of the radii of the circles, the envelopes of which outline the end profiles of the teeth in the lining and the rotor, as a result of which the hydromechanical losses are reduced due to the uniform interference in all phases of the contact of the teeth of the lining and the rotor, and the seal is improved along the contact lines in the area of the engagement poles and reducing contact loads in the zone of maximum sliding speeds.
Источники информации:Information sources:
1. SU 93032 A, F16H 01/32, F16H 55/08, 21.03.1962.1.SU 93032 A, F16H 01/32, F16H 55/08, 03/21/1962.
2. RU 2166603 C1, E21B 4/02, 10.05.2001.2. RU 2166603 C1,
3. RU 2232317 C1, F16H 1/32, F16H 55/08, 10.07.2004 - прототип.3. RU 2232317 C1,
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006112780/11A RU2309237C1 (en) | 2006-04-17 | 2006-04-17 | Gerotor mechanism for hydraulic screw-rotor machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006112780/11A RU2309237C1 (en) | 2006-04-17 | 2006-04-17 | Gerotor mechanism for hydraulic screw-rotor machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2309237C1 true RU2309237C1 (en) | 2007-10-27 |
Family
ID=38955765
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006112780/11A RU2309237C1 (en) | 2006-04-17 | 2006-04-17 | Gerotor mechanism for hydraulic screw-rotor machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2309237C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710338C1 (en) * | 2019-07-01 | 2019-12-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Hydraulic downhole motor |
CN112555356A (en) * | 2020-12-03 | 2021-03-26 | 福建思普计量检测科技有限公司 | Gear acceleration transmission unit |
US11898560B1 (en) | 2022-07-22 | 2024-02-13 | Perfobore Inc. | Working members of a rotary hydraulic or pneumatic machine |
-
2006
- 2006-04-17 RU RU2006112780/11A patent/RU2309237C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710338C1 (en) * | 2019-07-01 | 2019-12-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Hydraulic downhole motor |
CN112555356A (en) * | 2020-12-03 | 2021-03-26 | 福建思普计量检测科技有限公司 | Gear acceleration transmission unit |
US11898560B1 (en) | 2022-07-22 | 2024-02-13 | Perfobore Inc. | Working members of a rotary hydraulic or pneumatic machine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8888474B2 (en) | Downhole motors and pumps with asymmetric lobes | |
US10962004B2 (en) | Synchronized conical screw compressor or pump | |
RU2228444C1 (en) | Screw hydraulic machine gerotor mechanism | |
RU2283442C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
RU2309237C1 (en) | Gerotor mechanism for hydraulic screw-rotor machine | |
CN1316162C (en) | Medium-high pressure gear pump having asymmetric double-circular-arc gear shape | |
RU2321767C1 (en) | Screw hydraulic gerotor motor | |
RU2321768C1 (en) | Screw hydraulic gerotor motor | |
RU2202694C1 (en) | Screw hydraulic machine helical gear rotation mechanism | |
EP3499038B1 (en) | Stator and rotor profile for improved power section performance and reliability | |
RU2166603C1 (en) | Gerotor mechanism of screw face hydraulic machine | |
RU132474U1 (en) | MULTI-STEP GEROTOR MECHANISM OF A SCREW HYDRAULIC MACHINE | |
US6093004A (en) | Pump/motor apparatus using 2-lobe stator | |
TW202237983A (en) | Screw assembly for a triple screw pump and triple screw pump comprising said assembly | |
US20100006342A1 (en) | Method of making wellbore moineau devices | |
EP0173778B1 (en) | Improvements relating to pumps | |
RU2194880C2 (en) | Multistart gyrator mechanism of screw hydraulic machine | |
RU2534657C1 (en) | Working member of screw-type rotor machine | |
RU2800620C1 (en) | Screw gerotor pump stator | |
RU2144618C1 (en) | Screw downhole motor | |
RU2375583C1 (en) | Helical stator of hydraulic machine | |
TW202244391A (en) | Screw assembly for a triple screw pump and screw pump comprising said assembly | |
RU71698U1 (en) | GEROTOR MECHANISM OF SCREW BOTTOM ENGINE | |
RU2360129C2 (en) | Gerotor mechanism of screw downhole motor | |
RU2232860C2 (en) | Gyrator hydraulic motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210418 |