RU2321768C1 - Screw hydraulic gerotor motor - Google Patents

Screw hydraulic gerotor motor Download PDF

Info

Publication number
RU2321768C1
RU2321768C1 RU2006129710/06A RU2006129710A RU2321768C1 RU 2321768 C1 RU2321768 C1 RU 2321768C1 RU 2006129710/06 A RU2006129710/06 A RU 2006129710/06A RU 2006129710 A RU2006129710 A RU 2006129710A RU 2321768 C1 RU2321768 C1 RU 2321768C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
teeth
lining
stator
profile
Prior art date
Application number
RU2006129710/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Андоскин (RU)
Владимир Николаевич Андоскин
Сергей Петрович Астафьев (RU)
Сергей Петрович Астафьев
Максим Анатольевич Пушкарев (RU)
Максим Анатольевич Пушкарев
Анатолий Владимирович Нестеров (RU)
Анатолий Владимирович Нестеров
Алексей Сергеевич Глинкин (RU)
Алексей Сергеевич Глинкин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис"
Priority to RU2006129710/06A priority Critical patent/RU2321768C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2321768C1 publication Critical patent/RU2321768C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Rotary Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas producing industry.
SUBSTANCE: invention relates to gerotor mechanisms of multistart screw hydraulic motors in which rotor with bit is rotated by fluid medium delivered by pump which are used in drilling oil and gas wells. Proposed screw hydraulic gerotor motor has stator in form of tubular housing with fitted on elastomer, for instance, rubber lining with internal helical teeth, and rotor arranged eccentrically inside stator with external helical teeth whose number is less by one than number of teeth of lining, pitches of helical teeth of lining and rotor are proportional to number of their teeth, end face profiles of lining and rotor are formed by common basic rack with displacement, and profile of said contour is inscribed by equidistant shortened cycloid. Invention contains expressions and relations improving energy characteristics, mainly developed power and torque by providing larger cross section area occupied by working medium at equal contour diameter, value of eccentricity of engagement in mechanism, number of teeth of lining and rotor owing to optimization of value of circumference generatrix radius.
EFFECT: improved energy characteristics.
3 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к героторным механизмам винтовых многозаходных гидравлических двигателей, вращение ротора с долотом в которых осуществляется насосной подачей текучей среды, для бурения нефтяных и газовых скважин.The invention relates to gerotor mechanisms of screw multi-start hydraulic motors, the rotation of the rotor with a bit in which is carried out by pumping a fluid, for drilling oil and gas wells.

Известен многозаходный героторный механизм винтовой гидравлической машины, содержащий элементы в виде статора и закрепленной в нем обкладки с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из эластомера, например из резины, и ротора с наружными винтовыми зубьями, причем число зубьев в обкладке 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, при этом 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 (RU 2194880 С2, 20.12.2002).A multi-way gerotor mechanism of a screw hydraulic machine is known, containing elements in the form of a stator and plates fixed therein with internal helical teeth made of elastomer, for example rubber, and a rotor with external helical teeth, the number of teeth in the stator lining being more than the number of rotor teeth per unit , the stator axis is offset relative to the axis of the rotor by an eccentricity equal to half the height of the teeth, and the end profile of the teeth of one of the elements is made as an envelope of the initial contour of the rail, the truncated cycloid equidistant with a displacement, while the end profile of the teeth of another element is made in the form of the envelope of the first element envelope when their centroids are rolled without slipping, and the equidistance value is half the magnitude of the diametrical interference in engagement (RU 2194880 C2, 12.20.2002).

Недостатком известной конструкции является отсутствие возможности изменения натяга и корригирования формы зубьев ротора и статора без изменения наружных диаметров ротора и/или статора.A disadvantage of the known design is the inability to change the interference fit and correct the shape of the teeth of the rotor and stator without changing the outer diameters of the rotor and / or stator.

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 an 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 rC1 укороченной циклоиды, а профиль зубьев ротора в торцовом сечении выполнен как огибающая другого исходного контура циклоидальной рейки с радиусом эквидистанты RC2, выполненным больше, чем RC1 или связанным соотношением RC2=RC1+(0,1...0,5)E, где Е - радиус производящей окружности, равный величине эксцентриситета (RU 2166603 С1, 10.05.2001).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 R C2 , made more than R C1 or the related relation R C2 = R C1 + (0.1 ... 0.5) E, where E is the radius of the generating circle equal to the eccentricity (RU 2166603 C1, 05/10/2001).

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 RC1 укороченной циклоиды, а профиль зубьев ротора в торцовом сечении очерчен сопряженными дугами окружностей, при этом выступ зуба ротора очерчен дугой радиуса RB большего, чем радиус эквидистанты статора RC1, или связан с ним соотношением RС2=RС1+(0,1...0,5)Е, а профиль впадины зуба ротора очерчен дугой радиуса RV, зависящего от числа зубьев ротора, его наружного диаметра и эксцентриситета (RU 2166603 С1, 10.05.2001).A variant of the known invention is the implementation of the gerotor mechanism in such a way that the profile of the stator teeth in the end section is made as the envelope of the initial contour of the cycloidal rack, outlined by an equidistant curve with a radius R C1 of a shortened cycloid, and the profile of the teeth of the rotor in the end section is outlined by conjugate arcs of circles, while the tooth protrusion rotor outlined arc radius R B greater than equidistant stator radius R C1, or coupled with the relation R C2 = R C1 + (0.1 ... 0.5) E, and the rotor tooth gap profile outlined arc radius R V, which depends on the number of rotor teeth, its outer diameter and the eccentricity (RU 2166603 C1, 10.05.2001).

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 его энергетические характеристики.In addition, during operation due to the occurrence of lateral interference, evenly distributed 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 occurs, 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 its energy characteristics.

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 заданы 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 profile of the rail (mesh) with an offset , and the profile of this contour is outlined by the equidistant of the shortened cycloid, while the largest permissible positive and largest negative bias of the rail contour are given by the relation niy:

Δhn≤0,73aZ20,5,Δh n ≤0.73aZ 2 0.5 ,

|Δhот|≤1,04aZ10,41,| Δh from | ≤1.04aZ 1 0.41 ,

а допустимое значение контурного диаметра ограничено пределами:and the permissible value of the contour diameter is limited by:

Dк min≤Dк≤Dк max,D to min ≤D to ≤D to max ,

гдеWhere

Dк max=Df1+2Δhn,D to max = D f1 + 2Δh n ,

Dк min=Df1-2Δhот,D to min = D f1 -2Δh from ,

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:

Df1=2(rZ2+a+rц),D f1 = 2 (rZ 2 + a + r c ),

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 (RU 2232317 С1, 10.07.2004).r c is the distance from the shortened cycloid to the profile points of the initial rail contour (RU 2232317 C1, 07/10/2004).

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 (живого) сечения, 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 area of the passage (live) section occupied by the working fluid of the multiple-pass 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 t pile 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 оптимизацию характеристик двигателя.The disadvantages of the known construction 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" gearing mechanism, which imposes restrictions on optimizing engine performance.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в улучшении энергетических характеристик героторного винтового гидравлического двигателя, по существу, развиваемой мощности и крутящего момента, за счет обеспечения большей площади поперечного (живого) сечения, занятой рабочим телом, при одинаковой величине эксцентриситета "а" зацепления механизма, контурном диаметре Dк, числах зубьев обкладки Z1 и ротора Z2.The technical problem to which the invention is directed is to improve the energy characteristics of a gerotor screw hydraulic motor, in essence, of developed power and torque, by providing a larger cross-sectional area (living) section occupied by the working fluid, with the same eccentricity "a" gear engagement, contour diameter D k , the number of teeth of the lining Z 1 and the rotor Z 2 .

Сущность технического решения заключается в том, что в героторном винтовом гидравлическом двигателе, содержащем статор, представляющий собой трубчатый корпус с закрепленной в нем обкладкой из эластомера, например из резины, с внутренними винтовыми зубьями, и эксцентрично 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, торцовые профили обкладки и ротора образованы общим исходным контуром рейки со смещением, а профиль этого контура очерчен эквидистантой укороченной циклоиды, согласно изобретению, торцовый профиль зубьев обкладки из эластомера выполнен огибающим семейства окружностей радиуса rs в относительном движении систем координат Хос, Уос и Хс, Ус, при этом начало системы координат Хс, Ус расположено на центральной продольной оси обкладки, начало системы координат Хос, Уос смещено относительно центральной продольной оси обкладки на величину эксцентриситета aw между центральными продольными осями обкладки и ротора, а центр образующей окружности rs расположен на оси Хос на расстоянии Roc от начала системы координат Хос, Уос и определяется выражением:The essence of the technical solution lies in the fact that in a gerotor screw hydraulic motor 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 eccentrically located inside the stator, the number which are one less than the number of teeth of the lining, the moves of the helical teeth of the lining and rotor are proportional to their number of teeth, the end profiles of the lining and rotor are formed by a common initial contour of the rails ki with an offset, and the profile of this contour is outlined by the equidistant of the shortened cycloid, according to the invention, the end profile of the teeth of the lining of the elastomer is made envelope of a family of circles of radius r s in the relative motion of the coordinate systems X OS , Y OS and X s , Y s , with the beginning of the system with coordinates X, Y is located from the central longitudinal axis of the electrode, the beginning of the system of coordinates axes X, Y axes offset relative to the central longitudinal axis of the electrode at a w value of the eccentricity between the central longitudinal axes of the electrode and mouth pa, and the center of the generatrix circle r s located on axes X axis at a distance R oc of the start X coordinate axes system, and Y axes is given by:

Roc=rif+rs-aw,R oc = r if + r s -a w ,

где rif - радиус впадин зубьев обкладки, при этом углы поворота ψc, φос систем координат Хс, Ус и Хос, Уос относительно неподвижной системы координат X, У связаны соотношением:where r if is the radius of the valleys of the teeth of the lining, while the rotation angles ψ c , φ os of the coordinate systems X s , Y s and X os , Y os relative to the fixed coordinate system X, Y are related by the relation:

ψcос(Zc+1)/Zc,ψ c = φ axes (Z c +1) / Z c ,

где Zc - число зубьев обкладки, а торцовый профиль зубьев ротора выполнен огибающим семейства профилей зубьев обкладки в относительном движении.where Z c is the number of teeth of the lining, and the end profile of the teeth of the rotor is made envelope of the family of profiles of the teeth of the lining in relative motion.

Кроме того, координаты Хс, Ус номинального профиля обкладки из эластомера определяются выражениями:In addition, the coordinates of X with , with a nominal profile of the lining of the elastomer are determined by the expressions:

Хс=(Хосcosφососsinφос-aw)cosψc+(Хосsinφососcosφос)sinψc,X c = (X axes cosφ sinφ oc oc oc -I -a w) cosψ c + (X oc oc sinφ + Y cosφ oc oc) sinψ c,

Ус=-(Хосcosφососsinφос-aw)sinψc+(Хосsinφососcosφос)cosψc. With Y = - (X axes cosφ sinφ oc oc oc -I -a w) sinψ c + (X oc oc sinφ + Y cosφ oc oc) cosψ c.

Кроме того, радиус rs и величина эксцентриситета aw между центральными продольными осями обкладки из эластомера и ротора связаны соотношением:In addition, the radius r s and the magnitude of the eccentricity a w between the central longitudinal axes of the plate of elastomer and rotor are related by the ratio:

rs=(0,618...4,999)аw.r s = (0.618 ... 4.999) and w .

Такое выполнение героторного винтового гидравлического двигателя обеспечивает большую, чем в известных конструкциях, площадь поперечного (живого) сечения, занятую рабочим телом при одинаковом контурном диаметре Dк (равном удвоенной величине rif радиуса впадин зубьев обкладки), величине эксцентриситета зацепления aw механизма, числах зубьев Zc (обкладки) и Zp (ротора), путем оптимизации величины радиуса rs образующей окружности.This embodiment of the gerotor screw hydraulic motor provides a larger cross-sectional area (living) than occupied by the known constructions, occupied by the working fluid with the same contour diameter D k (equal to twice the value r if the radius of the valleys of the teeth of the lining), the magnitude of the eccentricity of the engagement a w mechanism, numbers teeth Z c (plates) and Z p (rotor) by optimizing the radius r s of the circumference.

Кроме того, выполнение героторного винтового гидравлического двигателя таким образом, что координаты Хс, Ус номинального профиля обкладки из эластомера определяются выражениями:In addition, the implementation of a gerotor screw hydraulic motor in such a way that the coordinates X c , Y from the nominal profile of the lining of the elastomer are determined by the expressions:

Хс=(Хосcosφососsinφос-aw)cosψc+(Хосsinφососcosφос)sinψc, With X = (X axes cosφ sinφ oc oc oc -I -a w) cosψ c + (X oc oc sinφ + Y cosφ oc oc) sinψ c,

Ус=-(Хосcosφососsinφос-aw)sinψc+(Хосsinφососcosφос)cosψc, With Y = - (X axes cosφ sinφ oc oc oc -I -a w) sinψ c + (X oc oc sinφ + Y cosφ oc oc) cosψ c,

при этом радиус rs и величина эксцентриситета аw между центральными продольными осями обкладки из эластомера и ротора связаны соотношением:the radius r s and the magnitude of the eccentricity a w between the central longitudinal axis of the plate made of elastomer and rotor are related by the ratio:

rs=(0,618...4,999)aw,r s = (0.618 ... 4.999) a w ,

дополнительно уменьшает гидромеханические потери за счет равномерного натяга во всех фазах контакта зубьев обкладки и ротора, улучшения уплотнения по контактным линиям и снижения контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжения.additionally reduces hydromechanical losses due to uniform interference in all phases of contact between the teeth of the lining and the rotor, improved compaction along the contact lines and reduced contact loads in the zone of maximum sliding speeds.

Ниже представлен лучший вариант героторного винтового гидравлического двигателя для бурения горизонтальных нефтяных скважин.Below is the best version of a gerotor screw hydraulic motor for drilling 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 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=10,5 мм; aw=3,5 мм; rif=31,675 мм.Figure 4 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 = 10.5 mm; a w = 3.5 mm; r if = 31.675 mm.

На фиг.5 показаны обкладка и ротор, рассчитанные по ОСТ 39-164-84:Figure 5 shows the lining and the rotor, calculated according to OST 39-164-84:

Dk=2rif; rif=31,675 мм; Δh1n=0 (смещение исходного контура рейки для образования профиля зубьев обкладки); Δh2n=0,6125 мм (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 Dk=63,35 мм и диаметре ротора Da=56,35 мм.D k = 2r if ; r if = 31.675 mm; 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 mm (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 the interference in pairs 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.6 показан пример выполнения героторного механизма винтового гидравлического двигателя при одинаковом контурном диаметре Dк: обкладка rif=31,675 мм от окружности rs=11,1 мм; ротор, огибающий обкладку, погрешностей в зацеплении нет; S=593 мм2 - площадь поперечного сечения, занятая рабочим телом.Figure 6 shows an example of a gerotor mechanism of a screw hydraulic motor with the same contour diameter D k : lining r if = 31.675 mm from a circle r s = 11.1 mm; the rotor enveloping the lining, there are no errors in engagement; S = 593 mm 2 - the cross-sectional area occupied by the working fluid.

На фиг.7 показан пример выполнения героторного механизма винтового гидравлического двигателя при одинаковом контурном диаметре Dк: обкладка rif=31,675 мм от окружности rs=0,618; aw=2,163 мм; ротор, огибающий обкладку, погрешностей в зацеплении нет; S=615 мм2 - площадь поперечного сечения, занятая рабочим телом.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 mm from the circumference r s = 0.618; a w = 2.163 mm; the rotor enveloping the lining, there are no errors in engagement; S = 615 mm 2 is the cross-sectional area occupied by the working fluid.

На фиг.8 показан пример выполнения героторного механизма винтового гидравлического двигателя при одинаковом контурном диаметре Dк: обкладка rif=31,675 мм от окружности rs=4,999; aw=17,5 мм; ротор, огибающий обкладку, погрешностей в зацеплении нет; S=592 мм2 - площадь поперечного сечения, занятая рабочим телом.On Fig shows an example implementation of the gerotor mechanism of a screw hydraulic motor with the same contour diameter D to : lining r if = 31.675 mm from the circumference r s = 4,999; a w = 17.5 mm; the rotor enveloping the lining, there are no errors in engagement; S = 592 mm 2 is the cross-sectional area occupied by the working fluid.

Героторный винтовой гидравлический двигатель содержит статор, представляющий собой трубчатый корпус 1, выполненный из стали 40Х ГОСТ 4543-71, с закрепленной в нем обкладкой 2 из эластомера, по существу, из резины ИРП-1226-5 ТУ 2512.003.45055793-98, с внутренними винтовыми зубьями 3, и расположенный внутри статора ротор 4, выполненный из стали 30Х13 ГОСТ 5949-75, 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 rotor screw hydraulic motor contains a stator, which is a tubular housing 1 made of steel 40X GOST 4543-71, with a lining 2 made of elastomer fixed in it, essentially made of rubber IRP-1226-5 TU 2512.003.45055793-98, with internal with helical teeth 3, and a rotor 4 located inside the stator, made of steel 30X13 GOST 5949-75, with external helical teeth 5, the number of which is one less than the number of teeth 3 of the lining 2, the moves of the helical teeth 3 of the lining 2 and the helical teeth 5 of the rotor 4 are proportional their tooth numbers (not shown), and the central Naya longitudinal axis 6 of the rotor 4 and the central longitudinal axis 2 electrode 7 are offset with each other by an amount of eccentricity 8, shown in Figures 1, 2.

На фиг.3 показана схема образования торцового профиля зубьев 3 обкладки 2 из эластомера, где поз.9 обозначено начало системы координат Хос, Уос.3 shows a circuit formation face profile of teeth 3 of the elastomer plates 2, where position 9 is indicated by the coordinate system axes X, Y axes.

Существенными признаками героторного винтового гидравлического двигателя является то, что торцовый профиль зубьев 3 обкладки 2 из эластомера выполнен огибающим семейства окружностей радиуса rs в относительном движении систем координат Хос, Уос и Хс, Ус, при этом начало системы координат Хс, Ус расположено на центральной продольной оси 7 обкладки 2, начало 9 системы координат Хос, Уос смещено относительно центральной продольной оси 7 обкладки 2 на величину эксцентриситета 8, aw между центральной продольной осью 7 обкладки 2 и центральной продольной осью 6 ротора 4, а центр 10 образующей окружности 11, rs расположен на оси Хос на расстоянии 12, Roc от начала 9 системы координат Хос, Уос и определяется выражением:The essential features of a gerotor screw hydraulic motor is that the end profile of the teeth 3 of the plate 2 of the elastomer is made envelope of a family of circles of radius r s in the relative motion of the coordinate systems X OS , Y OS and X s , Y s , while the origin of the coordinate system X s , Y c is located on the central longitudinal axis 7 of plate 2, the beginning 9 of the coordinate system X os , Y os is offset relative to the central longitudinal axis 7 of plate 2 by the amount of eccentricity 8, a w between the central longitudinal axis 7 of plate 2 and centrally th longitudinal axis 6 of the rotor 4, and the center 10 of the circumference 11, r s is located on the axis X OS at a distance of 12, R oc from the beginning 9 of the coordinate system X OS , Y OS and is determined by the expression:

Roc=rif+rs-aw,R oc = r if + r s -a w ,

где rif - радиус 13 впадин зубьев обкладки 2, показано на фиг.3.where r if is the radius of 13 depressions of the teeth of the lining 2, shown in Fig.3.

При этом углы поворота ψc, φос систем координат Хс, Ус и Хос, Уос относительно неподвижной системы координат X, У связаны соотношением:In this case, the rotation angles ψ c , φ os of the coordinate systems X s , Y s and X os , Y os relative to the fixed coordinate system X, Y are related by the relation:

ψcос(Zc+1)/Zc,ψ c = φ axes (Z c +1) / Z c ,

где Zc - число зубьев обкладки 2, а торцовый профиль зубьев 5 ротора 4 выполнен огибающим семейства профилей зубьев 3 обкладки 2 в относительном движении, показано на фиг.2, 3, 4.where Z c is the number of teeth of the lining 2, and the end profile of the teeth 5 of the rotor 4 is made envelope of the family of profiles of the teeth 3 of the lining 2 in relative motion, is shown in figure 2, 3, 4.

Существенными признаками героторного винтового гидравлического двигателя является также то, что координаты Хс, Ус номинального профиля обкладки 2 из эластомера определяются выражениями:The essential features of a gerotor screw hydraulic motor is also that the coordinates X c , Y from the nominal profile of the plate 2 of the elastomer are determined by the expressions:

Хс=(Хосcosφососsinφос-aw)cosψc+(Хосsinφососcosφос)sinψc, With X = (X axes cosφ sinφ oc oc oc -I -a w) cosψ c + (X oc oc sinφ + Y cosφ oc oc) sinψ c,

Ус=-(Хосcosφососsinφос-aw)sinψc+(Хосsinφососcosφос)cosψc, With Y = - (X axes cosφ sinφ oc oc oc -I -a w) sinψ c + (X oc oc sinφ + Y cosφ oc oc) cosψ c,

при этом радиус 11, rs и величина эксцентриситета 8, aw между центральной продольной осью 7 обкладки 2 из эластомера и центральной продольной осью 6 ротора 4 связаны соотношением: rs=(0,618...4,999)aw, что дополнительно уменьшает гидромеханические потери за счет равномерного натяга во всех фазах контакта зубьев обкладки и ротора, улучшения уплотнения по контактным линиям и снижения контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжения, показано на фиг.2, 3.the radius 11, r s and the eccentricity value 8, a w between the central longitudinal axis 7 of the plate 2 made of elastomer and the central longitudinal axis 6 of the rotor 4 are related by the relation: r s = (0.618 ... 4.999) a w , which further reduces the hydromechanical losses due to uniform interference in all phases of contact between the teeth of the lining and the rotor, improvement of compaction along the contact lines and reduction of contact loads in the zone of maximum sliding speeds, is shown in FIGS. 2, 3.

На фиг.3, 4 показан пример профилирования точки "С" обкладки 2 трубчатого корпуса 1 от образующей окружности радиуса rs.Figure 3, 4 shows an example of profiling point "C" of the lining 2 of the tubular body 1 from the generatrix of a circle of radius r s .

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 - interference in the rotor pair - stator lining.

Натяг в зацеплении получают, увеличив величину 13, rif в формулах для определения профиля ротора 4 на величину 5.An interference fit is obtained by increasing the value of 13, r if in the formulas for determining the profile of the rotor 4 by a value of 5.

Героторный винтовой гидравлический двигатель работает следующим образом. Буровой раствор - глинистая жидкость с абразивными частицами, имеющая плотность до 1500 кг/м3, с содержанием до 1% песка, до 5% нефтепродуктов подается в верхнюю часть героторного винтового двигателя по колонне бурильных труб (не показаны).Gerotor screw hydraulic motor operates as follows. Drilling fluid - a clay fluid with abrasive particles, having a density of up to 1500 kg / m 3 , with a content of up to 1% sand, up to 5% of petroleum products is fed to the upper part of the gerotor screw engine through a drill pipe string (not shown).

Под действием перепада давления бурового раствора ротор 4 совершает планетарное движение внутри статора, обкатываясь винтовыми зубьями 5 по винтовым зубьям 3 обкладки 2 из эластомера, закрепленной в трубчатом корпусе 1, показано на фиг.1, 2.Under the influence of the differential pressure of the drilling fluid, the rotor 4 performs a planetary movement inside the stator, rolling around with helical teeth 5 along the helical teeth 3 of the plate 2 of elastomer fixed in the tubular body 1, shown in Fig.1, 2.

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 longitudinal axis 6 of the rotor 4 rotates around the central longitudinal axis 7 of the elastomer plate 2 fixed in the tubular body 1 along a circle of radius a w , and the rotor 4 rotates around its central longitudinal axis 6 in the opposite direction to the planetary motion shown in figure 2.

Героторный винтовой гидравлический двигатель для вращения ротора от насосной подачи текучей среды улучшает энергетические характеристики, по существу, развиваемую мощность и крутящий момент, путем обеспечения большей площади поперечного (живого) сечения, занятой рабочим телом, при одинаковом контурном диаметре, величине эксцентриситета зацепления механизма, числах зубьев обкладки и ротора, за счет оптимизации величины радиуса образующей окружности.A gerotor screw hydraulic motor for rotating the rotor from the pumped fluid supply improves the energy characteristics, essentially the developed power and torque, by providing a larger cross-sectional area (living) occupied by the working fluid, with the same contour diameter, the magnitude of the eccentricity of the gear engagement, numbers teeth of the lining and rotor, due to the optimization of the radius of the generatrix of the circle.

Claims (3)

1. Героторный винтовой гидравлический двигатель, содержащий статор, представляющий собой трубчатый корпус с закрепленной в нем обкладкой из эластомера, например из резины, с внутренними винтовыми зубьями, и эксцентрично 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, торцовые профили обкладки и ротора образованы общим исходным контуром рейки со смещением, а профиль этого контура очерчен эквидистантой укороченной циклоиды, отличающийся тем, что торцовый профиль зубьев обкладки из эластомера выполнен огибающим семейства окружностей радиуса rs в относительном движении систем координат Хос, Yoc и Хс, Yс, при этом начало системы координат Хс, Yс расположено на центральной продольной оси обкладки, начало системы координат Хос, Yoc смещено относительно центральной продольной оси обкладки на величину эксцентриситета аw между центральными продольными осями обкладки и ротора, а центр образующей окружности rs расположен на оси Хос на расстоянии Roc от начала системы координат Хос, Yoc и определяется выражением1. A rotor screw hydraulic motor containing a stator, which is a tubular body with an elastomer lining fixed therein, for example rubber, with internal helical teeth, and a rotor eccentrically located inside the stator with external helical teeth, the number of which is one less than the number of teeth , the moves of the helical teeth of the plate and rotor are proportional to their number of teeth, the end profiles of the plate and rotor are formed by a common initial contour of the rack with an offset, and the profile of this contour is outlined by an equi istantoy curtailed cycloid, characterized in that the end face profile of teeth of the electrode from elastomer made envelope of a family of circles of radius r s in the relative motion coordinate systems X axes, Y oc and X c, Y c, wherein X Start coordinate system, Y a is located on the the central longitudinal axis of the electrode, the coordinate system of axes X, Y oc offset from the central longitudinal axis of the electrode by an amount of eccentricity and w between the central longitudinal axes of the electrode and of the rotor, and the center of the circumference of r s is on the X axis of at a distance R oc from start axes coordinate system X, Y oc and is given by Roc=rif+rs-aw,R oc = r if + r s -a w , где rif - радиус впадин зубьев обкладки, при этом углы поворота ψс, φос систем координат Хс, Yc и Хос, Yoc относительно неподвижной системы координат X, Y связаны соотношениемwhere r if is the radius of the depressions of the teeth of the lining, while the rotation angles ψ c , φ os coordinate systems X s , Y c and X os , Y oc relative to the fixed coordinate system X, Y are related by ψсос(Zc+1)/Zc,ψ c = φ os (Z c +1) / Z c , где Zc - число зубьев обкладки, а торцовый профиль зубьев ротора выполнен огибающим семейства профилей зубьев обкладки в относительном движении.where Z c is the number of teeth of the lining, and the end profile of the teeth of the rotor is made envelope of the family of profiles of the teeth of the lining in relative motion. 2. Героторный винтовой гидравлический двигатель по п.1, отличающийся тем, что координаты Хc, Yc номинального профиля обкладки из эластомера определяются выражениями2. The rotor screw hydraulic motor according to claim 1, characterized in that the coordinates X c , Y c of the nominal profile of the lining of the elastomer are determined by the expressions Xc=(Xoccosφос-Yocsinφос-aw)cosψс+(Xocsinφос+Yoccosφoc)sinψс,X c = (X oc cosφ oc oc -Y oc sinφ -a w) cosψ a + (X oc sinφ oc + Y oc cosφ oc) sinψ s, Yс=-(Xoccosφос-Yocsinφос-aw)sinψс+(Xocsinφос+Yoccosφoc)cosψс. With Y = - (X oc cosφ oc oc -Y oc sinφ -a w) sinψ a + (X oc sinφ oc + Y oc cosφ oc) cosψ p. 3. Героторный винтовой гидравлический двигатель по п.1, отличающийся тем, что радиус rs и величина эксцентриситета aw между центральными продольными осями обкладки из эластомера и ротора связаны соотношением3. The rotor screw hydraulic motor according to claim 1, characterized in that the radius r s and the eccentricity a w between the central longitudinal axes of the plate of elastomer and rotor are related by the ratio rs=(0,618-4,999)aw.r s = (0.618-4.999) a w .
RU2006129710/06A 2006-08-16 2006-08-16 Screw hydraulic gerotor motor RU2321768C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006129710/06A RU2321768C1 (en) 2006-08-16 2006-08-16 Screw hydraulic gerotor motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006129710/06A RU2321768C1 (en) 2006-08-16 2006-08-16 Screw hydraulic gerotor motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2321768C1 true RU2321768C1 (en) 2008-04-10

Family

ID=39366792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006129710/06A RU2321768C1 (en) 2006-08-16 2006-08-16 Screw hydraulic gerotor motor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2321768C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101029624B1 (en) Internal gear pump and inner rotor of the pump
US2159744A (en) Gear pump
US9051780B2 (en) Progressive cavity hydraulic machine
CN100412320C (en) Gerotor mechanism for a screw hydraulic machine
CN1544814A (en) Medium-high pressure gear pump having asymmetric double-circular-arc gear shape
US1863335A (en) Rotary pump
RU2321768C1 (en) Screw hydraulic gerotor motor
RU2309237C1 (en) Gerotor mechanism for hydraulic screw-rotor machine
CN100451339C (en) Internally meshed oil hydraulic-pump rotor
RU2321767C1 (en) Screw hydraulic gerotor motor
CA2719121C (en) Progressive cavity hydraulic machine
WO1994023206A1 (en) Hydraulic machine
TW202237983A (en) Screw assembly for a triple screw pump and triple screw pump comprising said assembly
US4567953A (en) Bottom-hole multistart screw motor
US6093004A (en) Pump/motor apparatus using 2-lobe stator
RU132474U1 (en) MULTI-STEP GEROTOR MECHANISM OF A SCREW HYDRAULIC MACHINE
CN114320888A (en) Helical gear pump and method for eliminating axial force thereof
RU2166603C1 (en) Gerotor mechanism of screw face hydraulic machine
RU2194880C2 (en) Multistart gyrator mechanism of screw hydraulic machine
RU2202694C1 (en) Screw hydraulic machine helical gear rotation mechanism
EP0173778B1 (en) Improvements relating to pumps
US9951619B2 (en) Actuator of a rotary positive displacement machine
RU2144618C1 (en) Screw downhole motor
KR102611385B1 (en) Volumetric gear machine with spiral teeth
RU2375583C1 (en) Helical stator of hydraulic machine