RU2345208C1 - Героторная машина - Google Patents
Героторная машина Download PDFInfo
- Publication number
- RU2345208C1 RU2345208C1 RU2007122175/03A RU2007122175A RU2345208C1 RU 2345208 C1 RU2345208 C1 RU 2345208C1 RU 2007122175/03 A RU2007122175/03 A RU 2007122175/03A RU 2007122175 A RU2007122175 A RU 2007122175A RU 2345208 C1 RU2345208 C1 RU 2345208C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- gerotor
- rotor
- teeth
- angle
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rotary Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к героторным механизмам винтовых забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано также в винтовых насосах для добычи нефти и перекачивания жидкости. Героторная машина включает героторный механизм, содержащий статор (1) с внутренними винтовыми зубьями, ротор (2) с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа внутренних винтовых зубьев статора (1). Ротор (2) героторного механизма разделен по окончании шагов винтовых линий Т2 на несколько модулей. Модули (3) и (4) соосно объединены посредством переводника (5). Ось смещена на угол φ по окончании шага Т2 винтовой линии относительно неподвижного статора, а относительно оси модуля O1O2 развернута на угол φ1. Угол φ и φ1 определяют выражением:
где Z1, Z2 - число зубьев статора и ротора. Технический результат - продление срока службы героторной машины, сохранение ее энергетических характеристик с изношенными РО за счет конструктивных изменений героторного механизма. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к героторным механизмам винтовых забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано также в винтовых насосах для добычи нефти и перекачивания жидкости.
Известен героторный механизм винтового забойного двигателя, содержащий статор с внутренними винтовыми зубьями и ротор с наружными винтовыми зубьями, при этом ось ротора смещена относительно оси статора [RU 2165531 С1, 7 F01C 1/16, 7 F01C 5/04, E21B 4/02, опубл. 20.04.2001]. Толщина Ct зуба статора по среднему диаметру зубьев и окружной шаг St этих зубьев связаны соотношением Ct/St=0,45-0,65, толщина CN зуба статора по среднему диаметру Dcp зубьев в нормальном сечении N-N, перпендикулярном направлению винтовой линии М-М зуба статора, и радиальная высота h зуба CN/h≥1,75.
Известен героторный механизм винтовой забойной гидромашины [RU 2166603 С1, Е21В 4/02, опубл. 10.05.2001], снабженный статором и ротором, имеющими винтовые зубья, причем профиль зубьев ротора в торцевом сечении очерчен сопряженными дугами окружностей, а профиль полости выступа зуба ротора очерчен дугой радиуса RB, профиль впадины зуба ротора очерчен дугой радиуса:
где Dp - наружный диаметр ротора по выступам зубьев; z2 - число зубьев ротора; Е - эксцентриситет, а радиус RB дуги выступа зуба ротора выполнен больше радиуса эквидистанты RC1 рейки статора.
Известен героторный механизм [RU №2162926 С1, Е21В 4/02, опубл. 10.02.2001], снабженный парой ротор-статор, имеющих внутреннее гипоциклоидальное зацепление, причем знаки кривизны замкнутых сопряженных профилей ротора и статора одинаковы и не изменяются по всему контуру, при этом при числе зубьев ротора, равном двум, и коэффициенте внецентроидности С0=r/е, близком к единице (С0≅1,5), смещение исходного контура рейки выполняют положительным СΔ=Δх/е=0,8-1,4, а коэффициент формы зуба С0=rц/е выбирают в диапазоне Се=3-6, где е - эксцентриситет зацепления, м; r - радиус катящейся окружности, м; rц - радиус эквидистанты, м; Δx - смещение исходного контура рейки, м.
Известна героторная машина [SU №1384702 А1, Е21В 4/02, F04C 2/107, опубл. 10.02.2001], содержащая объединенные в модули героторные механизмы, причем роторы героторных механизмов связаны посредством направляющих узлов для смещения оси каждого последующего ротора в модуле относительно оси предыдущего на угол α=360°/N, где N - число героторных механизмов в модуле, равное 2 и более, и последовательного разворота модулей относительно друг друга на угол β=360°/М, где М - число модулей, равное 2 и более.
Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, в известных технических решениях является низкая износостойкость рабочих органов героторного механизма, приводящая к снижению энергетических характеристик и долговечности героторной машины.
При бурении скважины винтовым забойным двигателем (ВЗД) часто возникают проблемы, связанные с нестабильностью его работы - чередованием режимов от оптимального до тормозного, а также остановок двигателя, что обусловлено неоднородностью (твердостью) разбуриваемых горных пород. В процессе работы ВЗД в экстремальном - тормозном режиме возникают дополнительные гидравлические потери, которые складываются из потерь в рабочих органах (РО) винтовой пары героторного механизма. Гидравлические потери приводят к снижению энергетических характеристик героторной машины. Основные потери в РО складываются вследствие утечек бурового раствора из камер в направлении области низкого давления через образующийся на контактной линии односторонний зазор между ротором и статором [Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели: Справочное пособие - М.: ОАО Издательство «Недра», 1999. - С.296]. Существенное влияние на работоспособность двигателя при этом оказывает натяг в паре ротор-статор. Распределение контактной линии на уплотнительную (где РО испытывают контактные напряжения) и проточную (через которую происходят утечки) части, обусловлено деформацией эластичной обкладки статора, перераспределением натяга в паре и смещением ротора в радиальном направлении под действием силовых факторов.
Увеличение потерь также связано с повышенным износом РО. По мере износа РО, особенно при использовании раствора с большим содержанием песка, натяг уменьшается, что приводит к разгерметизации РО и, как следствие, к снижению нагрузочной способности двигателя. Как показывает практика бурения скважин винтовыми забойными двигателями, средний ресурс его работы составляет от 40 до 130 часов. Конструктивные изменения профилей рабочих органов не позволяют увеличить срок службы ВЗД. Выход из строя упругоэластичной обкладки статора, невозможности ее ремонта (реставрации) приводят к невозможности ее дальнейшей эксплуатации и, как правило, утилизации героторной машины.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение энергетических характеристик героторной машины, продление срока ее службы с изношенной упругоэластичной обкладкой статора путем увеличения диаметрального натяга в паре ротор-статор.
При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в сохранении энергетических характеристик героторной машины с изношенной упругоэластичной обкладкой статора, продлении его срока службы за счет конструктивных изменений героторного механизма.
Указанный технический результат достигается тем, что в героторной машине, включающей героторный механизм, содержащий статор с внутренними винтовыми зубьями, ротор с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа внутренних винтовых зубьев статора, причем внутренние винтовые зубья статора выполнены из упругоэластичного материала, например резины, привулканизованной к внутренней поверхности статора, особенностью является то, что ротор героторного механизма разделен по окончании шагов винтовых линий T2 на несколько частей (модулей). Модули соосно объединены посредством резьбового соединения, например, муфтой, при этом ось смещена на угол φ по окончании шага Т2 винтовой линий относительно неподвижного статора, а относительно оси модуля O1O2 развернута на угол φ1.
Угол φ и φ1 определяют выражением
где Z1, Z2 - число зубьев статора и ротора.
Причем максимальный угол смещения φ и φ1 разворота оси модуля соответствует предельному износу упругоэластичного материала зубьев статора.
Причинно-следственная связь между заявленным техническим результатом и существующими признаками изобретения следующая. Повышение энергетических характеристик и долговечности героторной машины осуществляется за счет возможности ее эксплуатации с изношенной упругоэластичной обкладкой статора путем модульного разделения ротора по окончании его шага T2, последующим их объединением посредством переводника (резьбового соединения, например, муфтой) и разворотом оси нижеследующего модуля на угол φ1.
На фиг.1-3 представлена героторная машина.
На фиг.1 представлена героторная машина, которая содержит героторный механизм, состоящий из статора 1 с внутренними винтовыми зубьями, и ротора 2 с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа внутренних винтовых зубьев статора. Внутренние винтовые зубья статора 1 выполнены из упругоэластичного материала, например резины, привулканизованной к внутренней поверхности статора 1. По мере увеличения износа рабочего органа героторного механизма, а именно упругоэластичного материала зубьев статора 1 и невозможности дальнейшей его эксплуатации, ротор 2 героторного механизма разделяют по окончании шага винтовой линии зубьев ротора Т2 на ряд модулей. На фиг.1 представлены в качестве примера два модуля 3 и нижеследующий 4. Разделенные модули 3 и 4 объединяют соосно посредством переводника 5, например муфтой 6.
На фиг.2-3 представлены торцевой разрез А-А и Б-Б соосно объединенных модулей 3 и 4 двигателя перпендикулярно оси О1О2 и Ось модуля 4 смещена на угол φ относительно неподвижного статора 1 и развернута на угол φ1 относительно оси O1O2 модуля 3.
На фиг.4 представлена муфта 6 для объединения модулей 3 и 4 посредством резьбового соединения переводника 5.
Бурение скважин посредством героторной машины, состоящей из статора 1 и объединенных модулей 3, 4, происходит следующим образом. Буровой раствор попадает в рабочие органы героторного механизма. В результате повышения давления в камерах 7 происходит вращение соосно соединенных посредством переводника модулей 3 и 4. За счет разворота на угол φ1 нижележащего модуля 4 по отношению к вышележащему модулю 3 увеличивается контактное напряжение (диаметральный натяг) между упругоэластичной обкладкой статора 1 и вышележащим модулем 3. Увеличение контактного напряжения связано с тем, что зубья нижележащего модуля 4 за счет опережения угла разворота φ1 нижележащего модуля 4 заходят на зубья упругоэластичной обкладки неподвижного статора 1. Благодаря этому ось нижележащего модуля смещается на некоторую величину h по отношению к неподвижному статору 1. За счет чего создается дополнительное контактное напряжение между упругоэластичной обкладкой неподвижного статора 1 и вышележащим модулем 3, что обеспечивает снижение утечек бурового раствора.
Таким образом, продление срока службы героторного механизма с изношенной упругоэластичной обкладкой статора с сохранением его энергетических характеристик обеспечивается путем увеличения диаметрального натяга в паре ротор-статор, влияющего на обеспечение герметичности РО за счет разделения ротора и соосного объединения их в модули посредством резьбового соединения, например муфтой, по окончании шагов Т2 винтовых линий, при этом оси модулей O1O2 и развернуты относительно друг друга на угол φ1.
Claims (2)
1. Героторная машина, включающая героторный механизм, содержащий статор с внутренними винтовыми зубьями, ротор с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа внутренних винтовых зубьев статора, причем внутренние винтовые зубья статора выполнены из упругоэластичного материала, отличающаяся тем, что ротор героторного механизма разделен по окончанию шагов винтовой линии зубьев на ряд модулей, которые соосно объединены посредством переводника, при этом ось нижеследующего модуля смещена на угол φ по окончанию шага винтовой линий зубьев ротора относительно неподвижного статора, а относительно оси вышележащего модуля развернута на угол φ1, углы φ и φ1 определены по формулам:
где Z1, Z2 - число зубьев статора и ротора.
где Z1, Z2 - число зубьев статора и ротора.
2. Героторная машина по п.1, отличающаяся тем, что максимальный угол смещения φ и угол разворота φ1 соответствуют предельному износу упругоэластичного материала зубьев статора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007122175/03A RU2345208C1 (ru) | 2007-06-13 | 2007-06-13 | Героторная машина |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007122175/03A RU2345208C1 (ru) | 2007-06-13 | 2007-06-13 | Героторная машина |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2345208C1 true RU2345208C1 (ru) | 2009-01-27 |
Family
ID=40544251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007122175/03A RU2345208C1 (ru) | 2007-06-13 | 2007-06-13 | Героторная машина |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2345208C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20240026879A1 (en) * | 2022-07-22 | 2024-01-25 | Perfobore Inc. | Working members of a rotary hydraulic or pneumatic machine |
-
2007
- 2007-06-13 RU RU2007122175/03A patent/RU2345208C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20240026879A1 (en) * | 2022-07-22 | 2024-01-25 | Perfobore Inc. | Working members of a rotary hydraulic or pneumatic machine |
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 |
---|---|---|
AU2010212637B2 (en) | Pump | |
US8888474B2 (en) | Downhole motors and pumps with asymmetric lobes | |
CA2619195C (en) | Screw pump rotor and method of reducing slip flow | |
US20140119974A1 (en) | Lightweight and Flexible Rotors for Positive Displacement Devices | |
RU2283442C1 (ru) | Статор винтовой героторной гидромашины | |
RU2228444C1 (ru) | Героторный механизм винтовой гидромашины | |
US9890782B2 (en) | Fluid pump with radial bearing between inner rotor and rotary shaft and lubrication groove in outer peripheral surface of radial bearing | |
RU2345208C1 (ru) | Героторная машина | |
CN1544814A (zh) | 非对称双圆弧齿形中高压齿轮泵 | |
GB2525500B (en) | Asymmetric lobes for motors and pumps | |
RU70292U1 (ru) | Героторная машина (варианты) | |
RU2388894C1 (ru) | Винтовая героторная машина | |
RU2309237C1 (ru) | Героторный механизм винтовой гидравлической машины | |
RU2304688C2 (ru) | Героторный гидравлический двигатель или насос | |
RU73015U1 (ru) | Статор винтовой гидромашины | |
Osiński et al. | Development tendencies of clearance compensation methods in internal gear pumps | |
RU2283416C1 (ru) | Статор винтовой героторной гидромашины | |
RU71698U1 (ru) | Героторный механизм винтового забойного двигателя | |
RU2165531C1 (ru) | Героторный механизм винтового забойного двигателя | |
RU130008U1 (ru) | Героторный механизм винтовой гидравлической машины | |
RU2365726C1 (ru) | Винтовой забойный двигатель | |
RU2387783C1 (ru) | Винтовой забойный двигатель | |
RU2285823C1 (ru) | Статор винтовой героторной гидромашины | |
RU2232860C2 (ru) | Героторный гидравлический двигатель | |
RU2285822C1 (ru) | Статор винтовой героторной гидромашины |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20110510 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160614 |