RU2375583C1 - Helical stator of hydraulic machine - Google Patents
Helical stator of hydraulic machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2375583C1 RU2375583C1 RU2008121619/06A RU2008121619A RU2375583C1 RU 2375583 C1 RU2375583 C1 RU 2375583C1 RU 2008121619/06 A RU2008121619/06 A RU 2008121619/06A RU 2008121619 A RU2008121619 A RU 2008121619A RU 2375583 C1 RU2375583 C1 RU 2375583C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- teeth
- helical
- stator
- lining
- rotor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rotary Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к винтовым героторным гидравлическим машинам, размещаемым в скважинах, и может быть использовано в двигателях для вращения ротора (с долотом) от насосной подачи текучей среды или в насосах для подачи текучей среды за счет вращения ротора, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин, добычи нефти и перекачивания жидкостей.The invention relates to screw gerotor hydraulic machines placed in wells, and can be used in engines for rotating a rotor (with a chisel) from a pumping fluid supply or in pumps for supplying a fluid due to rotation of a rotor intended for drilling oil and gas wells, oil production and pumping liquids.
Известен статор винтового героторного гидравлического двигателя или насоса, содержащий корпус с внутренней поверхностью, выполненной с внутренними винтовыми зубьями, закрепленные в корпусе охватываемую и охватывающую обкладки из эластомера, при этом охватываемая обкладка выполнена с внутренними винтовыми зубьями, предназначенными для размещения ротора, имеющего наружную поверхность с винтовыми зубьями, охватывающая обкладка скреплена с охватываемой обкладкой и с внутренней поверхностью корпуса, а число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев корпуса (US 6881045 В2, F03C 2/08, Apr. 19, 2005).Known stator of a screw gerotor hydraulic motor or pump, comprising a housing with an internal surface made with internal helical teeth, a male and female covers made of elastomer fixed in the housing, and the male cover made with internal helical teeth designed to accommodate a rotor having an outer surface with with helical teeth, the female lining is fastened to the male lining and to the inner surface of the housing, and the number of rotor teeth per unit it bigger number of housing teeth (US 6,881,045 B2,
Известный статор содержит гибкий слой, выполненный из эластомера, имеет одинаковую (однородную) толщину на внутренней поверхности корпуса, при этом на выступах и впадинах зубьев образуются зоны, отличающиеся друг от друга величинами контактного давления, сдвиговой прочности, твердости (упругости) и теплопроводности, которые подвергаются деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора по поверхности обкладки из эластомера в статоре.The known stator contains a flexible layer made of elastomer, has the same (uniform) thickness on the inner surface of the housing, while on the protrusions and depressions of the teeth zones are formed that differ from each other in terms of contact pressure, shear strength, hardness (elasticity) and thermal conductivity, which subjected to deformation and bending during planetary-rotor rotation of the rotor along the surface of the plate of elastomer in the stator.
Недостатком известной конструкции является неполное использование возможности увеличения диапазона рабочих температур, при которых обеспечивается ресурс винтовых забойных двигателей, работающих в "горячих" скважинах, например, при температуре бурового раствора в "затрубном" пространстве до 160°С, а также повышения мощности, крутящего момента и усталостной выносливости (ресурса) эластомерной обкладки.A disadvantage of the known design is the incomplete use of the possibility of increasing the range of operating temperatures at which the resource of helical downhole motors operating in "hot" wells is provided, for example, when the drilling fluid temperature in the "annulus" space is up to 160 ° C, as well as increasing the power and torque and fatigue endurance (resource) of the elastomeric lining.
Недостатки известной конструкции объясняются, по существу, гладкой внутренней поверхностью обкладки из эластомера, что не обеспечивает улучшения герметизации винтовых шлюзовых камер по контактным линиям в зоне полюсов зацепления, снижения контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжения, снижения гидромеханических потерь во всех фазах контакта зубьев обкладки и ротора, уменьшения градиента температур при выделении тепла внутри материала зубьев обкладки, повышения усталостной выносливости обкладки из эластомера, а также уменьшения износа винтовых зубьев ротора при планетарно-роторном вращении по поверхностям обкладки из эластомера в статоре вследствие повышенного износа абразивными частицами, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимер - глинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см3, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, определяющего напряженно-деформированное состояние обкладки статора: при контактном давлении 4÷6 МПа, скоростях скольжения 0,5÷4,0 м/с, частоте нагружения до 30 Гц.The disadvantages of the known design are explained by the essentially smooth inner surface of the elastomer plate, which does not provide improved sealing of the screw lock chambers along the contact lines in the area of the engagement poles, reduced contact loads in the zone of maximum sliding speeds, and reduced hydromechanical losses in all phases of the contact between the teeth of the plate and rotor, reducing the temperature gradient during heat generation inside the material of the teeth of the lining, increasing the fatigue endurance of the lining of the elastomer, as well as reduction of wear of the rotor helical teeth during planetary-rotor rotation on the surfaces of the elastomer plate in the stator due to increased wear by abrasive particles, for example, up to 2% sand with dimensions of 0.15 ÷ 0.95 mm and up to 5% of polymer-clay mud fluid density 1.16 ÷ 1.26 g / cm 3 pumped at hydrostatic pressure, for example, 25 ÷ 35 MPa, which determines the stress-strain state of the stator lining: at
Недостатки известного статора объясняются также циклическим нагружением винтовых зубьев, выполненных, например, из эластомеров 81, 84 разной сдвиговой прочности, твердости и теплопроводности, которые подвергаются деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора внутри статора, что приводит к выделению тепла внутри материала зубьев обкладки, нарушению натяга в рабочей паре, отслоению эластомерной обкладки 81 от корпуса 10, а также к расслоению между обкладками 81, 84 вследствие ухудшения отвода внутреннего тепла из эластомерной обкладки к потоку бурового раствора в зубьях рабочей пары героторного механизма, а также ухудшения отвода внутреннего тепла из эластомерной обкладки 84 сквозь слой материала 81 через стенки корпуса 10 к буровому раствору затрубного пространства.The disadvantages of the known stator are also explained by the cyclic loading of helical teeth made, for example, of elastomers 81, 84 of different shear strength, hardness and thermal conductivity, which undergo deformation and bending during planetary-rotor rotation of the rotor inside the stator, which leads to heat generation inside the material of the lining teeth , violation of the interference in the working pair, peeling of the elastomeric plate 81 from the
При этом температура в эластомерной обкладке 84 может повышаться, например, до 85°С, а увеличение натяга в рабочей паре может составлять до 0,1 мм на диаметр на каждые 10°С повышения температуры, что приводит к нерасчетным режимам работы, не обеспечивает максимальной мощности, крутящего момента на выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки при повышении максимального перепада давления (межвиткового, на зубьях статора) в режиме максимальной мощности.In this case, the temperature in the elastomeric casing 84 can increase, for example, to 85 ° C, and the increase in interference in the working pair can be up to 0.1 mm per diameter for every 10 ° C temperature increase, which leads to off-design operating modes, does not provide maximum power, torque on the output shaft in maximum power mode and permissible axial load with increasing maximum pressure drop (inter-turn, on the stator teeth) in maximum power mode.
Известен винтовой гидравлический насос, имеющий статор и ротор, расположенный внутри статора, один из элементов, изготовленный из эластомерного материала, например из резины, другой элемент, изготовленный из металла, а также ротор, имеющий спиральную конструкцию круглой формы с постоянным диаметром в любом поперечном сечении, имеющую однозаходную резьбу в заданном направлении и заданной длины, соотношение шага ротора к диаметру ротора, не превышающее 1:1, а также статор, имеющий внутреннюю полость в форме двухзаходной винтовой резьбы в том же направлении и с длиной, дважды превышающей длину шага ротора, а также полость в поперечном сечении с продолговатым контуром, ограниченным двумя расположенными на расстоянии вогнутыми полукруглыми концами и сторонами, соединенными с полукруглыми концами, полукруглые концы, диаметр которых немного меньше диаметра круглой формы поперечного сечения ротора, что позволяет устанавливать посадку с натягом между гибким и твердым элементами и обеспечивает участки постоянного контактного давления между ротором и полукруглыми концами полости статора, при этом две стороны имеют внутреннюю кривизну, вследствие которой расстояние между парой сторон значительно меньше диаметра полукруглых концов, что позволяет установить увеличенный натяг и обеспечивает увеличенную площадь контактной поверхности между ротором и искривленными внутрь сторонами полости статора, где контактное давление контактной поверхности выше контактного давления между ротором и полукруглыми концами, а также внутренние линии изгиба сторон, представляющие собой дуги окружности, имеющие центры вне полости на ее противоположных сторонах, радиусы дуг, образующие внутренние линии изгиба, длина которых немного меньше диаметра полукруглых концов (US 4773834, F04C 2/107, Sep.27, 1988).A known hydraulic screw pump having a stator and a rotor located inside the stator, one of the elements made of an elastomeric material, for example rubber, another element made of metal, and also a rotor having a spiral design of a circular shape with a constant diameter in any cross section having a single-thread in a given direction and a given length, the ratio of the pitch of the rotor to the diameter of the rotor not exceeding 1: 1, as well as a stator having an internal cavity in the form of a double-thread screw thread in the same direction and with a length twice that of the pitch of the rotor, as well as a cavity in cross section with an elongated contour bounded by two spaced concave semicircular ends and sides connected to semicircular ends, semicircular ends whose diameter is slightly smaller than the diameter of the round transverse rotor sections, which allows an interference fit between the flexible and solid elements and provides sections of constant contact pressure between the rotor and the semicircular ends of the polo the stator, and the two sides have an internal curvature, due to which the distance between the pair of sides is much smaller than the diameter of the semicircular ends, which allows you to set an increased interference fit and provides an increased contact surface area between the rotor and the sides of the stator cavity curved inward, where the contact pressure of the contact surface is higher than the contact pressure between the rotor and the semicircular ends, as well as internal bending lines of the sides, which are circular arcs having centers outside the bands and on opposite sides thereof, the radii of the arcs forming the inner bending line, a length slightly smaller than the diameter of the semicircular ends (US 4773834, F04C 2/107, Sep.27, 1988).
Недостатки известной конструкции объясняются неполной возможностью улучшения уплотнения по контактным линиям в зоне полюсов зацепления, снижения контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжения, снижения гидромеханических потерь во всех фазах контакта зубьев обкладки и ротора, уменьшения градиента температур при выделении тепла внутри материала зубьев обкладки, повышения усталостной выносливости обкладки из эластомера, а также уменьшения износа винтовых зубьев ротора вследствие "вдавливания" в поверхность обкладки из эластомера, преимущественно на участках 31, Z, абразивных частиц, содержащихся в выкачиваемой нефтесодержащей жидкости из "песчаных" скважин, например, с содержанием песка 1,5÷2 г/л, и износа зубьев ротора периодически замещаемыми абразивными частицами, которые внедряются в поверхность обкладки из эластомера, затем "вымываются" напором текучей среды при планетарно-роторном вращении ротора по поверхности обкладки из эластомера в статоре.The disadvantages of the known design are explained by the incomplete possibility of improving compaction along the contact lines in the area of the poles of engagement, reducing contact loads in the zone of maximum sliding speeds, reducing hydromechanical losses in all phases of contact of the teeth of the lining and the rotor, reducing the temperature gradient when heat is generated inside the material of the teeth of the lining, and increasing fatigue the endurance of the plate made of elastomer, as well as the reduction of wear of the helical teeth of the rotor due to "pressing" into the surface of the plate from elastomer, mainly in sections 31, Z, of abrasive particles contained in the pumped oily fluid from "sand" wells, for example, with a sand content of 1.5 ÷ 2 g / l, and wear of the rotor teeth by periodically replaced abrasive particles that penetrate the surface plates of elastomer, then "washed out" by the pressure of the fluid during planetary-rotor rotation of the rotor on the surface of the plates of elastomer in the stator.
Наиболее близким к заявляемой конструкции является смещающий механизм, имеющий форму эксцентрикового винтового насоса или двигателя (1), который содержит статор (3), имеющий трубчатый кожух (22), имеющий на одном конце соединительную муфту (26), соединяющий кожух (22) с другой частью (2, 5), при этом кожух, имеющий эластичное гибкое покрытие (32), например, из резины на внутренней стороне, образует спиралевидный остов по всей длине, спиралевидный остов, образующий внутреннюю стенку, поперечное сечение которой расположено перпендикулярно к продольной оси трубчатого кожуха (22), край которого (44) имеет волнообразный профиль, благодаря чему по краям остова расположены спиралевидные зубья (37), отделенные друг от друга впадинами (38), внутренняя стенка поперечного сечения остова, имеющая множество дополнительных волн (41), каждая из которых расположена по спирали в продольном направлении, а размеры каждой из волн в круговом и радиальном направлениях меньше, чем размеры зубьев (37) остова, при этом каждый зуб ограничен волнообразным профилем, имеющим минимум одну дополнительную волну (41), ротор (4), расположенный внутри остова для совершения взаимного вращательного движения, при этом ротор (4) имеет форму зубчатого колеса со спиралевидными зубьями (одним или более) (35) и впадинами между зубьями (36), которые расположены внутри остова, имеющего покрытие (32), благодаря чему ротор может вращаться внутри остова, при этом зубья (35) ротора входят в зацепление с впадинами между зубьями (38) покрытия (32) (US 6716008 B1, F01C 1/107, Apr. 6, 2004).Closest to the claimed design is a biasing mechanism in the form of an eccentric screw pump or motor (1), which contains a stator (3) having a tubular casing (22) having at one end a coupling (26) connecting the casing (22) to the other part (2, 5), while the casing having an elastic flexible coating (32), for example, of rubber on the inside, forms a spiral-shaped skeleton along the entire length, a spiral-shaped skeleton forming an inner wall, the cross-section of which is perpendicular to the longitudinal the axis of the tubular casing (22), the edge of which (44) has a wavy profile, due to which there are spiral teeth (37) located at the edges of the skeleton, separated from each other by hollows (38), the inner wall of the cross-section of the skeleton having many additional waves (41) , each of which is located in a spiral in the longitudinal direction, and the dimensions of each of the waves in the circular and radial directions are smaller than the dimensions of the teeth (37) of the skeleton, with each tooth being bounded by a wave-like profile having at least one additional wave (41), a rotor ( four), located inside the skeleton for mutual rotational movement, while the rotor (4) has the shape of a gear wheel with spiral teeth (one or more) (35) and cavities between the teeth (36), which are located inside the skeleton having a coating (32), due to whereby the rotor can rotate inside the core, while the teeth (35) of the rotor mesh with the cavities between the teeth (38) of the coating (32) (US 6716008 B1, F01C 1/107, Apr. 6, 2004).
В известном смещающем механизме кожух (22) имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность (21), радиальная толщина эластичного гибкого покрытия (32) в области впадин между зубьями (38) значительно меньше радиальной толщины покрытия в области зубьев (37), при этом кожух (22) имеет спиралевидную внутреннюю поверхность (21), эластичное гибкое покрытие (32) в области впадин между зубьями приблизительно равно по толщине эластичному гибкому материалу (32) в области зубьев (37), зубья (37) остова соединены с впадинами между зубьями (38) торцевыми поверхностями, а торцевые поверхности имеют дополнительные волны (41), как минимум часть которых повторяет спиралевидный профиль торцевых поверхностей, при этом радиальная протяженность дополнительных волн (41) на зубьях (37) остова больше радиальной протяженности дополнительных волн (41) на впадинах между зубьями (38) остова, дополнительные волны (41) на остове симметричны линии впадин между зубьями, которая повторяет спиралевидный профиль впадин между зубьями и имеет большее расстояние по радиусу от продольной оси остова (38), высота дополнительных волн (41) равна приблизительно 0,1+5 мм, высота дополнительных волн (41) остова составляет 1+50% от толщины стенки эластичного гибкого покрытия (32) по отношению к профилю (41) без волн, при этом остов имеет множество дополнительных углублений (39), расположенных рядом с каждой из волн (41), которые аналогично дополнительным волнам (41) вытянуты в длину примерно по спирали и размеры которых в круговом и в радиальном направлениях меньше размеров впадин между зубьями (38), а зубья (37) остова соединены торцевыми поверхностями с впадинами между зубьями (38), при этом торцевые поверхности имеют дополнительные углубления (41), часть которых повторяет спиралевидный профиль торцевых поверхностей.In the known biasing mechanism, the casing (22) has a cylindrical inner surface (21), the radial thickness of the elastic flexible coating (32) in the region of the hollows between the teeth (38) is significantly less than the radial thickness of the coating in the region of the teeth (37), while the casing (22) has a spiral inner surface (21), an elastic flexible coating (32) in the region of the hollows between the teeth is approximately equal in thickness to the elastic flexible material (32) in the region of the teeth (37), the teeth (37) of the core are connected to the hollows between the teeth (38) of the end surfaces and torus The surfaces of the waves have additional waves (41), at least part of which follows the spiral profile of the end surfaces, while the radial extension of the additional waves (41) on the teeth (37) of the core is greater than the radial length of the additional waves (41) on the hollows between the teeth (38) of the core , additional waves (41) on the skeleton are symmetrical with the line of hollows between the teeth, which repeats the spiral profile of hollows between the teeth and has a greater radius along the longitudinal axis of the skeleton (38), the height of the additional waves (41) is equal to n approximately 0.1 + 5 mm, the height of the additional waves (41) of the core is 1 + 50% of the wall thickness of the elastic flexible coating (32) with respect to the profile (41) without waves, while the core has many additional recesses (39), located next to each of the waves (41), which, similarly to the additional waves (41), are elongated approximately in a spiral and whose dimensions in the circular and radial directions are smaller than the sizes of the hollows between the teeth (38), and the teeth (37) of the core are connected by end surfaces with cavities between the teeth (38), while the end faces rhnosti have additional recesses (41), part of which follows the spiral profile of the end surfaces.
Недостатком известной конструкции является неполное использование возможности увеличения диапазона рабочих температур, при которых обеспечивается ресурс и надежность винтовых забойных двигателей, работающих в "горячих" скважинах, по существу, при температуре бурового раствора в "затрубном" пространстве до 160°С, а также неполное использование возможности повышения мощности, крутящего момента и усталостной выносливости (ресурса) обкладки из эластомера.A disadvantage of the known design is the incomplete use of the possibility of increasing the range of operating temperatures at which the resource and reliability of downhole screw motors operating in "hot" wells are ensured, essentially, at a drilling fluid temperature in the "annulus" of up to 160 ° C, as well as incomplete use the possibility of increasing power, torque and fatigue endurance (resource) of the lining of elastomer.
Недостатки известной конструкции объясняются тем, что внутренняя поверхность обкладки из эластомера, например из резины, по существу, внутренняя стенка поперечного сечения остова, имеет множество дополнительных волн (41), каждая из которых расположена по спирали в продольном направлении, а размеры каждой из волн в круговом и радиальном направлениях меньше, чем размеры зубьев (37) остова, при этом каждый зуб ограничен волнообразным профилем, имеющим минимум одну дополнительную волну (41), что не обеспечивает улучшения герметизации шлюзовых камер по контактным линиям в зоне полюсов зацепления, снижения гидромеханических потерь, повышения усталостной выносливости (ресурса) эластомерной обкладки, а также уменьшения износа геликоидальной поверхности ротора, увеличения ресурса рабочей пары ротор-обкладка статора в двигателе при планетарно-роторном вращении ротора по поверхностям обкладки из эластомера в статоре вследствие повышенного износа абразивными частицами, например до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимер - глинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см3, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, определяющего напряженно-деформированное состояние обкладки статора: при контактном давлении 4÷6 МПа, скоростях скольжения 0,5÷4,0 м/с, частоте нагружения до 30 Гц.The disadvantages of the known construction are explained by the fact that the inner surface of the lining of elastomer, for example, rubber, essentially the inner wall of the cross section of the core, has many additional waves (41), each of which is located in a spiral in the longitudinal direction, and the dimensions of each wave are circular and radial directions are smaller than the dimensions of the teeth (37) of the skeleton, with each tooth being bounded by a wave-like profile having at least one additional wave (41), which does not provide an improvement in the sealing of locks to measures along contact lines in the area of the poles of engagement, reducing hydromechanical losses, increasing fatigue endurance (resource) of the elastomeric lining, as well as reducing wear of the helicoidal surface of the rotor, increasing the resource of the working pair of the rotor-lining of the stator in the engine during planetary-rotor rotation of the rotor along the lining the elastomer in the stator due to increased wear by abrasive particles, for example, up to 2% sand with dimensions of 0.15 ÷ 0.95 mm and up to 5% of petroleum products polymer - clay mud with a density 1.16 ÷ 1.26 g / cm 3 pumped at hydrostatic pressure, for example, 25 ÷ 35 MPa, which determines the stress-strain state of the stator lining: at
Недостатки известного статора для двигателя объясняются также циклическим нагружением множества дополнительных волн (41), каждая из которых расположена по спирали в продольном направлении, а размеры каждой из волн в круговом и радиальном направлениях меньше, чем размеры зубьев (37) остова, при этом дополнительные волны (41) винтовых зубьев обкладки из эластомера подвергаются деформации и изгибу в поперечном направлении, по существу, под углом, близким к прямому или под прямым углом к боковым стенкам дополнительных волн при планетарно-роторном вращении ротора внутри статора, что не обеспечивает возможности улучшения отвода внутреннего тепла от эластомера зубьев обкладки, улучшения уплотнения по контактным линиям в зоне полюсов зацепления (улучшения герметизации шлюзовых камер) при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, не обеспечивает возможности улучшения отвода внутреннего тепла из эластомерной обкладки к потоку бурового раствора в зубьях рабочей пары героторного механизма, а также отвода внутреннего тепла из эластомерной обкладки через стенки корпуса к буровому раствору затрубного пространства.The disadvantages of the known stator for the engine are also explained by the cyclic loading of many additional waves (41), each of which is located in a spiral in the longitudinal direction, and the dimensions of each of the waves in the circular and radial directions are smaller than the dimensions of the teeth (37) of the core, with additional waves (41) helical teeth of an elastomer plate are subjected to deformation and bending in the transverse direction, essentially at an angle close to a right angle or at a right angle to the side walls of additional waves during planetary-rotor ohm rotation of the rotor inside the stator, which does not provide the possibility of improving the removal of internal heat from the elastomer of the lining teeth, improving the seal along the contact lines in the area of the poles of engagement (improving sealing of the lock chambers) at a hydrostatic pressure, for example, 25 ÷ 35 MPa, does not provide the possibility of improving the removal internal heat from the elastomeric lining to the mud flow in the teeth of the working pair of the gerotor mechanism, as well as the removal of internal heat from the elastomeric lining through the body walls to the drill mou solution of the annulus.
При этом температура в эластомерной обкладке может повышаться, например, до 85°С, а увеличение натяга в рабочей паре может составлять до 0,1 мм на диаметр на каждые 10°С повышения температуры, что приводит к нерасчетным режимам работы, не обеспечивает максимальной мощности, крутящего момента на выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки при повышении максимального перепада давления (межвиткового, на зубьях обкладки статора) в режиме максимальной мощности, не обеспечивает возможности улучшения уплотнения винтовых шлюзовых многозаходных многошаговых камер между зубьями ротора и зубьями обкладки, снижения гидромеханических потерь во всех фазах контакта зубьев обкладки и ротора вследствие вдавливания и воздействия абразивных частиц, например до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов в полимер-глинистом буровом растворе плотностью 1,16÷1,26 г/см3 на геликоидальные поверхности рабочей пары ротор-обкладка статора при планетарно-роторном вращении ротора по поверхностям обкладки из эластомера в статоре.In this case, the temperature in the elastomeric casing can increase, for example, to 85 ° C, and the increase in interference in the working pair can be up to 0.1 mm per diameter for every 10 ° C of temperature increase, which leads to off-design operating modes, does not provide maximum power , torque on the output shaft in the maximum power mode and permissible axial load with increasing maximum pressure drop (inter-turn, on the teeth of the stator lining) in the maximum power mode, does not provide the possibility of improving the screw seal new lock multi-start multi-step chambers between the teeth of the rotor and the teeth of the lining, reducing hydromechanical losses in all phases of the contact of the teeth of the lining and the rotor due to indentation and exposure to abrasive particles, for example, to 2% sand with dimensions of 0.15 ÷ 0.95 mm and up to 5% of oil products in a polymer-clay drilling fluid with a density of 1.16 ÷ 1.26 g / cm 3 on the helicoidal surfaces of the working pair of the rotor-stator lining during planetary-rotor rotation of the rotor along the surfaces of the lining of elastomer in the stator.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в увеличении диапазона рабочих температур, при которых обеспечивается ресурс и надежность винтового героторного многозаходного гидравлического двигателя, работающего в "горячих" скважинах, например, при температуре бурового раствора в "затрубном" пространстве до 160°С, а также в повышении мощности, крутящего момента и усталостной выносливости (ресурса) обкладки из эластомера за счет улучшения уплотнения по контактным линиям в зоне полюсов зацепления, снижения контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжения, снижения гидромеханических потерь во всех фазах контакта зубьев обкладки и ротора, уменьшения градиента температур при выделении тепла внутри материала зубьев обкладки, а также уменьшения абразивного износа винтовых зубьев ротора путем выполнения дополнительных волн на внутренней поверхности обкладки из эластомера, содержащей внутренние винтовые многозаходные зубья, в виде непрерывной винтовой волны двойной кривизны, образованной огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев с определенным шагом вдоль центральной продольной оси статора, при этом максимальный шаг непрерывной винтовой волны двойной кривизны равен шагу между смежными винтовыми зубьями в обкладке из эластомера, вход непрерывной винтовой волны двойной кривизны на внутренней поверхности винтовых многозаходных зубьев обкладки расположен со стороны первого края винтовых многозаходных зубьев, а выход непрерывной винтовой волны двойной кривизны на внутренней поверхности винтовых многозаходных зубьев обкладки расположен со стороны второго края винтовых многозаходных зубьев.The technical problem to which the invention is directed is to increase the range of operating temperatures at which the resource and reliability of a screw gerotor multi-start hydraulic motor operating in "hot" wells is provided, for example, at a drilling fluid temperature in the "annulus" of up to 160 ° C as well as in increasing power, torque and fatigue endurance (resource) of an elastomer lining due to improved compaction along contact lines in the area of the poles of engagement, reducing contact loads in the zone of maximum sliding speeds, reducing hydromechanical losses in all phases of contact between the teeth of the casing and the rotor, reducing the temperature gradient when heat is generated inside the material of the casing teeth, and also reducing the abrasive wear of the helical teeth of the rotor by performing additional waves on the inner surface of the casing of the elastomer, containing internal helical multiple teeth, in the form of a continuous helical wave of double curvature formed by the envelope of a cycloidal profile of a screw x multiple teeth with a certain step along the central longitudinal axis of the stator, while the maximum step of a continuous helical wave of double curvature is equal to the step between adjacent helical teeth in the lining of elastomer, the input of a continuous helical wave of double curvature on the inner surface of the helical multiple teeth of the lining is located on the side of the first edge multi-start helical teeth, and the output of a continuous helical wave of double curvature on the inner surface of the multi-helical helical teeth of the lining is located a second side edge of multistart helical teeth.
Сущность технического решения заключается в том, что в статоре винтовой героторной гидравлической машины, например, двигателя для вращения ротора от насосной подачи текучей среды или насоса для подачи текучей среды за счет вращения ротора, содержащем трубчатый корпус, закрепленную в корпусе обкладку из эластомера, выполненную с внутренними винтовыми многозаходными зубьями, предназначенными для размещения ротора, имеющего наружную поверхность с винтовыми многозаходными зубьями, число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев обкладки, ходы винтовых зубьев обкладки и ротора пропорциональны их числам зубьев, ось ротора смещена относительно оси зубьев в обкладке на величину эксцентриситета, равного, например, половине радиальной высоты зубьев, при этом внутренняя поверхность обкладки из эластомера выполнена с дополнительными волнами, например, расположенными по спирали, а высота дополнительных волн меньше, чем размеры зубьев обкладки статора, например, высота дополнительных волн равна 0,1÷5 мм, согласно изобретению, дополнительные волны на внутренней поверхности обкладки из эластомера, содержащей внутренние винтовые многозаходные зубья, выполнены в виде непрерывной винтовой волны двойной кривизны, образованной огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев с определенным шагом вдоль центральной продольной оси статора, при этом максимальный шаг непрерывной винтовой волны двойной кривизны равен шагу между смежными винтовыми зубьями в обкладке из эластомера, вход непрерывной винтовой волны двойной кривизны на внутренней поверхности винтовых многозаходных зубьев обкладки расположен со стороны первого края винтовых многозаходных зубьев, а выход непрерывной винтовой волны двойной кривизны на внутренней поверхности винтовых многозаходных зубьев обкладки расположен со стороны второго края винтовых многозаходных зубьев.The essence of the technical solution lies in the fact that in the stator of a screw hydraulic gyratory machine, for example, a motor for rotating a rotor from a pump fluid supply or a pump for supplying a fluid by rotating a rotor comprising a tubular body, an elastomer cover fixed to the housing, made with internal helical multi-teeth, designed to accommodate a rotor having an outer surface with multi-helical teeth, the number of teeth of the rotor is one less than the number of teeth the teeth, the moves of the helical teeth of the lining and the rotor are proportional to their number of teeth, the axis of the rotor is offset relative to the axis of the teeth in the lining by an eccentricity equal to, for example, half the radial height of the teeth, while the inner surface of the lining is made of elastomer with additional waves, for example, located along spiral, and the height of the additional waves is less than the size of the teeth of the stator plate, for example, the height of the additional waves is 0.1 ÷ 5 mm, according to the invention, additional waves on the inner surface of The settings of the elastomer containing internal helical multiple teeth are made in the form of a continuous helical wave of double curvature formed by bending around the cycloidal profile of helical multi-tooth teeth with a certain step along the central longitudinal axis of the stator, while the maximum step of a continuous helical wave of double curvature is equal to the step between adjacent helical teeth in an elastomer plate, the input of a continuous helical wave of double curvature on the inner surface of the multi-start helical teeth of the lining dix from the first edge multistart helical teeth, and the output of a continuous wave helical double curvature on the inside surface of multistart helical teeth electrode located on the side of the second edge multistart helical teeth.
Непрерывная винтовая волна двойной кривизны, образованная огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев, выполнена с минимальным шагом вдоль центральной продольной оси статора, равным 0,2 мм.A continuous helical wave of double curvature, formed by the bending of the cycloidal profile of helical multiple teeth, is made with a minimum step along the central longitudinal axis of the stator equal to 0.2 mm
Непрерывная винтовая волна двойной кривизны, образованная огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев с определенным шагом вдоль центральной продольной оси статора, выполнена многозаходной, при этом число заходов непрерывной винтовой волны двойной кривизны на внутренней поверхности винтовых многозаходных зубьев обкладки кратно шагу между витками непрерывной винтовой волны двойной кривизны.A continuous helical wave of double curvature, formed by bending the cycloidal profile of helical multi-start teeth with a certain step along the central longitudinal axis of the stator, is multi-start, with the number of strokes of a continuous helical wave of double curvature on the inner surface of helical multi-start teeth of the lining being a multiple of the step between the turns of a continuous helical wave of double curvature .
Непрерывная винтовая волна двойной кривизны, образованная огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев с определенным шагом вдоль центральной продольной оси статора, выполнена многозаходной, при этом число заходов непрерывной винтовой волны на внутренней поверхности винтовых многозаходных зубьев обкладки равно числу зубьев обкладки.A continuous helical wave of double curvature, formed by bending the cycloidal profile of multi-tooth helical teeth with a certain step along the central longitudinal axis of the stator, is multi-helical, with the number of strokes of a continuous helical wave on the inner surface of the multi-helical helical teeth of the lining equal to the number of teeth of the lining.
Твердость обкладки с внутренними винтовыми многозаходными зубьями, выполненной из резины, составляет 67÷73 ед. Шор А.The hardness of the lining with internal multi-tooth helical teeth made of rubber is 67 ÷ 73 units. Shore A.
В заявляемой конструкции за счет того, что дополнительные волны на внутренней поверхности обкладки из эластомера, содержащей внутренние винтовые многозаходные зубья, выполнены в виде непрерывной винтовой волны двойной кривизны, образованной огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев с определенным шагом вдоль центральной продольной оси статора, при этом максимальный шаг непрерывной винтовой волны двойной кривизны равен шагу между смежными винтовыми зубьями в обкладке из эластомера, вход непрерывной винтовой волны двойной кривизны на внутренней поверхности винтовых многозаходных зубьев обкладки расположен со стороны первого края винтовых многозаходных зубьев, а выход непрерывной винтовой волны двойной кривизны на внутренней поверхности винтовых многозаходных зубьев обкладки расположен со стороны второго края винтовых многозаходных зубьев, увеличивается диапазон рабочих температур, при которых обеспечивается ресурс и надежность винтового героторного многозаходного гидравлического двигателя, работающего в "горячих" скважинах, например, при температуре бурового раствора в "затрубном" пространстве до 160°С, а также повышается мощность, крутящий момент и усталостная выносливость (ресурс) обкладки из эластомера, а также уменьшается абразивный износ винтовых зубьев ротора за счет улучшения уплотнения по контактным линиям в зоне полюсов зацепления, снижения контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжения, снижения гидромеханических потерь во всех фазах контакта зубьев обкладки и ротора, уменьшения градиента температур при выделении тепла внутри материала зубьев обкладки из эластомера.In the claimed design, due to the fact that the additional waves on the inner surface of the plate made of elastomer containing internal helical multi-tooth teeth, are made in the form of a continuous helical wave of double curvature formed by bending the cycloidal profile of helical multi-tooth teeth with a certain step along the central longitudinal axis of the stator, while the maximum pitch of a continuous helical wave of double curvature is equal to the step between adjacent helical teeth in the lining of elastomer, the input of a continuous helical wave double curvature on the inner surface of the helical multiple teeth of the lining is located on the side of the first edge of the helical multi-teeth, and the output of a continuous helical wave of double curvature on the inner surface of the helical multi-teeth of the lining is located on the side of the second edge of the helical multi-teeth, the operating temperature range is increased, which ensures the resource and reliability of a screw gerotor multi-start hydraulic engine operating in "hot" wells, for example, When the drilling fluid temperature in the "annulus" space is up to 160 ° С, the power, torque and fatigue endurance (resource) of the elastomer plate also increase, as well as the abrasive wear of the rotor helical teeth due to improved sealing along the contact lines in the area of the engagement poles , reducing contact loads in the zone of maximum sliding speeds, reducing hydromechanical losses in all phases of contact between the teeth of the lining and the rotor, reducing the temperature gradient when heat is generated inside the tooth material in elastomer plates.
При этом многократно уменьшаются эрозионные "размывы" и отслоения, например хромового покрытия зубьев ротора вследствие волнового винтового направленного движения абразивных частиц бурового раствора вдоль впадин между гребнями волн, образованных огибанием непрерывной винтовой волны двойной кривизны циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев с определенным шагом вдоль центральной продольной оси статора, а также повышается ресурс рабочей пары ротор-обкладка статора при планетарно-роторном вращении ротора по поверхностям обкладки из эластомера в статоре вследствие улучшения герметизации шлюзовых камер и уменьшения износа гребней волн абразивными частицами, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимер - глинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см3, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа и определяющего напряженно-деформированное состояние обкладки статора: при контактном давлении 4+6 МПа, скоростях скольжения 0,5÷4,0 м/с, частоте нагружения до 30 Гц.In this case, erosion erosion and detachment, for example, of the chrome coating of the rotor teeth due to the wave helical directional movement of the abrasive particles of the drilling fluid along the troughs between the wave crests formed by the bending of a continuous helical wave of double curvature of the cycloidal profile of helical multiple teeth with a certain step along the central longitudinal axis, is greatly reduced stator, and also increases the resource of the working pair of the rotor-lining of the stator during planetary-rotor rotation of the rotor on the surfaces lining of the elastomer in the stator due to improved sealing of the lock chambers and reduced wear of the crests of the waves by abrasive particles, for example, up to 2% of sand with dimensions of 0.15 ÷ 0.95 mm and up to 5% of petroleum products polymer - clay mud with a density of 1.16 ÷ 1 , 26 g / cm 3 pumped at hydrostatic pressure, for example, 25–35 MPa and determining the stress-strain state of the stator lining: at a contact pressure of 4 + 6 MPa, sliding speeds 0.5–4.0 m / s, loading frequency up to 30 Hz.
За счет того, что непрерывная винтовая волна двойной кривизны, образованная огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев, выполнена с минимальным шагом вдоль центральной продольной оси статора, равным 0,2 мм, обеспечивается улучшение герметизации шлюзовых камер и уменьшение износа абразивными частицами гребней волн обкладки, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимер-глинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см3, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа за счет направленного прохождения абразивных частиц между гребнями волн обкладки, а также обеспечения равномерного натяга во всех фазах контакта зубьев обкладки и ротора.Due to the fact that a continuous helical wave of double curvature formed by bending the cycloidal profile of multi-tooth helical teeth is made with a minimum step along the central longitudinal axis of the stator equal to 0.2 mm, the sealing of the lock chambers is improved and the abrasive particles wear the crests of the lining wave crests, for example , up to 2% of sand with dimensions of 0.15 ÷ 0.95 mm and up to 5% of petroleum products of polymer-clay drilling mud with a density of 1.16 ÷ 1.26 g / cm 3 pumped at hydrostatic pressure, for example, 25 ÷ 35 MPa per the count directional passage of the abrasive particles between wave crests of the electrode, and ensure uniform tightness in all phases of tooth contact plates and the rotor.
За счет того, что непрерывная винтовая волна двойной кривизны, образованная огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев с определенным шагом вдоль центральной продольной оси статора, выполнена многозаходной, при этом число заходов непрерывной винтовой волны двойной кривизны на внутренней поверхности винтовых многозаходных зубьев обкладки кратно шагу между витками непрерывной винтовой волны двойной кривизны, повышаются энергетические характеристики винтовой героторной гидравлической машины, по существу, развиваемая мощность и крутящий момент в двигателе или развиваемое давление и расход в насосе, путем снижения 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, уменьшения градиента температур при выделении тепла внутри материала зубьев обкладки, повышения усталостной выносливости обкладки из эластомера, а также за счет уменьшения износа и отслоения, например, хромового покрытия винтовых зубьев ротора.Due to the fact that a continuous helical wave of double curvature, formed by bending the cycloidal profile of multi-tooth helical teeth with a certain step along the central longitudinal axis of the stator, is multi-input, while the number of strokes of a continuous helical wave of double curvature on the inner surface of the helical multi-tooth teeth of the lining is a multiple of the step between the turns of a continuous helical wave of double curvature, the energy characteristics of a screw gyratory hydraulic machine increase, essentially developing apparent power and torque in the engine or developed pressure and flow rate in the pump, by reducing hydromechanical losses due to uniform tightness in all phases of contact between the teeth of the plate and rotor, improving sealing along the contact lines in the area of the poles of engagement and reducing contact loads in the zone of maximum sliding speeds reducing the temperature gradient during heat generation inside the material of the teeth of the lining, increasing the fatigue endurance of the lining from the elastomer, as well as by reducing wear and delamination, For example, chromium plating screw rotor teeth.
За счет того, что твердость обкладки с внутренними винтовыми многозаходными зубьями, выполненной из резины, составляет 67÷73 ед. Шор А, увеличивается усталостная выносливость (ресурс) обкладки из эластомера вследствие выполнения дополнительных волн на внутренней поверхности обкладки из эластомера в виде непрерывной винтовой волны двойной кривизны, образованной огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев с определенным шагом вдоль центральной продольной оси статора, при этом абразивные частицы, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов в полимер-глинистом буровом растворе плотностью 1,16÷1,26 г/см3, "вдавливаются" геликоидальной поверхностью ротора между гребнями волн, периодически "вымываются" и "замещаются" новыми абразивными частицами под действием напора бурового раствора, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа.Due to the fact that the hardness of the lining with internal multi-tooth helical teeth made of rubber is 67 ÷ 73 units. Shore A, the fatigue endurance (resource) of the elastomer lining increases due to additional waves on the inner surface of the elastomer lining in the form of a continuous helical wave of double curvature formed by bending around the cycloidal profile of helical multiple teeth with a certain step along the central longitudinal axis of the stator, while abrasive particles , for example, up to 2% of sand with dimensions of 0.15 ÷ 0.95 mm and up to 5% of oil products in polymer-clay drilling mud with a density of 1.16 ÷ 1.26 g / cm 3 , the helicoid is “pressed” the surface of the rotor between the wave crests is periodically “washed out” and “replaced” by new abrasive particles under the influence of the pressure of the drilling fluid pumped at hydrostatic pressure, for example, 25–35 MPa.
При использовании конструкции статора увеличивается диапазон рабочих температур, при которых обеспечивается ресурс и надежность винтового героторного многозаходного гидравлического двигателя, работающего в "горячих" скважинах, например, при температуре бурового раствора в "затрубном" пространстве до 160°С, повышается мощность, крутящий момент и усталостная выносливость (ресурс) обкладки из эластомера за счет улучшения уплотнения по контактным линиям в зоне полюсов зацепления, снижения контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжения, снижения гидромеханических потерь во всех фазах контакта зубьев обкладки и ротора, уменьшения градиента температур при выделении тепла внутри материала зубьев, а также уменьшения износа винтовых зубьев ротора.When using the stator design, the operating temperature range increases, at which the resource and reliability of the screw gerotor multi-start hydraulic motor operating in "hot" wells is provided, for example, when the drilling fluid temperature in the "annulus" space is up to 160 ° C, the power, torque and fatigue endurance (resource) of an elastomer lining due to improved compaction along contact lines in the area of engagement poles, reduction of contact loads in the area of maximum speeds sliding reduce hydromechanical losses during all phases of tooth contact plates and the rotor, reducing the temperature gradient during heat generation within the material of the teeth, and reduce wear of screw rotor teeth.
Ниже представлен лучший вариант секции статора винтового героторного гидравлического двигателя для бурения нефтяных скважин.Below is the best version of the stator section of a screw gyratory hydraulic motor for drilling oil wells.
На фиг.1 показан продольный разрез секции винтового героторного гидравлического двигателя.Figure 1 shows a longitudinal section of a section of a screw gyratory hydraulic motor.
На фиг.2 показан продольный разрез статора винтового героторного гидравлического двигателя.Figure 2 shows a longitudinal section of the stator of a screw gyratory hydraulic motor.
На фиг.3 показан разрез А-А на фиг.1 поперек секции винтового героторного гидравлического двигателя.Figure 3 shows a section aa in figure 1 across the section of a screw gyratory hydraulic motor.
На фиг.4 показан разрез Б-Б на фиг.2 поперек статора винтового героторного гидравлического двигателя.Figure 4 shows a section bB in figure 2 across the stator of a screw gyratory hydraulic motor.
На фиг.5 показан элемент I на фиг.2 обкладки статора винтового героторного гидравлического двигателя.Figure 5 shows element I in figure 2 of the stator cover of a screw gerotor hydraulic motor.
На фиг.6 показан элемент II на фиг.1 ротора и обкладки статора винтового героторного гидравлического двигателя.In Fig.6 shows the element II in Fig.1 of the rotor and the stator lining of the screw gerotor hydraulic motor.
На фиг.7 показана траектория непрерывной винтовой волны двойной кривизны, образованной огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев с определенным шагом вдоль центральной продольной оси статора.Figure 7 shows the trajectory of a continuous helical wave of double curvature formed by the bending of the cycloidal profile of helical multiple teeth with a certain step along the central longitudinal axis of the stator.
На фиг.8 показан вид на внутреннюю поверхность обкладки из эластомера с непрерывной винтовой волной двойной кривизны, образованной огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев.On Fig shows a view of the inner surface of the lining of an elastomer with a continuous helical wave of double curvature formed by the bending of the cycloidal profile of helical multiple teeth.
Статор винтовой героторной гидравлической машины, например, двигателя для вращения ротора от насосной подачи текучей среды, содержит трубчатый корпус 1, закрепленную в корпусе 1 обкладку 2 из эластомера, выполненную с внутренними винтовыми многозаходными зубьями 3, предназначенными для размещения ротора 4, имеющего наружную поверхность с винтовыми многозаходными зубьями 5, число (8) зубьев 5 ротора 4 на единицу меньше числа (9) зубьев 3 обкладки 2, ходы (не показаны) винтовых зубьев 5 ротора 4 и винтовых зубьев 3 обкладки 2 пропорциональны их числу 8 и, соответственно, числу 9 зубьев 3 и 5, центральная продольная ось 6 ротора 4 смещена относительно центральной продольной оси 7 зубьев 3 в обкладке 2 на величину эксцентриситета 8, равного, например, половине радиальной высоты 9 зубьев 3, 5, при этом внутренняя поверхность 10 обкладки 2 из эластомера выполнена с дополнительными волнами 11, например, расположенными по спирали 12, а высота 13 дополнительных волн 11 меньше, чем размеры, например, радиальная высота 9 зубьев 3 обкладки 2 статора, например, высота 13 дополнительных волн 11 равна 0,1÷5 мм, показано на фиг.1, 2, 3, 4, 6.The stator of a screw gerotor hydraulic machine, for example, a motor for rotating the rotor from the pump fluid supply, comprises a
При этом шаг Т (или ход Pz) винтовой линии каждого внутреннего винтового зуба 3 в обкладке 2 равен расстоянию по сосной поверхности между двумя положениями точки, образующей линию винтового зуба, соответствующими ее полному обороту вокруг оси зубчатого колеса, например, вокруг центральной продольной оси 7 зубьев 3 в обкладке 2, показано, например, в ГОСТ 16530-83, стр.17.In this case, step T (or stroke P z ) of the helical line of each internal
Дополнительные волны 11 на внутренней поверхности 14 обкладки 2 из эластомера, содержащей внутренние винтовые многозаходные зубья 3, выполнены в виде непрерывной винтовой волны 15 двойной кривизны, образованной огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев 3 с определенным шагом 16 вдоль центральной продольной оси 7 статора (трубчатого корпуса 1), при этом максимальный шаг 16 непрерывной винтовой волны 15 двойной кривизны может быть равен шагу 17 между смежными винтовыми зубьями 3 в обкладке 2 из эластомера, вход 18 непрерывной винтовой волны 15 двойной кривизны на внутренней поверхности 14 винтовых многозаходных зубьев 3 обкладки 2 расположен со стороны первого края 19 винтовых многозаходных зубьев 3, а выход 20 непрерывной винтовой волны 15 двойной кривизны на внутренней поверхности 14 винтовых многозаходных зубьев 3 обкладки 2 расположен со стороны второго края 21 винтовых многозаходных зубьев 3, показано на фиг.1, 2, 3, 4, 6, 7.Additional waves 11 on the inner surface 14 of the
Непрерывная винтовая волна 15 двойной кривизны, образованная огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев 3, может быть выполнена с минимальным шагом 16 вдоль центральной продольной оси 7 зубьев 3 в обкладке 2 статора, равным 0,2 мм, показано на фиг.2, 6.A continuous
Непрерывная винтовая волна 15 двойной кривизны, образованная огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев 3 с определенным шагом вдоль центральной продольной оси 7 статора, выполнена многозаходной, при этом число заходов 22 непрерывной винтовой волны 15 двойной кривизны на внутренней поверхности 14 винтовых многозаходных зубьев 3 обкладки 2 кратно шагу 17 (или 16) между витками непрерывной винтовой волны 15 двойной кривизны, показано на фиг.2, 5, 7.A continuous
Непрерывная винтовая волна 15 двойной кривизны, образованная огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев 3 с определенным шагом вдоль центральной продольной оси 7 статора, выполнена многозаходной, при этом число заходов 22 непрерывной винтовой волны 15 на внутренней поверхности 14 винтовых многозаходных зубьев 3 обкладки 2 равно числу (9) зубьев обкладки 2, показано на фиг.2, 5, 7.A continuous
Твердость обкладки 2 с внутренними винтовыми многозаходными зубьями 3, выполненной из резины, составляет 67…73 ед. Шор А (не показано).The hardness of the
Кроме того, на фиг.1, 3 показано: поз.23 - многозаходные винтовые шлюзовые камеры между зубьями 5 ротора 4 и зубьями 3 обкладки 2 из эластомера; на фиг.1 показано: поз.24 - направление потока бурового раствора внутри статора винтового героторного гидравлического двигателя; поз.25 - направление потока бурового раствора в затрубном пространстве.In addition, figure 1, 3 shows: POS.23 - multi-screw helical lock chamber between the
Ротор 4 двигателя в компоновке низа бурильной колонны предназначен для соединения с карданной трансмиссией, ротором шпинделя и долотом (не показаны).The
Конструкция статора предназначена для использовании в винтовом героторном гидравлическом двигателе, работающем в "горячих" скважинах, например, при температуре бурового раствора в "затрубном" пространстве до 160°С, и работает следующим образом: поток бурового раствора 24, содержащий абразивные частицы, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов, содержащихся в полимер-глинистом буровом растворе плотностью 1,16÷1,26 г/см3, под давлением 25÷35 МПа по колонне бурильных труб (не показаны) подается в многозаходные винтовые шлюзовые камеры 23 между винтовыми зубьями 5 ротора 4 и винтовыми зубьями 3 обкладки 2 из эластомера и образует область высокого давления и момент от гидравлических сил, который приводит в планетарно-роторное вращение ротор 4 внутри обкладки 2 из эластомера, закрепленной в трубчатом корпусе 1, а также приводит во вращение приводной вал, вал шпинделя и долото (на фигуре не показаны), осуществляя бурение скважины.The design of the stator is intended for use in a screw gerotor hydraulic engine operating in "hot" wells, for example, at a temperature of the drilling fluid in the "annulus" space up to 160 ° C, and works as follows: the
Винтовые зубья 3 обкладки 2 из эластомера подвергаются сложной деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора 4 внутри обкладки 2, закрепленной в трубчатом корпусе 1 (в статоре).
Винтовые шлюзовые камеры 23 между винтовыми зубьями 5 ротора 4 и винтовыми зубьями 3 обкладки 2 из эластомера имеют переменный объем и периодически перемещаются по потоку 24 бурового раствора, содержащего абразивные частицы, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, определяющего напряженно-деформированное состояние обкладки статора: при контактном давлении 4÷6 МПа, скоростях скольжения 0,5÷4,0 м/с, частоте нагружения до 30 Гц.Screw
Температура бурового раствора 24 в двигателе составляет: 80÷90°С летом, при температуре воздуха 20÷30°С и, соответственно, 40÷70°С зимой, при температуре воздуха -20÷-55°С.The temperature of the
Поток бурового раствора 25 в затрубном пространстве направлен от долота к устью скважины (к буровой установке) и нагревает внешнюю поверхность трубчатого корпуса 1.The flow of
Двигатель работает при температуре бурового раствора 25 в затрубном пространстве 130÷160°С за счет непрерывной насосной подачи и отвода внутреннего тепла из эластомерной обкладки 2 к потоку бурового раствора 24 в винтовых зубьях 3, 5 рабочей пары героторного механизма.The engine operates at a drilling fluid temperature of 25 in the annulus 130 ÷ 160 ° C due to the continuous pumping and removal of internal heat from the
Так как эластомер характеризуется высокими изоляционными свойствами, он задерживает передачу тепла от бурового раствора 25 в затрубном пространстве в большей степени вдоль "гребней" дополнительных волн 11 на внутренней поверхности 14 обкладки 2 из эластомера, выполненных в виде непрерывной винтовой волны 15 двойной кривизны, образованной огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев 3 с определенным шагом 16 вдоль центральной продольной оси 7 статора (трубчатого корпуса 1), по сравнению с меньшими толщинами обкладки 2 из эластомера между гребнями вышеуказанной непрерывной винтовой волны 15 двойной кривизны.Since the elastomer is characterized by high insulating properties, it delays the transfer of heat from the
За счет того, что дополнительные волны 11 на внутренней поверхности 14 обкладки 2 из эластомера, содержащей внутренние винтовые многозаходные зубья 3, выполнены в виде непрерывной винтовой волны 15 двойной кривизны, образованной огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев 3 с определенным шагом 16 вдоль центральной продольной оси 7 статора (трубчатого корпуса 1), при этом максимальный шаг 16 непрерывной винтовой волны 15 двойной кривизны может быть равен шагу 17 между смежными винтовыми зубьями 3 в обкладке 2 из эластомера, вход 18 непрерывной винтовой волны 15 двойной кривизны на внутренней поверхности 14 винтовых многозаходных зубьев 3 обкладки 2 расположен со стороны первого края 19 винтовых многозаходных зубьев 3, а выход 20 непрерывной винтовой волны 15 двойной кривизны на внутренней поверхности 14 винтовых многозаходных зубьев 3 обкладки 2 расположен со стороны второго края 21 винтовых многозаходных зубьев 3, увеличивается диапазон рабочих температур, при которых обеспечивается ресурс и надежность винтового героторного многозаходного гидравлического двигателя, работающего в "горячих" скважинах, а также повышается мощность, крутящий момент и усталостная выносливость (ресурс) обкладки 2 из эластомера, а также уменьшается износ винтовых зубьев 5 ротора 4 за счет улучшения уплотнения по контактным линиям в зоне полюсов зацепления, снижения контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжения, снижения гидромеханических потерь во всех фазах контакта зубьев 3 обкладки 2 и зубьев 5 ротора 4, уменьшения градиента температур при выделении тепла внутри материала зубьев 3 обкладки 2 из эластомера.Due to the fact that the additional waves 11 on the inner surface 14 of the
При выполнении дополнительных волны 11 на внутренней поверхности 14 обкладки 2 из эластомера, содержащей внутренние винтовые многозаходные зубья 3, в виде непрерывной винтовой волны 15 двойной кривизны, образованной огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев 3 с определенным шагом 16 вдоль центральной продольной оси 7 статора (трубчатого корпуса 1), многократно уменьшаются эрозионные "размывы" и отслоения, например, хромового покрытия зубьев 5 ротора 4 вследствие волнового (винтового) направленного движения абразивных частиц бурового раствора 24 вдоль впадин между гребнями вышеуказанной волны 15, а также повышается ресурс рабочей пары ротор-обкладка статора при планетарно-роторном вращении ротора по поверхностям обкладки из эластомера в статоре вследствие улучшения герметизации многозаходных винтовых (шлюзовых) камер и уменьшения износа гребней волн абразивными частицами, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимер-глинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см3, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа и определяющего напряженно-деформированное состояние обкладки статора: при контактном давлении 4÷6 МПа, скоростях скольжения 0,5÷4,0 м/с, частоте нагружения до 30 Гц.When performing additional waves 11 on the inner surface 14 of the
При этом коэффициент температурного расширения а материала обкладки 2 из резины ИРП-1226-5 составляет 1,45·10-4 1/град, коэффициент температурного расширения а материала трубчатого корпуса 1 из стали 20X13 ГОСТ1577-93 составляет 10,75·10-61/град.The coefficient of thermal expansion and the material of the
При твердости обкладки 2 с внутренними винтовыми многозаходными зубьями 3, выполненной из резины ИРП-1226-5, составляющей 67…73 ед. Шор А, увеличивается усталостная выносливость (ресурс) обкладки 2 при выполнении непрерывной винтовой волны 15 двойной кривизны, образованной огибанием циклоидального профиля винтовых многозаходных зубьев 3 с определенным шагом 16 вдоль центральной продольной оси 7 статора (трубчатого корпуса 1), при этом абразивные частицы, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов в полимер - глинистом буровом растворе плотностью 1,16÷1,26 г/см3, "вдавливаются" геликоидальной поверхностью ротора между гребнями волн обкладки, периодически "вымываются" и "замещаются" новыми абразивными частицами под действием напора бурового раствора 24, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа.When the hardness of the
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008121619/06A RU2375583C1 (en) | 2008-05-28 | 2008-05-28 | Helical stator of hydraulic machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008121619/06A RU2375583C1 (en) | 2008-05-28 | 2008-05-28 | Helical stator of hydraulic machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2375583C1 true RU2375583C1 (en) | 2009-12-10 |
Family
ID=41489651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008121619/06A RU2375583C1 (en) | 2008-05-28 | 2008-05-28 | Helical stator of hydraulic machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2375583C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2673479C1 (en) * | 2017-06-27 | 2018-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Гидробур-сервис" | Screw downhole motor for drilling wells |
| RU2828283C1 (en) * | 2023-11-27 | 2024-10-08 | Михаил Валерьевич Шардаков | Screw hydraulic machine stator |
-
2008
- 2008-05-28 RU RU2008121619/06A patent/RU2375583C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2673479C1 (en) * | 2017-06-27 | 2018-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Гидробур-сервис" | Screw downhole motor for drilling wells |
| RU2828283C1 (en) * | 2023-11-27 | 2024-10-08 | Михаил Валерьевич Шардаков | Screw hydraulic machine stator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11519381B2 (en) | Load balanced power section of progressing cavity device | |
| US9482223B2 (en) | Apparatus and method for controlling or limiting rotor orbit in moving cavity motors and pumps | |
| RU2607833C2 (en) | Downhole motors and pumps with asymmetric helical teeth | |
| US10844859B2 (en) | Sealing in helical trochoidal rotary machines | |
| EP1333151B1 (en) | Liner of optimized thickness for positive displacement drilling motors | |
| RU2283442C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
| CN103857867A (en) | Downhole motors and pumps with improved stators and methods of making and using same | |
| RU2318135C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
| US20160040480A1 (en) | Variable Diameter Stator and Rotor for Progressing Cavity Motor | |
| RU2373364C2 (en) | Stator of screw gerotor machine | |
| RU2375583C1 (en) | Helical stator of hydraulic machine | |
| US8535028B2 (en) | Downhole positive displacement motor | |
| GB2570233B (en) | Asymmetric lobes for motors and pumps | |
| RU2710338C1 (en) | Hydraulic downhole motor | |
| CA2719121A1 (en) | Progressive cavity hydraulic machine | |
| RU2309237C1 (en) | Gerotor mechanism for hydraulic screw-rotor machine | |
| RU2304688C2 (en) | Gerotor fluid drive or pump | |
| US10895256B2 (en) | Stator and rotor profile for improved power section performance and reliability | |
| US6093004A (en) | Pump/motor apparatus using 2-lobe stator | |
| RU2285822C1 (en) | Screw gerotor hydraulic machine stator | |
| RU2652725C1 (en) | Stator of screw gyratory hydraulic machine | |
| RU2315201C1 (en) | Stator of screw gyrator hydraulic machine | |
| RU2361997C1 (en) | Helical stator of gerotor hydraulic machine | |
| RU2800620C1 (en) | Screw gerotor pump stator | |
| RU2669438C1 (en) | Hydraulic downhole motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200529 |