close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

статор винтовой героторной гидромашины

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
2 300 617
(13)
C2
(51) МПК
E21B 4/02
F01C 1/10
F03C 2/08
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2005124254/03, 29.07.2005
(72) Автор(ы):
Андоскин Владимир Николаевич (RU),
Кобелев Константин Анатольевич (RU),
Кириевский Юрий Евгеньевич (RU)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
29.07.2005
(43) Дата публикации за вки: 10.02.2007
(45) Опубликовано: 10.06.2007 Бюл. № 16
2 3 0 0 6 1 7
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: US 6881045 В2, 19.04.2005. SU 1301020
A1, 10.07.2000. RU 2011778 C1, 30.04.1994. RU
2165531 C1, 20.04.2001. RU 2166603 C1,
10.05.2001. RU 2209911 C1, 10.08.2003. RU
2228444 C1, 10.05.2004. US 5171138 A,
15.12.1992.
R U
(73) Патентообладатель(и):
Общество с ограниченной ответственностью
Фирма "Радиус-Сервис" (RU)
Адрес дл переписки:
614022, г.Пермь, а/ 8711, ООО Фирма "РадиусСервис", директору В.Н. Андоскину
2 3 0 0 6 1 7
R U
(57) Реферат:
Изобретение
относитс к
героторным
механизмам
винтовых
многозаходных
гидравлических двигателей дл бурени нефт ных
и газовых скважин, к винтовым насосам дл добычи
нефти из скважин, а также к винтовым
гидромоторам и гидронасосам общего назначени .
Техническим результатом вл етс повышение
ресурса,
надежности
и
энергетических
характеристик, меньший уровень шума и вибраций,
повышение максимальной мощности, момента
силы на выходном валу в режиме максимальной
мощности
и
допустимой
осевой
нагрузки.
Достигаетс тем, что статор винтовой героторной
гидромашины содержит корпус с внутренней
поверхностью,
выполненной
с
внутренними
винтовыми
многозаходными
зубь ми,
закрепленную в корпусе обкладку из эластомера,
например из резины, образующую внутренние
винтовые многозаходные зубь , предназначенные
дл размещени ротора, имеющего наружную
поверхность
с
винтовыми
многозаходными
зубь ми, число зубьев ротора на единицу меньше
числа зубьев корпуса, минимальное число шагов
винтовой линии каждого внутреннего винтового
зуба в корпусе на единицу больше разности чисел
зубьев корпуса и ротора, а максимальное число
шагов винтовой линии каждого винтового зуба в
корпусе на единицу меньше числа зубьев ротора,
при этом толщина ?Rкор стенки корпуса вдоль
впадин его внутренних винтовых зубьев и высота h
внутренних винтовых зубьев в корпусе св заны
а
соотношением
?Rкор=(1,414...2,618)h,
отношение толщины стенки корпуса вдоль впадин
внутренних винтовых зубьев к его наружному
диаметру находитс в пределах 0,08...0,14. 4 з.п.
ф-лы, 3 ил.
Страница: 1
RU
C 2
C 2
(54) СТАТОР ВИНТОВОЙ ГЕРОТОРНОЙ ГИДРОМАШИНЫ
C 2
C 2
2 3 0 0 6 1 7
2 3 0 0 6 1 7
R U
R U
Страница: 2
RUSSIAN FEDERATION
(19)
RU
(11)
2 300 617
(13)
C2
(51) Int. Cl.
E21B 4/02
F01C 1/10
F03C 2/08
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2005124254/03, 29.07.2005
(72) Inventor(s):
Andoskin Vladimir Nikolaevich (RU),
Kobelev Konstantin Anatol'evich (RU),
Kirievskij Jurij Evgen'evich (RU)
(24) Effective date for property rights: 29.07.2005
(43) Application published: 10.02.2007
Mail address:
614022, g.Perm', a/ja 8711, OOO Firma "RadiusServis", direktoru V.N. Andoskinu
(73) Proprietor(s):
Obshchestvo s ogranichennoj otvetstvennost'ju
Firma "Radius-Servis" (RU)
C 2
2 3 0 0 6 1 7
R U
than number of rotor teeth. Body wall thickness ?Rb
defined at inner spiral teeth valleys and inner
spiral
body
tooth
height
h
are
related
as ?Rb =(1.414...2.618)h. Ratio between body wall
thickness defined at inner spiral teeth valleys
and outer body diameter is 0.08...0.14.
EFFECT: increased
service
life,
reliability
and power characteristics, decreased noise and
vibration,
increased
maximal
power
and
permissible axial load.
5 cl, 3 dwg
Страница: 3
EN
C 2
(57) Abstract:
FIELD: fluid rotary type drives, particularly
mechanisms for multibore hydraulic motors used
for oil and gas well drilling, screw pumps for
oil production from wells, as well as screw
hydraulic motors and general-duty pumps.
SUBSTANCE: gyrator machine comprises stator
with inner surface provided with inner helical
multistart teeth, inner covering secured in the
body and formed of elastomer, for instance of
rubber, and creating inner helical multistart
teeth adapted for rotor location. Rotor is
provided
with
outer
surface
having
screw
multistart teeth. Number of rotor teeth is 1 less
than that of the body. Minimal number of leads of
helical line defined by each inner screw tooth of
the body is 1 greater than difference between
number of body teeth and number of rotor teeth.
Maximal number of leads of helical line defined
by each inner screw tooth of the body is 1 less
2 3 0 0 6 1 7
(54) STATOR FOR SCREW GYRATOR HYDROMACHINE
R U
(45) Date of publication: 10.06.2007 Bull. 16
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Изобретение относитс к героторным механизмам винтовых многозаходных
гидравлических двигателей дл бурени нефт ных и газовых скважин, к винтовым насосам
дл добычи нефти из скважин, а также к винтовым гидромоторам и гидронасосам общего
назначени .
Известен статор винтового забойного гидравлического двигател ДВР3-176, в котором к
толстостенному полому корпусу привулканизована обкладка с внутренними винтовыми
зубь ми, выполненна из резины (Журнал "Строительство нефт ных и газовых скважин на
суше и на море". - М.: ОАО "ВНИИОЭНГ", №9, 2003, стр.10, рис.4).
Недостатком известной конструкции вл етс неполное использование возможности
повышени энергетических характеристик, ресурса и надежности винтового забойного
гидравлического двигател , повышени максимальной мощности, момента силы на
выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки на
буровое долото в стволе скважины.
Недостатки известной конструкции объ сн ютс , в основном, циклическим нагружением
выполненных из эластомера винтовых зубьев в обкладке статора, которые подвергаютс деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора внутри статора, что
приводит к выделению тепла внутри материала зубьев.
При этом температура в эластомерной обкладке может повышатьс , например, до
60°С, а увеличение нат га в рабочей паре может составл ть, например, до 0,05 мм на
диаметр на каждые 10°С повышени температуры, что приводит к нарушению уплотнени в
рабочей паре и разрушению зубьев в эластомерной обкладке статора.
Дл известной конструкции существует ограничение между перепадом давлени (межвитковым, на зубь х статора) в режиме максимальной мощности и величиной нат га
зубьев ротора в зубь х статора, а перепад давлени в режиме максимальной мощности
составл ет, например, 10...13 МПа, что не позвол ет повышать момент силы на выходном
валу в режиме максимальной мощности, снижать темп износа рабочих поверхностей, не
обеспечивает возможности отработки рабочих пар до больших зазоров, при этом средний
ресурс рабочей пары не превышает 300 часов.
Диапазон используемых в России винтовых забойных двигателей составл ет, например,
от двигател Д-55 до двигател Д-240, а диапазон момента силы на выходном валу в
режиме максимальной мощности составл ет от 0,2...0,34 до 10...14 кН?м.
При этом максимальный перепад давлени (межвитковый, на зубь х статора) в режиме
максимальной мощности, например, на зубь х двигател ДР-95 составл ет 9...14 МПа
(Журнал "Строительство нефт ных и газовых скважин на суше и на море". - М.: ОАО
"ВНИИОЭНГ", №9, 2003, с.8).
Известен эксцентриковый винтовой насос или эксцентриковый винтовой двигатель,
содержащий оболочку (остов) с наружной и внутренней поверхност ми, выполненными в
форме геликоида с полностью облицованным статором, в котором на торцовых кра х
содержатс уплотнени и стопорные кольца, которые монолитно переход т в облицовку
посто нной толщины из эластомера дл металлической оболочки (US 6666668 B1, Dec. 23,
2003).
Известна конструкци скрепл етс шпильками, гайками и фланцами снаружи остова, а
используетс в наземном оборудовании, например, дл героторных гидравлических
винтовых насосов, где нет ограничений по наружным габаритам.
Недостатком известной конструкции вл етс невозможность ее использовани в
скважинах, в обсадных трубах, например, дл многозаходных героторных гидравлических
двигателей дл бурени нефт ных и газовых скважин.
Это объ сн етс увеличенной по диаметру входной стороны, а также выходной стороны
части оболочки, уплотнений и стопорных колец, которые монолитно переход т в
облицовку, выполненную из эластомера с посто нной толщиной.
Дл героторных механизмов винтовых забойных двигателей, размещаемых в нефт ных
и газовых скважинах, использование известной конструкции не обеспечивает
существенных преимуществ.
Страница: 4
DE
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Известен статор винтового гидромотора, содержащий полый корпус с внутренней и
наружной поверхност ми в форме геликоида, внутренние конические резьбы по кра м
полого корпуса, закрепленную в корпусе обкладку из эластомера, образующую внутренние
винтовые многозаходные зубь , предназначенные дл размещени внутри корпуса ротора
с наружными винтовыми многозаходными зубь ми, а число зубьев ротора на единицу
меньше числа зубьев эластомерной обкладки корпуса (US 6309195 B1, Oct. 30, 2001).
Недостатком известной конструкции вл етс низка прочность и жесткость
(устойчивость) полого корпуса, преимущественно при осевой нагрузке на долото и
ударных воздействи х от сов в составе изогнутой колонны бурильных труб, при
прохождении через радиусные участки ствола скважин при горизонтальном бурении, что
объ сн етс уменьшенным поперечным сечением полого корпуса и его наружной
поверхностью, выполненной в форме геликоида.
Недостатки известной конструкции объ сн ютс также низким модулем упругости полого
тонкостенного корпуса, что определ ет недостаточную усталостную выносливость (ресурс)
дл обеспечени максимального перепада давлени (межвиткового, на зубь х статора) в
режиме максимальной мощности, а также объ сн ютс релаксацией напр жений в
материале полого корпуса, которые искажают профиль сопр жени рабочей пары роторстатор, вследствие чего уменьшаетс герметичность рабочей пары и возможность
обеспечени энергетических характеристик, ресурса и надежности винтового героторного
гидромотора с использованием известного статора при максимальном перепаде давлени (межвиткового, на зубь х статора) в режиме максимальной мощности.
Известен статор винтового героторного гидромотора, содержащий полый корпус,
установленную в нем статорную гильзу с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми
(или с внутренней и наружной поверхностью, выполненной в форме геликоида), а также
закрепленную в статорной гильзе обкладку с внутренними винтовыми многозаходными
зубь ми, выполненную из эластомера, например из резины (US 5171138, Dec. 15, 1992).
В известной конструкции статорна гильза выполнена в виде штампованной
металлической трубчатой оболочки с внутренними и наружными винтовыми
многозаходными зубь ми.
Недостатком известной конструкции вл етс неполное использование возможности
повышени энергетических характеристик, ресурса и надежности винтового героторного
гидромотора с использованием известного статора, повышени максимальной мощности,
момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимой осевой
нагрузки (на долото) при повышении максимального перепада давлени (межвиткового, на
зубь х статора) в режиме максимальной мощности.
Недостатки известной конструкции объ сн ютс низким модулем упругости статорной
трубчатой гильзы, ее плохой свариваемостью с массивным полым корпусом, что
определ ет недостаточную усталостную выносливость (ресурс) статорной гильзы дл обеспечени максимального перепада давлени (межвиткового, на зубь х статора) в
режиме максимальной мощности.
Недостатки известной конструкции объ сн ютс также релаксацией напр жений в
материале штампованной металлической статорной гильзы, которые искажают профиль
сопр жени рабочей пары ротор-статор, вследствие чего уменьшаетс герметичность
рабочей пары и возможность обеспечени энергетических характеристик, ресурса и
надежности винтового героторного гидромотора с использованием известного статора при
максимальном перепаде давлени (межвиткового, на зубь х статора) в режиме
максимальной мощности.
Недостатки известной конструкции объ сн ютс также циклическим нагружением
выполненных из эластомера винтовых зубьев в обкладке статора, а также статорной
трубчатой гильзы с внутренними и наружными винтовыми многозаходными зубь ми,
обладающими малой жесткостью, которые подвергаютс высокой деформации и изгибу при
планетарно-роторном вращении ротора внутри статора, что приводит к выделению тепла
внутри материала зубьев, а также к отслоению эластомерной обкладки от статорной
Страница: 5
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
гильзы.
При этом температура в эластомерной обкладке может повышатьс более интенсивно
за счет ее меньшей массы, например, до 80°С, а увеличение нат га в рабочей паре может
составл ть, например, до 0,08 мм на диаметр на каждые 10°С повышени температуры,
что приводит к нерасчетным режимам работы, не обеспечивает максимальной мощности,
момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимой осевой
нагрузки при повышении максимального перепада давлени (межвиткового, на зубь х
статора) в режиме максимальной мощности.
Известен винтовой героторный гидравлический насос или мотор, в котором статор
выполнен в виде корпуса с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми,
закрепленную в корпусе обкладку из эластомера, образующую внутренние винтовые
многозаходные зубь , размещенный внутри корпуса ротор с наружными винтовыми
многозаходными зубь ми, а число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев корпуса
(US 6358027 B1, Mar. 19, 2002).
Известна конструкци используетс в качестве насоса дл выкачивани нефти из
вертикальных скважин, дл чего профиль ротора вдоль продольной оси выполнен
корригированным: с меньшим поперечным сечением и меньшей толщиной зубьев в нижней
части насоса, показано на фиг.9, по сравнению с толщиной зубьев в верхней,
нагнетающей части насоса, показано на фиг.6.
При этом профиль статора вдоль продольной оси также выполнен с разной толщиной
эластомерной обкладки и (или) с уменьшением ширины впадин внутренних зубьев от
верхней к нижней част м корпуса.
В нижней части насоса, показано на фиг.15, 20, имеетс гарантированный зазор, в
верхней, нагнетающей части насоса, имеетс нат г, показано на фиг.13, 17, а при
осевом перемещении ротора относительно центральной оси статора можно измен ть
величину нат га и (или) зазора.
Недостатком известной конструкции вл етс отсутствие существенных преимуществ
регулировки и обеспечени требуемого радиального нат га зубьев рабочей пары роторстатор за счет осевого перемещени ротора относительно статора при бурении наклонных
и горизонтальных скважин, например, при прохождении через радиусные участки ствола
скважины при горизонтальном бурении, а также неполное использование возможности
повышени энергетических характеристик, ресурса и надежности при использовании
известной конструкции в качестве винтового героторного гидромотора дл бурени наклонных скважин, в изогнутой колонне бурильных труб, содержащей гидравлические сы,
а также повышени максимальной мощности, момента силы на выходном валу в режиме
максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки (на долото) при повышении
максимального перепада давлени (межвиткового, на зубь х статора) в режиме
максимальной мощности.
Дл известной конструкции существует ограничение между перепадом давлени (межвитковым, на зубь х статора) в режиме максимальной мощности и величиной нат га
зубьев ротора в зубь х статора, при этом вместо нат га в известной конструкции в
нижней части рабочей пары ротор-статор выполнен гарантированный зазор, что не
позвол ет повышать момент силы на выходном валу в режиме максимальной мощности,
снижать темп износа рабочих поверхностей, не обеспечивает возможности отработки
рабочих пар до больших зазоров.
Другим недостатком известной конструкции вл етс низка прочность и точность
корпуса: трубчатых деталей вследствие их выполнени в виде сварных узлов, что
объ сн етс увеличенными в поперечном сечении габаритами, релаксацией напр жений
присоединенных радиально фланцев, искривлением стенок корпуса, а также их
центральной оси.
Другим недостатком известной конструкции вл ютс большие поперечные силы
(перекашивающий момент), действующие на совершающий планетарно-роторное
вращение ротор, размещенный внутри эластомерной обкладки корпуса, вследствие
Страница: 6
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
гарантированных зазоров в нижней части рабочей пары ротор-статор, которые уменьшают
ресурс и надежность.
Наиболее близким к за вл емой конструкции вл етс статор винтового героторного
гидравлического насоса или мотора, содержащий корпус с внутренней поверхностью,
выполненной с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми, закрепленными в
корпусе, охватываемую и охватывающую обкладки из эластомера, при этом охватываема обкладка выполнена с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми,
предназначенными дл размещени ротора, имеющего наружную поверхность с винтовыми
многозаходными зубь ми, охватывающа обкладка скреплена с охватываемой обкладкой и
с внутренней поверхностью корпуса, а число зубьев ротора на единицу меньше числа
зубьев корпуса (US 6881045 В2, Apr. 19, 2005 - прототип).
Недостатком известного статора вл етс неполна возможность улучшени энергетических характеристик, надежности и ресурса винтовой героторной гидромашины
при использовании статора в винтовом забойном двигателе, повышени максимальной
мощности, момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и
допустимой осевой нагрузки за счет повышени максимального перепада давлени (межвиткового, на зубь х обкладки статора) в режиме максимальной мощности, снижени гидромеханических потерь за счет равномерного нат га во всех фазах контакта зубьев
обкладки и ротора, улучшени уплотнени по контактным лини м в зоне полюсов
зацеплени и снижени контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжени , а
также за счет синхронизации работы многозаходных многошаговых винтовых (шлюзовых)
камер между зубь ми ротора и обкладки.
Недостатки известного статора дл двигател объ сн ютс также циклическим
нагруженном винтовых зубьев, выполненных из эластомеров разной прочности, твердости
и теплопроводности, которые подвергаютс деформации и изгибу при планетарнороторном вращении ротора внутри статора, что приводит к выделению тепла внутри
материала зубьев, нарушению нат га в рабочей парс, отслоению эластомерной обкладки
от корпуса, а также к расслоению между эластомерными обкладками вследствие
ухудшени отвода внутреннего тепла из эластомерной обкладки сквозь слой
эластомерного материала, через стенки корпуса к промывочному раствору затрубного
пространства.
При этом температура в эластомерной обкладке может повышатьс , например, до
85°С, а увеличение нат га в рабочей паре может составл ть, например, до 0,085 мм на
диаметр на каждые 10°С повышени температуры, что приводит к нерасчетным режимам
работы, не обеспечивает максимальной мощности, момента силы на выходном валу в
режиме максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки при повышении
максимального перепада давлени (межвиткового, на зубь х статора) в режиме
максимальной мощности.
Недостатком известной конструкции вл етс также низка прочность корпуса статора и
потер его устойчивости, преимущественно при осевой нагрузке на долото и ударных
воздействи х от сов в составе изогнутой колонны бурильных труб в наклонных и
горизонтальных скважинах, например, при прохождении через радиусные участки ствола
скважины при горизонтальном бурении, что объ сн етс тем, что он выполнен составным:
из корпуса - гладкой трубы, охватываемой и охватывающей обкладок из эластомера,
выполненных в форме геликоида.
Эластомерную охватываемую обкладку (посто нной толщины) выполн ют из материала,
например, Ultra-Flex 114, а дополнительную охватывающую обкладку с внутренней
поверхностью в форме геликоида, с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми
выполн ют из более твердого и прочного материала.
При этом известный статор при использовании его в винтовом героторном
гидравлическом двигателе не обеспечивает существенных преимуществ, например
определенного темпа набора кривизны (при бурении наклонной скважины) вследствие
разрушени корпуса, например, при прохождении через радиусные участки ствола
Страница: 7
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
скважины при горизонтальном бурении, с использованием в колонне бурильных труб
гидравлических сов, с вращением (от ротора буровой) изогнутой колонны бурильных
труб, с ударными нагрузками и ударными импульсами от гидравлических сов, а также
вследствие релаксации раст гивающих напр жений в изогнутой колонне бурильных труб, в
которой установлен статор дл двигател .
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, вл етс улучшение энергетических характеристик, надежности и ресурса винтовой героторной
гидромашины при использовании за вл емого статора в винтовом забойном двигателе,
повышение максимальной мощности, момента силы на выходном валу в режиме
максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки за счет повышени максимального
перепада давлени (межвиткового, на зубь х обкладки статора) в режиме максимальной
мощности, снижени гидромеханических потерь за счет равномерного нат га во всех фазах
контакта зубьев обкладки и ротора, улучшени уплотнени по контактным лини м в зоне
полюсов зацеплени и снижени контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей
скольжени , а также за счет синхронизации работы многозаходных многошаговых винтовых
(шлюзовых) камер между зубь ми ротора и обкладки.
Другой технической задачей вл етс снижение темпа падени частоты вращени ротора при увеличении крут щего момента на долоте за счет повышени максимального
перепада давлени (межвиткового, на зубь х обкладки статора) в режиме максимальной
мощности, а также снижени веро тности возникновени резонансных поперечных
колебаний двигател в скважине при осевых нагрузках, измен емых при воздействии
двигател на забой, за счет синхронизации работы многозаходных многошаговых винтовых
(шлюзовых) камер между зубь ми ротора и обкладки.
Сущность технического решени заключаетс в том, что в статоре винтовой героторной
гидромашины, содержащем корпус с внутренней поверхностью, выполненной с
внутренними винтовыми многозаходными зубь ми, закрепленную в корпусе обкладку из
эластомера, например из резины, образующую внутренние винтовые многозаходные зубь ,
предназначенные дл размещени ротора, имеющего наружную поверхность с винтовыми
многозаходными зубь ми, причем число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев
корпуса, согласно изобретению минимальное число шагов винтовой линии каждого
внутреннего винтового зуба в корпусе на единицу больше разности чисел зубьев корпуса
и ротора, а максимальное число шагов винтовой линии каждого винтового зуба в корпусе
на единицу меньше числа зубьев ротора, при этом толщина ?Rкор стенки корпуса вдоль
впадин его внутренних винтовых зубьев и высота h внутренних винтовых зубьев в корпусе
св заны соотношением ?Rкор=(1,414...2,618)h, а отношение толщины стенки корпуса
вдоль впадин внутренних винтовых зубьев к его наружному диаметру находитс в пределах
0,08...0,14.
Толщина ?Rкор стенки корпуса вдоль впадин его внутренних винтовых зубьев выполнена
в пределах ±7% от толщины стенки корпуса в поперечном сечении впадин по кра м зубьев,
а высота h вдоль внутренних винтовых зубьев в корпусе выполнена в пределах ±7% от
высоты зубьев в корпусе в поперечном сечении по кра м зубьев.
Профиль внутренних винтовых зубьев в корпусе выполнен с высотой микронеровностей
320...640 мкм.
Твердость обкладки с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми, выполненной
из резины, составл ет 60...65 ед. Шор А.
Каждый из краев корпуса выполнен с внутренней конической резьбой и цилиндрической
расточкой, при этом максимальный диаметр цилиндрической расточки на величину высоты
внутренних винтовых зубьев в корпусе превышает диаметр окружности впадин внутренних
винтовых зубьев в корпусе.
В за вл емой конструкции за счет того, что минимальное число шагов винтовой линии
каждого внутреннего винтового зуба в корпусе на единицу больше разности чисел зубьев
корпуса и ротора, а максимальное число шагов винтовой линии каждого винтового зуба в
корпусе на единицу меньше числа зубьев ротора, при этом толщина ?Rкор стенки корпуса
Страница: 8
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
вдоль впадин его внутренних винтовых зубьев и высота h внутренних винтовых зубьев в
корпусе св заны соотношением ?Rкор=(1,414...2,618)h, а отношение толщины стенки
корпуса вдоль впадин внутренних винтовых зубьев к его наружному диаметру находитс в
пределах 0,08...0,14, повышаетс ресурс, надежность и энергетические характеристики
героторной винтовой гидравлической машины, например развиваема мощность и
крут щий момент в двигателе или развиваемое давление и расход в насосе, путем
снижени гидромеханических потерь за счет равномерного нат га во всех фазах контакта
зубьев обкладки и ротора, улучшени уплотнени по контактным лини м в зоне полюсов
зацеплени и снижени контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжени , а
также за счет синхронизации работы многозаходных многошаговых винтовых (шлюзовых)
камер между зубь ми ротора и обкладки.
При этом за вл ема конструкци обеспечивает существенные преимущества,
например, максимальный темп набора кривизны скважины дл винтового многозаходного
героторного гидравлического двигател , используемого дл бурени наклонных скважин,
например при прохождении через радиусные участки ствола скважины при горизонтальном
бурении, за счет большей прочности, упругости и пр молинейности стенок (центральной
оси) корпуса при использовании забойного двигател в колонне бурильных труб с
гидравлическими сами, с вращением (от ротора буровой) изогнутой колонны бурильных
труб, с ударными нагрузками и ударными импульсами от гидравлических сов, а также при
релаксации раст гивающих напр жений в изогнутой колонне бурильных труб.
Возможность использовани двигател в наклонных и горизонтальных скважинах
обеспечиваетс за счет повышени максимального перепада давлени (межвиткового, на
зубь х статора) в режиме максимальной мощности, который составл ет, например, 27...33
МПа, а также повышени усталостной выносливости эластомерной обкладки за счет более
прочного, с большим пределом упругости и меньшего по длине корпуса, сохранени пр молинейности его стенок, воспринимающих реакции от регул тора угла и реактивного
момента, скрепл емого с забойным двигателем при бурении изогнутой наклонной
скважины, при сохранении заданного нат га в рабочей паре ротор-статор.
За счет того, что толщина ?Rкор стенки корпуса вдоль впадин его внутренних винтовых
зубьев выполнена в пределах ±7% от толщины стенки корпуса в поперечном сечении
впадин по кра м зубьев, а высота h вдоль внутренних винтовых зубьев в корпусе
выполнена в пределах ±7% от высоты зубьев в корпусе в поперечном сечении по кра м
зубьев, обеспечиваетс меньший уровень вибраций, повышенна плавность хода и
усталостна выносливость (ресурс), повышенна стойкость: абразивна и в среде
нефтепродуктов, высока упругость, эластичность и надежность уплотнени рабочей пары
ротор-статор в режиме максимальной мощности.
За счет того, что профиль внутренних винтовых зубьев в корпусе выполнен с высотой
микронеровностей 320...640 мкм, например, электроэрозионным методом, а твердость
обкладки с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми, выполненной из резины,
составл ет 60...65 ед. Шор А, обеспечиваетс повышенна прочность креплени (адгези )
резиновой обкладки статора с поверхностью внутренних винтовых зубьев в корпусе, а
также повышенна усталостна выносливость обкладки статора.
За счет того, что каждый из краев корпуса выполнен с внутренней конической резьбой
и цилиндрической расточкой, максимальный диаметр которой на величину высоты зуба в
корпусе превышает диаметр окружности впадин его внутренних винтовых зубьев,
обеспечиваютс равнопрочные резьбовые соединени корпуса с резьбовыми
переводниками, регул торами угла и реактивного момента или другими резьбовыми
част ми компоновки низа бурильной колонны.
Ниже представлен лучший вариант конструкции статора дл винтового многозаходного
героторного гидравлического (забойного) двигател УД-195 PC с числом заходов
(отношением числа зубьев ротора и статора) 9/10 и наружным диаметром 195 мм.
На фиг.1 показан продольный разрез статора винтового многозаходного героторного
гидравлического двигател .
Страница: 9
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
На фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1 поперек статора и ротора винтового
многозаходного героторного гидравлического двигател .
На фиг.3 показан разрез Б-Б на фиг.1 поперек статора винтового многозаходного
героторного гидравлического двигател .
Статор винтовой героторной гидромашины содержит полый корпус 1 с внутренней
поверхностью 2, выполненной в форме геликоида, по существу с внутренними винтовыми
многозаходными многошаговыми зубь ми 3, закрепленную в корпусе 1 обкладку 4 из
эластомера, например из резины, выполненную в форме геликоида, по существу с
внутренними винтовыми многозаходными многошаговыми зубь ми 5, а также содержит две
внутренних конических резьбы 6, 7, расположенных по кра м соответственно 8, 9 корпуса
1, показано на фиг.1, 2, 3.
Статор предназначен дл винтового многозаходного героторного гидравлического
двигател , где поз.10 - ротор, поз.11 - центральна продольна ось ротора 10,
поз.12 - центральна продольна ось полого корпуса 1 и эластомерной обкладки 4,
закрепленной в полом корпусе 1, поз.13 - величина эксцентриситета ротора 10,
установленного в эластомерной обкладке 4 корпуса 1, поз.14 - винтовые многозаходные
многошаговые зубь ротора 10, число зубьев 14 ротора 10 на единицу меньше числа
зубьев 3 корпуса 1, показано на фиг.1, 2.
При этом шаг Т (или ход Pz) винтовой линии каждого зуба 3 равен рассто нию по
сосной поверхности между двум положени ми точки, образующей линию винтового зуба,
соответствующими ее полному обороту вокруг оси зубчатого колеса, например вокруг
центральной продольной оси 12 полого корпуса 1, а также эластомерной обкладки 4,
закрепленной в полом корпусе 1, показано, например, в ГОСТ 16530-83, стр.17.
Минимальное число шагов 15?Т винтовой линии каждого внутреннего винтового зуба 3
в корпусе 1 на единицу больше разности чисел зубьев 3 корпуса 1 и зубьев 14 ротора
10, а также на единицу больше разности чисел зубьев 5 в обкладке из эластомера 4 и
зубьев 14 ротора 10, показано на фиг.1.
Максимальное число шагов 16?Т винтовой линии каждого внутреннего винтового зуба 3
в корпусе 1, а также каждого винтового зуба 5 в обкладке из эластомера 4 на единицу
меньше числа зубьев 14 ротора 10, показано на фиг.1.
Толщина 17, ?Rкор стенки корпуса 1 вдоль впадин его внутренних винтовых зубьев 3 и
высота 18, h внутренних винтовых зубьев 3 в корпусе 1 св заны
соотношением ?Rкор=(1,414...2,618)h, а отношение толщины 17, ?R кор стенки корпуса 1 к
его наружному диаметру 19 находитс в пределах 0,08...0,14, показано на фиг.1, 2, 3.
Толщина 17, ?Rкор стенки корпуса 1 вдоль впадин внутренних винтовых зубьев 3
выполнена в пределах ±7% от толщины стенки корпуса в поперечном сечении впадин по
кра м зубьев 3, а высота 18, h вдоль внутренних винтовых зубьев 3 в корпусе 1
выполнена в пределах ±7% от высоты зубьев в корпусе 1 в поперечном сечении по кра м
зубьев 3, показано на фиг.1, 2, 3.
Профиль внутренних винтовых зубьев 3 в корпусе 1 выполнен с высотой
микронеровностей 320...640 мкм.
Твердость обкладки 4 с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми 5,
выполненной из резины ИРП-1226-5, составл ет 60...65 ед. Шор А, а наружна поверхность 19 корпуса 1 выполнена, по меньше мере, частично без механической
обработки.
На фиг.1 показано: поз.20, 21 - длина цилиндрических расточек в корпусе 1, диаметр
которых, по меньшей мере, равен диаметру впадин 28 внутренних винтовых зубьев 3 в
корпусе 1;
На фиг.1, 2 показано: поз.22 - многозаходные винтовые (шлюзовые) камеры между
зубь ми 14 ротора 10 и зубь ми 5 эластомерной обкладки 4; поз.23 - направление потока
рабочей жидкости (бурового раствора); поз.24 - толщина эластомерной обкладки 4 во
впадинах зубьев 3 корпуса 1; поз.25 - толщина эластомерной обкладки 4 на выступах
зубьев 3 корпуса 1.
Страница: 10
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Толщина 24 эластомерной обкладки 4 во впадинах зубьев 3 корпуса 1 и толщина 25
эластомерной обкладки 4 на выступах зубьев 3 корпуса 1 св заны между собой
определенным соотношением или могут быть выполнены с посто нной величиной.
Каждый из краев 8 и 9 корпуса 1 с внутренней конической резьбой 6 и 7 может быть
выполнен соответственно с цилиндрическими расточками 26 и 27 на длине 20 и 21, при
этом максимальный диаметр расточек 26 и 27 на величину высоты зуба 18, h в корпусе 1
превышает диаметр окружности 28 впадин внутренних винтовых зубьев 3, что
обеспечивает равнопрочные резьбовые соединени корпуса 1 с резьбовыми
переводниками, регул торами угла или другими резьбовыми част ми компоновки низа
бурильной колонны, показано на фиг.1, 3.
Минимальное число шагов (2) винтовой линии каждого внутреннего винтового зуба 3 в
корпусе 1 на единицу больше разности чисел зубьев 3 корпуса 1 и зубьев 14 ротора 10,
а максимальное число шагов (8) винтовой линии каждого винтового зуба 3 в корпусе 1 на
единицу меньше числа (9) зубьев 14 ротора 10, что образует типоразмер двигателей с
определенным числом заходов рабочих органов (отношением чисел зубьев ротора и
корпуса) в корпусе одного наружного диаметра, например 3/4,4/5, 5/6, 6/7, 9/10, а
также образует типоразмер двигателей и секций двигател различного диаметра и длины,
например диаметров 40...250 мм и длины 1,5...5,5 м.
Конструкци статора при ее использовании в винтовом многозаходном героторном
гидравлическом (забойном) двигателе работает следующим образом: поток бурового
раствора 23 под давлением, например, 25...30 МПа в режиме максимальной мощности по
колонне бурильных труб подаетс в многозаходные винтовые (шлюзовые) камеры 22
между зубь ми 14 ротора 10 и зубь ми 5 эластомерной обкладки 4 и образует область
высокого давлени и момент от гидравлических сил, который приводит в планетарнороторное вращение ротор 10 внутри эластомерной обкладки 4, закрепленной в полом
корпусе 1.
Винтовые зубь 5 эластомерной обкладки 4, закрепленной в полом корпусе 1,
подвергаютс сложной деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора
10 внутри статора.
Винтовые (шлюзовые) камеры 22 между зубь ми 14 ротора 10 и зубь ми 5
эластомерной обкладки 4 имеют переменный объем и периодически перемещаютс по
потоку 23 бурового раствора, который имеет плотность до 1500 кг/м 3, содержит до 2%
песка и до 5% нефтепродуктов.
Обкладка 4, выполненна из резины ИРП-1226-5, работает в напр женных услови х: при
наличии в рабочей паре (ротор 10 - обкладка 4) необходимого нат га контактное
давление составл ет 4...6 МПа, скорость скольжени 0,5...4,0 м/с, частота нагружени до 30 Гц и гидростатическое давление до 60 МПа.
Одним из существенных факторов, определ ющих нагрузки, например, в шарнирных
узлах карданного вала, соединенных с ротором 10 героторного гидравлического двигател и шпинделем, оказывающих вли ние на стойкость и эффективность работы долота,
вл ютс интенсивные поперечные колебани , обусловленные отличи ми конструкции
винтовых забойных двигателей от других типов забойных двигателей, например,
турбобуров.
Ротор 10, расположенный в обкладке 4 корпуса 1 эксцентрично, с величиной
эксцентриситета 13, при работе двигател совершает планетарное движение - вращение
вокруг своей оси 11 и обращение относительно оси 12 корпуса 1 с частотой в Zp раз
больше частоты вращени вала двигател (карданного вала, вала шпиндел ), где Zp число зубьев ротора 10, показано на фиг.2.
Основными причинами поперечных колебаний винтового забойного двигател ,
соединенного с валом шпиндел карданным валом, вл ютс инерционные силы
вращающегос с высокой частотой и значительным эксцентриситетом массивного ротора
10 и действие больших по величине поперечных гидравлических сил (перекашивающего
момента), измен ющих свое направление одновременно с вращением ротора 10.
Страница: 11
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Основна частота колебаний двигател всегда совпадает с частотой вращени ротора,
по существу, всегда в Zp раз больше частоты вращени вала (ротора) двигател .
Качественных отличий характера резонансных режимов дл всех типоразмеров
гидравлических забойных двигателей нет.
Из результатов эксплуатации известно, что собственные частоты колебаний винтовых
забойных двигателей наход тс в области рабочих частот двигател , а резонансные
режимы возникают периодически при изменении (увеличении или уменьшении) осевой
нагрузки (на долото) на 50...150 кН.
В процессе бурени скважин с непрерывным контролем нагрузки на долото и
механической скорости получено, например, что при плавном увеличении или снижении
нагрузки от 50 до 250 кН и обратно механическа скорость измен етс с резким
чередованием экстремумов (максимумов и минимумов).
Амплитуда колебаний корпуса винтового забойного двигател в режиме поперечных
резонансных колебаний ротора 10 винтового забойного двигател увеличиваетс многократно, при этом многократно увеличиваютс потери мощности двигател на
поперечные колебани , а также многократно снижаетс механическа скорость проходки
скважины.
При выполнении статора винтового многозаходного героторного гидравлического
двигател таким образом, что минимальное число шагов 15?Т винтовой линии каждого
внутреннего винтового зуба 3 в корпусе 1 на единицу больше разности чисел зубьев 3
корпуса 1 и зубьев 14 ротора 10, а также на единицу больше разности чисел зубьев 5 в
обкладке из эластомера 4 и зубьев 14 ротора 10, а максимальное число шагов 16?Т
винтовой линии каждого внутреннего винтового зуба 3 в корпусе 1, а также каждого
винтового зуба 5 в обкладке из эластомера 4 на единицу меньше числа зубьев 14 ротора
10, обеспечиваетс синхронизаци работы многозаходных многошаговых винтовых
(шлюзовых) камер между зубь ми 14 ротора 10 и обкладки 4 дл двигателей с разным
числом заходов рабочих органов (отношением чисел зубьев ротора и корпуса) в корпусе
одного наружного диаметра), например, с заходностью 3/4, 4/5, 5/6, 6/7, а также 9/10.
Например, в режиме максимальной мощности частота вращени вала шпиндел составл ет (1,4...2)c -1; момент силы на выходном валу составл ет (14...18) кН?м; перепад
давлени (межвиткового, на зубь х статора) в режиме максимальной мощности составл ет
27...33 МПа; осева нагрузка составл ет 250 кН, а при достижении частоты
колебаний ?=75 рад/с наступает режим резонанса, амплитуда колебаний составл ет ?0,33
мм, при этом до использовани существенных признаков за вл емого статора винтового
забойного двигател амплитуда колебаний составл ла ?2,5 мм.
При этом снижаютс гидромеханические потери за счет равномерного нат га во всех
фазах контакта зубьев обкладки и ротора, улучшени уплотнени по контактным лини м в
зоне полюсов зацеплени и снижени контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей
скольжени , что обеспечивает наибольшее снижение амплитуды колебаний корпуса
винтового забойного двигател в услови х резонанса, обеспечивает наилучший эффект
демпфировани поперечных колебаний ротора винтового забойного двигател на других
режимах работы.
При использовании за вл емой конструкции статора повышаютс энергетические
характеристики винтового многозаходного героторного гидравлического двигател ,
надежность и ресурс, максимальна мощность, момент силы на выходном валу в режиме
максимальной мощности и допустима осева нагрузка на долото, обеспечиваетс без
поломок заданный темп набора кривизны при прохождении через радиусные участки
ствола скважины при горизонтальном бурении.
Формула изобретени 1. Статор винтовой героторной гидромашины, содержащий корпус с внутренней
поверхностью, выполненной с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми,
закрепленную в корпусе обкладку из эластомера, например из резины, образующую
Страница: 12
CL
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
внутренние винтовые многозаходные зубь , предназначенные дл размещени ротора,
имеющего наружную поверхность с винтовыми многозаходными зубь ми, причем число
зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев корпуса, отличающийс тем, что
минимальное число шагов винтовой линии каждого внутреннего винтового зуба в корпусе
на единицу больше разности чисел зубьев корпуса и ротора, а максимальное число шагов
винтовой линии каждого винтового зуба в корпусе на единицу меньше числа зубьев
ротора, при этом толщина ?Rкор стенки корпуса вдоль впадин его внутренних винтовых
зубьев и высота h внутренних винтовых зубьев в корпусе св заны
соотношением ?Rкор=(1,414...2,618)h, а отношение толщины стенки корпуса вдоль впадин
внутренних винтовых зубьев к его наружному диаметру находитс в пределах 0,08...0,14.
2. Статор винтовой героторной гидромашины по п.1, отличающийс тем, что
толщина ?Rкор стенки корпуса вдоль впадин его внутренних винтовых зубьев выполнена в
пределах ±7% от толщины стенки корпуса в поперечном сечении впадин по кра м зубьев, а
высота h вдоль внутренних винтовых зубьев в корпусе выполнена в пределах ±7% от
высоты зубьев в корпусе в поперечном сечении по кра м зубьев.
3. Статор винтовой героторной гидромашины по п.1, отличающийс тем, что профиль
внутренних винтовых зубьев в корпусе выполнен с высотой микронеровностей 320...640
мкм.
4. Статор винтовой героторной гидромашины по п.1, отличающийс тем, что твердость
обкладки с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми, выполненной из резины,
составл ет 60...65 ед. Шор А.
5. Статор винтовой героторной гидромашины по п.1, отличающийс тем, что каждый из
краев корпуса выполнен с внутренней конической резьбой и цилиндрической расточкой,
при этом максимальный диаметр цилиндрической расточки на величину высоты внутренних
винтовых зубьев в корпусе превышает диаметр окружности впадин внутренних винтовых
зубьев в корпусе.
30
35
40
45
50
Страница: 13
RU 2 300 617 C2
Страница: 14
DR
RU 2 300 617 C2
Страница: 15
атериала зубьев.
При этом температура в эластомерной обкладке может повышатьс , например, до
60°С, а увеличение нат га в рабочей паре может составл ть, например, до 0,05 мм на
диаметр на каждые 10°С повышени температуры, что приводит к нарушению уплотнени в
рабочей паре и разрушению зубьев в эластомерной обкладке статора.
Дл известной конструкции существует ограничение между перепадом давлени (межвитковым, на зубь х статора) в режиме максимальной мощности и величиной нат га
зубьев ротора в зубь х статора, а перепад давлени в режиме максимальной мощности
составл ет, например, 10...13 МПа, что не позвол ет повышать момент силы на выходном
валу в режиме максимальной мощности, снижать темп износа рабочих поверхностей, не
обеспечивает возможности отработки рабочих пар до больших зазоров, при этом средний
ресурс рабочей пары не превышает 300 часов.
Диапазон используемых в России винтовых забойных двигателей составл ет, например,
от двигател Д-55 до двигател Д-240, а диапазон момента силы на выходном валу в
режиме максимальной мощности составл ет от 0,2...0,34 до 10...14 кН?м.
При этом максимальный перепад давлени (межвитковый, на зубь х статора) в режиме
максимальной мощности, например, на зубь х двигател ДР-95 составл ет 9...14 МПа
(Журнал "Строительство нефт ных и газовых скважин на суше и на море". - М.: ОАО
"ВНИИОЭНГ", №9, 2003, с.8).
Известен эксцентриковый винтовой насос или эксцентриковый винтовой двигатель,
содержащий оболочку (остов) с наружной и внутренней поверхност ми, выполненными в
форме геликоида с полностью облицованным статором, в котором на торцовых кра х
содержатс уплотнени и стопорные кольца, которые монолитно переход т в облицовку
посто нной толщины из эластомера дл металлической оболочки (US 6666668 B1, Dec. 23,
2003).
Известна конструкци скрепл етс шпильками, гайками и фланцами снаружи остова, а
используетс в наземном оборудовании, например, дл героторных гидравлических
винтовых насосов, где нет ограничений по наружным габаритам.
Недостатком известной конструкции вл етс невозможность ее использовани в
скважинах, в обсадных трубах, например, дл многозаходных героторных гидравлических
двигателей дл бурени нефт ных и газовых скважин.
Это объ сн етс увеличенной по диаметру входной стороны, а также выходной стороны
части оболочки, уплотнений и стопорных колец, которые монолитно переход т в
облицовку, выполненную из эластомера с посто нной толщиной.
Дл героторных механизмов винтовых забойных двигателей, размещаемых в нефт ных
и газовых скважинах, использование известной конструкции не обеспечивает
существенных преимуществ.
Страница: 4
DE
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Известен статор винтового гидромотора, содержащий полый корпус с внутренней и
наружной поверхност ми в форме геликоида, внутренние конические резьбы по кра м
полого корпуса, закрепленную в корпусе обкладку из эластомера, образующую внутренние
винтовые многозаходные зубь , предназначенные дл размещени внутри корпуса ротора
с наружными винтовыми многозаходными зубь ми, а число зубьев ротора на единицу
меньше числа зубьев эластомерной обкладки корпуса (US 6309195 B1, Oct. 30, 2001).
Недостатком известной конструкции вл етс низка прочность и жесткость
(устойчивость) полого корпуса, преимущественно при осевой нагрузке на долото и
ударных воздействи х от сов в составе изогнутой колонны бурильных труб, при
прохождении через радиусные участки ствола скважин при горизонтальном бурении, что
объ сн етс уменьшенным поперечным сечением полого корпуса и его наружной
поверхностью, выполненной в форме геликоида.
Недостатки известной конструкции объ сн ютс также низким модулем упругости полого
тонкостенного корпуса, что определ ет недостаточную усталостную выносливость (ресурс)
дл обеспечени максимального перепада давлени (межвиткового, на зубь х статора) в
режиме максимальной мощности, а также объ сн ютс релаксацией напр жений в
материале полого корпуса, которые искажают профиль сопр жени рабочей пары роторстатор, вследствие чего уменьшаетс герметичность рабочей пары и возможность
обеспечени энергетических характеристик, ресурса и надежности винтового героторного
гидромотора с использованием известного статора при максимальном перепаде давлени (межвиткового, на зубь х статора) в режиме максимальной мощности.
Известен статор винтового героторного гидромотора, содержащий полый корпус,
установленную в нем статорную гильзу с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми
(или с внутренней и наружной поверхностью, выполненной в форме геликоида), а также
закрепленную в статорной гильзе обкладку с внутренними винтовыми многозаходными
зубь ми, выполненную из эластомера, например из резины (US 5171138, Dec. 15, 1992).
В известной конструкции статорна гильза выполнена в виде штампованной
металлической трубчатой оболочки с внутренними и наружными винтовыми
многозаходными зубь ми.
Недостатком известной конструкции вл етс неполное использование возможности
повышени энергетических характеристик, ресурса и надежности винтового героторного
гидромотора с использованием известного статора, повышени максимальной мощности,
момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимой осевой
нагрузки (на долото) при повышении максимального перепада давлени (межвиткового, на
зубь х статора) в режиме максимальной мощности.
Недостатки известной конструкции объ сн ютс низким модулем упругости статорной
трубчатой гильзы, ее плохой свариваемостью с массивным полым корпусом, что
определ ет недостаточную усталостную выносливость (ресурс) статорной гильзы дл обеспечени максимального перепада давлени (межвиткового, на зубь х статора) в
режиме максимальной мощности.
Недостатки известной конструкции объ сн ютс также релаксацией напр жений в
материале штампованной металлической статорной гильзы, которые искажают профиль
сопр жени рабочей пары ротор-статор, вследствие чего уменьшаетс герметичность
рабочей пары и возможность обеспечени энергетических характеристик, ресурса и
надежности винтового героторного гидромотора с использованием известного статора при
максимальном перепаде давлени (межвиткового, на зубь х статора) в режиме
максимальной мощности.
Недостатки известной конструкции объ сн ютс также циклическим нагружением
выполненных из эластомера винтовых зубьев в обкладке статора, а также статорной
трубчатой гильзы с внутренними и наружными винтовыми многозаходными зубь ми,
обладающими малой жесткостью, которые подвергаютс высокой деформации и изгибу при
планетарно-роторном вращении ротора внутри статора, что приводит к выделению тепла
внутри материала зубьев, а также к отслоению эластомерной обкладки от статорной
Страница: 5
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
гильзы.
При этом температура в эластомерной обкладке может повышатьс более интенсивно
за счет ее меньшей массы, например, до 80°С, а увеличение нат га в рабочей паре может
составл ть, например, до 0,08 мм на диаметр на каждые 10°С повышени температуры,
что приводит к нерасчетным режимам работы, не обеспечивает максимальной мощности,
момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимой осевой
нагрузки при повышении максимального перепада давлени (межвиткового, на зубь х
статора) в режиме максимальной мощности.
Известен винтовой героторный гидравлический насос или мотор, в котором статор
выполнен в виде корпуса с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми,
закрепленную в корпусе обкладку из эластомера, образующую внутренние винтовые
многозаходные зубь , размещенный внутри корпуса ротор с наружными винтовыми
многозаходными зубь ми, а число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев корпуса
(US 6358027 B1, Mar. 19, 2002).
Известна конструкци используетс в качестве насоса дл выкачивани нефти из
вертикальных скважин, дл чего профиль ротора вдоль продольной оси выполнен
корригированным: с меньшим поперечным сечением и меньшей толщиной зубьев в нижней
части насоса, показано на фиг.9, по сравнению с толщиной зубьев в верхней,
нагнетающей части насоса, показано на фиг.6.
При этом профиль статора вдоль продольной оси также выполнен с разной толщиной
эластомерной обкладки и (или) с уменьшением ширины впадин внутренних зубьев от
верхней к нижней част м корпуса.
В нижней части насоса, показано на фиг.15, 20, имеетс гарантированный зазор, в
верхней, нагнетающей части насоса, имеетс нат г, показано на фиг.13, 17, а при
осевом перемещении ротора относительно центральной оси статора можно измен ть
величину нат га и (или) зазора.
Недостатком известной конструкции вл етс отсутствие существенных преимуществ
регулировки и обеспечени требуемого радиального нат га зубьев рабочей пары роторстатор за счет осевого перемещени ротора относительно статора при бурении наклонных
и горизонтальных скважин, например, при прохождении через радиусные участки ствола
скважины при горизонтальном бурении, а также неполное использование возможности
повышени энергетических характеристик, ресурса и надежности при использовании
известной конструкции в качестве винтового героторного гидромотора дл бурени наклонных скважин, в изогнутой колонне бурильных труб, содержащей гидравлические сы,
а также повышени максимальной мощности, момента силы на выходном валу в режиме
максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки (на долото) при повышении
максимального перепада давлени (межвиткового, на зубь х статора) в режиме
максимальной мощности.
Дл известной конструкции существует ограничение между перепадом давлени (межвитковым, на зубь х статора) в режиме максимальной мощности и величиной нат га
зубьев ротора в зубь х статора, при этом вместо нат га в известной конструкции в
нижней части рабочей пары ротор-статор выполнен гарантированный зазор, что не
позвол ет повышать момент силы на выходном валу в режиме максимальной мощности,
снижать темп износа рабочих поверхностей, не обеспечивает возможности отработки
рабочих пар до больших зазоров.
Другим недостатком известной конструкции вл етс низка прочность и точность
корпуса: трубчатых деталей вследствие их выполнени в виде сварных узлов, что
объ сн етс увеличенными в поперечном сечении габаритами, релаксацией напр жений
присоединенных радиально фланцев, искривлением стенок корпуса, а также их
центральной оси.
Другим недостатком известной конструкции вл ютс большие поперечные силы
(перекашивающий момент), действующие на совершающий планетарно-роторное
вращение ротор, размещенный внутри эластомерной обкладки корпуса, вследствие
Страница: 6
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
гарантированных зазоров в нижней части рабочей пары ротор-статор, которые уменьшают
ресурс и надежность.
Наиболее близким к за вл емой конструкции вл етс статор винтового героторного
гидравлического насоса или мотора, содержащий корпус с внутренней поверхностью,
выполненной с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми, закрепленными в
корпусе, охватываемую и охватывающую обкладки из эластомера, при этом охватываема обкладка выполнена с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми,
предназначенными дл размещени ротора, имеющего наружную поверхность с винтовыми
многозаходными зубь ми, охватывающа обкладка скреплена с охватываемой обкладкой и
с внутренней поверхностью корпуса, а число зубьев ротора на единицу меньше числа
зубьев корпуса (US 6881045 В2, Apr. 19, 2005 - прототип).
Недостатком известного статора вл етс неполна возможность улучшени энергетических характеристик, надежности и ресурса винтовой героторной гидромашины
при использовании статора в винтовом забойном двигателе, повышени максимальной
мощности, момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и
допустимой осевой нагрузки за счет повышени максимального перепада давлени (межвиткового, на зубь х обкладки статора) в режиме максимальной мощности, снижени гидромеханических потерь за счет равномерного нат га во всех фазах контакта зубьев
обкладки и ротора, улучшени уплотнени по контактным лини м в зоне полюсов
зацеплени и снижени контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжени , а
также за счет синхронизации работы многозаходных многошаговых винтовых (шлюзовых)
камер между зубь ми ротора и обкладки.
Недостатки известного статора дл двигател объ сн ютс также циклическим
нагруженном винтовых зубьев, выполненных из эластомеров разной прочности, твердости
и теплопроводности, которые подвергаютс деформации и изгибу при планетарнороторном вращении ротора внутри статора, что приводит к выделению тепла внутри
материала зубьев, нарушению нат га в рабочей парс, отслоению эластомерной обкладки
от корпуса, а также к расслоению между эластомерными обкладками вследствие
ухудшени отвода внутреннего тепла из эластомерной обкладки сквозь слой
эластомерного материала, через стенки корпуса к промывочному раствору затрубного
пространства.
При этом температура в эластомерной обкладке может повышатьс , например, до
85°С, а увеличение нат га в рабочей паре может составл ть, например, до 0,085 мм на
диаметр на каждые 10°С повышени температуры, что приводит к нерасчетным режимам
работы, не обеспечивает максимальной мощности, момента силы на выходном валу в
режиме максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки при повышении
максимального перепада давлени (межвиткового, на зубь х статора) в режиме
максимальной мощности.
Недостатком известной конструкции вл етс также низка прочность корпуса статора и
потер его устойчивости, преимущественно при осевой нагрузке на долото и ударных
воздействи х от сов в составе изогнутой колонны бурильных труб в наклонных и
горизонтальных скважинах, например, при прохождении через радиусные участки ствола
скважины при горизонтальном бурении, что объ сн етс тем, что он выполнен составным:
из корпуса - гладкой трубы, охватываемой и охватывающей обкладок из эластомера,
выполненных в форме геликоида.
Эластомерную охватываемую обкладку (посто нной толщины) выполн ют из материала,
например, Ultra-Flex 114, а дополнительную охватывающую обкладку с внутренней
поверхностью в форме геликоида, с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми
выполн ют из более твердого и прочного материала.
При этом известный статор при использовании его в винтовом героторном
гидравлическом двигателе не обеспечивает существенных преимуществ, например
определенного темпа набора кривизны (при бурении наклонной скважины) вследствие
разрушени корпуса, например, при прохождении через радиусные участки ствола
Страница: 7
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
скважины при горизонтальном бурении, с использованием в колонне бурильных труб
гидравлических сов, с вращением (от ротора буровой) изогнутой колонны бурильных
труб, с ударными нагрузками и ударными импульсами от гидравлических сов, а также
вследствие релаксации раст гивающих напр жений в изогнутой колонне бурильных труб, в
которой установлен статор дл двигател .
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, вл етс улучшение энергетических характеристик, надежности и ресурса винтовой героторной
гидромашины при использовании за вл емого статора в винтовом забойном двигателе,
повышение максимальной мощности, момента силы на выходном валу в режиме
максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки за счет повышени максимального
перепада давлени (межвиткового, на зубь х обкладки статора) в режиме максимальной
мощности, снижени гидромеханических потерь за счет равномерного нат га во всех фазах
контакта зубьев обкладки и ротора, улучшени уплотнени по контактным лини м в зоне
полюсов зацеплени и снижени контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей
скольжени , а также за счет синхронизации работы многозаходных многошаговых винтовых
(шлюзовых) камер между зубь ми ротора и обкладки.
Другой технической задачей вл етс снижение темпа падени частоты вращени ротора при увеличении крут щего момента на долоте за счет повышени максимального
перепада давлени (межвиткового, на зубь х обкладки статора) в режиме максимальной
мощности, а также снижени веро тности возникновени резонансных поперечных
колебаний двигател в скважине при осевых нагрузках, измен емых при воздействии
двигател на забой, за счет синхронизации работы многозаходных многошаговых винтовых
(шлюзовых) камер между зубь ми ротора и обкладки.
Сущность технического решени заключаетс в том, что в статоре винтовой героторной
гидромашины, содержащем корпус с внутренней поверхностью, выполненной с
внутренними винтовыми многозаходными зубь ми, закрепленную в корпусе обкладку из
эластомера, например из резины, образующую внутренние винтовые многозаходные зубь ,
предназначенные дл размещени ротора, имеющего наружную поверхность с винтовыми
многозаходными зубь ми, причем число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев
корпуса, согласно изобретению минимальное число шагов винтовой линии каждого
внутреннего винтового зуба в корпусе на единицу больше разности чисел зубьев корпуса
и ротора, а максимальное число шагов винтовой линии каждого винтового зуба в корпусе
на единицу меньше числа зубьев ротора, при этом толщина ?Rкор стенки корпуса вдоль
впадин его внутренних винтовых зубьев и высота h внутренних винтовых зубьев в корпусе
св заны соотношением ?Rкор=(1,414...2,618)h, а отношение толщины стенки корпуса
вдоль впадин внутренних винтовых зубьев к его наружному диаметру находитс в пределах
0,08...0,14.
Толщина ?Rкор стенки корпуса вдоль впадин его внутренних винтовых зубьев выполнена
в пределах ±7% от толщины стенки корпуса в поперечном сечении впадин по кра м зубьев,
а высота h вдоль внутренних винтовых зубьев в корпусе выполнена в пределах ±7% от
высоты зубьев в корпусе в поперечном сечении по кра м зубьев.
Профиль внутренних винтовых зубьев в корпусе выполнен с высотой микронеровностей
320...640 мкм.
Твердость обкладки с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми, выполненной
из резины, составл ет 60...65 ед. Шор А.
Каждый из краев корпуса выполнен с внутренней конической резьбой и цилиндрической
расточкой, при этом максимальный диаметр цилиндрической расточки на величину высоты
внутренних винтовых зубьев в корпусе превышает диаметр окружности впадин внутренних
винтовых зубьев в корпусе.
В за вл емой конструкции за счет того, что минимальное число шагов винтовой линии
каждого внутреннего винтового зуба в корпусе на единицу больше разности чисел зубьев
корпуса и ротора, а максимальное число шагов винтовой линии каждого винтового зуба в
корпусе на единицу меньше числа зубьев ротора, при этом толщина ?Rкор стенки корпуса
Страница: 8
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
вдоль впадин его внутренних винтовых зубьев и высота h внутренних винтовых зубьев в
корпусе св заны соотношением ?Rкор=(1,414...2,618)h, а отношение толщины стенки
корпуса вдоль впадин внутренних винтовых зубьев к его наружному диаметру находитс в
пределах 0,08...0,14, повышаетс ресурс, надежность и энергетические характеристики
героторной винтовой гидравлической машины, например развиваема мощность и
крут щий момент в двигателе или развиваемое давление и расход в насосе, путем
снижени гидромеханических потерь за счет равномерного нат га во всех фазах контакта
зубьев обкладки и ротора, улучшени уплотнени по контактным лини м в зоне полюсов
зацеплени и снижени контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжени , а
также за счет синхронизации работы многозаходных многошаговых винтовых (шлюзовых)
камер между зубь ми ротора и обкладки.
При этом за вл ема конструкци обеспечивает существенные преимущества,
например, максимальный темп набора кривизны скважины дл винтового многозаходного
героторного гидравлического двигател , используемого дл бурени наклонных скважин,
например при прохождении через радиусные участки ствола скважины при горизонтальном
бурении, за счет большей прочности, упругости и пр молинейности стенок (центральной
оси) корпуса при использовании забойного двигател в колонне бурильных труб с
гидравлическими сами, с вращением (от ротора буровой) изогнутой колонны бурильных
труб, с ударными нагрузками и ударными импульсами от гидравлических сов, а также при
релаксации раст гивающих напр жений в изогнутой колонне бурильных труб.
Возможность использовани двигател в наклонных и горизонтальных скважинах
обеспечиваетс за счет повышени максимального перепада давлени (межвиткового, на
зубь х статора) в режиме максимальной мощности, который составл ет, например, 27...33
МПа, а также повышени усталостной выносливости эластомерной обкладки за счет более
прочного, с большим пределом упругости и меньшего по длине корпуса, сохранени пр молинейности его стенок, воспринимающих реакции от регул тора угла и реактивного
момента, скрепл емого с забойным двигателем при бурении изогнутой наклонной
скважины, при сохранении заданного нат га в рабочей паре ротор-статор.
За счет того, что толщина ?Rкор стенки корпуса вдоль впадин его внутренних винтовых
зубьев выполнена в пределах ±7% от толщины стенки корпуса в поперечном сечении
впадин по кра м зубьев, а высота h вдоль внутренних винтовых зубьев в корпусе
выполнена в пределах ±7% от высоты зубьев в корпусе в поперечном сечении по кра м
зубьев, обеспечиваетс меньший уровень вибраций, повышенна плавность хода и
усталостна выносливость (ресурс), повышенна стойкость: абразивна и в среде
нефтепродуктов, высока упругость, эластичность и надежность уплотнени рабочей пары
ротор-статор в режиме максимальной мощности.
За счет того, что профиль внутренних винтовых зубьев в корпусе выполнен с высотой
микронеровностей 320...640 мкм, например, электроэрозионным методом, а твердость
обкладки с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми, выполненной из резины,
составл ет 60...65 ед. Шор А, обеспечиваетс повышенна прочность креплени (адгези )
резиновой обкладки статора с поверхностью внутренних винтовых зубьев в корпусе, а
также повышенна усталостна выносливость обкладки статора.
За счет того, что каждый из краев корпуса выполнен с внутренней конической резьбой
и цилиндрической расточкой, максимальный диаметр которой на величину высоты зуба в
корпусе превышает диаметр окружности впадин его внутренних винтовых зубьев,
обеспечиваютс равнопрочные резьбовые соединени корпуса с резьбовыми
переводниками, регул торами угла и реактивного момента или другими резьбовыми
част ми компоновки низа бурильной колонны.
Ниже представлен лучший вариант конструкции статора дл винтового многозаходного
героторного гидравлического (забойного) двигател УД-195 PC с числом заходов
(отношением числа зубьев ротора и статора) 9/10 и наружным диаметром 195 мм.
На фиг.1 показан продольный разрез статора винтового многозаходного героторного
гидравлического двигател .
Страница: 9
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
На фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1 поперек статора и ротора винтового
многозаходного героторного гидравлического двигател .
На фиг.3 показан разрез Б-Б на фиг.1 поперек статора винтового многозаходного
героторного гидравлического двигател .
Статор винтовой героторной гидромашины содержит полый корпус 1 с внутренней
поверхностью 2, выполненной в форме геликоида, по существу с внутренними винтовыми
многозаходными многошаговыми зубь ми 3, закрепленную в корпусе 1 обкладку 4 из
эластомера, например из резины, выполненную в форме геликоида, по существу с
внутренними винтовыми многозаходными многошаговыми зубь ми 5, а также содержит две
внутренних конических резьбы 6, 7, расположенных по кра м соответственно 8, 9 корпуса
1, показано на фиг.1, 2, 3.
Статор предназначен дл винтового многозаходного героторного гидравлического
двигател , где поз.10 - ротор, поз.11 - центральна продольна ось ротора 10,
поз.12 - центральна продольна ось полого корпуса 1 и эластомерной обкладки 4,
закрепленной в полом корпусе 1, поз.13 - величина эксцентриситета ротора 10,
установленного в эластомерной обкладке 4 корпуса 1, поз.14 - винтовые многозаходные
многошаговые зубь ротора 10, число зубьев 14 ротора 10 на единицу меньше числа
зубьев 3 корпуса 1, показано на фиг.1, 2.
При этом шаг Т (или ход Pz) винтовой линии каждого зуба 3 равен рассто нию по
сосной поверхности между двум положени ми точки, образующей линию винтового зуба,
соответствующими ее полному обороту вокруг оси зубчатого колеса, например вокруг
центральной продольной оси 12 полого корпуса 1, а также эластомерной обкладки 4,
закрепленной в полом корпусе 1, показано, например, в ГОСТ 16530-83, стр.17.
Минимальное число шагов 15?Т винтовой линии каждого внутреннего винтового зуба 3
в корпусе 1 на единицу больше разности чисел зубьев 3 корпуса 1 и зубьев 14 ротора
10, а также на единицу больше разности чисел зубьев 5 в обкладке из эластомера 4 и
зубьев 14 ротора 10, показано на фиг.1.
Максимальное число шагов 16?Т винтовой линии каждого внутреннего винтового зуба 3
в корпусе 1, а также каждого винтового зуба 5 в обкладке из эластомера 4 на единицу
меньше числа зубьев 14 ротора 10, показано на фиг.1.
Толщина 17, ?Rкор стенки корпуса 1 вдоль впадин его внутренних винтовых зубьев 3 и
высота 18, h внутренних винтовых зубьев 3 в корпусе 1 св заны
соотношением ?Rкор=(1,414...2,618)h, а отношение толщины 17, ?R кор стенки корпуса 1 к
его наружному диаметру 19 находитс в пределах 0,08...0,14, показано на фиг.1, 2, 3.
Толщина 17, ?Rкор стенки корпуса 1 вдоль впадин внутренних винтовых зубьев 3
выполнена в пределах ±7% от толщины стенки корпуса в поперечном сечении впадин по
кра м зубьев 3, а высота 18, h вдоль внутренних винтовых зубьев 3 в корпусе 1
выполнена в пределах ±7% от высоты зубьев в корпусе 1 в поперечном сечении по кра м
зубьев 3, показано на фиг.1, 2, 3.
Профиль внутренних винтовых зубьев 3 в корпусе 1 выполнен с высотой
микронеровностей 320...640 мкм.
Твердость обкладки 4 с внутренними винтовыми многозаходными зубь ми 5,
выполненной из резины ИРП-1226-5, составл ет 60...65 ед. Шор А, а наружна поверхность 19 корпуса 1 выполнена, по меньше мере, частично без механической
обработки.
На фиг.1 показано: поз.20, 21 - длина цилиндрических расточек в корпусе 1, диаметр
которых, по меньшей мере, равен диаметру впадин 28 внутренних винтовых зубьев 3 в
корпусе 1;
На фиг.1, 2 показано: поз.22 - многозаходные винтовые (шлюзовые) камеры между
зубь ми 14 ротора 10 и зубь ми 5 эластомерной обкладки 4; поз.23 - направление потока
рабочей жидкости (бурового раствора); поз.24 - толщина эластомерной обкладки 4 во
впадинах зубьев 3 корпуса 1; поз.25 - толщина эластомерной обкладки 4 на выступах
зубьев 3 корпуса 1.
Страница: 10
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Толщина 24 эластомерной обкладки 4 во впадинах зубьев 3 корпуса 1 и толщина 25
эластомерной обкладки 4 на выступах зубьев 3 корпуса 1 св заны между собой
определенным соотношением или могут быть выполнены с посто нной величиной.
Каждый из краев 8 и 9 корпуса 1 с внутренней конической резьбой 6 и 7 может быть
выполнен соответственно с цилиндрическими расточками 26 и 27 на длине 20 и 21, при
этом максимальный диаметр расточек 26 и 27 на величину высоты зуба 18, h в корпусе 1
превышает диаметр окружности 28 впадин внутренних винтовых зубьев 3, что
обеспечивает равнопрочные резьбовые соединени корпуса 1 с резьбовыми
переводниками, регул торами угла или другими резьбовыми част ми компоновки низа
бурильной колонны, показано на фиг.1, 3.
Минимальное число шагов (2) винтовой линии каждого внутреннего винтового зуба 3 в
корпусе 1 на единицу больше разности чисел зубьев 3 корпуса 1 и зубьев 14 ротора 10,
а максимальное число шагов (8) винтовой линии каждого винтового зуба 3 в корпусе 1 на
единицу меньше числа (9) зубьев 14 ротора 10, что образует типоразмер двигателей с
определенным числом заходов рабочих органов (отношением чисел зубьев ротора и
корпуса) в корпусе одного наружного диаметра, например 3/4,4/5, 5/6, 6/7, 9/10, а
также образует типоразмер двигателей и секций двигател различного диаметра и длины,
например диаметров 40...250 мм и длины 1,5...5,5 м.
Конструкци статора при ее использовании в винтовом многозаходном героторном
гидравлическом (забойном) двигателе работает следующим образом: поток бурового
раствора 23 под давлением, например, 25...30 МПа в режиме максимальной мощности по
колонне бурильных труб подаетс в многозаходные винтовые (шлюзовые) камеры 22
между зубь ми 14 ротора 10 и зубь ми 5 эластомерной обкладки 4 и образует область
высокого давлени и момент от гидравлических сил, который приводит в планетарнороторное вращение ротор 10 внутри эластомерной обкладки 4, закрепленной в полом
корпусе 1.
Винтовые зубь 5 эластомерной обкладки 4, закрепленной в полом корпусе 1,
подвергаютс сложной деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора
10 внутри статора.
Винтовые (шлюзовые) камеры 22 между зубь ми 14 ротора 10 и зубь ми 5
эластомерной обкладки 4 имеют переменный объем и периодически перемещаютс по
потоку 23 бурового раствора, который имеет плотность до 1500 кг/м 3, содержит до 2%
песка и до 5% нефтепродуктов.
Обкладка 4, выполненна из резины ИРП-1226-5, работает в напр женных услови х: при
наличии в рабочей паре (ротор 10 - обкладка 4) необходимого нат га контактное
давление составл ет 4...6 МПа, скорость скольжени 0,5...4,0 м/с, частота нагружени до 30 Гц и гидростатическое давление до 60 МПа.
Одним из существенных факторов, определ ющих нагрузки, например, в шарнирных
узлах карданного вала, соединенных с ротором 10 героторного гидравлического двигател и шпинделем, оказывающих вли ние на стойкость и эффективность работы долота,
вл ютс интенсивные поперечные колебани , обусловленные отличи ми конструкции
винтовых забойных двигателей от других типов забойных двигателей, например,
турбобуров.
Ротор 10, расположенный в обкладке 4 корпуса 1 эксцентрично, с величиной
эксцентриситета 13, при работе двигател совершает планетарное движение - вращение
вокруг своей оси 11 и обращение относительно оси 12 корпуса 1 с частотой в Zp раз
больше частоты вращени вала двигател (карданного вала, вала шпиндел ), где Zp число зубьев ротора 10, показано на фиг.2.
Основными причинами поперечных колебаний винтового забойного двигател ,
соединенного с валом шпиндел карданным валом, вл ютс инерционные силы
вращающегос с высокой частотой и значительным эксцентриситетом массивного ротора
10 и действие больших по величине поперечных гидравлических сил (перекашивающего
момента), измен ющих свое направление одновременно с вращением ротора 10.
Страница: 11
RU 2 300 617 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Основна частота колебаний двигател всегда совпадает с частотой вращени ротора,
по существу, всегда в Zp раз больше частоты вращени вала (ротора) двигател .
Качественных отличий характера резонансных режимов дл всех типоразмеров
гидравлических забойных двигателей нет.
Из результатов эксплуатации известно, что собственные частоты колебаний винтовых
забойных двигателей наход тс в области рабочих частот двигател , а резонансные
режимы возникают периодически при изменении (увеличении или уменьшении) осевой
нагрузки (на долото) на 50...150 кН.
В процессе бурени скважин с непрерывным контролем нагрузки на долото и
механической скорости получено, например, что при плавном увеличении или снижении
нагрузки от 50 до 250 кН и обратно механическа скорость измен етс с резким
чередованием экстремумов (максимумов и минимумов).
Амплитуда колебаний корпуса
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
274 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа