СТАТОР ВИНТОВОЙ ГЕРОТОРНОЙ ГИДРОМАШИНЫ

Полезная модель относится к винтовым героторным гидромашинам, а именно к винтовым забойным двигателям, предназначенным для бурения и капитального ремонта скважин, а также к винтовым насосам для добычи нефти и перекачивания газожидкостных смесей широкого спектра вязкости. Эти двигатели и насосы содержат статор с внутренними винтовыми зубьями и ротор с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев статора.
Известен статор винтового забойного двигателя, описанный в книге авторов Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко, А.Н. Гноевых «Одновинтовые гидравлические машины» (М, ООО «ИРЦ Газпром» - 2006, т. 2, стр. 66), содержащий полый корпус с внутренней цилиндрической поверхностью, с закрепленной в нем резиновой обкладкой с внутренними винтовыми зубьями, и ротор с наружными винтовыми зубьями.
Недостатком конструкции статора является недостаточная изгибная жесткость зубьев. Это объясняется напряженно-деформированным состоянием упруго-эластичной обкладки статора, имеющей монолитно выполненные зубья. При работе винтовой героторной гидромашины (двигателя или насоса) резиновые зубья статора подвергаются большим циклическим нагрузкам, что вызывает деформацию, изгиб зубьев, искажение геометрии зацепления и утечки рабочей жидкости. При работе двигателя утечки приводят к снижению крутящего момента и мощности двигателя, а при работе насоса - к снижению производительности и развиваемого давления. Большие циклические деформации зубьев статора приводят также к разогреву резины. Из-за низкой теплопроводности резины, в центре зубьев обкладки возникает перегрев резины, резина становится хрупкой, зубья выкрашиваются и статор преждевременно
выходит из строя. Для снижения напряжений в резиновых зубьях, повышения энергетических характеристик и долговечности винтовых героторных гидромашин увеличивают длину статора, что приводит к повышению материалоемкости, трудоемкости и себестоимости изготовления двигателей и насосов. Увеличение длины статора также ограничено технологическими возможностями оборудования, применяемого для изготовления статоров и роторов.
Известен статор винтовой героторной гидравлической машины, содержащий полый корпус с внутренними винтовыми зубьями и закрепленную в нем обкладку из эластомера с наружными и внутренними винтовыми зубьями. Наружные винтовые зубья обкладки прилегают к внутренней винтовой зубчатой поверхности полого корпуса (Патент RU №2315201, МПК Е21В 4/02, опубл. 20.01.2008 г). Толщина резиновой обкладки на вершинах и впадинах зубьев статора связаны соотношением, а минимальная толщина стенки по впадине зубьев полого корпуса равняется высоте внутренних винтовых зубьев в обкладке. Полый корпус с внутренними винтовыми зубьями выполнен цельным, а винтовые зубья получаются методом электроэрозионной или механической обработки. Такая конструкция статора, за счет уменьшения толщины резиновой обкладки на вершинах зубьев статора, позволяет улучшить отвод тепла из резиновой обкладки, значительно уменьшить деформацию и изгиб зубьев статора и повысить энергетические характеристики винтовой героторной гидромашины.
Одним из недостатков данного статора является сложность изготовления полого корпуса с внутренними винтовыми зубьями, высокая металлоемкость и трудоемкость и как следствие высокая стоимость изготовления статора.
Другим недостатком является низкая надежность и недостаточная долговечность статора, что обусловлено следующими причинами. Обкладка из эластомера имеет внутренние и наружные винтовые зубья. Наружные
винтовые зубья обкладки формируются внутренними винтовыми зубьями полого корпуса, а внутренние винтовые зубья - наружными винтовыми зубьями сердечника пресс-формы статора при заливке статора резиновой смесью. Для того, чтобы обеспечить одинаковую толщину резины по боковым сторонам зубьев статора, сердечник пресс-формы со стороны заливочного отверстия имеет заходную часть длиной 30-50 мм с наружными винтовыми зубьями, поверхность которых совпадает с внутренними винтовыми зубьями полого корпуса. В связи с этим эластичная зубчатая обкладка начинается на расстоянии 30-50 мм от начала винтовых зубьев полого корпуса.
При работе винтовой героторной гидравлической машины через нее с большой скоростью и под большим давлением прокачивается рабочая жидкость. Поток жидкости контактирует с местом приклеивания эластичной обкладки к корпусу статора, что в ряде случаев приводит к ее отслоению.
Указанные недостатки частично устранены в статоре винтовой героторной гидромашины, который является наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению и выбран в качестве прототипа (Патент RU №2441126, МПК Е21В 4/02, опубл. 27.01.2012 г).
Статор винтовой героторной гидромашины содержит полый корпус, установленную в нем статорную гильзу, с внутренними винтовыми зубьями, а также закрепленную в статорной гильзе обкладку с наружными и внутренними винтовыми зубьями, выполненную из эластомера, например из резины. Статорная гильза выполнена в виде набора отдельных элементов различной длины в пределах общей длины гильзы и приклеена к внутренней цилиндрической поверхности корпуса термостойким клеем, обладающим термостойкостью, превышающей максимальную температуру окружающей среды, в которой используется статор. Элементы статорной гильзы имеют одинаковые поперечные сечения внутренних винтовых зубьев, одинаковое направление зубьев и осевой шаг.
Такая конструкция статора со сборным полым корпусом значительно проще в изготовлении, чем статор с цельным полым корпусом. Элементы статорной гильзы с внутренними зубьями получаются методом литья в специальных формах, после отливки внутренние винтовые зубья подвергаются только дробеструйной или гидроабразивной обработке. Это позволяет значительно снизить металлоемкость, трудоемкость и затраты на изготовление статора.
Недостатком конструкции со сборным полым корпусом статора является низкая надежность и недостаточная долговечность, что обусловлено отслоениями резиновой обкладки. Обкладка из эластомера имеет внутренние и наружные винтовые зубья. Наружные винтовые зубья обкладки формируются внутренними винтовыми зубьями полого корпуса, а внутренние винтовые зубья - наружными винтовыми зубьями сердечника пресс-формы статора при заливке статора резиновой смесью. Для того, чтобы обеспечить одинаковую толщину резины по боковым сторонам зубьев статора, сердечник пресс-формы со стороны заливочного отверстия имеет заходную часть длиной 30-50 мм с наружными винтовыми зубьями, поверхность которых совпадает с внутренними винтовыми зубьями полого корпуса. В связи с этим эластичная зубчатая обкладка начинается на расстоянии 30-50 мм от начала винтовых зубьев полого корпуса.
При работе винтовой героторной гидравлической машины через нее с большой скоростью и под большим давлением прокачивается рабочая жидкость. Поток жидкости контактирует с местом приклеивания эластичной обкладки к корпусу статора, что в ряде случаев приводит к ее отслоению.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в исключении отслоений резиновой обкладки от внутренних винтовых зубьев полого корпуса от воздействия рабочей жидкости, что позволяет повысить надежность и долговечность статора.
Технический результат достигается за счет того, что в статоре винтовой героторной гидромашины, содержащем полый корпус, установленную в нем статорную гильзу с внутренними винтовыми зубьями, закрепленную в статорной гильзе обкладку с наружными и внутренними винтовыми зубьями, выполненную из эластомера, например из резины, статорная гильза выполнена в виде набора отдельных элементов с одинаковыми поперечными сечениями, причем зубья и впадины на внутренней поверхности статорной гильзы образуют единые винтовые линии заданных параметров, статорная гильза приклеена к внутренней цилиндрической поверхности корпуса термостойким клеем, обладающим термостойкостью, превышающей максимальную температуру окружающей среды, в которой используется статор, согласно полезной модели, по меньшей мере, с одного конца полого корпуса на его внутренней винтовой поверхности выполнена цилиндрическая канавка, которая создает на конце резиновой обкладки массивное резиновое кольцо, причем диаметр Dk канавки больше диаметра Dv впадин винтовых зубьев полого корпуса, а боковые стороны цилиндрической канавки выполнены в виде конусов.
Кроме того, ширина s цилиндрической канавки составляет 0,3-0,6 высоты h винтовых зубьев полого корпуса, а расстояние L от цилиндрической канавки до конца внутренних винтовых зубьев полого корпуса составляет 1,5-3,5 высоты винтовых зубьев статора.
Кроме того, углы а наклона боковых сторон цилиндрической канавки к оси статора составляют 45-60°.
В предлагаемой полезной модели, по крайней мере, один конец резиновой обкладки выполнен в виде массивного резинового кольца, который препятствует отслоению наружных винтовых зубьев обкладки от внутренних винтовых зубьев полого корпуса при прокачивании рабочей жидкости через винтовую героторную гидромашину. Это позволяет исключить отслоения эластичной зубчатой обкладки, повысить надежность статора и его долговечность.
На фиг. 1 показан продольный разрез статора винтовой героторной гидромашины.
На фиг. 2 показан поперечный разрез (сечение А-А) статора винтовой героторной гидромашины.
На фиг. 3 показан поперечный разрез (сечение Б-Б) по канавке статора винтовой героторной гидромашины.
Статор винтовой героторной гидромашины (фиг. 1, 2) содержит полый корпус 1, установленную в нем статорную гильзу 2, с внутренними винтовыми зубьями, а также закрепленную в статорной гильзе обкладку 4 с наружными и внутренними винтовыми зубьями, выполненную из эластомера, например из резины. Статорная гильза 2 выполнена в виде набора отдельных элементов в пределах общей длины гильзы и приклеена к внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 термостойким клеем 3, обладающим термостойкостью, превышающей температуру вулканизации резины и температуру окружающей среды, в которой будет работать статор. Элементы статорной гильзы 2 имеют одинаковые поперечные сечения внутренних винтовых зубьев, одинаковое направление зубьев и осевой шаг.
k
По меньшей мере, с одного конца полого корпуса 1 на внутренних винтовых зубьях статорной гильзы 2 выполнена цилиндрическая канавка 5, которая создает на конце резиновой обкладки массивное резиновое кольцо 8. Диаметр канавки D (фиг. 3) на 1-2 мм больше диаметра впадин Dv (фиг. 2) винтовых зубьев статорной гильзы. Боковые стороны канавки выполнены в виде конусов, при этом угол а между прямыми линиями 6, 7, образующими конус, и осью статора составляет 45-60°.
Ширина s цилиндрической канавки составляет 0,3-06 высоты h винтовых зубьев статора, а расстояние L от цилиндрической канавки до конца внутренних винтовых зубьев полого корпуса составляет 1,5-3,5 высоты h винтовых зубьев статора.
Работа статора в составе винтовой героторной гидромашины, как любого другого статора, осуществляется в комплекте с ротором, который
соединяется со шпинделем (на фигурах не показаны). В свою очередь вал шпинделя соединяется с долотом двигателя или валом редуктора насоса (на фигурах не показаны). В винтовом забойном двигателе промывочная жидкость (буровой раствор) при помощи насоса прокачивается через рабочие органы винтовой героторной гидромашины, при этом статор остается неподвижным, а ротор совершает планетарное движение, приводя во вращение вал шпинделя винтового забойного двигателя (на фигурах не показан). В винтовом насосе статор также остается неподвижным, а ротору сообщается вращательное движение, в результате чего осуществляется прокачивание жидкости через рабочие органы насоса. С увеличением нагрузки на долото двигателя, производительности и развиваемого давления насоса увеличивается крутящий момент на роторе, увеличивается деформация и изгиб зубьев статора. Эластичные зубья статора, усиленные металлическими зубьями статорной гильзы, позволяют уменьшить деформацию и изгиб зубьев, что повышает энергетические характеристики винтовых героторных гидромашин.
В предложенной полезной модели цилиндрическая канавка, выполненная на внутренних винтовых зубьях статорной гильзы создает на конце резиновой обкладки массивное резиновое кольцо, которое препятствует отслоению эластичной зубчатой обкладки.
Таким образом, выполнение предлагаемой полезной модели с вышеуказанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет исключить отслоения эластичной зубчатой обкладки от внутренних винтовых зубьев статорной гильзы повысить надежность и долговечность статора.