Статор винтовой героторной гидравлической машины

Полезная модель относится к роторным машинам с зацеплением взаимодействующих элементов винтовыми зубьями и может быть использована в двигателях для вращения ротора 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.
Известен статор винтовой героторной гидромашины (патент RU №2362880 С1, МПК F01C 1/107 (2006.01), опубл. 2009 г.), содержащий наружную трубу-корпус, установленную внутри него гильзу с внутренними винтовыми многозаходными зубьями, а также закрепленную в гильзе обкладку из эластомера, например из резины, образующую внутренние винтовые многозаходные зубья. Гильза выполнена с продольным пазом, проходящим через всю ее длину и толщину стенки, продольный паз заполнен эластомером, из которого формируется обкладка статора.
Недостатком известной конструкции является неполное использование возможности повышения ресурса и надежности винтового гидромотора с использованием такого статора, повышения максимальной мощности, момента силы 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.
Недостатки известной конструкции объясняются низким модулем упругости статорной гильзы, плохой свариваемостью с массивным полым корпусом, что определяет недостаточную усталостную выносливость гильзы для обеспечения максимального перепада давления (межвиткового, на зубьях обкладки статора) в режиме максимальной мощности.
Недостатки известной конструкции объясняются также циклическим нагружением, выполненных из эластомера винтовых зубьев в обкладке статора, а также статорной гильзы с внутренними и наружными винтовыми многозаходными зубьями, обладающими малой жесткостью, которые подвергаются высокой деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора внутри статора, что приводит к выделению тепла внутри материала обкладки зубьев, нарушению уплотнения в рабочей паре, разрушению зубьев или к отрыву эластомерной обкладки от статорной гильзы.
Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является статор забойного двигателя буровой установки (патент US 5171138 А МПК F01C 1/10, 1992 г.), содержащий полый корпус, установленный в нем армирующий элемент - трубчатую гильзу с внутренними винтовыми многозаходными зубьями (или с внутренней и наружной поверхностью, выполненной в форме геликоида), а также закрепленную в статорной гильзе обкладку с внутренними винтовыми многозаходными зубьями, выполненную из эластомера, например, из резины. Полость между корпусом и гильзой заполнена заливкой из эластомера или другой смолы.
Наличие заливки обеспечивает дополнительную опору гильзе статора и усиливает связь гильзы с корпусом, что позволяет несколько повысить ресурс и эксплуатационную надежность винтовой героторной гидравлической машины. Однако такой конструкции присущи также описанные выше недостатки аналога, снижающие ресурс и эксплуатационную надежность гидравлической машины с таким статором. Эти недостатки объясняются плохой свариваемостью армирующего элемента - гильзы с обкладкой из эластомера, а также циклическим нагружением, выполненных из эластомера винтовых зубьев в обкладке статора, а также статорной трубчатой гильзы с внутренними и наружными винтовыми многозаходными зубьями, обладающими малой жесткостью, которые подвергаются высокой деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора внутри статора, что приводит к выделению тепла внутри материала обкладки зубьев, нарушению уплотнения в рабочей паре, разрушению зубьев или к отрыву эластомерной обкладки от статорной гильзы.
Задачей заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом является повышение ресурса и эксплуатационной надежности винтовой героторной гидромашины с использованием такого статора, повышения максимальной мощности, момента силы 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. Технический результат достигается улучшением свариваемости армирующего элемента - гильзы с полым корпусом и обкладкой за счет повышения площади контакта металлической гильзы из перфорированного листа с заливкой и обкладкой, выполненных за одно целое, и обеспечения монолитности армированной конструкции статора.
Указанный технический результат достигается усовершенствованием статора винтовой героторной гидравлической машины, содержащего металлический корпус, армирующий элемент в виде металлической гильзы, заливку, расположенную в полости между корпусом и гильзой и обкладку.
Это усовершенствование состоит в том, что металлическая гильза выполнена из перфорированного материала, а заливка выполнена за одно целое с обкладкой.
Такое конструктивное выполнение устройства позволяет повысить ресурс и эксплуатационную надежность винтовой героторной гидромашины с использованием такого статора за счет повышения площади контакта металлической гильзы из перфорированного листа с заливкой и обкладкой выполнена из полимерного материала за одно целое, и обеспечения монолитности армированной конструкции статора.
Кроме того, металлическая гильза может быть выполнена из перфорированного листа, что повышает технологичность конструкции за счет упрощения изготовления и установки металлической гильзы в корпусе статора.
Кроме того, заливка и обкладка могут быть выполнены из полимера, что улучшает свариваемость армирующего элемента - гильзы с полым корпусом заливкой и обкладкой, а также повышает технологичность конструкции за счет обеспечения возможности использования металлический гильзы с гладкой боковой поверхностью и формирования внутренних винтовых многозаходных зубьев на обкладке.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 изображено продольное сечение статора, на фиг. 2 - выносной элемент А фиг. 1 в увеличенном масштабе, на фиг. 3 - сечение Б-Б фиг. 1.
Статор винтовой героторной гидравлической машины содержит металлический корпус 1, армирующий элемент в виде металлической гильзы 2, заливку 3, расположенную в полости между корпусом 1 и гильзой 2 и обкладку 4. В приведенном варианте металлическая гильза 2 выполнена из перфорированного листа с перфорационными отверстиями 5, а заливка 3 выполнена из полимерного материала за одно целое с обкладкой 4. Обкладка 4 образует внутренние винтовые многозаходные зубья 6, предназначенные для размещения ротора 7, имеющего наружную поверхность с винтовыми многозаходными зубьями 8, число зубьев 8 ротора 7 на единицу меньше числа зубьев 6 обкладки 4.
Для изготовления заявляемой конструкции статора в корпус 1 устанавливают и фиксируют наплавкой перфорированный лист, образующий металлическую гильзу 2. В гильзу 2 устанавливают сердечник пресс-формы (не показан) и с помощью установки высокого давления с нагревательными элементами при температуре до 250°С осуществляют заливку полимера, например, из группы промышленных синтетических полимеров не органического соединения (фторопласт). При этом полимером заполняется полость между корпусом 1 и гильзой 2, перфорационные отверстия 5 и формируется обкладка 4, образуя монолитную конструкцию статора с армирующим элементом.
Статор при его использовании в винтовом героторном гидравлическом двигателе работает следующим образом. Поток бурового раствора под давлением по колонне бурильных труб подается в многозаходные винтовые камеры между зубьями 8 ротора 7 и зубьями 6 обкладки 5, образует область высокого давления и момент от гидравлических сил, который приводит в планетарно-роторное вращение ротор 7 внутри статора. Винтовые зубья 6 обкладки 5 подвергаются сложной деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора 7 внутри статора. При этом за счет повышения площади контакта металлической гильзы 2 из перфорированного листа с заливкой 3 и обкладкой 4, выполненных из полимерного материала за одно целое, и обеспечения монолитности конструкции статора повышается ресурс и надежность, увеличивается момент силы на выходном валу в режиме максимальной мощности, допустимая осевая нагрузка путем повышения предела усталостной выносливости гильзы 2, а также заливки 3, обкладки 5 статора при знакопеременном изгибе с вращением.
Таким образом, использование заявляемой конструкции статора обеспечивает повышение ресурса и эксплуатационной надежности винтовой героторной гидромашины с использованием такого статора за счет повышения площади контакта металлической гильзы из перфорированного материала с заливкой и обкладкой, выполненных за одно целое, и обеспечения монолитности армированной конструкции статора.