ГЕРОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ВИНТОВОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к буровой технике, в частности к героторным механизмам винтовых гидравлических машин, например, винтовых забойных двигателей, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин, а также винтовых насосов для перекачки газожидкостных смесей широкого спектра вязкости.
Известен героторный механизм винтового забойного двигателя (см. кн. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н Одновинтовые гидравлические машины. В 2 т. - М.: ООО «ИРЦ Газпром».- 2007. - Т. 2 Винтовые забойные двигатели., с.66, рис.3.1), содержащий статор с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, например, из резины и ротор с наружными винтовыми зубьями. Недостатком указанного механизма является низкая долговечность и невысокие показатели энергетических характеристик героторного механизма винтового забойного двигателя из-за недостаточной длины эластичной зубчатой обкладки статора, которая ограничена технологическими возможностями литейно-прессового оборудования при изготовлении статора.
Известен статор героторного механизма винтовой гидравлической машины (Патент RU №67658, МПК F04C 2/107, F01C 1/107, Е21В 4/02, опубл. 27.10.2007 г.), в котором устранены указанные недостатки за счет секционирования статора, который выбран за прототип.
Героторный механизм винтовой гидравлической машины включает ротор и статор, который состоит из отдельных секций, внутри каждой из которых размещена обкладка с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из эластомера. Секции статора винтовой героторной гидравлической машины расположены последовательно и соосно и соединены между собой неразъемным или разъемным соединением, при этом винтовые линии профилей зубьев последующей секции являются продолжением винтовых линий профилей зубьев предыдущей секции.
При выполнении статора винтовой героторной гидравлической машины с разъемным герметичным соединением на концевых частях наружной поверхности секций выполнены резьбы. Секции стянуты муфтой, имеющей на внутренней поверхности резьбы, ответные резьбам секций. Резьбы на концевых частях соединяемых секций и соответствующих им концевых частях муфты имеют разный шаг или направление. Во внутренней полости муфты в месте соединения секций размещена уплотнительно - центрирующая втулка. Для предотвращения самопроизвольного отворота секций соединение снабжено контрящими элементами
Недостатком статора винтовой героторной гидромашины с разъемным герметичным соединением является сложность и большая трудоемкость сборки, а также низкая надежность и недостаточная долговечность соединения секций. При работе героторного механизма, ротор планетарно вращается внутри статора, вследствие чего возникают вибрации и большие центробежные силы действующие на статор, что приводит к самопроизвольному развинчиванию резьбы контрящих элементов и резьб, соединяющих муфту с секциями. Развинчивание резьб соединяющих секции приводит к отказу в работе винтовой героторной гидравлической машины.
При выполнении статора винтовой героторной гидравлической машины с неразъемным соединением на концевых частях секций, в месте соединения, выполнены взаимно сопряженные проточки. Соединение секций между собой выполняется кольцевым сварным швом или клеевым соединением.
Недостатком статора винтовой героторной гидравлической машины с неразъемным соединением является низкая надежность и недостаточная долговечность, что обусловлено следующими причинами.
При работе винтовой героторной гидравлической машины через героторный механизм с большой скоростью и под большим давлением прокачивается рабочая жидкость. В зоне соединения секций поток жидкости контактирует с местом приклеивания эластичной обкладки к корпусу статора, что приводит к ее отслоению.
Другой причиной, недостаточной для долговечности статора винтовой героторной гидравлической машины с неразъемным соединением является то, что при выполнении кольцевого сварного шва корпус статора нагревается до температуры большей, чем температура разрушения клея, что приводит к отслоению эластичной обкладки и отказу винтовой героторной гидравлической машины.
Кроме того, взаимно сопряженные проточки, выполненные в секциях, не обеспечивают высокой точности совпадения винтовых линий зубчатых поверхностей секций, что также снижает долговечность статора.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности, долговечности и улучшение технологичности изготовления героторного механизма винтовой гидравлической машины с секционным статором.
c
Технический результат достигается за счет того, что в героторном механизме винтовой гидравлической машины, включающем ротор с наружными винтовыми зубьями и статор, состоящий по меньшей мере из двух секций, имеющих металлические корпуса и внутренние винтовые зубья, выполненные из эластомера, соединенные между собой при помощи центрирующей втулки и кольцевого сварного шва, винтовые линии профилей внутренних винтовых зубьев последующей секции в осевом направлении являются продолжением винтовых линий профилей внутренних винтовых зубьев предыдущей секции, внутренние винтовые зубья секций находятся в зацеплении с наружными винтовыми зубьями ротора, согласно полезной модели, центрирующая втулка располагается во внутренней расточке металлических корпусов секций, а расстояние L от внутренних винтовых зубьев, выполненных из эластомера, до кольцевого сварного шва составляет не менее половины диаметра D по впадинам внутренних винтовых зубьев секций.
в
c
с
в>
c
Кроме того, внутренний диаметр d центрирующей втулки, диаметр D по впадинам внутренних винтовых зубьев секций, диаметр D внутренней расточки металлических корпусов секций под центрирующую втулку и натяг δ в зацеплении секций и ротора связаны соотношением: (D+D)/2>dD+2δ.
В предлагаемой полезной модели, по сравнению с прототипом, центрирующая втулка устанавливается во внутренней расточке металлических корпусов секций, которые являются технологическими базами для центрирующих втулок пресс-формы статора при формообразовании внутренних винтовых зубьев из эластомера. Это обеспечивает высокую точность совпадения винтовых линий зубчатых поверхностей секций. Торцовые поверхности центрирующей втулки соприкасаются с торцовыми поверхностями эластичных зубчатых обкладок секций, закрывая доступ движущейся рабочей жидкости к месту приклеивания эластичных обкладок к корпусам секций. Это исключает отслоения эластичной обкладки от корпусов секций в месте их соединения и повышает долговечность и надежность секционного статора.
c
В предлагаемой полезной модели, по сравнению с прототипом, важным конструктивным элементом является расстояние от внутренних винтовых зубьев секций, выполненных из эластомера, до кольцевого сварного шва. Это расстояние определяется из условия нагрева металлических корпусов секций при сварке до температуры, не превышающей температуры разрушения клея, применяемого для приклеивания внутренних винтовых зубьев, выполненных из эластомера, к корпусу. На основе экспериментальных исследований и опытов установлено, что расстояние L от эластичной обкладки до кольцевого сварного шва составляет не менее половины диаметра D по впадинам внутренних винтовых зубьев секций.
в
c
c
в
c
Кроме того, для обеспечения возможности сборки секций (секционного статора) с ротором и улучшения технологичности изготовления, внутренний диаметр d центрирующей втулки, диаметр по впадинам D внутренних винтовых зубьев статора, диаметр D внутренней расточки металлических корпусов секций под центрирующую втулку и натяг δ в зацеплении секций и ротора связаны соотношением: (D+D)/2>d>D+2δ.
в
c
При выполнении внутреннего диаметра d центрирующей втулки меньше, чем D+2δ, толщина и прочность центрирующей втулки увеличивается, но героторный механизм собрать невозможно, так как вершины зубьев ротора внедрятся в центрирующую втулку.
в
c
При выполнении внутреннего диаметра d центрирующей втулки больше, чем (D+D)/2, прочность центрирующей втулки становится недостаточной, а это снижает надежность и долговечность соединения секций.
На фиг.1 показан заявляемый героторный механизм винтовой гидравлической машины, на фиг.2 показаны профили статора и ротора в поперечном сечении героторного механизма винтовой гидравлической машины.
c
Героторный механизм винтовой гидравлической машины, см. фиг.1, 2, включает ротор 1 с наружными винтовыми зубьями 2 и статор, состоящий из двух секций 3 и 4, имеющих металлические корпуса и внутренние винтовые зубья 5, 6, выполненные из эластомера. Секции 3 и 4 соединены между собой при помощи центрирующей втулки 7 и кольцевого сварного шва 8 так, что линии профилей внутренних винтовых зубьев последующей секции в осевом направлении являются продолжением винтовых линий профилей внутренних винтовых зубьев предыдущей секции. Ротор 1 с наружными винтовыми зубьями 2 находится в зацеплении с внутренними винтовыми зубьями 5, 6 секций 3, 4 (секционного статора). Для обеспечения высоких показателей энергетических характеристик и дополнительного запаса на износ зубьев героторного механизма в зацеплении зубьев создается натяг δ за счет увеличения диаметральных размеров ротора на величину 2 δ, см. фиг.2. Центрирующая втулка 7 располагается во внутренней расточке металлических корпусов секций 3 и 4 и своими торцевыми поверхностями упирается в торцовые поверхности внутренних винтовых зубьев 5 и 6 секций 3, 4 (секционного статора). Расстояние L от внутренних винтовых зубьев, выполненных из эластомера, до кольцевого сварного шва составляет не менее половины диаметра по впадинам D внутренних винтовых зубьев секций.
в
c
c
в
c
Кроме того, внутренний диаметр d центрирующей втулки 7, диаметр по впадинам D внутренних винтовых зубьев 5, 6 секций 3, 4, диаметр D внутренней расточки металлических корпусов секций 3, 4 под центрирующую втулку 7 и натяг δ в зацеплении секций 3, 4 и ротора 1 связаны соотношением: (D+D)/2>d>D+2δ.
Героторный механизм винтовой гидравлической машины работает следующим образом. В винтовом забойном двигателе промывочная жидкость (буровой раствор) при помощи насоса прокачивается через рабочие органы винтовой героторной гидравлической машины, при этом статор, состоящий из секций, остается неподвижным, а ротор совершает планетарное движение, приводя во вращение вал шпинделя винтового забойного двигателя (на фигурах не показан). В винтовом насосе статор, состоящий из секций, также остается неподвижным, а ротору сообщается вращательное движение, в результате чего осуществляется прокачивание жидкости через рабочие органы винтовой героторной гидравлической машины.
Таким образом, выполнение предлагаемой полезной модели с вышеуказанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет повысить надежность, долговечность и улучшить технологичность изготовления героторного механизма винтовой гидравлической машины с секционным статором.