РОТОР ВИНТОВОЙ ГИДРОМАШИНЫ

Полезная модель относится к буровой технике, в частности к героторным механизмам винтовых гидромашин, например, винтовых забойных двигателей, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин, а также винтовых насосов для перекачки газожидкостных смесей широкого спектра вязкости.
Наиболее близким, выбранным авторами за прототип, является рабочий орган (ротор) винтового забойного двигателя для бурения скважин (Патент SU №1529809, МПК Е21В 4/02, опубл. 15.02.1994 г.).
Ротор винтового забойного двигателя с наружными винтовыми зубьями содержит отдельные секции, размещенные последовательно одна за другой и связанные между собой установленным внутри секций соединительным элементом. Секции ротора выполнены в виде профилированной трубчатой оболочки со стенкой постоянной толщины, причем рабочими поверхностями секций являются наружные винтовые зубья. Соединительный элемент имеет винтовые зубья, совпадающие по шагу и направлению с зубьями секций ротора, эквидистантными им по профилю поперечного сечения. В результате этого зубья соединительного элемента плотно прилегают к внутренним винтовым поверхностям двух соседних секций. Для обеспечения герметичности и неразъемное соединения соединительный элемент и секции ротора неподвижно скреплены между собой известными в технике способами, например, пайкой, склеиванием, контактной сваркой или другими подобными методами.
Соединительный элемент может быть выполнен в виде цельной или полой детали с винтовыми зубьями или в виде профилированной трубчатой детали со стенкой постоянной величины.
Недостатком данной конструкции ротора является низкая надежность и недостаточная долговечность в связи с недостаточной прочностью конструкции.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности, долговечности и улучшение технологичности изготовления ротора винтовой гидромашины.
Технический результат достигается за счет того, что в роторе винтовой гидромашины, состоящем из нескольких трубчатых секций, с наружными винтовыми зубьями и внутренними винтовыми зубьями, трубчатые секции последовательно и неподвижно соединены между собой при помощи соединительных элементов и (или) сварного шва, соединительные элементы выполнены с винтовыми зубьями, шаг и направление зубьев соединительных элементов равны шагу и направлению зубьев секций, согласно полезной модели, толщина стенки Δ трубчатых секций и высота наружных винтовых зубьев h ротора связаны соотношением Δ=(0,2-0,8)h, а сварной шов, соединяющий трубчатые секции между собой, выполнен по торцовому профилю наружных винтовых зубьев и внутренних винтовых зубьев трубчатых секций.
Кроме того, длина соединительного элемента L, контактирующего с внутренними винтовыми зубьями трубчатых секций, и диаметр выступов внутренних винтовых зубьев D трубчатых секций связаны соотношением L≥0,5 D.
В предлагаемой полезной модели толщина стенки Δ трубчатой секции является важнейшим конструктивным параметром секционированного ротора. Для обеспечения требуемой прочности ротора на кручение при воздействии максимального тормозного момента соотношение толщины стенки Δ трубчатых секций ротора и высоты наружных винтовых зубьев h ротора должна быть не менее 0,2.
При этом выполнение соотношения толщины стенки Δ трубчатой секции и высоты наружных винтовых зубьев h ротора должно быть не более 0,8, так как в противном случае это приводит к появлению трещин при пластическом деформированию металла при изготовлении ротора и снижению его качества и долговечности. Следовательно, выполнение соотношения Δ=(0,2-0,8)h повышает надежность и долговечность ротора винтовой гидромашины, состоящего из нескольких трубчатых секций.
В предлагаемой полезной модели трубчатые секции соединены между собой сварным швом, выполненным по торцовому профилю наружных винтовых зубьев и внутренних винтовых зубьев секций. Это позволяет повысить неразъемность соединения трубчатых секций и повысить долговечность, улучшить технологичность изготовления ротора винтовой гидромашины.
Наличие в роторе винтовой гидромашины соединительного элемента, выполненного с винтовыми зубьями, контактирующими с внутренними винтовыми зубьями трубчатых секций, причем длина соединительного элемента L не менее или равна 0,5 диаметра выступов внутренних винтовых зубьев D трубчатых секций ротора позволяет повысить изгибную жесткость ротора в месте стыка трубчатых секций и надежность конструкции.
На фиг.1 (а, б) изображен заявляемый ротор винтовой гидромашины с использованием соединительного элемента для соединения трубчатых секций.
На фиг.2 (а, б) изображен вариант заявляемого ротора винтовой гидромашины без использования соединительного элемента для соединения трубчатых секций.
Заявляемый ротор винтовой гидромашины с использованием соединительного элемента для соединения трубчатых секций (фиг.1а) содержит, по меньшей мере, две соединяемые трубчатые секции 1 и 2 и соединительный элемент 3. Трубчатые секции 1, 2 ротора выполнены в виде профилированной трубчатой оболочки с внутренними винтовыми зубьями 6 и наружными винтовыми зубьями 5 со стенкой постоянной толщины Δ, причем рабочими поверхностями секций являются наружные винтовые зубья 5. Толщина стенки Δ трубчатых секций и высота зубьев наружных винтовых зубьев 5 ротора h связаны соотношением Δ=(0,2-0,8)h. Соединительный элемент 3 имеет винтовые зубья 7, совпадающие по шагу и направлению с внутренними винтовыми зубьями 6 секций ротора. Для обеспечения герметичности и неразъемности соединения трубчатые секции 1, 2 ротора неподвижно скреплены между собой сварным швом 4, выполненным по торцовому профилю наружных винтовых зубьев 5 и внутренних винтовых зубьев 6 секций.
Соединительный элемент 3 может быть выполнен в виде цельной или полой детали с винтовыми зубьями 7 (фиг.1б) или в виде профилированной трубчатой детали со стенкой постоянной величины (на рисунке не показано).
Кроме того, длина соединительного элемента L, выполненного с винтовыми зубьями, контактирующими с внутренними винтовыми зубьями трубчатых секций и диаметр выступов внутренних винтовых зубьев D трубчатых секций ротора связаны соотношением L≥0,5 D.
Заявляемый ротор винтовой гидромашины без использования соединительного элемента для соединения трубчатых секций (фиг.2а) содержит, по меньшей мере, две соединяемые трубчатые секции 1 и 2. Секции ротора 1, 2 выполнены в виде профилированной трубчатой оболочки с внутренними винтовыми зубьями 6 и наружными винтовыми зубьями 5 со стенкой постоянной толщины, причем рабочими поверхностями секций являются наружные винтовые зубья 5. Толщина стенки Δ трубчатых секций и высота наружных винтовых зубьев h ротора связаны соотношением Δ=(0,2-0,8)h (фиг.2б). Для обеспечения герметичности и неразъемности соединения секции ротора неподвижно скреплены между собой сварным швом 3, выполненным по торцовому профилю наружных винтовых зубьев 5 и внутренних винтовых зубьев 6 трубчатых секций.
Ротор винтовой гидромашины работает следующим образом. В винтовом забойном двигателе промывочная жидкость (буровой раствор) при помощи насоса прокачивается через рабочие органы винтовой гидромашины (героторный механизм), при этом статор остается неподвижным, а ротор совершает планетарное движение. В винтовом насосе статор также остается неподвижным, а ротору через карданный вал сообщается вращательное движение, в результате чего осуществляется прокачивание жидкости через рабочие органы винтовой гидромашины.
Таким образом, выполнение предлагаемой полезной модели с вышеуказанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет повысить надежность, долговечность и улучшить технологичность изготовления секционного ротора винтовой гидромашины, состоящего из нескольких трубчатых секций.