Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
МНОГОЗАХОДНЫЙ ГЕРОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ВИНТОВОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
МНОГОЗАХОДНЫЙ ГЕРОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ВИНТОВОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

МНОГОЗАХОДНЫЙ ГЕРОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ВИНТОВОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к технике строительства скважин и может быть использовано в винтовых насосах для добычи нефти и перекачивания жидкости, а также в винтовых гидромашинах общего назначения. Механизм содержит статор с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, и ротор с наружными винтовыми зубьями. Число зубьев статора выполнено на единицу больше числа зубьев ротора, а ось статора смещена относительно оси ротора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зубьев. Торцовый профиль зубьев одного из элементов выполнен как огибающая исходного контура рейки, очерченной эквидистантой укороченной циклоиды со смещением. Торцовый профиль зубьев другого элемента выполняется в виде эквидистанты огибающей первого элемента при обкатывании без проскальзывания их центроид, а величина эквидистантности составляет половину величины диаметрального натяга в зацеплении. Обеспечивается равномерный натяг во всех фазах контакта зубьев статора и ротора, что повышает надежность и долговечность механизма. 4 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2194880
Класс(ы) патента: F04C2/16, F04C5/00
Номер заявки: 2001103176/06
Дата подачи заявки: 02.02.2001
Дата публикации: 20.12.2002
Заявитель(и): Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Буровая техника"
Автор(ы): Коротаев Ю.А.; Цепков А.В.; Кочнев А.М.; Бобров М.Г.; Суслов В.Ф.
Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Буровая техника"
Описание изобретения: Изобретение относится к технике строительства скважин, а именно к героторным механизмам винтовых забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин, и может быть использовано в винтовых насосах для добычи нефти и перекачивания жидкости, а также в винтовых гидромашинах общего назначения (насосах, моторах или компрессорах).
Известен многозаходный винтовой героторный механизм (см. М.Т. Гусман, Д. Ф. Балденко, А. М. Кочнев, С.С. Никомаров. Забойные винтовые двигатели для бурения скважин. М.: Недра, 1981, с. 41-44, рис. 19, 21), включающий статор с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, например из резины, и ротор с наружными винтовыми зубьями. Число зубьев статора на единицу больше числа зубьев ротора. Ось статора смещена относительно оси ротора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зубьев. Торцовый профиль статора выполнен как эквидистанта укороченной гипоциклоиды, а профиль ротора - как огибающая профиля статора при взаимном обкатывании по рабочим центроидам.
Недостатком известного героторного механизма является то, что профили ротора и статора строятся как специальные, пригодные лишь для данного конкретного механизма. Изменение диаметральных размеров, числа зубьев у элементов механизма приводит к необходимости проектирования и изготовления нового зуборезного инструмента.
Указанный недостаток частично устранен в известном героторном механизме винтового забойного двигателя (см. пат. СССР 1595105, М.кл. F 04 C 2/16, опубл. 20.12.1999 г.), содержащем элементы в виде статора с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, например из резины, и ротора с наружными винтовыми зубьями. Зубья статора и ротора имеют разницу их чисел, равную единице. Ось статора смещена относительно оси ротора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зубьев. Торцовые профили ротора и статора выполнены в виде огибающих общего исходного контура рейки, очерченного по эквидистанте укороченной циклоиды, со смещениями общего исходного контура при образовании профилей зубьев статора и ротора. Диаметральный натяг обеспечивается за счет разницы смещений исходного контура при образовании профилей зубьев ротора и статора.
Недостатком известного героторного механизма является то, что профили ротора и статора, построенные от общего исходного контура рейки, имеют погрешности взаимоогибания и неравномерный натяг, в результате чего во внеполюсных зонах контакта зубьев статора и ротора возникают зазоры, которые приводят к утечкам промывочной жидкости, что снижает долговечность героторного механизма.
Задачей настоящего изобретения является создание многозаходного героторного механизма винтовой гидравлической машины с равномерным натягом во всех фазах контакта зубьев статора и ротора, что обеспечивает повышение надежности и долговечности механизма.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном многозаходном героторном механизме винтовой гидравлической машины, содержащем элементы в виде статора с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, например из резины, и ротора с наружными винтовыми зубьями, причем число зубьев статора на единицу больше числа зубьев ротора, ось статора смещена относительно оси ротора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зубьев, а торцовый профиль зубьев одного из элементов выполнен как огибающая исходного контура рейки, очерченной эквидистантой укороченной циклоиды со смещением, согласно изобретению торцовый профиль зубьев другого элемента выполнен в виде эквидистанты огибающей первого элемента при обкатывании без проскальзывания их центроид, а величина эквидистантности составляет половину величины диаметрального натяга в зацеплении.
Такое выполнение героторного механизма позволяет создать равномерный натяг между всеми зубьями статора и ротора во всех фазах зацепления, повысить энергетическую характеристику за счет уменьшения утечек жидкости, увеличить запасы на износ зубьев и повысить долговечность героторного механизма.
На фиг.1 показан общий вид многозаходного героторного механизма винтовой гидравлической машины в продольном разрезе;
на фиг.2 приведено поперечное сечение механизма по линии А-А;
на фиг. 3 показан в увеличенном масштабе торцовый профиль зубьев одного из элементов механизма (статора) и профиль исходного контура рейки;
на фиг. 4 показаны в увеличенном масштабе торцовые профили зубьев статора, огибающей статора и зубьев ротора.
Многозаходный героторный механизм винтовой гидравлической машины (фиг.1) содержит два элемента: статор 1 с внутренними винтовыми зубьями 2, выполненными из упругоэластичного материала, например из резины, и металлический ротор 3 с наружными винтовыми зубьями 4. Число Z1 зубьев 2 статора 1 выполнено на единицу больше числа Z2 зубьев 4 ротора 3 (фиг.2), а ось O1 статора 1 смещена относительно оси О2 ротора 3 на величину эксцентриситета равную половине высоты Н зубьев.
Торцовый профиль зубьев одного из элементов, например статора 1, выполнен как огибающая исходного контура рейки 5, очерченной эквидистантой укороченной циклоиды 6 со смещением Δh1. Укороченная циклоида 6 образуется точкой М круга 7, катящегося без скольжения по оси ypt (фиг.3).
Координаты хрt, ypt и угол профиля αpt, исходного контура рейки 5 рассчитываются по уравнениям
xpt = -r+cosψp+rysinαpt,
ypt = r•ψp+cosψp+rycosαpt,

где а - радиус производящей окружности, равный эксцентриситету (межосевому расстоянию) героторного механизма;
r - радиус катящейся окружности;
rц - радиус эквидистанты укороченной циклоиды;
ψp - текущий угловой параметр рейки.
Образованный от исходного контура рейки 5 торцовый профиль зубьев 2 одного из элементов (статора 1) описывается уравнениями, определяющими координаты точки В профиля х1, y1, r1 и углы ξ1, ν1, δ1:
x1 = (xpt+rw1+Δh1)cosϕ1-(ypt-rw1ϕ1)sinϕ1;
y1 = (xpt+rw1+Δh1)sinϕ1+(ypt-rw1ϕ1)cosϕ1;



ν1 = αpt1;
ξ1 = ν11,
где rw1 - радиус делительной окружности статора 1, rw1=rZ1;
Δh1 - смещение исходного контура рейки 5 от делительной окружности статора rw1;
ϕ1 - угол поворота системы координат, связанной со статором 1, по отношению к положению, показанному на фиг.3;
δ1 - полярный угол текущей точки профиля статора 1;
ξ1 - угол между направлением касательной к профилю и полярным радиусом-вектором;
ν1 - угол между направлением касательной к профилю и осью ординат O1X1.
Профиль другого элемента механизма - ротора 3 выполняется в виде эквидистанты огибающей 8 статора 1 (фиг.4), которая образуется при обкатывании центроиды 9 ротора 3 радиуса Rw2=aw12Z2 по центроиде 10 статора 1 радиуса Rw1= aw12Z1.
Координаты xoc, yос точек огибающей 8 статора 1 рассчитываются по формулам
xoc = x1cos(ϕO2O1)-y1sin(ϕO2O1)-aw12cosϕO2;
yoc = x1sin(ϕO2O1)+y1cos(ϕO2O1)-aw12sinϕO2;


ξoc = ν1oc-(ϕO2O1);


где ϕO2, ϕO1 - углы поворота систем координат, связанных соответственно с ротором 3 и статором 1.
Координаты x2, y2, r2 и углы ξ2, ν2, δ2 в текущей точке С торцового профиля зубьев 4 ротора 3 как эквидистанты огибающей 8 статора 1 рассчитываются по формулам:


ν2 = νoc = ξococ;


ξ2 = ν22,
где Δ - диаметральный натяг в зацеплении,
ξ2 - угол между направлением касательной к профилю ротора 3 и полярным радиусом-вектором;
ν2 - угол между направлением касательной к профилю ротора 3 и осью ординат О2Х2;
δ2 - полярный угол текущей точки С профиля ротора 3.
Возможен и такой случай, не показанный на чертежах, когда в виде огибающей исходного контура циклоидальной рейки 5 выполнен торцовый профиль зубьев другого элемента механизма - ротора 3. В этом случае профиль статора 1 выполняется как эквидистанта огибающей профиля ротора 3 при обкатывании центроиды 10 статора 1 радиуса Rw1=aw12 Z1 по центроиде 9 ротора 3 радиуса Rw2=aw12Z2.
В верхней части статора 1 героторного механизма выполнена резьба 11 для присоединения к колонне бурильных труб (не показана), в нижней части статор 1 снабжен резьбой 12 для присоединения к корпусу опорного узла, а в нижней части ротора 3 выполнена резьба 13 для соединения с валом опорного узла (корпус и вал опорного узла не показаны).
Многозаходный винтовой героторный механизм гидравлической машины работает следующим образом. Винтовые зубья статора 1 и ротора 2 образуют замкнутые винтовые камеры. Промывочная жидкость, подаваемая с поверхности по колонне бурильных труб, поступает в героторный механизм, ротор 3 которого под действием неуравновешенных гидравлических сил совершает планетарное движение относительно статора 1, при этом происходит качение без проскальзывания рабочих центроид 9 и 10 статора 1 и ротора 3. Ось О2O2 ротора 3 вращается вокруг оси O1O1 статора 1 по окружности радиуса аw12, а сам ротор 3 поворачивается относительно своей оси O2O2 в противоположном направлении.
В описываемом героторном механизме во всех зонах контакта зубьев (фиг.4) обеспечивается равномерный натяг, показанный в увеличенном масштабе заштрихованными областями (I, II, III, IV), что обеспечивает уменьшение утечек жидкости, создает равномерный запас на износ по вершинам, впадинам и боковым сторонам зубьев героторного механизма, в результате чего повышается долговечность гидравлической машины.
Формула изобретения: Многозаходный героторный механизм винтовой гидравлической машины, содержащий элементы в виде статора с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, например из резины, и ротора с наружными винтовыми зубьями, причем число зубьев статора больше числа зубьев ротора на единицу, ось статора смещена относительно оси ротора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зубьев, а торцовый профиль зубьев одного из элементов выполнен как огибающая исходного контура рейки, очерченной эквидистантой укороченной циклоиды со смещением, отличающийся тем, что торцовый профиль зубьев другого элемента выполнен в виде эквидистанты огибающей первого элемента при обкатывании без проскальзывания их центроид, а величина эквидистантности составляет половину величины диаметрального натяга в зацеплении.