Героторная машина

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (И) (4 е ф «ме

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ .КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3646440/22-03 (22) 27.09.83 (46) 30.03.88. Бюл. № 12 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) Д.Ф. Балденко, Ю.В. Вадецкий, М.Т. Гусман, В.И. Семенец и В.А. Хабецкая (53) 622.243.92(088.8) (56) 1. Гусман М,Т. и др. Забойные винтовые двигатели для бурения скважин. М.: Недра, 198 1, с. 18, рис. 5.

2.Авторское свидетельство СССР № 286502, кл. F 04 С 5/00, 1969 (прототип). (54)(57) 1. ГЕРОТОРНАЯ МАШИНА, содержащая последовательно установленные героторные механизмы, включающие соосные статоры и размещенные в них роторы, оси которых смещены относительно оси статоров на величину эксцентриситета героторных механизмов, о т.(584 Е2 8402 F04 С2 107 л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения долговечности машины за счет уравновешивания моментов инерционных сил, действующих на машину, героторные механизмы объединены в модули, причем роторы героторных механизмов связаны посредством направляющих узлов для смещения оси каждого последующего ротора в модуле относительно оси предыдущего на угол

4=360 /N где К вЂ” число героторных механизмов в модуле, равное 2 и более, и последовательного разворота модулей относительно друг друга на угол ф=360 /M где М вЂ” число модулей, равное 2 и более.

2. Машина по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что направляющие узлы выполнены в виде кривошипов, рабочие поверхности которых установлены на роторах посредством подшипников.

1384702

Изобретение относится к насосным винтовым агрегатам и героторным механизмам общего применения и может быть использовано при бурении нефтяных и газовых скважин в качестве гидравлических забойных винтовых двигателей., Известен забойный винтовой двига-, тель, содержащий статор и расположенный внутри него ротор, имеющие специально спрофилированные винтовые рабочие поверхности, шарнирное соединение и шпиндель (1).

Недостатком указанной конструкции двигателя является высокий уровень контактных напряжений в паре и межвитковых перепадов давления на линиях уплотнения, поскольку технологические ограничения длины статора не позволяют выполнить рабочие органы двигателя оптимальной длины. Зто приводит к возникновению в двигателе больших радиальных нагрузок и моментов. 25

Кроме того, для данной конструкции винтового двигателя характерен высокий уровень вибраций, возникающих в процессе эксплуатации двигателя. Вибрация, источник которой заложен в самой 3п природе рабочего процесса винтового двигателя, а также возникающие моменты и радиальные нагрузки распространяются на статор и связанные с ним корпусные переводники и шпиндель двигателя.

Известна также героторная машина, включающая последовательно установленные винтовые героторные механизмы, вкЛючающие расположенные соосно статоры и размещенные в них роторы,. оси которых смещены относительно оси статоров на величину эксцентриситета героторных механизмов, а также шпипдельную секцию f 2J.

В этом двигателе устранен один из

45 недостатков предыдущей конструкции двигателя: снижен уровень контактных давлений и межвиткового перепада давлений. Однако уровень вибраций не изменился, поскольку моменты инерционных сил, действующих на машину, не уравновешены.

Целью изобретения является повышение долговечности машины эа счет уравновешивания инерционных сил, дей"55 ствующих на машину.

Указанная цель достигается тем, что в героторной машине„ содержаюей последовательно установленные героторные механизмы, включающие соосные статоры и размещенные в них роторы, оси которых смещены относительно оси статоров на величину эксцентриситета героторных механизмов, последние объединены в модули, причем роторы героторных механизмов связаны посредством направляющих узлов для смещения оси каждого последующего ротора в модуле относительно оси предыдущего

ЗбО на угол Д = — — — где М вЂ” число ген роторных механизмов в модуле, равно

2 и более, и последовательного разворота модулей относительно друг друга

ЗбО на угол P = — — где М вЂ” число модуи лей, равно 2 и более.

Кроме того, направляющие узлы выполнены в виде кривошипов, рабочие поверхности которых установлены в роторах посредством подшипников.

На фиг. 1 изображена конструкция героторной машины, продольный разрез; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение Б-Б на фиг. 1; па фиг. 4 — вариант соединения роторов героторных механизмов; на фиг. 5 — блок машины из трех модулей, каждый из которых включает два последовательно расположенных героторных механизма;,на фиг. 6— блок машины из двух модулей, каждый из которых включает три последовательно расположенных героторных механизма.

Героторная машина (фиг. 1) состоит из секции 1 рабочих органов или исполнительного механизма, включающей последовательно расположенные героторные механизмы, каждый из которых содержит статор 2 и размещенный внутри него ротор 3. Оси роторов

3 смещены относительно оси статоров

2 на величину эксцентриситета е, Статоры 2 соединены между собой посредством переводника 4, чем достигается их соосное взаимное расположение, Роторы 3 связаны гибким валом 5, обеспечивающим передачу осевого усилия с одного ротора на другой, а также большей части кру,— тящего момента. Кроме того, роторы

3 связаны посредством направляющих узлов, выполненных в виде кривоши1384702 пов 6, оба конца которого размещены на концевых частях соединяемых роторов 3. Кривошип 6 установлен в роторах 3 с возможностью вращения, для чего в местах контакта предусмотрена установка подшипника 7. В данной конструкции двигателя кривошип 6 размещен внутри гибкого вала 5. Функции кривошипа — обеспечивать заданное расположение осей роторов относительно оси статоров. Таким образом осуществляется сборка роторов 3 и статоров 2 в модули. В зависимости от количества рабочих пар в одном модуле определяется ориентация роторов, оси которых находятся на окружности радиуса е, с центром, совпадающим с осью самого модуля. Смещение оси каждого последующего ротора 3 относитель 20 но предыдущего определяется углом

d.= — — где N — число героторных мел ханизмов в модуле. Число N может, быть 25 равно 2 и более. Сами же модули последовательно соединяются в блоки, количество которых может быть сколь угодно большим, а их ориентация друг относительно друга безразлична .

В то же время модули внутри блока должны быть сориентированы таким образом, чтобы при последовательном их соединении друг относительно друга они были развернуты на угол

360 где. M — число модулей в блоM ке. Число М может быть равно 2 и более. Иными словами, модули последова- 40 тельно соединяются так, чтобы ось ротора верхней рабочей пары каждого последующего модуля была повернута

360 на угол f3 =

M относительно положе- 45 ния оси верхней рабочей пары предыдущего модуля (если смотреть в плане),.по окружности радиуса е. То же самое должно быть и со всеми последующими роторами всех рабочих пар модулей соответственно.

Оси роторов 3 (фиг. 2 и 3) предыдущего и последующего героторных механизмов смещены относительно оси модуля на величину эксцентриситета е.

В данной машине модуль включает два героторных механизма, а потому расположение осей роторов относительно оси

Ь модуля диаметрально противоположное, т.е. угон ol =180

На фиг. 4 представлен конструктивный вариант соединения роторов 8 двух последовательно расположенных героторных механизмов. В данном варианте гибкий вал 9 размещен внутри кривошипа 10. Как и в описанной выше конструкции, рабочие поверхности кривошипа 10 установлены в подшипниках 11 на концевых частях соединяемых роторов 8 с возможностью вращения.

Внутри блока двигателя из трех модулей (фиг. 5) последние должны быть сориентированы таким образом, чтобы при последовательном соединении модулей ось ротора верхнего героторного механизма каждого последующего модуля

360 была повернута на угол р = ††.=120

3 относительно оси ротора верхнего героторного механизма предыдущего модуля по окружности радиуса е.

Для блока двигателя, включающего два модуля, каждый из которых состоит из трех героторных механизмов (фиг. 6), угол 8 смещения модулей друг относительно друга равен

360 — — 180 причем смещение оси каж2

Э дого последующего ротора относительно оси предыдущего в каждом модуле оп360 ределяется углом d = --†--=120 . При

3 этом оси всех роторов должны находиться на окружности радиуса е, центр которой совпадает с осью модуля.

Машина в варианте выполнения ее в качестве забойного двигателя для бурения скважины работает следующим образом.

Промывочная жидкость из полости бурильных труб (на фиг. 1 не показана) поступает в рабочие камеры первого героторного механизма. Приведя во вращение, ротор 3, а вместе с ним и всю роторную группу, после прохода внутренней полости переводника 4 промывочная жидкость поступает в рабочие камеры следующего героторного механизма. Пройдя внутренние полости всех имеющихся в двигателе героторньп механизмов поток жидкости направляется к породоразрушающему инструменту и далее на забой скважины.

Вращающий момент ротора 3 предыдущего героторного механизма передает1384702 ся на ротор 3 последующего героторного механизма с помощью гибкого вала 5. Моменты роторов 3 героторных механизмов суммируются и передаются на шпиндель (на фиг. 1 не показан) с помощью гибкого вала или шарнирного соединения.

Поток промывочной жидкости, поступающий в рабочие органы, создает вращающий момент на роторе и реактивный на статоре. Результатом действия давления жидкости на ротор является также перекашивающий момент, осевая гидравлическая сила и т.д.

Гидравлические силы, являясь внутренними силами относительно статора, вызывают перекос и прижатие ротора к статору. Их действие не распространяется на корпус статора или двигателя.

Силами, вызывающими вибрацию корпуса, в основном, являются массовые— инерционные силы Fj, прижимающие ротор к обкладке статора в зоне полюса зацепления. Их возникновение связано с кинематикой и принципом действия забойного винтового двигателя.

Полное уравновешивание инерционных сил и их моментов, действующих на машину, достигается в секционном исполнении героторной машины, героторные механизмы которой последовательно соединены в блоки, количество.которых может быть 1 и более.

Каждый иэ блоков содержит M модулей (М вЂ” любое целое число, начиная с 2 и более). В свою очередь, модуль состоит, из 2 (рис. 5), 3 (рис. 6) или N соосно расположенных статоров, внутри которых размещено соответствующее количество роторов (N — также любое целое число, начиная с 2 и более). Оси укаэанных роторов находятся

5 на окружности радиуса е с центром, совпадающим с осью модуля, при этом ось каждого последующего ротора относительно каждого предыдущего смещена

360 на угол Ы = — — =180 (рис. 7) Ы

1 2

° ф

= — — =120 (рис. 6) или в общем- слу2

360 чае d. = ††. Сами же модули повернуты

15 друг относительно друга на угол

= 120 (рис.5); P = = 180

360 о 360

3 2 2 360ю (рис. 6) или в общем случае

20 I

На фиг. 5 и 6 на схематичных поперечных сечениях героторны." механизмов отдельных модулей (I-I для модуля.

II,II — ДлЯ мОДулЯ II и Т.Д.)-.ПОкаэаны углы с и 8 между соответствующими роторами в различных модулях, а также взаимное расположение модулей друг относительно друга при установке

Если количество блоков в героторной машине 2 и более, сами блоки могут устанавливаться с безразличной ориентацией друг относительно друга.

Таким образом, предложенные схемы секционных забойных винтовых двигателей позволяют уменьшить и в большинстве вариантов полностью уравновесить инерционные силы и их моменты, что значительно снижает уровень вибрации

40 корпуса и других элементов двигателя.

1384702

1384702

1384702

1384702

Составитель А. Сергачев

Техред Л.Сердюкова Корректор О. Кундрик

Редактор М. Циткина

Заказ 1114/24 Тираж 531 Подписное

)П1ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113033, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Произ воде твена -нолшт рафино ское предприятие, r, Ужгород, ул. 11р . е ь; на ч,