Винтовая гидромашина с уравновешенным ротором

Изобретение относится к винтовым героторным гидромашинам и может быть использовано для винтовых двигателей или насосов общего назначения. Гидромашина содержит статор 1 с внутренними винтовыми зубьями 2, расположенными на длине его активной части, служащей опорой для зубьев 3 ротора 4, и установленный внутри статора 1 ротор 4 с наружными винтовыми зубьями 3, число которых на единицу меньше числа зубьев 2. Отношение длины активной части статора 1 к наружному диаметру зубьев 4 выполнено с возможностью упругого изгиба ротора 4 на этой длине на величину не менее высоты зубьев 2, 3. Совпадение шагов профилей зубьев 2, 3 происходит в закрученной в виде геликоида вокруг оси статора 1 плоскости, проходящей вдоль оси ротора 4. Ротор 4 упруго изогнут на длине активной части статора 1, а его ось образует левую или правую винтовую линию, расположенную вокруг оси статора 1, с радиусом, равным половине высоты зубьев 2, 3. На длину активной части статора 1 приходится как минимум четвертая часть ее витка. Изобретение направлено на повышение срока службы гидромашины. 8 ил.

 

Изобретение относится к винтовым героторным гидромашинам, применяемым в качестве винтовых двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин, а также в качестве винтовых насосов для добычи нефти, мультифазных насосов для перекачки газожидкостных смесей и может быть использовано для винтовых двигателей или насосов общего назначения.

Известны современные винтовые гидромашины с увеличенной длиной рабочих органов, принятые за прототип (журнал «Бурение и нефть» №3, март 2012 г., статья: «Современное состояние и перспективы развития отечественных винтовых забойных двигателей», стр. 5, авторы Д.Ф. Балденко, Ю.А. Коротаев). Увеличение длины рабочих органов позволяет значительно снизить уровень контактных нагрузок в зацеплении, уменьшить интенсивность их износа и предотвратить преждевременное разрушение резиновых зубьев из-за повышенных деформаций и разогрева резины. Ротор такой гидромашины представляет собой маложесткий вал с винтовыми зубьями, способный упруго прогибаться под собственным весом на величину, превышающую высоту своих зубьев. При параллельности осей ротора и статора эта гидромашина обладает высоким уровнем динамических нагрузок от инерционных сил, возникающих от неуравновешенности ротора вызванной его планетарным вращением (нутацией) вокруг оси статора.

Упомянутые нагрузки вызывают вибрацию двигателя, ускоряют износ зубьев статора и ротора, разрушают подшипники шпинделя и резьбовые соединения.

Задачей изобретения является повышение срока службы винтовой гидромашины за счет уменьшения инерционных сил и моментов, связанных с движением ротора внутри статора.

Поставленная задача решается за счет того, что в винтовой гидромашине, содержащей статор с внутренними винтовыми зубьями, расположенными на длине его активной части служащей опорой для зубьев ротора, и установленный внутри статора ротор, имеющий наружные винтовые зубья, число которых на единицу меньше числа зубьев статора, отношение длины активной части статора к наружному диаметру зубьев ротора выполнено с возможностью упругого изгиба ротора на этой длине на величину не менее высоты зубьев гидромашины, совпадение шагов профилей зубьев ротора и статора происходит в закрученной в виде геликоида вокруг оси статора плоскости, проходящей вдоль оси ротора, при этом ротор упруго изогнут на длине активной части статора, а его ось образует левую или правую винтовую линию, расположенную вокруг оси статора, с радиусом, равным половине высоты зубьев гидромашины, причем на длину активной части статора приходится как минимум четвертая часть ее витка.

Отличительными признаками предлагаемой винтовой гидромашины является следующее:

В винтовой гидромашине, содержащей статор с внутренними винтовыми зубьями, расположенными на длине его активной части, служащей опорой для зубьев ротора, и установленный внутри статора ротор, имеющий наружные винтовые зубья, число которых на единицу меньше числа зубьев статора, отношение длины активной части статора к наружному диаметру зубьев ротора выполнено с возможностью упругого изгиба ротора на этой длине на величину не менее высоты зубьев гидромашины, при этом совпадение шагов профилей зубьев ротора и статора происходит в закрученной в виде геликоида вокруг оси статора плоскости, проходящей вдоль оси ротора, при этом ротор упруго изогнут на длине активной части статора, а его ось образует левую или правую винтовую линию, расположенную вокруг оси статора, с радиусом, равным половине высоты зубьев гидромашины, причем на длину активной части статора приходится как минимум четвертая часть ее витка.

При таком выполнении гидромашины, когда ось ротора образует левую или правую винтовую линию, расположенную вокруг оси статора, при ее работе обеспечивается уменьшение инерционных сил и моментов, связанных с движением ротора внутри статора.

Заявляемая гидромашина поясняется чертежами.

На фиг. 1 показано продольное сечение статора с установленным внутри него упруго изогнутым ротором. Ось ротора имеет вид винтовой линии расположенной вокруг оси статора с радиусом равным половине высоты зубьев. На длину активной части статора приходится виток оси ротора.

На фиг. 2 показано поперечное сечение А-А ротора и статора фиг. 1.

На фиг. 3 показано поперечное сечение Б-Б ротора и статора фиг. 1.

На фиг. 4 показано поперечное сечение В-В ротора и статора фиг. 1.

На фиг. 5 показано поперечное сечение Г-Г ротора и статора фиг. 1.

На фиг. 6 показано поперечное сечение Д-Д ротора и статора фиг. 1.

На фиг. 7 показано сечение ротора и статора на длине активной части статора, закрученной в виде геликоида вокруг оси статора плоскостью, проходящей вдоль оси ротора. При этом ось ротора имеет вид левой винтовой линии, расположенной вокруг оси статора, с радиусом, равным половине высоты зубьев, причем на длину активной части статора приходится четвертая часть ее витка.

На фиг. 8 показано сечение ротора и статора на длине активной части статора, закрученной в виде геликоида вокруг оси статора плоскостью, проходящей вдоль оси ротора. При этом ось ротора имеет вид правой винтовой линии, расположенной вокруг оси статора, с радиусом, равным половине высоты зубьев, причем на длину активной части статора приходится четвертая часть ее витка.

Винтовая гидромашина (фиг. 1), содержит статор 1 с внутренними винтовыми зубьями 2, расположенными на длине L его активной части, служащей опорой для зубьев 3 ротора 4, и установленный внутри статора 1 ротор 4, имеющий наружные винтовые зубья 3, число которых на единицу меньше числа зубьев 2 статора 1, при этом отношение длины L активной части статора 1 к наружному диаметру D зубьев 3 ротора 4 выполнено с возможностью упругого изгиба ротора 4 на этой длине L на величину не менее высоты Н зубьев 2.3 гидромашины, совпадение шагов tр, tст профилей (фиг. 7, 8) зубьев 2, 3 ротора 4 и статора 1 происходит в закрученной в виде геликоида вокруг оси О-О статора 1 плоскости, проходящей вдоль оси O1-O1 ротора 4, при этом ротор 4 упруго изогнут на длине L активной части статора 1, а его ось O1-O1 образует левую (фиг. 7) или правую (фиг. 8) винтовую линию, расположенную вокруг оси О-О статора 1, с радиусом R, равным половине высоты Н (фиг. 1) зубьев 2, 3 гидромашины, на длину L активной части статора 1 приходится как минимум четвертая часть ее витка (фиг. 7, фиг. 8).

Описание работы приведено для винтовой гидромашины с левым направлением зубьев.

Когда ось O1-O1 ротора 4 образует левую (фиг. 7) или правую (фиг. 8) винтовую линию, расположенную вокруг оси О-О статора 1, работа гидромашины в качестве винтового двигателя происходит следующим образом: поток текучей среды под давлением по колонне бурильных труб (не показаны) подается в винтовые полости 5 (фиг. 1), образованные винтовыми зубьями 2 статора 1 и винтовыми зубьями 3 ротора 4. При воздействии рабочего давления текучей среды на левые боковые стороны зубьев 3 ротора 4 и поверхность зубьев 2 статора 1 (при направлении взгляда со стороны входа текучей среды) образуется перепад давления между левыми и правыми сторонами зубьев 3 ротора 4 и между левыми и правыми сторонами зубьев 2 статора 1. Под действием неуравновешенных гидравлических сил ротор 4 приводится во вращение, при этом его винтовая ось O1-O1 (фиг. 1) вращается вокруг оси О-О статора 1 против часовой стрелки по окружности радиусом R, равным половине высоты зуба Н, а сам ротор 4 поворачивается вокруг своей оси O1-O1 по часовой стрелке с уменьшенной в число зубьев 3 ротора 4 раз угловой скоростью.

При работе гидромашины в качестве винтового насоса работа происходит следующим образом: ротор 4 (фиг. 1) принудительно приводится во вращение в направлении против часовой стрелки (при направлении взгляда со стороны выхода текучей среды) относительно статора, например, через колонну штанг (не показаны). Винтовые полости 5 (фиг. 1), образованные винтовыми зубьями 2 статора 1 и винтовыми зубьями 3 ротора 4, при вращении ротора 4 перемещаются вдоль статора 1 в сторону дневной поверхности, при этом перемещая перекачиваемую текучую среду вдоль статора 1. Винтовая ось O1-O1 ротора 4 в этом случае вращается по часовой стрелке вокруг оси О-О статора 1, с увеличенной в число зубьев 3 ротора 4 раз угловой скоростью относительно угловой скорости вращения ротора 4.

При работе гидромашины в качестве насоса или двигателя (фиг. 1) ротор 4, упруго изгибаясь, вращается вокруг собственной винтовой оси O1-O1, испытывая число циклов упругого изгиба, равное числу его зубьев 3 за каждый свой оборот. Упругий изгиб ротора 4 происходит на величину высоты Н зубьев в пределах длины L активной части статора 1. При этом винтовая ось O1-O1 упруго изогнутого ротора 4, расположенная вокруг оси О-О статора 1, с радиусом R, равным половине высоты Н зубьев 2, 3 гидромашины, вращается вокруг оси О-О статора 1. Инерционные силы F, воздействующие от ротора 4 на зубья 2 статора 1 вдоль длины L его активной части в каждый момент времени имеют разное направление (фиг. 2, 3, 4, 5, 6), уравновешивая ротор 4. Векторная сумма инерционных сил F связанная с движением ротора 4 значительно уменьшается, даже когда на длину L активной части статора 1 приходится всего четвертая часть витка (фиг. 7, 8) оси O1-O1 ротора 4. При выполнении гидромашины, когда число витков оси O1-O1 ротора 4 на длину L активной части статора 1 превышает четвертую часть витка, происходит еще большее уменьшение инерционных сил и моментов, связанных с движением ротора 4 внутри статора 1, вызванное взаимным уравновешиванием этих сил и моментов. При этом силы от упругого изгиба ротора 3 внутри статора 1 не оказывают ощутимого влияния на работу гидромашины, а уменьшение инерционных сил и моментов, связанных с движением ротора 4 внутри статора 1, значительно повышает срок ее службы и позволяет конструктору при проектировании увеличить быстроходность такой гидромашины.

Винтовая гидромашина, содержащая статор с внутренними винтовыми зубьями, расположенными на длине его активной части, служащей опорой для зубьев ротора, и установленный внутри статора ротор, имеющий наружные винтовые зубья, число которых на единицу меньше числа зубьев статора, отношение длины активной части статора к наружному диаметру зубьев ротора выполнено с возможностью упругого изгиба ротора на этой длине на величину не менее высоты зубьев гидромашины, отличающаяся тем, что совпадение шагов профилей зубьев ротора и статора происходит в закрученной в виде геликоида вокруг оси статора плоскости, проходящей вдоль оси ротора, при этом ротор упруго изогнут на длине активной части статора, а его ось образует левую или правую винтовую линию, расположенную вокруг оси статора, с радиусом, равным половине высоты зубьев гидромашины, причем на длину активной части статора приходится как минимум четвертая часть ее витка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ротационному лопастному вакуумному насосу. Насос содержит приводной двигатель (1), взаимодействующий с камерой (2) для лопастного вакуумирования, в котором все поверхности насоса, расположенные в верхней половине насоса, сконфигурированы так, чтобы на них не было элементов, способных удерживать жидкости или твердые частицы.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к вспомогательным устройствам для компенсации расцентровки осей соединяемых валов насосных промышленных агрегатов при установке насоса в корпусе мультипликатора.

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств. Компрессорная система включает в себя приводимый в действие от электродвигателя через приводной вал компрессор, резервуар для сжатого воздуха.

Группа изобретений относится к способу работы многофазного насоса и его устройству. Многофазный насос содержит расположенное со стороны всасывания впускное отверстие (10) и расположенное с напорной стороны выходное отверстие (20).

Изобретение относится к винтовому насосу, предназначенному для перекачивания транспортируемых сред. Насос (1) выполнен по меньшей мере из двух частей (3, 5).

Изобретение относится к шестеренному насосу объемного типа. Объемный насос (1) содержит корпус с центральным телом (2) и две крышки (20).

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторно-поршневым двигателям внешнего или внутреннего сгорания, компрессорам, гидромоторам и насосам, применимым в стационарных установках и на транспортных средствах.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторным устройствам, и может быть использовано для перемещения жидкостей. Двухроторный насос состоит из двух половин, каждая из которых включает внутренний цилиндр корпуса 1, 11, внешний цилиндр ротора 2, 12 с шиберной прегородкой 5, 15, выпускное отверстие 3, 13, впускное отверстие 4, 14, камеру всасывания 6, 16, камеру выпуска 7, 17, эксцентриковую втулку 9, 19 на валу 10, подшипник 8, 18, роликовое уплотнение 22, 23.

Изобретение относится к гидропневмонасосам и моторам и может быть использовано в машиностроении. Пластинчатая роторная объемная машина содержит одну пластину 5 в сквозном пазу 4 ротора 3, размещенного эксцентрично в некруглой полости корпуса 1.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к конструкции секционных шестеренных насосов. Секционный насос содержит две и более секции, разделенные между собой промежуточной пластиной, ведомые шестерни, свободно установленные на общем для секций насоса ведомом валике, ведущие шестерни, установленные на общем для секций насоса ведущем валике с возможностью перемещения вдоль его оси и соединенные с ним, подшипники скольжения, являющиеся опорами валиков, стопорные кольца, установленные в канавках ведущего валика и расположенные с противоположных сторон одной из ведущих шестерен.

Изобретение относится к роторной машине. Роторная машина состоит из внутреннего ротора (1) и наружного корпуса (3), удерживаемых неподвижной опорной конструкцией и расположенных так, что точки (5) уплотнения внутри корпуса (3) взаимодействуют в месте уплотнения с наружной поверхностью ротора (1) для образования рабочих камер, благодаря чему в работе движение ротора (1) относительно корпуса (3) приводит к движению текучей среды через каналы (10, 11, 13) в роторе (1) в вале (9) ротора, между рабочими камерами и точкой, где вал (9) ротора взаимодействует с опорной конструкцией.

Группа изобретений относится к двигателю с качающимся многоугольным поршнем. Двигатель имеет корпус (13) в форме правильного двенадцатиугольника.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторно-поршневым двигателям внешнего или внутреннего сгорания, компрессорам, гидромоторам и насосам, применимым в стационарных установках и на транспортных средствах.

Группа изобретений относится к машиностроению, в частности к роторно-лопастным двигателям. Двигатель содержит корпус 1, во внутренней полости которого установлен ротор 4, вращающийся на центральной оси 2, соединенной с эксцентричной осью 3, на которой расположены с подвижной фиксацией лопасти 5, имеющие зону приложения 7 для упорного подшипника 6, расположенного на роторе 4, рабочие камеры с каналом подачи 9, образованные между двумя лопастями 5.

Изобретение относится к гидропневмонасосам и моторам и может быть использовано в машиностроении. Пластинчатая роторная объемная машина содержит одну пластину 5 в сквозном пазу 4 ротора 3, размещенного эксцентрично в некруглой полости корпуса 1.

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания. В роторной секции двигателя c силовой цевочной муфтой основными силовыми звеньями являются три ее параллельных плоских диска треугольного профиля.

Изобретение относится к машиностроению. Двигатель внутреннего сгорания состоит, по меньшей мере, из одной роторной секции.

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым энергетическим установкам для надводных и подводных плавсредств. Роторная энергетическая судовая установка состоит из главного и вспомогательного двигателей.

Группа изобретений относится к области машиностроения, энергетики и транспорта и может быть использована в качестве привода, движителя или детандера. По первому варианту двухосевая машина содержит внешний и внутренний контуры 1 и 2 тел вращения и не менее чем один запорный элемент 3.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным машинам, насосам, гидромоторам и двигателям. Роторно-лопастная машина содержит неподвижный корпус 1 с осью 2, на которой вращается ротор 3, соединенной с эксцентрично расположенной дополнительной осью 4, вокруг которой подвижно расположены лопасти 5 с образованием изменяющегося межлопастного пространства.

Изобретение относится к конструкции роторного двигателя с зубчатой передачей для использования привода сжимаемой среды. Двигатель содержит статор (1), содержащий по меньшей мере две треугольные полости (12), уплотненные относительно окружающей среды и содержащие закругленные вершины, из которых в каждую проведен по меньшей мере один канал (41) для входа и выхода сжимаемой среды. В каждую полость (12) вставлен вращающийся поршень (2) с эллиптическим поперечным сечением так, что его продольная ось (Op) параллельна оси (Oc) вращающегося элемента (7), смещена относительно продольной оси (Os) полости (12) на величину эксцентриситета для обеспечения планетарного движения поршня (2), то есть во время перемещения оси (Op) поршня (2) вдоль окружности с радиусом, равным эксцентриситету. Взаимное соединение поршней (2) с приводимым в движение механизмом осуществляется посредством вывода следящих штырей (21) поршней (2) за пределы полостей (12), где они снабжены вращающимися шестернями (6), которые взаимно соединены с элементом (7), соединенным с приводимым в движение механизмом. Изобретение направлено на создание простого роторного двигателя с минимальным количеством деталей с высокой эксплуатационной эффективностью и надежностью. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к винтовым героторным гидромашинам и может быть использовано для винтовых двигателей или насосов общего назначения. Гидромашина содержит статор 1 с внутренними винтовыми зубьями 2, расположенными на длине его активной части, служащей опорой для зубьев 3 ротора 4, и установленный внутри статора 1 ротор 4 с наружными винтовыми зубьями 3, число которых на единицу меньше числа зубьев 2. Отношение длины активной части статора 1 к наружному диаметру зубьев 4 выполнено с возможностью упругого изгиба ротора 4 на этой длине на величину не менее высоты зубьев 2, 3. Совпадение шагов профилей зубьев 2, 3 происходит в закрученной в виде геликоида вокруг оси статора 1 плоскости, проходящей вдоль оси ротора 4. Ротор 4 упруго изогнут на длине активной части статора 1, а его ось образует левую или правую винтовую линию, расположенную вокруг оси статора 1, с радиусом, равным половине высоты зубьев 2, 3. На длину активной части статора 1 приходится как минимум четвертая часть ее витка. Изобретение направлено на повышение срока службы гидромашины. 8 ил.

Наверх