Героторный механизм винтового забойного двигателя (варианты)

Группа полезных моделей относится к винтовым забойным двигателям и может использоваться для бурения нефтяных и газовых скважин. Героторный механизм по 1-му варианту содержит статор с внутренними винтовыми зубьями из упруго-эластичного материала, ротор с нечетным числом наружных винтовых зубьев, количество которых на единицу меньше, чем у статора. Статор и ротор установлены с натягом, а радиальная высота зубьев ротора уменьшена по отношению к радиальной высоте зубьев статора, как минимум, на величину натяга. При этом ось ротора смещена по отношению к оси статора на величину эксцентриситета, равную половине радиальной высоты зубьев статора. Героторный механизм по 2-му варианту содержит статор с внутренними винтовыми зубьями из упруго-эластичного материала, ротор с четным числом наружных винтовых зубьев, количество которых на единицу меньше, чем у статора. Статор и ротор установлены с натягом, а радиальная высота зубьев статора уменьшена по отношению к радиальной высоте зубьев ротора, как минимум, на величину натяга. При этом ось ротора смещена по отношению к оси статора на величину эксцентриситета, равную половине радиальной высоты зубьев ротора. Использование полезной модели увеличивает долговечность героторного механизма. 2 н.п.ф., 2 ил.

Группа полезных моделей (два варианта) относится к винтовым забойным двигателям и может использоваться для бурения нефтяных и газовых скважин.

В качестве прототипа по обоим вариантам полезной модели принято описание изобретения «Героторный механизм винтового забойного двигателя» к патенту РФ 2165531, МПК E21B 4/02, опубл. 20.04.2001. Упомянутый героторный механизм винтового забойного двигателя содержит статор с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упруго-эластичного материала, и установленный в нем с натягом ротор с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев статора. Профили наружных винтовых зубьев статора в торцевом сечении выполнены взаимоогибаемыми. Ходы винтовых зубьев ротора и статора пропорциональны их числам зубьев. В торцевом сечении, перпендикулярном оси O ₂O₂ героторного механизма толщина C₁ зуба статора по среднему диаметру зубьев и окружной шаг S ₁ этих зубьев связаны соотношением C₁/S ₁=0,45-0,65. В нормальном сечении N-N, перпендикулярном направлению винтовой линии M-M зуба статора, толщина C_N зуба 2 статора 1 по среднему диаметру D_cp зубьев и радиальная высота h зуба статора связаны соотношением C _N/h1,75. При этом при нечетном числе зубьев ротора (фиг.2 прототипа) боковая поверхность одного из зубьев ротора в процессе движения целиком контактирует с соответствующей боковой поверхностью впадины статора. При четном числе зубьев ротора (фигуры в прототипе нет, т.к. авторами решались другие задачи) боковая поверхность одного из зубьев статора целиком контактирует с соответствующей боковой поверхностью впадины ротора.

Признаки известного технического решения, совпадающие с признаками заявленной полезной модели по 1-му варианту, заключаются в наличии статора с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упруго-эластичного материала, в установленном в нем с натягом роторе с нечетным числом наружных винтовых зубьев, количество которых на единицу меньше числа зубьев статора, в смещении оси ротора относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине радиальной высоты зубьев статора.

Признаки известного технического решения, совпадающие с признаками заявленной полезной модели по 2-му варианту, заключаются в наличии статора с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упруго-эластичного материала, в установленном в нем с натягом роторе с четным числом наружных винтовых зубьев, количество которых на единицу меньше числа зубьев статора, в смещении оси ротора относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине радиальной высоты зубьев ротора.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается полезной моделью, по обоим вариантам заключается в разнице площадей контакта зубьев ротора и статора в зависимости от их взаимной позиции. Так, например, один из зубьев ротора в процессе планетарного движения в статоре контактирует всей боковой поверхностью, за исключением вершины, с соответствующей боковой поверхностью впадины статора, или зуб статора всей боковой поверхностью, за исключением вершины, контактирует с впадиной ротора, то остальные контактные площади уменьшаются по мере их удаления от максимальной площади контакта.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в увеличении долговечности героторного механизма.

Технический результат, который обеспечивает решение указанной задачи по 1-му варианту заключается в том, что в героторном механизме винтового забойного двигателя, содержащего статор с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упруго-эластичного материала, установленный в нем с натягом ротор с нечетным числом наружных винтовых зубьев, число которых на единицу меньше числа зубьев статор, причем ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине радиальной высоты зубьев статора, согласно полезной модели радиальная высота зубьев ротора уменьшена по отношению к радиальной высоте зубьев статора, как минимум на величину натяга в рабочей паре. Уменьшение радиальной высоты зубьев ротора как минимум на величину натяга позволяет уменьшить контактную площадь боковой поверхности зубьев, особенно в позиции, когда зуб ротора полностью заходит во впадину статора, образуя зазор между вершиной зуба ротора и впадиной статора. Это не только уменьшает разницу в площадях контакта зубьев, но и уменьшает разницу в усилиях, действующих на зубья. Уменьшение площадей контакта зубьев уменьшает также площади трения в боковых поверхностях зубьев, что в свою очередь ведет к уменьшению износа зубьев, к снижению механических потерь в рабочей паре. Указанные технические результаты в совокупности повышают долговечность героторного механизма.

Технический результат, который обеспечивает решение указанной задачи по 2-му варианту заключается в том, что в героторном механизме винтового забойного двигателя, содержащего статор с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упруго-эластичного материала, установленный в нем с натягом ротор с четным числом наружных винтовых зубьев, число которых на единицу меньше числа зубьев статора, причем ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине радиальной высоты зубьев ротора, согласно полезной модели радиальная высота зубьев статора уменьшена по отношению к радиальной высоте зубьев ротора, как минимум, на величину натяга в рабочей паре. Уменьшение радиальной высоты зубьев статора, как минимум, на величину натяга позволяет уменьшить контактную площадь боковой поверхности зубьев, особенно в позиции, когда зуб статора полностью попадает во впадину между зубьями ротора, образуя зазор между вершиной зуба статора и впадиной ротора. Это не только уменьшает разницу в площадях контакта зубьев, но и уменьшает разницу в усилиях, действующих на зубья. Уменьшение площадей контакта зубьев уменьшает также и площади трения в боковых поверхностях зубьев, что в свою очередь ведет к уменьшению износа зубьев, к снижению механических потерь в рабочей паре. Указанные технические результаты в совокупности повышают долговечность героторного механизма.

Новые признаки заявленного технического решения по 1-му варианту заключаются в уменьшении радиальной высоты зубьев ротора по отношению к радиальной высоте зубьев статора, как минимум, на величину натяга в рабочей паре.

Новые признаки заявленного технического решения по 2-му варианту заключаются в уменьшении радиальной высоты зубьев статора по отношению к радиальной высоте зубьев ротора, как минимум, на величину натяга в рабочей паре.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где

на фиг.1 - показан героторный механизм, в котором ротор имеет нечетное количество наружных винтовых зубьев (сечение);

на фиг.2 - показан героторный механизм, в котором ротор имеет четное количество наружных винторых зубьев (сечение);

Героторный механизм винтового забойного двигателя по 1-му варианту содержит статор 1 с внутренними винтовыми зубьями 2, выполненными из упруго-эластичного материала, ротор 3 с нечетным числом наружных винтовых зубьев 4, количество которых на единицу меньше, чем у статора. Статор 1 и ротор 3 установлены с натягом §, а радиальная высота наружных винтовых зубьев 4 ротора 3 уменьшена по отношению к радиальной высоте зубьев статора, как минимум, на величину натяга . При этом ось О-О ротора 3 смещена по отношению к оси O₁-O₁ статора 1 на величину эксцентриситета е, равную половине радиальной высоты зубьев статора.

Героторный механизм винтового забойного двигателя работает следующим образом. Промывочная жидкость, подаваемая с поверхности по колонне бурильных труб, поступает в верхнюю часть героторного механизма. В результате винтового направления зубьев 2 статора 1 и зубьев 4 ротора 3 под действием неуравновешенных гидравлических сил ротор 3 приводится во вращение, его ось О-О при этом движется вокруг оси О₂-O₁ статора 1.

Героторный механизм винтового забойного двигателя по 2-му варианту содержит статор 5 с внутренними винтовыми зубьями 6, выполненными из упруго-эластичного материала, ротор 7 с четным числом наружных винтовых зубьев 8, количество которых на единицу меньше, чем у статора. Статор 5 и ротор 7 установлены с натягом 8, а радиальная высота внутренних винтовых зубьев 6 статора 5 уменьшена по отношению к радиальной высоте зубьев ротора, как минимум, на величину натяга . При этом ось О₂-О₂ ротора 7 смещена по отношению к оси О₃-О₃ статора 5 на величину эксцентриситета е, равную половине радиальной высоты зубьев ротора.

Героторный механизм винтового забойного двигателя работает следующим образом. Промывочная жидкость, подаваемая с поверхности по колонне бурильных труб, поступает в верхнюю часть героторного механизма. В результате винтового направления зубьев 6 статора 5 и зубьев 8 ротора 7 под действием неуравновешенных гидравлических сил ротор 7 приводится во вращение, а его ось O₂-O₂ при этом движется вокруг оси О ₃-О₃ статора 5.

1. Героторный механизм винтового забойного двигателя, содержащий статор с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упруго-эластичного материала, установленный в нем с натягом ротор с нечетным числом наружных винтовых зубьев, число которых на единицу меньше числа зубьев статора, причем ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине радиальной высоты зубьев статора, отличающийся тем, что радиальная высота зубьев ротора уменьшена по отношению к радиальной высоте зубьев статора, как минимум, на величину натяга в рабочей паре.

2. Героторный механизм винтового забойного двигателя, содержащий статор с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упруго-эластичного материала, установленный в нем с натягом ротор с четным числом наружных винтовых зубьев, число которых на единицу меньше числа зубьев статора, причем ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине радиальной высоты зубьев ротора, отличающийся тем, что радиальная высота зубьев статора уменьшена по отношению к радиальной высоте зубьев ротора, как минимум, на величину натяга в рабочей паре.