Винтовой героторный механизм

Полезная модель относится к героторным механизмам винтовых забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использована также в винтовых насосах для добычи нефти и перекачивания жидкости.

Винтовая героторная машина содержит винтовой героторный механизм, включающий статор 1 с внутренней винтовой многозаходной поверхностью и расположенный внутри него винтовой ротор с числом зубьев на единицу меньшей числа зубьев статора. Ротор разделен по окончанию шага винтовой линии на ряд модулей 2, 3, 4, соосно объединенных посредством переводника, при этом оси нижеследующего и вышележащего модулей развернуты по окончанию шага винтовой линии зубьев ротора относительно друг друга на угол ₁. Ориентирование объединенных модулей 2, 3 и 4 осуществляется дистанционным стержнем 5, длина l которого между торцами модулей устанавливается согласно формуле l=t ₀±, где t₀ - осевой шаг зубьев ротора равный (t - шаг винтовой поверхности ротора; z₂ - число зубьев ротора). Причем - относительное удлинение (укорачивание) l длины стержня в зависимости от требуемого угла разворота модулей ₁ определяется по формуле .

Технический результат - продление срока службы винтовой героторной машины, за счет конструктивных изменений героторного механизма.

2 ил.

Полезная модель относится к героторным механизмам винтовых забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использована также в винтовых насосах для добычи нефти и перекачивания жидкости.

Известны методики секционирования и применяемые технические средства для ориентированной и неориентированной сборки рабочих органов винтовых забойных двигателей [Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Одновинтовые гидравлические машины: В 2 т. - М.: ООО «ИРЦ Газпром». - 2007. - С.72-73.].

Известна героторная машина [RU 2345208 C1, МПК E21B 4/02 (2006.01), опубл. 27.01.2009], включающая героторный механизм, ротор которого разделен по окончанию шага винтовой линии на ряд модулей, объединенных соосно посредством переводника, содержащего резьбовые соединения при этом оси модулей развернуты относительно друг друга на угол ₁.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, в известных технических решениях, является недостаточная надежность ориентированной сборки рабочих органов (нескольких героторных механизмов), приводящая к снижению долговечности героторной машины.

В процессе эксплуатации ВЗД в экстремальном и тормозном режиме происходит снижение его мощности, которое обусловлено гидравлическими потерями, которые складываются из потерь в рабочих органах (РО) винтовой пары. Увеличение потерь также связано с повышенным износом РО. По мере износа РО, особенно при использовании раствора с большим содержанием песка, натяг уменьшается, что приводит к разгерметизации РО и, как следствие, к снижению нагрузочной способности двигателя и срока его службы. Для увеличения нагрузочной способности силовой секции, а также продления срока службы ВЗД с изношенными РО используют метод секционирования (объединение) героторных механизмов или соосное объединение модулей ротора развернутыми относительно друг друга на угол ₁ Предложенные методы секционирования позволяют увеличить устойчивость работы, нагрузочную способность и срок службы ВЗД. Также и результаты опытно-промышленного бурения скважин с ВЗД, ротор которого представлен соосно объединенными модулями развернутыми относительно друг друга на угол ₁ подтвердил возможность увеличения его срока службы на 60-70%.

Однако опыт отработки ВЗД с ротором модульного исполнения в условиях скважины показал недостаточную надежность соединения в следствие невозможности создания необходимого момента свинчивания модулей с одновременным регулированием угла разворота модулей ₁.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение срока службы героторного механизма, путем изменений способа объединения модулей ротора (героторных механизмов) резьбовыми соединениями.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении надежности соединения модулей (нескольких героторных механизмов), за счет разработки способа ориентированного резьбового соединения (без применения сварки модулей ротора) с одновременным контролем угла разворота соосно объединенных модулей развернутых относительно друг друга на угол ₁.

Указанный технический результат достигается тем, что в героторной машине, содержащий винтовой героторный механизм, включающий статор с внутренней винтовой многозаходной поверхностью и расположенный внутри него винтовой ротор с числом зубьев на единицу меньшей числа зубьев статора, ротор разделен по окончанию шага винтовой линии на ряд модулей, соосно объединенных посредством переводника при этом оси нижеследующего и вышележащего модулей развернуты по окончанию шага винтовой линии зубьев ротора относительно друг друга на угол ₁ новым является то, что ориентирование объединенных модулей осуществлено посредством дистанционного стержня, длина l которого между торцами модулей устанавлена согласно формуле l=t₀±, где t₀ - осевой шаг зубьев ротора равный (t - шаг винтовой поверхности ротора; z₂ - число зубьев ротора), - относительное удлинение (укорачивание) l длины стержня в зависимости от требуемого угла разворота модулей ₁ определено по формуле (при ₁=0°, 360° вершины зубьев модулей совпадают через длину стержня l=t₀).

Повышение срока службы героторного механизма обеспечивается за счет применения надежной сборки рабочих органов, путем объединения модулей ротора стержнями длинной l в зависимости от требуемого угла их разворота ₁ модулей относительно друг друга.

На фиг.1 и 2 представлено резьбовое соединение модулей героторного механизма.

На фиг.1 представлено резьбовое соединение модулей героторного механизма, который содержит статор 1 и модули ротора 2, 3, 4, соединенные посредством дистанционного стержня 5, длина которого l в зависимости от требуемого угла разворота модулей ₁ определяется расчетным путем.

На фиг.2 представлен торцевой разрез А-А объединенных модулей 2, 3 и 4 героторного механизма, соединенных дистанционным стержнем. Зубья модулей 2 и 3, расположенные в неподвижном статоре 1, развернуты на угол ₁ относительно друг друга.

Винтовая героторная машина содержит винтовой героторный механизм, включающий статор 1 с внутренней винтовой многозаходной поверхностью и расположенный внутри него винтовой ротор с числом зубьев на единицу меньшей числа зубьев статора 1. Ротор разделен по окончанию шага винтовой линии на ряд модулей 2, 3, 4, соосно объединенных посредством переводника. Оси нижеследующего и вышележащего модулей, например, 2, 3 соответственно развернуты по окончанию шага винтовой линии зубьев ротора относительно друг друга на угол ₁ - угол разворота модулей относительно друг друга. Ориентирование объединенных модулей 2, 3 и 3, 4 соответственно осуществляется дистанционными стержнями 5, длина l которого между торцами модулей устанавливается согласно формуле:

l=t₀±,

где t₀ - осевой шаг зубьев ротора, равный (t - шаг винтовой поверхности ротора; z₂ - число зубьев ротора).

- относительное удлинение (укорачивание) l длины стержня в зависимости от требуемого угла разворота модулей ₁ определяется по формуле:

.

В таблице представлены технические характеристики РО и результаты расчетов длины l стержня 5 с учетом относительного удлинения (укорачивания) длины l стержня 5 в зависимости от требуемого угла разворота модулей ₁

Число зубьев ротора z 2	Шаг ротора t, мм	Осевой шаг t0, мм	Расчетная длина стержня l с учетом относительного удлинения в зависимости от требуемого угла разворота модулей 1 (град), мм
			0	0,5	1	1,5	2,0	2,5	3,0
5	650	130,0	130,0	130,18	130,36	130,54	130,72	130,9	130,11
7	625	90,0	90,0	90,12	90,25	90,37	90,5	90,62	90,75
9	850	95,0	95,0	95,13	95,26	95,39	95,52	95,65	95,79

Предложенное техническое решение, позволит повысить службы ВЗД за счет применения надежной сборки рабочих органов, объединением модулей ротора (без применения сварки) дистанционным стержнем расчетной длины l в зависимости от требуемого угла разворота модулей ₁ относительно друг друга.

Винтовая героторная машина, содержащая винтовой героторный механизм, включающий статор с внутренней винтовой многозаходной поверхностью и расположенный внутри него винтовой ротор с числом зубьев, на единицу меньшим числа зубьев статора, ротор разделен по окончанию шага винтовой линии на ряд модулей, соосно объединенных посредством переводника, при этом оси нижеследующего и вышележащего модулей развернуты по окончанию шага винтовой линии зубьев ротора относительно друг друга на угол ₁, отличающаяся тем, что ориентирование объединенных модулей осуществлено посредством дистанционного стержня, длина l которого между торцами модулей установлена согласно формуле

l=t₀±,

где t₀ - осевой шаг зубьев ротора, равный

,

где t - шаг винтовой поверхности ротора;

z₂ - число зубьев ротора,

причем - относительное удлинение (укорачивание) 1 длины стержня в зависимости от требуемого угла разворота модулей ₁ определяется по формуле

.