Шарнир винтового забойного двигателя

Полезная модель относится к буровой технике, а именно - к шарнирам винтовых забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин, предназначенным для передачи крутящего момента и осевой нагрузки от планетарно движущегося ротора к соосно вращающемуся валу опорного узла. Полезная модель может быть использована и в других отраслях машиностроения для соединения валов с перекашивающимися осями. Шарнир винтового забойного двигателя содержит корпус, вал, тела качения, средства для передачи соевой нагрузки и уплотнение. Корпус имеет внутренние продольные канавки цилиндрической формы, оси которых параллельны оси корпуса. Вал содержит наружные продольные канавки цилиндрической формы, оси которых параллельны оси вала. Тела качения выполнены в виде роликов и установлены в продольных канавках корпуса и в продольных канавках вала. Ролики имеют бочкообразную наружную поверхность с радиусом кривизны в осевом сечении, равным R₁, который выполнен в соответствии с соотношением R₁(r+R), где r - наибольший радиус поперечного сечения ролика; R - радиус от оси шарнира до оси ролика. Длина L роликов выполнена в соответствии с соотношением L>2r.

Средства для передачи осевой нагрузки состоят из вала, торцевая поверхность которого выполнена выгнутой сферической для взаимодействия с вогнутой сферической поверхностью вкладыша. Между плоской поверхностью вкладыша и корпусом в его выемке установлен демпфирующий элемент, выполненный эластомера в виде круглой пластины.

С одной стороны пластины выполнены две кольцевые концентрические канавки. Уплотнение содержит втулку, на внутренней поверхности которой закреплена одним концом манжета из упруго-эластичного материала, например, из резины, а другой конец манжеты закреплен на наружной поверхности вала. Внутренняя полость между корпусом и валом заполнена смазкой, для введения которой в корпусе выполнено отверстие, в котором установлена пробка. Полезная модель увеличивает ресурс винтового забойного двигателя. 1 н.п.ф., 1 з.п.ф., 5 ил.

Полезная модель относится к буровой технике, а именно - к шарнирам винтовых забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин, предназначенным для передачи крутящего момента и осевой нагрузки от планетарно движущегося ротора к соосно вращающемуся валу опорного узла.

В качестве прототипа принято описание полезной модели «Шарнир винтового забойного двигателя» к патенту №34195, МПК F16D 3/22, Е21B4/00, опубл. 27.11.2003 г.

Упомянутый шарнир винтового забойного двигателя содержит корпус, вал, тела качения, средства для передачи осевой нагрузки и уплотнение. Корпус имеет внутренние продольные канавки цилиндрической формы, оси которых параллельны оси корпуса. Вал содержит наружные продольные канавки цилиндрической формы, оси которых параллельны оси вала. Тела качения выполнены в виде роликов и установлены в продольных канавках корпуса и в продольных канавках вала. Ролики имеют бочкообразную наружную поверхность с радиусом кривизны в осевом сечении, равным R₁, который выполнен в соответствии с соотношением:

R₁(r+R),

где r - наибольший радиус поперечного сечения ролика;

R - радиус окружности, проходящей через оси роликов, центр которой расположен на оси шарнира.

Длина L роликов выполнена в соответствии с соотношением:

L>2r.

Средства для передачи осевой нагрузки выполнены в виде сферического выступа на валу для взаимодействия с торцовой сферической

лункой вкладыша корпуса. Центр сферического выступа находится в плоскости, проходящей посередине роликов.

Уплотнение содержит втулку, на внутренней поверхности которой закреплена одним концом манжета из упруго-эластичного материала, например, из резины, а другой конец манжеты закреплен на наружной поверхности вала. Внутренняя полость между корпусом и валом заполнена смазкой, для введения которой в корпусе выполнено отверстие, в котором установлена пробка.

Признаки, являющиеся общими для прототипа и заявленного устройства состоят в наличии у устройства корпуса с внутренними продольными канавками цилиндрической формы, вала с наружными продольными канавками цилиндрической формы, тел качения в виде роликов, имеющих бочкообразную боковую поверхность, у которой радиус кривизны R₁ выполнен из соотношения R₁(r+R), r - наибольший радиус поперечного сечения ролика, R - радиус от оси шарнира до оси ролика, а длина ролика L выполнена в соответствии с соотношением L>2r, установленных в полостях, образуемых упомянутыми соответствующими продольными канавками корпуса и вала. Общими признаками является также наличие у заявленного устройства средств для передачи осевой нагрузки, состоящих из вала, торцевая поверхность которого выполнена выгнутой сферической для взаимодействия с вогнутой сферической поверхностью вкладыша, установленного в выемке корпуса.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается полезной моделью, заключается в жесткости средств для передачи осевой нагрузки.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в увеличении ресурса работы винтового забойного двигателя.

Технический результат, опосредствующий решение указанной технической задачи, заключается в снижении осевой нагрузки на двигатель.

Достигается технический результат тем, что в известном шарнире, содержащем корпус с внутренними продольными канавками цилиндрической формы, вал с наружными продольными канавками цилиндрической формы, тела качения в виде роликов, имеющих бочкообразную боковую поверхность, у которой радиус кривизны R₁ выполнен из соотношения R₁(r+R), r - наибольший радиус поперечного сечения ролика, R - радиус от оси шарнира до оси ролика, а длина ролика L выполнена в соответствии с соотношением L>2rи установленных в полостях, образуемых упомянутыми соответствующими продольными канавками корпуса и вала, средства для передачи осевой нагрузки, состоящие из вала, торцевая поверхность которого выполнена выгнутой сферической для взаимодействия с вогнутой сферической поверхностью вкладыша, установленного в выемке корпуса, согласно полезной модели, между вкладышем и корпусом размещен демпфирующий элемент. Технический результат достигается также и тем, что демпфирующий элемент выполнен из эластомера в виде круглой пластины, на которой, как минимум, с одной стороны выполнена, как минимум, одна кольцевая канавка. Наличие демпфирующего элемента позволяет гасить часть передаваемой осевой нагрузки на винтовой забойный двигатель, увеличивая тем самым ресурс его работы. Наличие кольцевых канавок на демпфирующем элементе усиливает его демпфирующие свойства.

Новые признаки заявленного технического решения заключаются в наличии в средствах для передачи осевой нагрузки демпфирующего элемента, установленного между вкладышем и корпусом, выполненного из эластомера в виде круглой пластины, на которой, как минимум, с одной стороны выполнена, как минимум, одна кольцевая канавка.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:

на фиг.1 - показан шарнир винтового забойного двигателя в продольном разрезе;

на фиг.2 - показано сечение А-А на фиг.1;

на фиг.3 - показано продольное сечение по ролику, поз.8;

на фиг.4 - показан демпфирующий элемент, поз.13;

на фиг.5 - показаны два шарнира, соединенные между собой, образующие шарнирное соединение винтового забойного двигателя;

Шарнир винтового забойного двигателя содержит корпус 1, вал 2, тела качения 3, средства 4 для передачи соевой нагрузки и уплотнение 5. Корпус 1 имеет внутренние продольные канавки 6 цилиндрической формы, оси которых параллельны оси корпуса 1. Вал 2 содержит наружные продольные канавки 7 цилиндрической формы, оси которых параллельны оси вала 2. Тела качения 3 выполнены в виде роликов 8 и установлены в полостях, образуемых соответствующими продольными канавками 6 и 7 корпуса вала. Ролики 8 имеют бочкообразную наружную поверхность 9 с радиусом кривизны в осевом сечении, равным R₁, который выполнен в соответствии с соотношением:

R₁(r+R),

где r - наибольший радиус поперечного сечения ролика;

R - радиус от оси шарнира до оси ролика.

Длина L роликов выполнена в соответствии с соотношением:

L>2r.

Средства 4 для передачи осевой нагрузки состоят из вала 2, торцевая поверхность 10 которого выполнена выгнутой сферической для взаимодействия с вогнутой сферической поверхностью 11 вкладыша 12. Между плоской поверхностью вкладыша 12 и корпусом 1 в его выемке установлен демпфирующий элемент 13, выполненный эластомeра в виде круглой пластины. С одной стороны пластины выполнены две кольцевые концентрические канавки 14.

Уплотнение 5 содержит втулку 15, на внутренней поверхности которой закреплена одним концом манжета 16 из упруго-эластичного материала, например, из резины, а другой конец манжеты 16 закреплен на

наружной поверхности вала 2. Внутренняя полость между корпусом 1 и валом 2 заполнена смазкой, для введения которой в корпусе 1 выполнено отверстие 17, в котором установлена пробка 18.

Обычно в винтовом забойном двигателе устанавливаются два шарнира (фиг.4): верхний 19 и нижний 20, соединенные между собой, для передачи вращения между несоосным ротором и валом опорного узла винтового забойного двигателя. Верхний шарнир 19 имеет резьбу 21 для присоединения к ротору, а нижний шарнир 20 снабжен резьбой 22 для присоединения к валу опорного узла винтового забойного двигателя.

Шарнир винтового забойного двигателя работает следующим образом. Осевая нагрузка и крутящий момент от ротора винтового забойного двигателя передаются на корпус 1 шарнира. Крутящий момент передается от корпуса 1 к валу 2 через ролики 8, имеющие бочкообразную боковую поверхность 9. При прецессионном движении вала 2 по отношению к корпусу 1 с углом перекоса их осей, равным а, происходит поворот осей роликов 8 и самоустановка роликов в продольных канавках 7 вала 2 и в продольных канавках 6 корпуса 1 с перекатыванием наружной поверхности 9 роликов 8 по поверхности канавок 6 и 7. Осевая нагрузка передается от корпуса 1 к валу 2 через демпфирующий элемент 13, вогнутую сферическую поверхность 11 вкладыша 12, выгнутую сферическую поверхность 10 вала 2. За счет демпфирующих свойств демпфирующего элемента 13 часть осевой нагрузки гасится. Наличие концентрических кольцевых канавок 14 на демпфирующем элементе усиливает его демпфирующие свойства.

Предложенный шарнир может быть использован в винтовых героторных насосах, а также для соединения валов с перекашивающимися осями в разных отраслях машиностроения.

1. Шарнир винтового забойного двигателя, содержащий корпус с внутренними продольными канавками цилиндрической формы, вал с наружными продольными канавками цилиндрической формы, тела качения в виде роликов, имеющих бочкообразную наружную поверхность, у которой радиус кривизны R₁ выполнен из соотношения R₁(r+R), где r - наибольший радиус поперечного сечения ролика, R - радиус от оси шарнира до оси ролика, а длина ролика L выполнена в соответствии с соотношением L>2r, установленных в полостях, образуемых соответствующими продольными канавками корпуса и вала, средства для передачи осевой нагрузки, состоящие из вала, торцевая поверхность которого выполнена выгнутой сферической для взаимодействия с вогнутой сферической поверхностью вкладыша, установленного в выемке корпуса, отличающийся тем, что между вкладышем и корпусом размещен демпфирующий элемент.

2. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что демпфирующий элемент выполнен из эластомера в виде круглой пластины, на которой как минимум с одной стороны выполнена как минимум одна кольцевая канавка.