СТАТОР ЗАБОЙНОЙ ГЕРОТОРНОЙ МАШИНЫ Российский патент 1994 года по МПК E21B4/02 

Изобретение относится к области бурения скважин забойными двигателями.

Известны статоры героторных машин, представляющие собой резинометаллические детали, в которых эластомерная обкладка с внутренними винтовыми зубьями привулканизирована к толстостенному корпусу героторной машины [1].

Такая конструкция статора характеризуется повышенной металлоемкостью.

Более рациональной является конструкция статора со сменной рабочей гильзой, установленной в корпусе. Рабочая гильза включает эластомерную зубчатую и несущую металлическую части [2].

В этом статоре между рабочей гильзой и корпусом образована полость, сообщающаяся с полостью высокого давления, что наряду с компенсацией износа вызывает самозаклинивание рабочих органов двигателя. Еще более существенным недостатком этого технического решения является низкая надежность крепления рабочей гильзы в корпусе двигателя.

Изобретение направлено на решение задачи по повышению надежности статора при обеспечении сменности его рабочей гильзы.

При осуществлении изобретения исключается взаимный проворот гильзы и корпуса на рабочем режиме и обеспечивается амортизация при высокой частоте вращения на режиме холостого хода.

Для этого в статоре забойной героторной машины, включающем корпус, установленную в нем с образованием кольцевой полости рабочую гильзу, имеющую внутреннюю винтовую поверхность и содержащую металлическую основу, и связанный с корпусом резьбовым соединением переводник, металлическая основа выполнена в виде тонкостенной втулки, кольцевая полость изолирована от внешней среды, отношение толщины втулки в ее средней части к наружному диаметру гильзы составляет 0,02...0,09, а отношение радиального размера полости к толщине втулки в ее средней части находится в пределах 0,02...0,15.

В частных случаях использования изобретения тонкостенная втулка выполняется со сквозными отверстиями. Кроме того, она связана с переводником резьбовым соединением.

Под действием избыточного давления в результате радиальной деформации гильзы происходит ее контакт с корпусом по боковым цилиндрическим поверхностям и исключается их взаимный проворот.

Наличие кольцевой полости между корпусом и гильзой обеспечивает амортизирующий эффект при работе двигателя на режиме холостого хода, т.е. при наиболее высокой частоте вращения ротора, имеющей место при небольшом перепаде давлений.

На фиг. 1 изображен статор в продольном разрезе с установленным в нем ротором; на фиг.2 - вариант выполнения статора.

Статор героторной машины состоит из корпуса 1 и расположенной внутри него сменной рабочей гильзы с внутренней винтовой поверхностью. Рабочая гильза включает металлическую основу, выполненную в виде тонкостенной втулки 2, и эластомер 3.

Отношение минимальной толщины Б втулки 2 в ее средней части к наружному диаметру Д гильзы в том же сечении составляет 0,02...0,09.

Рабочая гильза установлена в корпусе 1 с образованием между ними кольцевой полости 7. Отношение ее минимального радиального размера А к минимальной толщине Б втулки 2 в ее средней части составляет 0,02...0,15.

Переводник 4 посредством резьбового соединения 5 соединяется с корпусом 1, одновременно зажимая по торцам втулку 2 и тем самым уплотняя концы рабочей гильзы по отношению к корпусу 1 и изолируя от внешней среды кольцевую полость 7.

Для повышения надежности уплотнения можно использовать сальники 6 (фиг. 2).

В конструктивном варианте статора, изображенном на фиг.2, в металлической втулке 2 выполнены сквозные отверстия 9, заполненные эластомером. Кроме того, втулка 2 покрыта эластомером 3 не только изнутри, но и снаружи. Переводник 4 может быть связан с втулкой 2 резьбовым соединением 8.

Устройство работает следующим образом.

При погружении на забой скважины героторной машины последняя попадает под действие всестороннего гидравлического сжатия вышележащим столбом жидкости. При включении героторной машины в работу к действию столба жидкости добавляется давление, срабатываемое в рабочих органах машины. В результате этого происходит встречная деформация рабочей гильзы и корпуса 1. Встречной деформации этих деталей способствует также зажим гильзы в корпусе 1. Под действием нарастающего с глубиной избыточного давления и с увеличением момента силы в рабочих органах происходит уменьшение радиального и осевого размеров кольцевой изолированной полости 7, затем частичный и полный контакт по боковым поверхностям гильзы и корпуса 1, способствующий передаче реактивного момента от гильзы на корпус. Деформационное сжатие втулки 2 гильзы в корпусе 1 способствует компенсации остаточных напряжений в контакте металл-эластомер, возникающих из-за термической усадки последнего при вулканизации.

Нижние пределы, равные 0,02 отношений толщины Б втулки 2 к наружному диаметру Д гильзы и радиального размера А кольцевого зазора 7 к толщине Б втулки 2 установлены исходя соответственно из достаточной жеcткости втулки и гарантированного контакта гильзы с корпусом 1 даже при незначительном избыточном давлении. Верхние пределы указанных соотношений, равные 0,09 и 0,15, установлены исходя из реально возможного использования радиального габарита героторных машин для обеспечения хотя бы частичного контакта гильзы и корпуса на режиме холостого хода машины и увеличения его на рабочих режимах, при этом наиболее реально использование перекрестных значений отношений (меньшей величины одного отношения с большей величиной другого и наоборот).

Обеспечение частичного контакта на режиме холостого хода способствует гашению повышенного уровня вибраций на этом режиме. По мере загрузки героторной машины происходит рост срабатываемого перепада давлений, увеличение контакта гильзы с корпусом, что способствует удержанию от их относительного проворота под действием возрастающего момента силы.

В варианте исполнения статора, изображенном на фиг.2, целесообразно, чтобы резьбы 5 и 8 имели различные по величине шаги, но одинаковые по направлению нарезки, при этом обеспечивается гарантированное страгивание гильзы 2 в корпусе 1 в начале отворота переводника 4.

Использование: при бурении скважин в горной промышленности. Сущность изобретения: статор забойной героторной машины включает корпус, установленную в нем с образованием кольцевой полости рабочую гильзу с внутренней винтовой поверхностью и металлической основой и связанный с корпусом резьбовым соединением переводник. Металлическая основа выполнена в виде тонкостенной втулки, а кольцевая полость изолирована от внешней среды. Отношение толщины втулки в ее средней части к наружному диаметру гильзы составляет 0,02 ... 0,09, а отношение радиального размера полости к толщине втулки в ее средней части находится в пределах 0,02 ... 0,15. Кроме того, втулка выполнена со сквозными отверстиями и связана с переводником резьбовым соединением. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СТАТОР ЗАБОЙНОЙ ГЕРОТОРНОЙ МАШИНЫ, включающий корпус, установленную в нем с образованием кольцевой полости рабочую гильзу, имеющую внутреннюю винтовую поверхность и содержащую металлическую основу, и связанный с корпусом резьбовым соединением переводник, отличающийся тем, что металлическая основа выполнена в виде тонкостенной втулки, кольцевая полость изолирована от внешней среды, отношение толщины втулки в ее средней части к наружному диаметру гильзы составляет 0,02 - 0,09, а отношение радиального размера полости к толщине втулки в ее средней части - в пределах 0,02 - 0,15. 2. Статор по п.1, отличающийся тем, что втулка выполнена со сквозными отверстиями. 3. Статор по п.1 или 2, отличающийся тем, что втулка связана с переводником резьбовым соединением.