ВИНТОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК F01C5/04 F01C1/107 

Изобретение относится к буровой технике, к технике бурения нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин. Оно может быть использовано при бурении нефтяных и газовых скважин в качестве гидравлических забойных винтовых двигателей и винтовых насосов.

Известен винтовой забойный двигатель, содержащий ротор и статор с разницей в числах зубьев, равной единице, а также шпиндель, включающий вал, устройство для соединения ротора с валом шпинделя [1].

Известен винтовой забойный двигатель, содержащий ротор, статор с разницей в числах зубьев рабочей зоны, равной единице, торсион, размещенный в полости ротора и жестко соединенный с ротором и валом шпинделя [2].

Недостатком известных двигателей является то, что профиль зуба пары ротор-статор выполнен по циклоидальным кривым, не обеспечивающим стабильность работы двигателя. В результате на ротор действует перекашивающий момент, создаваемый гидравлическими силами, который в полосе зацепления нарушает стабилизацию движения ротора в статоре, увеличиваются объемные утечки и механические потери в рабочей паре, что в свою очередь снижает долговечность и нагрузочную способность двигателя.

Известен винтовой двигатель [3] и винтовой двигатель [4], состоящие из охватывающего винтового вала с семью зубьями и охватываемого винтового вала с шестью зубьями, входящими в зацепление с зубьями вала первого, профиль рабочей поверхности зубьев одного вала образован соединенными последовательно дугами с радиусами с центром в точке пересечения делительной окружности с прямой, соединяющей центр вала одного и центр вала другого, дугами с радиусами с центром на линии продолжения прямой; прямой линии, пересекающейся под углом "α" в точке S с прямой линией, соединяющей точку S на делительной окружности и центр вала; кривой линией, образованной дугой другого вала; дугой на окружности вершин зубьев, где наружная точка дуги с центральным углом 5-15^o относительно прямой линии, соединяющей центры. Профиль тыльной поверхности зубьев вала первого образован последовательно соединенными дугой с радиусом в одной точке, дугой с радиусом в другой точке, кривой линией, образованной дугой вала второго.

Профиль рабочей поверхности зубьев вала второго образован последовательно соединенными дугой, кривой линией, образованной прямой линией вала первого, дугой, образованной прямой линией вала первого, дугой радиусом с центром в точке O₆, дугой на окружности впадин зубьев, где наружная точка дуги с центральным углом 5-15^o относительно прямой линии, соединяющей центры валов. Профиль тыльной поверхности зубьев второго вала образован последовательно соединенными кривой линией, образованной дугой первого вала, кривой линией, образованной дугой первого вала, дугой с радиусом с центром в точке O₇
Недостатками известных винтовых двигателей являются: сложное формирование профиля зубьев, образование рабочего профиля зубьев дугами в сочетании с прямыми линиями и кривыми, в местах сопряжения которых множество самопересекающихся участков профиля, что значительно усложняет изготовление инструмента и требует дополнительных затрат на сглаживание этих участков. Такой профиль зубьев увеличивает износ рабочей пары в месте зацепления зубьев.

Известен двигатель [5], содержащий два вытеснительных элемента, смонтированных с возможностью вращения относительно друг друга, например зубчатое колесо. Количество зубьев кольцевого колеса на единицу превышает количество зубьев N-зубчатого колеса. Профиль зубьев по меньшей мере одного элемента на некоторых участках определяется трохоидой T=f (RC,E,RT) как функция радиуса базовой окружности RC, величины эксцентриситета E и радиуса образующей окружности RT. Из этих параметров по меньшей мере один должен периодически изменяться в окружном направлении с периодом, определяемым шагом зубьев.

Недостатками устройства являются образование профиля зубьев из дугообразных и прямолинейных участков, определяемых трохоидой, рассчитанной по нескольким параметрам, что значительно усложняет профилеобразование зубьев, а места пересечения этих разновидных участков имеют перегибы, отрицательно влияющие на эксплутационные характеристики двигателя: увеличивают коэффициент трения в зоне зацепления зубьев и в местах перегибов, усложняют технологию изготовления инструмента формирующего профиль зубьев, уменьшают объем двигателя, ухудшают энергетические характеристики его.

Известен двигатель [6], содержащий кольцевое зубчатое колесо с внутренними зубьями и зубчатое колесо с внешними зубьями, эксцентрично смонтированное внутри кольцевого зубчатого колеса. Внутренние и внешние зубья находятся в зацеплении. Количество внешних зубьев на единицу превышает количество внутренних зубьев. Профиль внешних зубьев образован системой окружностей, центры которых лежат на трохоиде, которая образуется при обкатывании профильной окружности без проскальзывания по базовой окружности точкой, расположенной на линии, проходящей по радиусу профильной окружности. Форма зуба может быть образована концевыми точками системы отрезков прямой, расположенной под прямыми углами к трохоиде. Длина этих отрезков равна величине радиусов, образующих окружности. Трохоида охватывает замкнутую внутреннюю поверхность, отделяя ее от наружной поверхностей и нескольких промежуточных поверхностей. Отрезки прямой расположены только на внутренней поверхности.

Недостатками устройства являются: сложность профилеобразования и получение самопересекающихся участков профиля, ухудшающих технологию эксплуатации двигателя, усложняющих технологию изготовления инструмента, а также требование последующей доводки поверхности до требуемых параметров.

В качестве прототипа выбрано техническое решение [7] как наиболее близкое к предлагаемому по технической сущности и положительному эффекту. Героторный винтовой двигатель, содержащий статор и ротор. Ротор размещен внутри статора с эксцентриситетом относительно продольной оси статора. Ротор и статор имеют зубья, которые находятся в зацеплении. Количество внешних зубьев на единицу превышает количество внутренних зубьев. Профиль зубьев образован из долей дуг, объединенных общей касательной к этим дугам, а центры долей дуг расположены на окружности спирали статора или ротора, которая является центром, продольной осью статора или ротора (осью вращения).

Недостатками устройства являются: сложность формирования профиля зубьев из-за выполнения головки и ножки зубьев сопряжением нескольких долей дуг с различными радиусами кривизны и образования в местах сопряжения самопересекающихся участков, которые в условиях эксплуатации рабочей пары статор-ротор увеличивают трение в местах зацепления зубьев и, следовательно, увеличивают износ двигателя. Место соединения дуг головки и ножки выполнено в виде прямой, которая является касательной для обеих объединяющихся дуг. Этот набор элементов, образующих профиль зубьев как ротора, так и статора, не является простым вариантом и не способствует оптимизации в профилеобразовании зубьев, усложняя как технологию изготовления инструмента, так и условия эксплуатации пары статора и ротора. Профилеобразование по этому принципу ограничивает способность проектирования в широком диапазоне влиять на эксплуатационные свойства двигателя.

Технической задачей изобретения является упрощение оптимизации профиля зубьев рабочей пары двигателя путем образования профиля зуба дугой окружности головки и дугой окружности ножки зуба без пересечения в участке их сопряжения и улучшение энергетических характеристик двигателя.

Техническая задача выполняется тем, что в известном героторном винтовом двигателе, включающем рабочую пару статор-ротор, ротор размещен внутри статора с эксцентриситетом по отношению к оси статора, статор имеет внутреннюю зубчатую поверхность, ротор имеет внешнюю зубчатую поверхность, зубья находятся в зацеплении, количество внешних зубьев на единицу превышает количество внутренних зубьев, полный профиль зуба выполнен тремя дугами окружностей, описывающих головку и ножку зуба, одной дугой окружности - головку зуба и двумя дугами окружностей - ножку зуба, центры окружностей, описывающих ножку и головку зуба, расположены на оси симметрии ножки и головки соответственно, дуги окружностей в месте их сопряжения имеют общую точку без самопересечения в ней, точки центров дуг окружностей головки и ножки зуба и точка сопряжения расположены на одной прямой, а углы наклона касательных в наивысшей и наинизшей точках профиля прямые, отношение радиусов окружностей, описывающих головку и ножку, равно 0,08-2,5 соответственно.

На фиг. 1 изображена рабочая пара двигателя в поперечном разрезе; на фиг. 2 показана схема профилеобразования зуба ротора; на фиг.3 показаны варианты профилеобразования зуба ротора.

Двигатель имеет рабочую пару: статор 1 и ротор 2 с одинаковыми углами наклона винтовой поверхности зубьев. Зубья ротора и статора состоят из головки 3 и ножки 4 - выпуклой и вогнутой частей соответственно (фиг. 1). Профиль зуба образован дугой окружности 5, описывающей головку 3 зуба, и дугами окружностей 6 и 7, описывающих ножку зуба 4 по обе стороны головки 3. Полный профиль зуба образован тремя дугами окружностей - одной дугой, описывающей головку 3, и двумя, описывающими ножку зуба 4 (фиг.2). Полупрофиль зуба образован двумя дугами окружностей, описывающих головку и ножку зуба с одной стороны. Центры дуг окружностей O₁, O₂, O₃, O₄, O₅, описывающих головку зуба, и центры дуг окружностей, описывающих ножку зуба O₆, O₇, O₈, O₉, O₁₀ возможных вариантов профилеобразования, расположены на оси симметрии Z головки 3 и ножки 4 (фиг.3) соответственно. Дуги окружностей 5 и 6, 7 (фиг.2) в месте их сопряжения имеют общую точку 8 без самопересечения дуг в ней. Возможные варианты предложенной схемы профилеобразования представлены на фиг.3, демонстрирующие, что реализуется схема плавного перехода дуг окружностей в точке сопряжения и за счет того, что центры этих окружностей и точка сопряжения расположены на одной прямой 9, а углы "α" между касательными 10 (фиг. 2) в наивысшей и наинизшей точках профиля и прямыми Z, проведенными из центра ротора или статора, в зависимости от профилеобразования того или иного элемента двигателя в паре ротор-статор, являются прямыми, то есть равны 90^o, как и угол "α", в точке 8, образованный касательной 11 в точке пересечения дуг головки и ножки зуба, и прямой 9, проходящей через центры этих дуг, а отношение радиусов окружностей, описывающих головку и ножку зуба, лежит в пределах 0,08-2,5 соответственно.

Сравнительный анализ предложенного изобретения с прототипом показал, что предложенный винтовой двигатель от прототипа отличается существенно: сопоставление формообразования профиля зуба прототипа и заявляемого показывает, что предлагаемый профиль, в отличие от прототипа, образован дугой окружности, описывающей головку зуба, и дугой окружности, описывающей ножку зуба с одной стороны, и дугой окружности, описывающей ножку зуба с другой стороны. За счет того, что дуги окружностей образованы радиусами, имеющими центры не на витке статора или ротора как в прототипе, а на оси симметрии головки или ножки зуба, в зависимости от формообразования профиля вершины или впадины зуба соответственно, дуги окружностей в месте их сопряжения в профиле не пересекаются, а плавно переходят без излома одна в другую в общей точке. Прототип же в месте сопряжения дуг окружностей имеет прямую линию, объединяющую их, поэтому у точек сопряжения дуг и линии (касательной к этим дугам) имеется участок пересечения этих элементов, ухудшающих технологические и эксплутационные характеристики рабочей пары двигателя. В предлагаемом двигателе плавность перехода дуг окружностей, описывающих головку и ножку зуба, обеспечивается также и за счет того, что точки центров дуг и точка сопряжения расположены на одной прямой, а угол между этой прямой и касательной в этой точке и касательные в наивысшей и наинизших точках профиля зуба (то есть в вершине выпуклой и выгнутой частей зуба) и прямыми, проведенными из центра ротора или статора, равны 90^o, обеспечивая зависимость профилеобразования от расположения оси симметрии головки и ножки зуба, энергетических параметров двигателя, задающих величины радиусов дуг окружностей и их разницу в зависимости от заданного объема и мощности двигателя. Экспериментально доказано, что чем более мощный двигатель, тем большая разница в величине радиусов дуг окружностей (r₁/r₂ - где r₁ - радиус окружности, описывающий головку зуба и r₂ - радиус окружности, описывающий ножку зуба).

В целом, по сравнению с прототипом, образованный только дугами окружностей предлагаемый профиль зуба позволяет получить систему идеального центроидного зацепления, обеспечивая максимальный объем двигателя и плавность передачи. Предлагаемое устройство обладает новизной и существенными отличиями. Прототип, содержащий зубья с профилем, имеющим множество изломов, ухудшает энергетические характеристики, повышая коэффициент трения на боковых поверхностях зуба, ухудшает условия зацепления рабочей пары ротор-статор. Предлагаемый двигатель имеет зубья на поверхности статора и ротора, профиль которых образован при определенном отношении радиусов окружностей, описывающих головку и ножку зуба. Экспериментально был установлен диапазон отношений этих радиусов. Таким диапазоном оказался предел от 0,08 до 2,5 (фиг.3). В этом диапазоне соблюдается плавность перехода дуг окружностей в точке их сопряжения, то есть нет изломов, ухудшающих эксплутационные качества профиля зуба, улучшается и упрощается технология получения профиля на поверхности статора или ротора режущим инструментом, исчезает операция по выглаживанию мест изломов, как это делалось в прототипе, увеличивается производительность труда специалистов по получению заданного профиля зубьев рабочей пары. Отношения, близкие к 2,5 и равные 2,5, позволяют получить профиль зубьев пары статор-ротор, позволяющий в свою очередь достичь максимально возможного увеличения объема двигателя, но при этом ухудшаются незначительно условия зацепления в зоне контакта статора с ротором. Отношения радиусов дуг окружностей, описывающих головку и ножку зуба за пределами значения, равного 2,5, ухудшают условия зацепления в зоне контакта ротор-статор, так как в местах сопряжения образуются изломы, уменьшается коэффициент полезного действия двигателя, ухудшаются и остальные энергетические характеристики двигателя. Отношения радиусов дуг окружностей за пределами 0,08 приводит к значительному уменьшению рабочего объема двигателя и как следствие - к снижению энергетических характеристик двигателя, не позволяя получить идеальный профиль зубьев без изломов. Отношение радиусов дуг окружностей, взятых в пределах, близких к 0,08, и равных 0,08, улучшает зацепление в узлах контакта пары статор-ротор. Оптимальным отношением радиусов дуг окружностей, описывающих головку и ножку зуба, является отношение, равное 1,064, применимое к двигателю 95Д5685. При данном отношении реализуются наилучшие условия зацепления, оптимальный объем двигателя, улучшается КПД двигателя, все энергетические характеристики его. Предполагаемый диапазон отношений радиусов дуг окружностей и расположение центров окружностей, описывающих головку и ножку зуба ротора или статора на оси симметрии головки или ножки зуба, позволяет реализоваться и всем остальным параметрам схемы профиля. Углы наклона меньше или больше 90^o не реализуют конечной цели изобретения - профиль в месте сопряжения дуг окружностей будет иметь изломы, а в наивысшей и наинизшей точках профиля - формирование головки будет реализовано профилем, состоящим из набора дуг окружностей с изломами в местах их сопряжения. Прямая линия, соединяющая точку сопряжения дуг с центрами этих дуг окружностей, описывающих головку и ножку зуба, облегчает конструктору профилеобразование в соответствии заданным объемом двигателя, так как зная центр окружности головки и точки сопряжения дуг окружностей, описывающих головку и ножку зуба, можно спроецировать на ось симметрии центр окружности ножки, прямая к центру будет являться одновременно радиусом окружности, описывающей ножку зуба.

Устройство промышленно применимо, прошло лабораторные испытания на винтовом двигателе 95Д5685 и спроектированы по этой схеме профили зубьев для других двигателей меньшей и большей мощностей с большим и меньшим объемами двигателя. Испытания показали надежные результаты. По двигателю 95Д5685 сравнительные данные показали, что двигатели героторного типа, имеющие рабочую пару ротор-статор с отношением зубьев, равным 5:6 (шагом 85 мм), рабочее давление - 70 атм., расход жидкости - 7 л/с, при образовании профиля как в прототипе имеет n=230 об./мин, М=205 кг/м, S_жив.=734 мм³, V₀=1,85 л, а предложенная схема образования профиля показала, что n=220 об./мин, М=211 кг/м, S_жив.=744,2 мм³, V₀=1,9 л. То есть предложенный винтовой двигатель позволяет улучшить энергетические характеристики (момент М и рабочий объем двигателя V₀).

В предложенном изобретении профиль зуба "П" есть функция, зависящая от заданного объема двигателя Д, соотношения радиусов дуг окружностей C, описывающих головку и ножку зуба, оси симметрии Z, определяющей место положение центров окружностей: П=f(Д•C•Z).

Винтовой забойный двигатель содержит основные узлы: рабочую пару, состоящую из стального ротора 2 и обрезиненного статора 1 (фиг. 1), карданного вала, шпинделя, в корпусе которого установлен на многорядной осевой шаровой опоре и радиальных опорах вал шпинделя (не показаны). Статор выполнен в виде стальной трубы с привулканизованной в ее расточке обкладкой. На внутренней поверхности обкладки выполнены винтовые зубья профиля, образованного дугами окружностей 5, 6, 7, описывающих головку 3 и ножку 4 зуба, при отношении радиусов окружностей в пределах 0,08-2,5 без пересечений и изломов в точке их соприкосновения 8 за счет расположения центров этих окружностей на оси симметрии головки или ножки зуба Z₁ и Z₂ соответственно. Возможных центров окружностей O₁-O₅ и O₆-O₁₀ и сопряженных дуг без излома, как показано на фиг. 3, имеется по 5. Дуги окружностей, описывающих головку 3 и ножку 4 зуба, образованы из центров на оси симметрии головки или ножки радиусами, лежащими на одной прямой 9, проходящей через точку сопряжения 8 этих дуг (фиг. 2), что упрощает способ профилеобразования в целом при заданном параметре впадины (ножки) или выпуклой части (головки) зуба.

Внутри обкладки статора с эксцентриситетом относительно его оси расположен стальной тонкостенной ротор 2 (фиг. 1), имеющий наружные винтовые зубья того же направления, что и зубья статора 1. Число зубьев ротора 2 на один меньше, чем у статора 1. Шаги винтовых линий зубьев ротора и статора пропорциональны их числам. Высота зубьев ротора 2 и статора 1 в 2 раза больше эксцентриситета, поэтому в любом сечении двигателя зубья ротора 2 находятся в контакте с зубьями статора 1.

Устройство работает следующим образом. При подаче в двигатель промывочной жидкости под давлением на ротор 2 действуют неуравновешенные гидравлические силы, приводящие его во вращение. Ротор 2 совершает планетарное движение, обкатываясь по зубьям статора по 3 и 4. Кинематически это движение можно представить как качение без проскальзывания подвижной центроиды ротора радиуса "b" по неподвижной центроиде статора радиуса "a" [8]. При левом направлении зубьев ротора и статора ось ротора Z₁ вращается относительно оси статора по окружности радиуса E против часовой стрелки, а сам ротор вращается по часовой стрелке, совершая один оборот за Z оборотов в переносном движении. Вследствие многозаходного исполнения и разницы в числах зубьев ротора и статора, равной единице, рабочие органы представляют собой планетарный редуктор, позволяющий понижать частоту вращения в N раз и соответственно повышать крутящий момент двигателя. Объем жидкости в двигателе переходит из области высокого давления в область низкого давления. При этом необходимо учитывать потери на трение и утечки жидкости через контактные линии. Для снижения механических потерь ранее предлагались пути: применять материалы рабочей пары с меньшим коэффициентом трения; повысить чистоту рабочих поверхностей ротора. Предлагаемое устройство решает эту задачу путем оптимизации профиля зубьев ротора и статора, при которой уменьшение коэффициента трения и повышение чистоты поверхности в зоне зацепления, в точках контакта рабочей пары осуществляется за счет образования профиля зубьев без изломов в точке сопряжения 8 дуг окружностей 5, 6, 7, описывающих ножку 4 и головку 3 зуба. Оптимизация облегчена образованием профиля двумя-тремя дугами окружностей 5, 6, 7, касательные 10 к ним в наивысшей и наинизшей точках зуба образуют к прямой, проведенной из центра ротора Z, угол, равный 90^o, облегчая сопряжение дуг в точке соприкосновения наименьшим количеством элементов образования профиля зуба. Отсюда вытекает и то, что угол между касательной 11 в точке пересечения головки и ножки зуба и прямой 9, проходящей через центры (O₁-O₆; O₂-O₇; O₃-O₈; O₄-O₉; O₅ - O₁₀, фиг.3) будет равен 90^o. В предлагаемом устройстве за счет образования профиля зубьев дугами окружностей узлы сопряжения трущихся поверхностей локализованы до точек и в связи с этим зубья рабочей пары в рабочем состоянии испытывают меньшие нагрузки и меньше подвергаются износу, а за счет отсутствия изгибов в месте сопряжения дуг окружностей, образующих зуб, значительно уменьшается трение в местах зацепления, что также уменьшает износ зубьев, уменьшает механические потери двигателя. Такое решение позволяет расширить диапазон применяемых материалов, используемых для изготовления рабочей пары статор-ротор, допуская менее дорогостоящую сталь.

По сравнению с прототипом предлагаемое изобретение имеет преимущества:
- упрощается проектирование профиля зубьев в связи с минимальным количеством элементов, образующих профиль и простой их взаимосвязи;
- проектирование профиля принципиально отличается от ранее существующих и прототипа отсутствием в точке сопряжения элементов проектирования участков излома, самопересечений, что значительно упрощает технологию изготовления инструмента, не требует дополнительных операций по сглаживанию профиля после обработки поверхности режущим инструментом (червячной фрезой);
- образование профиля зуба только тремя дугами окружностей надежно оптимизирует объем двигателя и приводит к увеличению объема по сравнению с полученным объемом по профилю, спроектированному в прототипе и других известных двигателях;
- появляется новая возможность увеличения объема уже существующих двигателей за счет обработки червячной фрезы способом, используемым в предлагаемом техническом решении. Для этого готовится специальная червячная фреза, позволяющая реализовать заданный профиль, предложенный изобретением. В связи с этим появляется перспектива "продления жизни" двигателям героторного типа, списанных ранее или требующих увеличения объема и улучшения энергетических характеристик;
- зубья профиля предложенной схемы образования могут быть получены и для рабочих пар винтовых насосов;
- в зоне трения рабочей пары по прототипу и в известных устройствах профили зубьев образованы с самопересечениями и изломами в точке или точках сопряжения элементов, описывающих головку и ножку зуба. Следовательно, трение сопровождается выбросом газов (H₂, CO и CO₂) в значительных количествах [8], что приводит к изменению физико-химических превращений в смазочных материалах и ухудшает работу пары, за счет ухудшения прочностных характеристик трущихся поверхностей;
- предлагаемый двигатель с рабочей парой ротор-статор имеет профиль зубьев, обеспечивающий, как показали испытания, работу поверхностей трения в режиме, обуславливающем уменьшение касательных напряжений и обеспечивающем длительную износостойкость контактирующей пары;
- уменьшение эффективной площади поверхности трения за счет предложенного профиля зубьев ротора и статора снижает потери энергии на скольжение поверхностей, уменьшает коэффициент трения и способствует уменьшению проникновения водорода в поверхностные слои рабочей пары двигателя и не ведет к увеличению хрупкости поверхности и повышению износа трущихся элементов, как это наблюдается в двигателях типа прототипа и например а. с. N 926209, МКИ E 21 B 4/02, где задачу по препятствию самоторможения в механизме решают более сложным путем расчета параметра C_т - отношение шага винтовой поверхности рабочего органа (ротора и статора) к его среднему диаметру и угла подъема винтовой линии;
- предложенные профили зубьев обеспечивают плотный контакт трущихся поверхностей в зоне зацепления и обеспечивают снижение утечки жидкости в рабочих органах двигателя;
- данный вид зацепления вследствие большего периметра зацепляющихся профилей позволяет снизить натяг в рабочей паре ротор-статор на 0,1-0,15 без потерь КПД из-за перетекания жидкости из камеры в камеру. Это дает увеличение КПД вследствие уменьшения момента трения в паре ротор-статор более чем в 4 раза. Например, при уменьшении натяга в паре на двигателе 95Д5685 на 0,1 дает уменьшение момента жидкостного трения в паре с 0,669 кг/м до 0,15 кг/м.

Источники информации, принятые во внимание
1. А.С. N237596, МКИ F 04 С 5/02, 1969 г. (аналог).

2. Пат. США N 2028407, НКИ 418-48, 1936 г. (аналог).

3. Пат. Японии N 4-42554, МКИ F 04 C 18/16. 26.08.89 г. (аналог).

4. Пат. Японии N 4-51674, МКИ F 04 С 18/16, 20.06.86 г. (аналог)
5. Пат. PCT (WO) N 94/23208, МКИ F 04 C 2/00, 25.03.94 г. (аналог).

6. Пат. PCT (WO) N 94/23207, МКИ F 04 C 2/10, 13.10.94 г. (аналог).

7. Пат. США N 3168049, МКИ F 04 C 2/107, 02.02.65 г. (прототип).

8. Долговечность трущихся деталей машин. Сб.ст., вып.2, под ред. Д.Н. Гаркунова, М.: Машиностроение, 1987 г., с. 136-137, 152- 153.(аналог)
9. А.С. N 926209, МКИ, E 21 B 4/02 от 29.03.79 г. (аналог).

Винтовой двигатель может быть использован при бурении нефтяных и газовых скважин. Профиль зуба ротора и статора выполнен дугой окружности, описывающей головку зуба, и двумя дугами окружностей, описывающих ножку зуба, центры этих окружностей расположены на оси симметрии ножки и головки соответственно, точки центров окружностей головки и ножки и точка сопряжения расположены на одной прямой, а углы между касательными в наивысшей и наинизшей точках профиля и прямыми, проведенными из центра ротора или статора, и угол, образованный касательной в точке пересечения дуг окружностей, описывающих головку и ножку зуба, и прямой, проходящей через центры этих дуг, равны 90^o, отношения радиусов окружностей, описывающих головку и ножку зуба, находятся в пределах 0,08 - 2,5 соответственно. Упрощается проектирование зубьев рабочей пары ротор-статор, улучшаются эксплуатационные характеристики двигателя. 3 ил.

Винтовой двигатель, включающий рабочую пару статор-ротор, ротор размещен внутри статора с эксцентриситетом по отношению к оси статора, статор имеет внутреннюю зубчатую поверхность, ротор имеет внешнюю зубчатую поверхность, зубья находятся в положении зацепления, количество внешних зубьев на единицу превышает количество внутренних зубьев, отличающийся тем, что профиль зуба выполнен тремя дугами окружностей, двумя - ножка зуба и одной - головка зуба, центры окружностей, описывающих ножку и головку зуба, расположены на оси симметрии ножки и головки соответственно, дуги окружностей в месте их сопряжения имеют общую точку и без самопересечения в ней, точки центров окружностей головки и ножки и точка сопряжения расположены на одной прямой, а углы α между касательными, проведенными в наивысшей и наинизшей точках профиля и прямыми, проведенными из центра ротора или статора, в зависимости от элемента профилеобразования зуба в паре двигателя ротор-статор и угол, образованный касательной в точке пересечения дуг окружностей, описывающих головку и ножку зуба и прямой, проходящей через центры этих дуг, равны 90^o, отношения радиусов окружностей, описывающих головку и ножку зуба, 0,08 - 2,5 соответственно.