ШАРНИРНОЕ УСТРОЙСТВО ВИНТОВОЙ ГЕРОТОРНОЙ ГИДРОМАШИНЫ Российский патент 2004 года по МПК E21B4/02 

Изобретение относится к технике строительства скважин, а именно к шарнирным устройствам винтовых забойных двигателей, предназначенных для бурения нефтяных и газовых наклонных и горизонтальных скважин, а также винтовых насосов для перекачивания жидкостей.

Известно шарнирное соединение забойной героторной гидравлической машины, содержащее обойму с осевым отверстием и внутренними зубьями, два вала с наружными зубьями, установленных в обойме с возможностью кругового отклонения на острый угол, и шар, установленный между валами в сферические гнезда, большего радиуса, чем шар, выполненный в торцах валов (см., например, а.с. №543730, Е 21 В 3/12, опубл. 25.01.77 г. Бюл. №3).

Недостатком известного шарнирного соединения забойной героторной гидравлической машины является то, что крутящий момент с одного вала на обойму и с обоймы на другой вал передается посредством зубчатого зацепления, которое при круговом отклонении валов на острый угол работает при точечном контакте зубьев.

Кроме того, при круговом отклонении валов на некоторый угол часть зубьев исключена из зацепления. В результате работающие зубья перегружены, быстро изнашиваются и преждевременно разрушаются, приводя известное шарнирное соединение забойной героторной гидравлической машины в негодность.

Другим недостатком известного шарнирного соединения является то, что осевая нагрузка передается через шар точечным контактом. От этого при передаче осевых усилий контактные напряжения в сферических гнездах валов превышают допустимые и рабочие поверхности валов приходят в негодность раньше установленного срока.

Также недостатком известного шарнирного соединения является то, что валы между собой не зафиксированы от осевого смещения и могут расходиться при растяжении и при знакопеременной осевой нагрузке. В результате возникают удары, которые разрушают опорные поверхности валов, приводя их в негодность.

Недостатком известного шарнирного соединения является слабая защищенность его внутренней части от попадания промывочной жидкости, содержащей мелкие абразивные частицы. Промывочная жидкость, попадая на поверхности трения и взаимодействия деталей, способствует ускоренному гидроабразивному их износу и преждевременному разрушению.

Эти и другие недостатки известного шарнирного соединения забойной героторной гидравлической машины не позволяют их использовать при бурении нефтяных и газовых скважин в составе винтовых забойных двигателей из-за низкой надежности и недостаточной долговечности.

Известна шарнирная муфта винтового забойного двигателя, содержащая обойму с осевым отверстием, два вала с торцовыми кольцевыми канавками, установленных в осевое отверстие обоймы с возможностью кругового отклонения на острый угол, втулку, установленную в торцовые кольцевые канавки валов, и шпонки, установленные в радиальные отверстия валов и втулки, и уплотнения с манжетой (см., например, а.с. №1012647, F 16 D 3/24, опубл. 23.02.84. Бюл. №7).

В известной шарнирной муфте винтового забойного двигателя осевая нагрузка передается с одного вала на другой точечным контактом взаимодействующих между собой сферической опорной поверхности одного вала и плоской опорной поверхности другого вала. В результате опорные поверхности валов испытывают повышенную нагрузку, ускоренно истираются, изнашиваются и преждевременно приходят в негодность.

Другим недостатком известной шарнирной муфты является то, что крутящий момент передается шпонками, выполненными в виде роликов, установленных в отверстия большего диаметра, чем ролики. При круговом отклонении валов на острый угол и перекосе втулки в торцовых канавках валов силовая нагрузка с одного вала на втулку и с втулки на другой вал передается кромками деталей точечными контактами.

Это вызывает появление существенных напряжений в кромках деталей, значительных местных деформаций кромок и ускоренного износа валов и втулки. Существенная деформация манжеты в результате перекоса валов в совокупности со значительной ее жесткостью на сжатие приводит к тому, что уплотнение ускоренно нарушается и промывочная жидкость, содержащая мелкие абразивные частицы, просачивается в места взаимодействия деталей, передающих силовую нагрузку. От этого истирание, износ и разрушение валов, обоймы и втулки происходит катастрофически быстро и известная шарнирная муфта винтового забойного двигателя недорабатывает назначенный ресурс, досрочно приходя в негодность.

Эти недостатки являются причиной резкого ограничения использования известной шарнирной муфты в винтовых забойных двигателях.

Известно шарнирное устройство забойного двигателя, содержащее обойму с осевым глухим отверстием, вал, установленный в осевое глухое отверстие с возможностью кругового отклонения на острый угол, пяту со сферической поверхностью, шпонки и уплотнение вала (см., например, патент США №4772246, F 16 D 3/50, опубликован 20.09.1988 г.).

В известном шарнирном устройстве исключены некоторые недостатки, присущие ранее указанным шарнирным устройством. А именно: шпонки взаимодействуют с обоймой по плоским поверхностям скольжения, выполненным вдоль оси обоймы. Это позволяет увеличить площадь взаимодействия шпонки и обоймы и частично снизить величину контактных напряжений, уменьшить истирание и износ деталей.

Существенным недостатком известного шарнирного устройства забойного двигателя является то, что вал в обойме не зафиксирован в осевом направлении, имеет возможность осевого смещения и при знакопеременных осевых нагрузках (растягивающих и сжимающих) возникают жесткие удары, вызывающие повышенный износ деталей и преждевременное их разрушение.

Недостатком известного шарнирного устройства является то, что рабочее сечение вала в наиболее нагруженном месте существенно ослаблено осевым отверстием и несколькими (четырьмя) радиальными отверстиями.

Кроме того, отверстия, являясь концентраторами напряжений, еще больше ослабляют рабочее сечение вала и уменьшают прочность вала в опасном сечении. Это резко снижает несущую нагрузочную способность известного шарнирного устройства забойного двигателя.

Другим недостатком известного шарнирного устройства является то, что скользящие поверхности шпонок, передающих силовую нагрузку (крутящий момент) на обойму, выполнены не на предельном наибольшем диаметре, позволяющем наиболее полно и эффективно использовать габариты шарнирного устройства, от этого возможная несущая способность шарнирного устройства частично снижается, детали, передающие силовую нагрузку, излишне загружены, быстрее истираются и изнашиваются.

Эти и другие недостатки известного шарнирного устройства забойного двигателя ограничивают возможность его применения для бурения нефтяных и газовых скважин из-за недостаточной надежности, долговечности и эффективности.

Известно шарнирное устройство для забойных двигателей, содержащее обойму с осевым отверстием, вал, установленный в осевое отверстие обоймы с возможностью отклонения на острый угол, шпонки, выполненные в виде шаров для взаимодействия обоймы с валом, шар, установленный в сферические углубления вала и обоймы для передачи осевой нагрузки (см., например, патент США №5000723, F 16 D 3/221, опубл. 19.03.1991 г.).

В известном шарнирном устройстве для забойных двигателей при передаче крутящего момента и осевой силы с обоймы на вал используются шары, установленные в сферические углубления радиусом сферы большим, чем радиус установленных в них шаров. Поэтому силовая передача осуществляется точечным или линейным контактом при значительных, часто запредельных, контактных напряжениях. Это приводит к появлению наклепа, нагартовки взаимодействующих с шарами поверхностей и преждевременному износу деталей. Недостатком известного шарнирного устройства является то, что вал имеет возможность некоторого осевого перемещения в обойме. В результате не исключается возможность осевого соударения деталей, передающих силовую нагрузку. Это приводит к повышенному износу деталей и преждевременному их ремонту.

Также недостатком известного шарнирного устройства является то, что шпонки, передающие крутящий момент, недостаточно удалены от оси вращения обоймы. Это снижает возможную несущую способность шарнирного устройства и повышает вероятные контактные напряжения в вале и в обойме.

Другим недостатком известного шарнирного устройства для забойных двигателей является слабая защита рабочих поверхностей, передающих силовую нагрузку, от попадания в них промывочной жидкости, содержащей мелкие абразивные частицы.

Промывочная жидкость, попадая в места взаимодействия обоймы и вала с шарами, способствует интенсивному гидроабразивному износу поверхностей, их преждевременному разрушению. Все это приводит к уменьшению долговечности и снижению надежности известного шарнирного устройства для забойных двигателей и исключает вероятность их использования для бурения скважин.

Известно шарнирное устройство, содержащее обойму с глухим осевым отверстием, вал с шаром для передачи осевого усилия, установленный в осевое отверстие обоймы с возможностью кругового отклонения на острый угол, пяту со сферической поверхностью, установленную в обойме, шары для взаимодействия с обоймой и с валом при передаче крутящего момента и уплотнение вала (см., например, патент США №5267905, Кл. F 16 D 3/221, опубл. 07.12.1993 г.).

В известном шарнирном устройстве шары, передающие крутящий момент, установлены в гнезда вала, имеющие радиус сферы, равный радиусу шара, это обеспечивает увеличение площади взаимодействия вала и шара и связанное с ним снижение контактных напряжений в деталях, передающих силовую нагрузку. Кроме того, в известном шарнирном устройстве улучшена герметизация вала.

Недостатком известного шарнирного устройства является то, что шары установлены в полуцилиндрические пазы, выполненные в обойме параллельно ее оси, и взаимодействие шара и обоймы осуществляется по линии.

При передаче повышенных крутящих моментов в условиях кругового отклонения вала на острый угол в обойме возникают предельные напряжения, приводящие к повышенному ее износу, преждевременному появлению выработок и нарушению плавности работы известного шарнирного устройства. Это служит причиной ограниченного применения известного шарнирного устройства в винтовых забойных двигателях отечественного производства.

Другим недостатком известного шарнирного устройства является то, что сечение вала в местах наибольшего напряжения (в местах выполнения гнезд для установки в них шаров) ослаблено дополнительным осевым отверстием. Это является причиной преждевременного разрушения вала при ударных и пульсирующих нагрузках, связанных с бурением нефтяных и газовых скважин.

Недостатки, присущие известному шарнирному устройству, не позволяют добиться достаточной надежности и долговечности винтовых забойных двигателей, в состав которых вводят известное шарнирное устройство.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является шарнирное устройство винтовой героторной гидромашины, содержащее обойму с осевым глухим отверстием, вал со сферической концевой частью и сквозным пазом с плоскими стенками, установленный в осевое глухое отверстие обоймы с возможностью кругового отклонения на острый угол, палец, установленный в радиальных отверстиях обоймы и проходящий через паз вала, втулку с лысками на наружной поверхности, установленную в сквозной паз вала для взаимодействия с валом по плоским стенкам паза, и уплотнение с манжетой (см., например, патент РФ №2186189, Е 21 В 4/02, опубл. 27.07.02. Бюл. №21).

Вышеуказанное техническое решение принято за прототип.

В известном шарнирном устройстве винтовой героторной гидромашины устранены некоторые недостатки, присущие предыдущим аналогам, а именно для передачи крутящего момента с вала на обойму (или обратно) используется один палец, обладающий наибольшей прочностью и наибольшей возможной площадью взаимодействия с обоймой и со втулкой. Это обеспечивает снижение возможных контактных напряжений в деталях, несущих силовую нагрузку.

Недостатком известного шарнирного устройства винтовой героторной гидромашины является то, что втулка, установленная на палец и помещенная в сквозной паз вала, уменьшает возможное живое (несущее) сечение вала в опасном сечении.

При передаче предельных крутящих моментов это может служить причиной преждевременного разрушения вала и выхода из строя шарнирного устройства.

Существенным недостатком известного шарнирного устройства винтовой героторной гидромашины является то, что вал не зафиксирован в обойме от осевого перемещения и при знакопеременных ударных осевых нагрузках имеет возможность соударяться с обоймой. В результате ударов поверхности, передающие силовую нагрузку, дополнительно нагружаются, повышенно истираются и преждевременно изнашиваются. Кроме того, осевое перемещение вала в обойме пагубно сказывается на работе уплотнения, включающего резиновую манжету, которая от знакопеременных нагрузок растрескивается и преждевременно разрушается. Промывочная жидкость, содержащая мелкие абразивные частицы, просачивается в узлы трения и в результате гидроабразивного износа деталей досрочно приводит в негодность известное шарнирное устройство.

Недостатком известного шарнирного устройства является то, что поверхности скольжения втулки и вала, передающие крутящий момент, расположены в непосредственной близости от оси вращения. Это снижает возможную несущую способность известного шарнирного устройства и способствует повышению вероятных контактных напряжений во втулке и в вале.

Эти и другие недостатки известного шарнирного устройства винтовой героторной гидромашины не позволяют в полной мере обеспечить длительную безаварийную работу и не дают возможности повышать надежность, долговечность и достаточную экономическую эффективность шарнирного устройства и винтовой героторной гидромашины в целом.

Задачами предлагаемого изобретения являются устранение имеющихся недостатков известного шарнирного устройства винтовой героторной гидромашины и создание возможности снижения контактных напряжений во взаимодействующих деталях, предотвращение преждевременного истирания, износа и досрочного разрушения обоймы и вала, сохранение шарнирного устройства на более длительный период в работоспособном состоянии и в конечном счете повышение надежности и долговечности шарнирного устройства винтовой героторной гидромашины.

Поставленные задачи решаются за счет того, что известное шарнирное устройство винтовой героторной гидромашины, содержащее обойму с осевым глухим отверстием, вал со сферической концевой частью, установленный в осевое глухое отверстие обоймы с возможностью кругового отклонения на острый угол, пяту со сферической поверхностью для взаимодействия с передней стороной сферической концевой части вала, палец и уплотнение с манжетой, согласно изобретению содержит два ползуна с выполненными параллельными боковыми гранями, установленных подвижно в выполненные в обойме параллельно оси сквозные радиальные окна, два полувкладыша со сферическими вогнутыми упорными поверхностями, установленных в осевое глухое отверстие обоймы для взаимодействия с задней стороной сферической концевой части вала, палец средней частью запрессован в выполненное перпендикулярно оси радиальное сквозное отверстие вала, а концевыми частями палец установлен подвижно в выполненные в ползунах центральные сквозные радиальные отверстия, и уплотнение включает установленную на обойме гайку с выполненной на конце юбкой для перекрытия сквозных радиальных окон и стопорное кольцо, установленное под гайку для взаимодействия с манжетой и с полувкладышами:

- внешняя поверхность ползунов и внутренняя поверхность обоих полувкладышей выполнены конусными с углами отклонения от смежной поверхности, равными острому углу возможного кругового отклонения вала в обойме, причем внешняя поверхность ползунов выполнена с прямым и с обратным конусами, совмещенными большими основаниями.

В результате того, что предлагаемое шарнирное устройство винтовой героторной гидромашины, содержащее обойму с осевым глухим отверстием, вал со сферической концевой частью, установленный в осевое глухое отверстие обоймы с возможностью кругового отклонения на острый угол, пяту со сферической поверхностью для взаимодействия с передней стороной сферической концевой части вала, палец и уплотнение с манжетой, содержит два ползуна с выполненными параллельными боковыми гранями, установленных подвижно в выполненные в обойме параллельно оси сквозные радиальные окна, два полувкладыша со сферическими вогнутыми упорными поверхностями, установленных в осевое глухое отверстие обоймы для взаимодействия с задней стороной сферической концевой части вала, палец средней частью запрессован в выполненное перпендикулярно оси радиальное сквозное отверстие вала, а концевыми частями палец установлен подвижно в выполненные в ползунах центральные сквозные радиальные отверстия, и уплотнение включает установленную на обойме гайку с выполненной на конце юбкой для перекрытия сквозных радиальных окон и стопорное кольцо, установленное под гайку для взаимодействия с манжетой и с полувкладышами, достигается возможность центрирования и фиксирования в осевом направлении вала в обойме, исключается вероятность ударов при осевом знакопеременном воздействии, предотвращается возможность аварийного разрушения манжеты от осевых усилий, достигается возможность увеличения живого сечения вала в опасном сечении и в связи с этим повышения прочности вала и увеличения несущей способности предлагаемого шарнирного устройства.

Кроме того, создаются благоприятные условия для повышения площадей взаимодействия деталей, передающих силовую нагрузку, и снижения в деталях контактных напряжений, в том числе и по плоскостям скольжения, и достигается возможность максимального удаления плоскостей скольжения от оси вращения шарнирного устройства. Это обеспечивает снижение контактных напряжений, способствует уменьшению истирания, износа деталей, повышению их долговечности.

В результате того, что в предлагаемом шарнирном устройстве винтовой героторной гидромашины внешняя поверхность ползунов и внутренняя поверхность обоих полувкладышей выполнены конусными с углами отклонения от смежной поверхности, равными острому углу возможного кругового отклонения вала в обойме, причем внешняя поверхность ползунов выполнена с прямым и обратным конусами, совмещенными большими основаниями, обеспечивается возможность кругового отклонения вала в обойме на необходимый заданный острый угол и достигается возможность максимального использования габарита (диаметра) предлагаемого шарнирного устройства. Это позволяет наиболее полно и эффективно использовать несущие способности боковых граней ползунов с плоскостями скольжения и на более длительный период сохранить шарнирное устройство в работоспособном состоянии.

Центрирование вала и фиксирование его в осевом направлении исключает возможность жесткого соударения вала с пятой и с полувкладышами, снижает контактные напряжения при передаче осевых усилий, и в связи с этим уменьшается истирание и износ опорных поверхностей, на более длительный период сохраняется предлагаемое шарнирное устройство в работоспособном состоянии.

Кроме этого, в результате обеспечения возможности кругового отклонения вала на острый угол относительно обоймы определяется вынужденная траектория и амплитуда отклонения манжеты уплотнения. Искажение манжеты будет минимальным, деформация незначительна и манжета дольше сохранит свою целостность. Уплотнение будет более длительное время удерживать смазку и сопротивляться просачиванию промывочной жидкости, содержащей мелкие абразивные частицы, в шарнирное устройство. Это способствует снижению коэффициента трения сопрягаемых деталей, сокращению потерь на трение, более надежной работе шарнирного устройства винтовой героторной гидромашины.

Максимальное увеличение живого сечения вала обеспечивает необходимую прочность вала для передачи силовой нагрузки и определяет несущую способность шарнирного устройства.

Повышение площади контакта вала и пальца, пальца и ползунов, ползунов и обоймы обеспечивает снижение возможных контактных напряжений в сопрягаемых деталях, передающих силовую нагрузку, следовательно, снижается износ деталей и сохраняется их работоспособность на более длительный период.

Максимальное удаление плоскостей скольжения (боковых граней ползунов) от оси вращения шарнирного устройства способствует снижению величины контактных напряжений в деталях, передающих силовую нагрузку, уменьшению износа и обеспечивает возможность повышения нагрузочной способности шарнирного устройства винтовой героторной гидромашины.

Таким образом, реализация отличительных признаков в совокупности с известными в предлагаемом шарнирном устройстве винтовой героторной гидромашины создает возможность ликвидировать недостатки, присущие известному шарнирному устройству винтовой героторной гидромашины, и обеспечить снижение контактных напряжений, предотвратить преждевременное истирание, износ и досрочное разрушение обоймы и вала, сохранить шарнирное устройство на более длительный период в работоспособном состоянии и в конечном счете повысить надежность и долговечность шарнирного устройства винтовой героторной гидромашины.

Для пояснения сущности предлагаемого изобретения представлены чертежи.

На фиг.1 показано шарнирное устройство винтовой героторной гидромашины. Общий вид. Разрез.

На фиг.2 изображено шарнирное устройство винтовой героторной гидромашины. Поперечный разрез по А-А на фиг.1.

На фиг.3 показано шарнирное устройство винтовой героторной гидромашины. Совмещенный разрез по Б-Б на фиг.1 и вид с частичным вырывом по юбке гайки.

Шарнирное устройство винтовой героторной гидромашины содержит обойму 1 с осевым глухим отверстием 2, вал 3 со сферической концевой частью 4, установленный в осевое глухое отверстие 2 обоймы 1 с возможностью кругового отклонения на острый угол L, пяту 5 со сферической поверхностью 6 для взаимодействия с передней стороной 7 сферической концевой части 4 вала 3, палец 8 и уплотнение 9 с манжетой 10.

Шарнирное устройство также содержит два ползуна 11 с выполненными параллельными боковыми гранями 12, образующими поверхности скольжения, установленных подвижно (по ходовой посадке) в выполненные в обойме 1 параллельно ее оси O₁-O₁ сквозные радиальные окна 13, и два полувкладыша 14 со сферическими вогнутыми упорными поверхностями 15, установленных в осевое глухое отверстие 2 обоймы 1 для взаимодействия с задней стороной 16 сферической концевой части 4 вала 3.

Палец 8 в предлагаемом шарнирном устройстве своей средней частью 17 запрессован в выполненное в вале 3, перпендикулярно его оси, радиальное сквозное цилиндрическое отверстие 18, а концевыми частями 19 палец 8 установлен подвижно (по ходовой посадке) в выполненные в ползунах 11 центральные сквозные радиальные отверстия 20. В предлагаемом шарнирном устройстве винтовой героторной гидромашины уплотнение 9 включает манжету 10, установленную на обойме 1 гайку 21 с выполненной на конце юбкой 22 для перекрытия сквозных радиальных окон 13 и стопорное кольцо 23, установленное под гайку 21 для взаимодействия с манжетой 10 и с полувкладышами 14 через регулировочное кольцо 24.

В предлагаемом шарнирном устройстве винтовой героторной гидромашины внешняя поверхность 25 ползунов 11 и внутренняя поверхность 26 обоих полувкладышей 14 выполнены конусными с углами отклонения от смежной поверхности, равными острому углу L возможного кругового отклонения вала 3 в обойме 1, причем внешняя поверхность 25 ползунов 11 выполнена с прямым конусом 27 и с обратным конусом 28, совмещенными большими основаниями.

В шарнирном устройстве винтовой героторной гидромашины торцы пальца 8 выполнены сферическими, юбка 22 гайки 21 охватывает обойму 1, перекрывает сквозные радиальные окна 13 и герметизирует предлагаемое шарнирное устройство посредством резинового уплотнительного кольца 29. Манжета 10 закрепляется и герметизируется на отклоняющемся вале 3 посредством хомута 30. Она (манжета 10) может закрепляться на валу 3 стопорными разрезными кольцами (не показаны) и другим способом. Свободный конец вала 3 и свободный конец обоймы 1 может быть выполнен резьбовым, шлицевым, конусным и др. (не показаны).

Свободные полости внутренней части шарнирного устройства заполняются жидкой смазкой через заливочные отверстия, выполненные в обойме 1, которые закрываются резьбовой пробкой.

Возможны другие варианты конструкторского исполнения шарнирного устройства винтовой героторной гидромашины.

В составе винтовой героторной гидромашины чаще всего используется два шарнирных устройства для передачи вращения (крутящего момента) и осевой силы с ротора, вращающегося вокруг собственной оси и планетарно обращающегося вокруг оси гидромашины (не показано), на выходной вал (двигателя) гидромашины.

Предлагаемое шарнирное устройство винтовой героторной гидромашины обоймой 1 подсоединяется к ротору гидромашины (не показано). Вал 3 отклоняется на острый угол L кругового отклонения вала 3 относительно обоймы 1 и передает силовую нагрузку на вал 3 другого такого же шарнирного устройства (см. чертеж, фиг.1) по оси О₂-О на обойму 1, соединенную с выходным валом гидромашины (не показано).

Работает шарнирное устройство винтовой героторной гидромашины следующим образом.

Вращение и крутящий момент с вала 3, осуществляющего планетарное движение вокруг центральной оси гидромашины с круговым отклонением на острый угол L, передается сферической концевой частью 4 на запрессованную в радиальное сквозное отверстие 18 вала 3 среднюю часть 17 пальца 8 и концевыми частями 19, подвижно установленными в центральные сквозные радиальные отверстия 20 ползунов 11, - на ползуны 11, которые своими боковыми гранями 12, взаимодействуя со стенками сквозных радиальных окон 13, вращают обойму 1, передавая крутящий момент. При передаче вращения и крутящего момента концевые части 19 пальца 8 возвратно поворачиваются в центральных сквозных радиальных отверстиях 20 ползунов 11 на угол в пределах удвоенного острого угла 2 L возможного кругового отклонения вала 3 в обойме 1. При этом ползуны 11 осуществляют возвратно колебательные движения вокруг центра “О” - точки пересечения осей O₁-O₁ обоймы 1 и оси пальца 8, на угол в пределах 2 L.

Осевая нагрузка (сжимающая) с вала 3 через переднюю сторону 7 сферической концевой части 4 вала 3 передается со скольжением по сферической поверхности пяты 6 на пяту 5 и на обойму 1.

При растягивающей осевой нагрузке она (осевая нагрузка) с вала 3 через заднюю сторону 16 сферической концевой части 4 вала 3 передается со скольжением на сферические вогнутые упорные поверхности 15 полувкладышей 14 и через регулировочное кольцо 24 на стопорное кольцо 23, на гайку 21 и через резьбовое соединение на обойму 1.

В результате того, что уплотнение 9 с манжетой 10 предложенного шарнирного устройства винтовой героторной гидромашины включает установленную на обойме 1 гайку 21, связанную резьбовым соединением, на гайке 21 выполнена юбка 22, перекрывающая сквозные радиальные окна 13 и герметизирующая обойму 1 уплотнительным кольцом 29, а также включает стопорное кольцо 23, установленное под гайку 21, - предотвращается возможность осевого смещения вала 3 в обойме 1 и при передаче знакопеременных осевых нагрузок, исключаются удары, снижаются контактные напряжения в деталях, передающих силовую нагрузку. Манжета 10, выполненная гофрированной и закрепленная одним концом между стопорным кольцом 23 и гайкой 21, не подвергается излишней деформации и более длительное время сохраняет свою целостность и работоспособность, надежно удерживает жидкую смазку в узлах трения и способствует длительной безаварийной работе шарнирного устройства и винтовой героторной гидромашины.

Второй конец манжеты 10 уплотнения 9 закреплен на планетарно обращающемся валу 3 посредством хомута 30, препятствующего просачиванию промывочной жидкости, содержащей мелкие абразивные частицы, в узлы трения шарнирного устройства.

В результате того, что в предлагаемом шарнирном устройстве внешняя поверхность 25 с прямым 27 и обратным 28 конусами ползунов 11 и внутренняя поверхность 26 полувкладышей 14 выполнены конусными, ползуны 11 и полувкладыши 14 не препятствуют валу 3, установленному в глухое отверстие 2 обоймы 1, охваченной юбкой 22 гайки 21, совершать планетарное движение с круговым отклонением на острый угол в пределах угла L в обойме 1 и обеспечивают возможность максимального удаления образованных боковыми гранями 12 поверхностей скольжения от оси O₁-O₁ вращения обоймы 1.

Для снижения сопротивления планетарному обращению вала 3 в обойме 1 и уменьшения потерь на трение внутренняя часть шарнирного устройства заполняется жидкой смазкой, содержащей металлический (например, медный) наполнитель.

Уплотнение 9 с манжетой 10, включающее установленную на обойме 1 гайку 21 с выполненной на конце юбкой 22 для перекрытия сквозных радиальных окон 13 обоймы 1 и стопорное кольцо 23, установленное под гайку 21 для взаимодействия с манжетой 10 и с полувкладышами 14 совместно с обоймой 1, имеющей осевое глухое отверстие 2, и валом 3, препятствуют просачиванию промывочной жидкости, содержащей мелкие абразивные частицы, в узлы трения шарнирного устройства и сохраняют жидкую смазку в узлах трения более длительное время.

Таким образом, реализация отличительных признаков предлагаемого шарнирного устройства винтовой героторной гидромашины в сочетании и в совокупности с известными создает возможность ликвидировать недостатки, присущие известному шарнирному устройству, и обеспечить достижение положительного технического результата:

- снижение контактных напряжений и предотвращение преждевременного истирания, износа и досрочного разрушения деталей шарнирного устройства путем снижения возможности жестких соударений и повышения возможной площади взаимодействия деталей, передающих силовую нагрузку;

- обеспечение возможности повышения несущей способности шарнирного устройства путем максимального удаления плоскостей скольжения ползунов (и обоймы) от центра вращения и более эффективного использования габарита устройства и живого сечения вала;

- снижение коэффициента трения и сокращение потерь на трение за счет улучшения смазки, более надежной герметизации шарнирного устройства и уменьшения просачивания промывочной жидкости, содержащей мелкие абразивные частицы, в шарнирное устройство;

- сохранение на более длительный период в работоспособном состоянии шарнирного устройства винтовой героторной гидромашины.

Все это позволяет повысить надежность и долговечность шарнирного устройства винтовой героторной гидромашины, то есть позволяет решить поставленные в изобретении задачи.

Изобретение относится к шарнирным устройствам винтовых забойных двигателей, предназначенных для бурения нефтяных и газовых, наклонных и горизонтальных скважин. Шарнирное устройство винтовой героторной гидромашины содержит обойму с отверстием, вал со сферической частью, пяту со сферической поверхностью для взаимодействия с передней стороной вала, палец и уплотнение с манжетой. Оно также содержит ползуны с параллельными боковыми гранями, установленные подвижно в радиальные окна, выполненные в обойме параллельно ее оси, и два полувкладыша с упорными поверхностями, установленные в отверстие обоймы для взаимодействия со стороной вала, палец своей средней частью запрессован в радиальное сквозное отверстие вала, а концевыми частями палец установлен подвижно в радиальные отверстия ползунов. Уплотнение включает гайку с юбкой для перекрытия окон обоймы, стопорное кольцо для взаимодействия с полувкладышами через регулировочное кольцо и с гайкой. Реализация изобретения позволяет увеличить нагрузочную способность, надежность и долговечность шарнирного устройства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Шарнирное устройство винтовой героторной гидромашины, содержащее обойму с осевым глухим отверстием, вал со сферической концевой частью, установленный в осевое глухое отверстие обоймы с возможностью кругового отклонения на острый угол, пяту со сферической поверхностью для взаимодействия с передней стороной сферической концевой части вала, палец и уплотнение с манжетой, отличающееся тем, что оно содержит два ползуна с выполненными параллельными боковыми гранями, установленные подвижно в выполненные в обойме параллельно оси сквозные радиальные окна, два полувкладыша со сферическими вогнутыми упорными поверхностями, установленные в осевое глухое отверстие обоймы для взаимодействия с задней стороной сферической концевой части вала, палец средней частью запрессован в выполненное перпендикулярно оси радиальное сквозное отверстие вала, а концевыми частями палец установлен подвижно в выполненные в ползунах центральные сквозные радиальные отверстия, уплотнение включает установленную на обойме гайку с выполненной на конце юбкой для перекрытия сквозных радиальных окон и стопорное кольцо, установленное под гайку для взаимодействия с манжетой и с полувкладышами.2. Шарнирное устройство по п.1, отличающееся тем, что внешняя поверхность ползунов и внутренняя поверхность обоих полувкладышей выполнены конусными с углами отклонения от смежной поверхности, равными острому углу возможного кругового отклонения вала в обойме, причем внешняя поверхность ползунов выполнена с прямым и обратным конусами, совмещенными большими основаниями.