ГЕРОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ВИНТОВОГО ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК F01C1/16 E21B4/02 

Описание патента на изобретение RU2360129C2

Изобретение относится к героторным механизмам винтовых забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин, к винтовым насосам для добычи нефти и перекачивания жидкостей, а также к винтовым гидромоторам общего назначения.

Известен многозаходный винтовой героторный механизм винтового забойного двигателя по патенту RU 2165531 С1, 2001.04.20, содержащий статор с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, например из резины, и ротор с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев статора, причем ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине радиальной высоты зубьев, профили наружных зубьев ротора и внутренних зубьев статора в торцовом сечении выполнены взаимоогибаемыми, а ходы винтовых зубьев ротора и статора пропорциональны числам их зубьев. Профили зубьев статора и ротора в торцовом сечении выполнены как огибающие общего исходного контура циклоидальной рейки, очерченной эквидистантой укороченной циклоиды. При этом в торцовом сечении толщина Ct зуба статора по среднему диаметру Dcp зубьев и окружной шаг St этих зубьев связаны соотношением Ct/St=0,45-0,65, а толщина CN зуба статора по среднему диаметру Dcp зубьев в сечении, перпендикулярном направлению винтовой линии зуба статора, и радиальная высота h зуба статора связаны соотношением СN/h≥1,75.

Недостатком известного героторного механизма является то, что полученная форма зуба не оптимальна с точки зрения восприятия изгибных нагрузок. В результате этого нарушается расчетная кинематика героторного механизма, увеличивается износ зубьев статора, уменьшается ресурс героторного механизма.

Наиболее близким к заявленному изобретению является героторный механизм по патенту RU 2166603 С1, 10.05.2001, Е21В 4/02, содержащий статор с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, например из резины, и ротор с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев статора, причем ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине радиальной высоты зубьев, ходы винтовых зубьев ротора и статора пропорциональны числам их зубьев. Профиль зубьев статора в торцовом сечении выполнен как огибающая исходного контура циклоидальной рейки, очерченной эквидистантой с радиусом RC1 укороченной циклоиды, а профиль зубьев ротора в торцовом сечении выполнен как огибающая другого исходного контура циклоидальной рейки с радиусом эквидистанты RC2, выполненным больше, чем RC1, или связанным соотношением RC2=RC1+(0,1…0,5)E, где Е - радиус производящей окружности, равный величине эксцентриситета. Другим вариантом известного изобретения является также выполнение героторного механизма таким образом, что профиль зубьев статора в торцовом сечении выполнен как огибающая исходного контура циклоидальной рейки, очерченной эквидистантой с радиусом Rc1 укороченной циклоиды, а профиль зубьев ротора в торцовом сечении очерчен сопряженными дугами окружностей, причем выступ зуба ротора очерчен дугой радиуса RB, большего, чем радиус эквидистанты статора Rc1, или связан с ним соотношением Rc2+Rc1(0,1…0,5)E, а профиль впадины зуба ротора очерчен дугой радиуса Rv, зависящего от числа зубьев ротора, его наружного диаметра и эксцентриситета.

Однако выполнение зубьев героторного механизма по указанным выше вариантам не соответствует оптимальным с точки зрения восприятия изгибных нагрузок.

Для получения высокой изгибной жесткости зубьев статора в героторном механизме винтового забойного двигателя или в винтовом насосе с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, например из резины, объем зуба упругоэластичной обкладки статора необходимо рассчитать в зависимости от величины радиальной Fr и перекашивающей Fпер сил, определяемых при силовом расчете или полученных при испытании героторного механизма.

Поставленная задача решена в героторном механизме винтового забойного двигателя, содержащего статор с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, и ротор с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев статора, с шагами винтовых линий на зубьях ротора и статора пропорциональными числам их зубьев, согласно изобретению площадь Fkz сечения внутренних винтовых зубьев статора в контурном кольце зубчатого венца торцового сечения статора определяется выражением

а профиль этих зубьев очерчен эквидистантой укороченной гипоциклоиды с параметрами е, r и rц, обеспечивающими получение площади Fkz сечения, и определяется из выражения

где

Fkz - площадь сечения внутренних винтовых зубьев статора в контурном кольце rf1…fa1 зубчатого венца,

π=3,14159265358979,

h1=2e - высота зуба статора,

е - эксцентриситет зацепления,

Dcp=Dk-h1 - средний диаметр зубчатого венца статора,

Dk - контурный диаметр,

πh1Dcp1=Fk - площадь контурного кольца статора rf1…rа1,

Fпер - перекашивающая сила,

Fr - радиальная сила,

Z1 - число зубьев статора,

r - радиус катящейся окружности при образовании эквидистанты укороченной гипоциклоиды,

rц - радиус эквидистанты укороченной гипоциклоиды,

f(r, rц) - подынтегральная функция аргументов r, rц площади статора,

Ψ - угол поворота круга радиуса r при качении,

rf1 - радиус впадин статора; контурный радиус,

ra1 - радиус выступов зубьев статора.

Кроме того, модифицированный профиль ротора может быть выполнен по эквидистанте укороченной гипоциклоиды, проходящей через 3 коррегирующие точки, образующие профиль ротора.

Величина Fkz может быть изменена по результатам испытания или в зависимости от условий эксплуатации героторного механизма.

На предварительном этапе проектирования героторного механизма по известным методикам, например БАЛДЕНКО Д.Ф. и др. Винтовые забойные двигатели, Москва, Недра, 1999; ГУСМАН М.Т., и др. Забойные винтовые двигатели для бурения скважин, Москва, Недра, 1981, сс.86-94, определены Dk, е, z1, z2, радиальная Fr и перекашивающая Fпер силы.

Профиль статора и площадь сечения внутренних винтовых упругоэластичных зубьев статора, очерченных эквидистантой укороченной гипоциклоиды, рассчитывается по результатам динамического расчета.

Например, на предварительном этапе проектирования героторного механизма по известным методикам определены Dk, e, z1, z2, радиальная Fr и перекашивающая Fпер силы, тогда профиль статора определяется:

rf1=Dk/2 - контурный радиус, радиус впадин зубчатого венца статора,

е - эксцентриситет,

h1 - высота зуба статора,

rа1=rf1-2е; радиус выступов зубьев статора,

rср=rf1-е; средний радиус зубчатого венца,

r - радиус катящегося круга; находится из интегрального уравнения,

f=r/e; коэффициент внецентроидности,

rb=rz1; радиус базовый окружности при качении по ней круга радиуса r для образования гипоциклоидального профиля статора,

rц=rа1-rb+е+r; радиус эквидистанты.

Находится из интегрального уравнения,

Ψ - параметр расчета; задаваемый угол поворота круга радиуса r при качении.

Изменение Ψ в процессе счета при поиске радиуса r катящегося круга и радиуса rц эквидистанты приводит к решению интегрального уравнения.

δ=ArcTg(SinΨ/(CosΨ-f));

t=r·Ψ/rb;

ζ=δ-t;

o=(-r+e·CosΨ)/Cosδ+rц;

r1=(rb2+o2+2·rb·o·Cosδ)1/2;

γ=ArcTg(Sinδ/(Cosδ+о/rb));

m1=1-f·CosΨ.

Производные по аргументу Ψ:

δ'=m1/(2·m1+f2-1);

t'=r/rb;

ζ'=δ'-t';

S'=rb·t'·Cos(δ)-o·ζ';

Area1=R1S'Cos(γ);

где

δ, δ', t, t', ζ, ζ', О, r1, γ, m1, S' - вспомогательные величины,

Area1 - подынтегральная функция.

Дифференциал dS дуги профиля статора

dS=S'dΨ=(rb·t'·Cos(δ)-o·ζ')dΨ.

Площадь, ограниченная торцовым контуром профиля статора

Площадь Fk кольца rf1…ra1

Fk=πh1Dcp.

Площадь Fkz зубьев статора в кольце

Fkz=π(rf1)2-F1.

Площадь Fkv впадин статора в кольце

Fkv=F1-π(ra1)2=Fk-Fkz.

Угол γпер от главного (перекашивающего) момента из расчета гидравлических радиальной Fr и перекашивающей Fпер сил (Fr, Fп≡Fпер - см. Д.Ф.Балденко, Ф.Д.Балденко, А.Н.Гноевых. «Винтовые забойные двигатели», Москва, Недра, 1999, стр.156):

γпер=ArcTg(2Fпер/Fr).

Коэффициент Кр, учитывающий прочностные свойства зубчатого венца статора, назначается конструктором зацепления из условия

Cos2пер)≤Кр≤Sec2пер); (γпер=32,5° при числе шагов k=1; 0,8≤Кр≤1,3)

пер, k - см. γп, k Д.Ф.Балденко, Ф.Д.Балденко, А.Н.Гноевых. «Винтовые забойные двигатели», Москва, Недра, 1999, стр.156).

Кр может быть изменен по результатам работы героторното механизма.

Начальное значение на предварительном этапе расчета зацепления Кр=Sec2пер).

Интегральное уравнение для определения профиля статора. Поиск радиуса r катящегося круга и радиуса rц эквидистанты.

FkvKp-Fkz=0.

Профиль статора, полученный с учетом влияния изгибных нагрузок, действующих со стороны ротора, обеспечивает получение оптимальной формы зуба ротора, необходимой для передачи контактных нагрузок. При использовании расчета профиля зуба с учетом влияния изгибных нагрузок устраняется недостаток расчетов, когда при экстремальных профилях линейная величина толщины зуба статора на окружности Dcp перестает характеризовать прочностные свойства зуба.

Профиль статора, полученный с учетом влияния изгибных нагрузок исключает применение рейки. Полученная форма зуба, оптимальная для восприятия контактных напряжений и изгибающих эластомерные зубья статора нагрузок, становится независимой от смещения рейки.

Циклоидально-реечное зацепление для получения рабочих органов заменено проектированием эквидистанты укороченной гипоциклоиды с параметрами е, r и rц, проходящей через 3 точки в кольце зубчатого венца статора. Для контурного кольца статора первая точка лежит на Rf1, промежуточная вторая - есть функция известной площади эквидистанты укороченной гипоциклоиды, определенной через силовой расчет, третья точка принадлежит диаметру выступов зубьев статора. Так же, как в реечном зацеплении существуют экстремальные смещения еСΔ контура рейки, так и при проектировании статора изобретения должны быть определены экстремальные линии эквидистанты укороченной гипоциклоиды в контурном кольце (см. фиг.4) зацепления.

Поскольку наработка на отказ героторного механизма определяется, главным образом, фрикционным износом пары ротор-статор, то для обеспечения минимизации скорости изнашивания рабочих органов модифицированный (коррегированный) профиль ротора может быть выполнен по эквидистанте укороченной гипоциклоиды, проходящей через 3 коррелирующие профиль точки.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен героторный механизм ВЗД или ВН в продольном разрезе;

ротор частично оборван для показа направления винтовых зубьев статора.

На фиг.2 приведено поперечное сечение ГМ ВЗД или ВН по линии А-А.

На фиг.3 в увеличенном масштабе вычерчен профиль зуба статора в контурном кольце ГМ, поясняющий техническое решение.

На фиг.4 по данным таблицы 1 прочерчены семь профилей внутренних винтовых зубьев статора в торцевом сечении. Каждый профиль - эквидистанта укороченной гипоциклоиды (ЭУГЦ) с разным сочетанием параметров r и rц при е, Z1,

Dk=Const. Жирной линией выделен профиль изобретения, полученный из динамического расчета, как один из профилей между экстремальными контурами 1 и 7.

На фиг.5 по данным таблицы 4 построено торцовое сечение РО ВЗД z2=5 и z1=6 с наименьшей толщиной зуба ротора на среднем диаметре и соответственно наименьшей шириной впадины зубчатого венца статора на среднем диаметре контурного кольца статора. Экстремальность значений обеспечивается расчетными предельными величинами параметров r и rц зацепления в заданном габарите (z1=6; e=1 мм; контурный диаметр Dk=18.1 мм). Радиусы кривизны головки зуба статора и ножки зуба ротора максимальны. Радиус же кривизны головки зуба ротора минимален и находится на границе среза, заострения зуба.

На фиг.6 по данным таблицы 5 построено торцовое сечение РО ВЗД z2=5 и z1=6 с наибольшей шириной впадины зубчатого венца статора на среднем диаметре его контурного кольца и с предельными значениями параметров r и rц зацепления в заданном габарите (z1=6; e=1 мм; контурный диаметр Dk=18.1 мм). Радиусы кривизны головки зуба статора и ножки зуба ротора минимальны. Радиус же кривизны ножки зуба статора в заданном габарите - максимально возможный и находится на границе поднутрения под зуб или, по-другому, на границе подреза зуба.

В изобретении реальный профиль контура статора для заданного габарита ГМ ⌀18.1 мм, впервые связан с динамическим расчетом ГМ, получается из динамического расчета ГМ как один из профилей статора между экстремальными очертаниями профилей, показанными на фиг.5 и фиг.6.

В подтверждении идеи изобретения приведен еще один расчет экстремальных профилей РО ВЗД z1=8; e=1 мм и контурного диаметра Dk=22.5 мм для последующего динамического расчета зацепления.

На фиг.7 по данным таблицы 6 построено торцовое сечение РО ВЗД z2=7 и z1=8 с наименьшей толщиной зуба ротора на среднем диаметре и, соответственно, наименьшей шириной впадины зубчатого венца статора на среднем диаметре контурного кольца статора. Экстремальность значений обеспечивается расчетными предельными величинами параметров r и rц зацепления в заданном габарите (z1=8; e=1 мм; контурный диаметр Dk=22.5 мм). Радиусы кривизны головки зуба статора и ножки зуба ротора максимальны. Радиус же кривизны головки зуба ротора минимален и находится на границе среза, заострения зуба.

На фиг.8 по данным таблицы 6 построено торцовое сечение РО ВЗД z2=7 и z1=8 с наибольшей шириной впадины зубчатого венца статора на среднем диаметре его контурного кольца и с предельными значениями параметров r и rц зацепления в заданном габарите (z1=8; e=1 мм; контурный диаметр Dk=22.5 мм). Радиусы кривизны головки зуба статора и ножки зуба ротора минимальны. Радиус же кривизны ножки зуба статора в заданном габарите - максимально возможный и находится на границе поднутрения под зуб или, по-другому, на границе подреза зуба.

В изобретении реальный гипоциклоидальный профиль контура статора для заданного габарита ГМ ⌀22.5 мм, будет получен из динамического расчета ГМ как один из профилей статора между экстремальными очертаниями профилей, показанными на фиг.7 и фиг.8.

При проведении исследований были выявлено, что изгибная жесткость зубьев увеличивается, если профиль этих зубьев очерчен эквидистантой укороченной гипоциклоиды с параметрами е, r и rц, обеспечивающими получение площади Fkz сечения.

В предлагаемом героторном механизме винтового забойного двигателя образование рабочих органов посредством циклоидально-реечного зацепления заменено на проектирование эквидистанты укороченной гипоциклоиды с параметрами е, r и rц. Так же, как в реечном зацеплении существуют экстремальные смещения еСΔ контура рейки, так и при проектировании статора по изобретению должны быть определены экстремальные линии, очерченные эквидистантой укороченной гипоциклоиды в контурном кольце (см. фиг.4) зацепления.

Героторный механизм винтового забойного двигателя или винтового насоса (фиг.1 и 2) содержит статор 1 с внутренними винтовыми зубьями 2, очерченными эквидистантой укороченной гипоциклоиды и выполненными из упругоэластичного материала, например из резины, и ротор 3 с наружными винтовыми зубьями 4, число которых Z2 на единицу меньше числа Z1 внутренних винтовых зубьев 2 статора 1. Ось О2О2 ротора 3 смещена относительно оси O1O1 статора 1 на величину эксцентриситета е, равную половине радиальной высоты h1 зубьев 2 и 4. Контуры наружных винтовых зубьев 4 ротора 3 и внутренних винтовых зубьев 2 статора 1 в торцовом сечении показаны в соответствии с данными, приведенными в таблицах 1, 2 и 3. Каждый профиль - эквидистанта укороченной гипоциклоиды с разным сочетанием параметров r и rц при е, Z1, Dk=Const. Жирной линией выделен профиль, полученный из динамического расчета, как один из профилей между экстремальными значениями, приведенными в таблицах 1, 2 и 3. В таблицах 1 и 2 приведены результаты аналитического расчета вариантов для z1=6; e=1; Dk=18.1 мм и z1=8; e=1; Dk=22.5 мм. В соответствии с вышеизложенным, модифицированный профиль ротора может быть выполнен по эквидистанте укороченной гипоциклоиды, проходящей через 3 коррелирующие точки, образующие профиль ротора.

В верхней части рабочий орган винтового забойного двигателя - статор 1 снабжен резьбой 5 для присоединения к колонне бурильных труб (не показаны), в нижней части статор 1 снабжен резьбой 6 для соединения с корпусом опорного узла (последний не показан), а ротор 3 резьбой 7 соединен с валом опорного узла (не показан).

Героторный механизм винтового забойного двигателя работает следующим образом. Промывочная жидкость, подаваемая с поверхности по колонне бурильных труб, поступает в верхнюю часть героторного механизма, и в результате винтового направления зубьев 2 и 4 статора 1 и ротора 3 под действием неуравновешенных гидравлических сил ротор 3 приводится во вращение, при этом его ось О2О2 вращается вокруг оси O1O1 статора 1 против часовой стрелки по окружности радиуса е, а сам ротор 3 поворачивается относительно своей оси O2O2 по часовой стрелке с уменьшенной в Z2 раз угловой скоростью.

Окружная сила, соответствующая развиваемому крутящему моменту, воспринимается эластомерными зубьями 2 статора 1 в меру их изгибной жесткости в торцовом сечении, определяемой интегральным отношением предлагаемого технического решения.

При использовании героторного механизма в винтовых насосах ротор 3 приводится во вращение и, обкатываясь по зубьям 2 статора 1, преобразует механическую энергию вращения в гидравлическую энергию потока жидкости.

Кинематика движения ротора 3 винтового насоса и преимущества, получаемые при использовании предложенного героторного механизма, аналогичны описанным выше для винтового двигателя.

Благодаря наличию этих признаков в предлагаемом героторном механизме винтового забойного двигателя за счет повышения изгибной жесткости зубьев повышается КПД и эффективная мощность, минимизирована скорость изнашивания рабочих органов, а случаи не запуска двигателя после его полного торможения отсутствуют.

Героторный механизм винтового забойного двигателя Таблица 1 е Z1=6. Контурный ⌀18.1 Z1=8. Контурный ⌀22.5 Примечание R rц Xкр r rц Xкр 1 1.0584 2.7580 1.0740 2.7366 0 Предел. rц мах 2 1.1486 2.3072 1.1448 2.2361 Кр=1 3 1.1750 2.1750 1.1750 2.1750 -0.1.5 По ОСТ 39-154-84 4 1 0 1.2073 1.7987 Из расчета сил 5 1.3027 1.1312 Промежуточный 6 1.6100 0.0000 1.4643 0.0000 0 rц=0 7 1.6790 -0.3452 1.4929 -0.2002 Предел, rц min

Таблица 2 Z1=6. Контурный ⌀18.1 е r rц Fkz Кр=Fkz/Fkv Fkv/Fkx 1.05839684 2.758015801 4.831824378 1.342876244 0.744670259 1.148554202 2.30722899 4.214970144 1 1 1 1.175 2.175 4.044623509 0.922310454 1.084233617 1.61 0.0000000 2.380455965 0,798716737 1.25200832 1.67903525 -0.345176252 2.230621284 0.779412122 1.28301828

Таблица 3 Z1=8. Контурный ⌀22.5 а r rц Fkz Кр=Fkz/Fkv Fkv/Fkx 1.073606272 2.734756098 4.65822 1.373250978 0.728199008 1.144833616 2.236164685 4.025165587 1 1 1 1.175 2.175 3.943956686 0.960447396 1.041181437 1.464285714 0.0000000 2.149421185 0.789407058 1.266773574 1.492890995 -0.200236967 2.047301366 0.775978155 1.288696072

Таблица 4 Z1=6. Контурный диаметр 18.1 е r Гц 1 1.67903525 -0.345176252

Таблица 5 Z1=6. Контурный диаметр 18.1 Е r Гц 1 1.05839684 2.758015801

Таблица 6 Z1=8. Контурный диаметр 22.5 е r Гц 1 1.492890995 -0.200236967

Таблица 7 Z1=8. Контурный диаметр 22.5 е r Гц 1 1.073605272 2.734756098

Похожие патенты RU2360129C2

название год авторы номер документа
ГЕРОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ВИНТОВОЙ ГИДРОМАШИНЫ 2002
  • Цепков А.В.
  • Коротаев Ю.А.
  • Суслов В.Ф.
  • Кочнев А.М.
  • Балденко Д.Ф.
RU2205998C1
ГЕРОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ВИНТОВОЙ ГИДРОМАШИНЫ 2003
  • Цепков А.В.
  • Коротаев Ю.А.
RU2232317C1
МНОГОЗАХОДНЫЙ ГЕРОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ВИНТОВОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ МАШИНЫ 2001
  • Коротаев Ю.А.
  • Цепков А.В.
  • Кочнев А.М.
  • Бобров М.Г.
  • Суслов В.Ф.
RU2194880C2
ГЕРОТОРНАЯ МАШИНА 2007
  • Двойников Михаил Владимирович
RU2345208C1
ГЕРОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ВИНТОВОЙ ГИДРОМАШИНЫ 2002
  • Андоскин В.Н.
  • Астафьев С.П.
  • Глинкин А.С.
  • Пушкарёв М.А.
RU2202694C1
ГЕРОТОРНЫЙ ВИНТОВОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ 2006
  • Андоскин Владимир Николаевич
  • Астафьев Сергей Петрович
  • Пушкарев Максим Анатольевич
  • Нестеров Анатолий Владимирович
  • Глинкин Алексей Сергеевич
RU2321767C1
ГЕРОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНОЙ ГИДРОМАШИНЫ (ВАРИАНТЫ) 2000
  • Кочнев А.М.
  • Коротаев Ю.А.
  • Цепков А.В.
  • Суслов В.Ф.
  • Бобров М.Г.
RU2166603C1
ГЕРОТОРНЫЙ ВИНТОВОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ 2006
  • Андоскин Владимир Николаевич
  • Астафьев Сергей Петрович
  • Пушкарев Максим Анатольевич
  • Нестеров Анатолий Владимирович
  • Глинкин Алексей Сергеевич
RU2321768C1
ГЕРОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ 2000
  • Балденко Д.Ф.
  • Балденко Ф.Д.
  • Коротаев Ю.А.
  • Лузгин С.А.
  • Суслов В.Ф.
  • Цепков А.В.
RU2162926C1
СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОФИЛЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ОДНОВИНТОВОЙ ГИДРОМАШИНЫ 1998
  • Балденко Д.Ф.
  • Балденко Ф.Д.
  • Коротаев Ю.А.
RU2150566C1

Реферат патента 2009 года ГЕРОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ВИНТОВОГО ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к героторным механизмам винтового забойного двигателя. Героторный механизм винтового забойного двигателя содержит статор и ротор. Статор выполнен с внутренними винтовыми зубьями из упругоэластичного материала. Ротор выполнен с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев статора. Шаги винтовых линий на зубьях ротора и статора пропорциональны числам их зубьев. Профиль и площадь сечения внутренних винтовых упругоэластичных зубьев статора, очерченных эквидистантой укороченной циклоиды, находятся в зависимости от величины радиальной и перекашивающей сил. Модифицированный профиль ротора выполнен по эквидистанте укороченной циклоиды, проходящей через 3 коррегирующие точки, образующие профиль ротора. Обеспечивается получение высокой изгибной жесткости зубьев статора. 1 з.п. ф-лы, 7 табл., 8 ил.

Формула изобретения RU 2 360 129 C2

1. Героторный механизм винтового забойного двигателя, содержащий статор с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, и ротор с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев статора, с шагами винтовых линий на зубьях ротора и статора пропорциональными их числам зубьев, отличающийся тем, что площадь Fkz сечения внутренних винтовых зубьев статора в контурном кольце зубчатого венца торцового сечения статора определяется выражением

а профиль этих зубьев очерчен эквидистантой укороченной гипоциклоиды с параметрами е, r и rц, обеспечивающими получение площади Fkz сечения и определяется из выражения

где Fkz - площадь сечения внутренних винтовых зубьев статора в контурном кольце rf1…rа1 зубчатого венца;
π=3,14159265358979;
h1=2e - высота зуба статора;
е - эксцентриситет зацепления;
Dcp=Dk-h1 - средний диаметр зубчатого венца статора;
Dk - контурный диаметр;
πh1Dcp1=Fk - площадь контурного кольца статора rf1…rа1;
Fпер - перекашивающая сила;
Fr - радиальная сила;
Z1 - число зубьев статора;
r - радиус катящейся окружности при образовании эквидистанты укороченной гипоциклоиды;
rц - радиус эквидистанты укороченной гипоциклоиды;
f(r, rц) - подынтегральная функция аргументов r, rц площади статора;
Ψ - угол поворота круга радиуса r при качении;
rf1 - радиус впадин статора; контурный радиус;
rа1 - радиус выступов зубьев статора.

2. Героторный механизм винтового забойного двигателя по п.1, отличающийся тем, что модифицированный профиль ротора может быть выполнен по эквидистанте укороченной гипоциклоиды, проходящей через 3 коррегирующие точки, образующие профиль ротора.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2360129C2

ГЕРОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНОЙ ГИДРОМАШИНЫ (ВАРИАНТЫ) 2000
  • Кочнев А.М.
  • Коротаев Ю.А.
  • Цепков А.В.
  • Суслов В.Ф.
  • Бобров М.Г.
RU2166603C1
ГЕРОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ВИНТОВОГО ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2000
  • Кочнев А.М.
  • Коротаев Ю.А.
  • Бобров М.Г.
  • Цепков А.В.
  • Суслов В.Ф.
RU2165531C1
МНОГОЗАХОДНЫЙ ГЕРОТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ВИНТОВОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ МАШИНЫ 2001
  • Коротаев Ю.А.
  • Цепков А.В.
  • Кочнев А.М.
  • Бобров М.Г.
  • Суслов В.Ф.
RU2194880C2
DE 3148746 A, 29.09.1983
US 4518332 A, 21.05.1985.

RU 2 360 129 C2

Авторы

Суслов Виктор Федорович

Даты

2009-06-27Публикация

2007-03-13Подача