RU2283416C1 - Screw gerotor hydromachine stator - Google Patents
Screw gerotor hydromachine stator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2283416C1 RU2283416C1 RU2005110044/06A RU2005110044A RU2283416C1 RU 2283416 C1 RU2283416 C1 RU 2283416C1 RU 2005110044/06 A RU2005110044/06 A RU 2005110044/06A RU 2005110044 A RU2005110044 A RU 2005110044A RU 2283416 C1 RU2283416 C1 RU 2283416C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- teeth
- helical teeth
- thickness
- sleeve
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rotary Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к героторным механизмам винтовых забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин, к винтовым насосам для добычи нефти из скважин, а также к винтовым гидромоторам и гидронасосам общего назначения.The invention relates to gerotor mechanisms of downhole screw motors for drilling oil and gas wells, to screw pumps for oil production from wells, and also to screw hydraulic motors and general purpose hydraulic pumps.
Известен статор винтового забойного двигателя ДВР3-176, в котором к толстостенному корпусу привулканизована обкладка с винтовыми зубьями, выполненными из эластомера, по существу из резины (Журнал "Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море", Москва, ОАО "ВНИИОЭНГ", № 9, 2003, стр.10, рис.4).A well-known stator of a downhole motor DVR3-176 is used, in which a lining with helical teeth made of elastomer, essentially rubber, is vulcanized (Journal of Construction of Oil and Gas Wells on Land and Sea, Moscow, VNIIOENG OJSC, No. 9, 2003, p. 10, fig. 4).
Недостатком известной конструкции является неполное использование возможности повышения энергетических характеристик, ресурса и надежности винтового забойного двигателя, повышения максимальной мощности, момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки на буровое долото в стволе скважины.A disadvantage of the known design is the incomplete use of the possibility of increasing the energy characteristics, resource and reliability of the downhole screw motor, increasing the maximum power, the torque on the output shaft in the maximum power mode and the permissible axial load on the drill bit in the wellbore.
Недостатки известной конструкции объясняются, в основном, циклическим нагружением выполненных из эластомера винтовых зубьев в обкладке статора, которые подвергаются деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора внутри статора, что приводит к тепловыделению внутри материала зубьев.The disadvantages of the known design are explained mainly by the cyclic loading of helical teeth made of elastomer in the stator lining, which undergo deformation and bending during planetary-rotor rotation of the rotor inside the stator, which leads to heat generation inside the tooth material.
При этом температура в эластомерной обкладке может повышаться, например, до 60°С, а увеличение натяга в рабочей паре может составлять, например, до 0,05 мм на диаметр на каждые 10°С повышения температуры, что приводит к нарушению уплотнения в рабочей паре и разрушению зубьев в эластомерной обкладке статора.In this case, the temperature in the elastomeric lining can increase, for example, to 60 ° C, and the increase in interference in the working pair can be, for example, up to 0.05 mm per diameter for every 10 ° C of temperature increase, which leads to a violation of the seal in the working pair and tooth decay in the elastomeric stator lining.
Для известной конструкции существует ограничение между перепадом давления (межвитковым, на зубьях статора) в режиме максимальной мощности и величиной натяга зубьев ротора в зубьях статора, а перепад давления в режиме максимальной мощности составляет, по существу, 10...13 МПа, что не позволяет повышать момент силы на выходном валу в режиме максимальной мощности, снижать темп износа рабочих поверхностей, не обеспечивает возможности отработки рабочих пар до больших зазоров, при этом средний ресурс рабочей пары не превышает 250 часов.For the known design, there is a limitation between the differential pressure (interturn, on the stator teeth) in the maximum power mode and the interference value of the rotor teeth in the stator teeth, and the pressure drop in the maximum power mode is essentially 10 ... 13 MPa, which does not allow to increase the moment of force on the output shaft in maximum power mode, to reduce the wear rate of working surfaces, does not provide the possibility of working couples working up to large gaps, while the average resource of the working pair does not exceed 250 hours.
Известен эксцентриковый винтовой насос или эксцентриковый винтовой двигатель, содержащий оболочку (остов) 21 с наружной и внутренней поверхностями, выполненными в форме геликоида с полностью облицованным статором, в котором на торцовых краях 41, 42 содержатся уплотнения 26 и стопорные кольца 28, которые монолитно переходят в облицовку из эластомера 39 металлической оболочки 21 (US 6666668 B1, F 01 C 1/10, 23.12.2003). Известная конструкция скрепляется шпильками 17, гайками 19 и фланцами 12, 15 снаружи остова 21, а используется в наземном оборудовании, например, для героторных винтовых насосов, где нет ограничений по наружным габаритам.A known eccentric screw pump or eccentric screw motor containing a shell (skeleton) 21 with outer and inner surfaces made in the form of a helicoid with a fully lined stator, in which at the end edges 41, 42 there are seals 26 and retaining rings 28, which seamlessly pass into lining of elastomer 39 of the metal shell 21 (US 6666668 B1, F 01 C 1/10, 12/23/2003). The known design is fastened with studs 17, nuts 19 and flanges 12, 15 outside the core 21, and is used in ground equipment, for example, for gerotor screw pumps, where there are no restrictions on the external dimensions.
Недостатком известной конструкции является невозможность ее использования в скважинах, в обсадных и бурильных трубах, например, для многозаходных многоступенчатых героторных гидравлических двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин. Это объясняется увеличенной по диаметру входной, со стороны 44, а также выходной, со стороны 42, части оболочки 21, уплотнений 26 и стопорных колец 28, которые монолитно переходят в облицовку 39, выполненную из эластомера. Для героторных механизмов винтовых забойных двигателей, размещаемых в нефтяных и газовых скважинах, использование известной конструкции не обеспечивает существенных преимуществ.A disadvantage of the known design is the impossibility of its use in wells, in casing and drill pipes, for example, for multi-start multi-stage gerotor hydraulic motors for drilling oil and gas wells. This is due to the increased diameter of the inlet, from the side 44, as well as the outlet, from the side 42, part of the shell 21, seals 26 and retaining rings 28, which integrally pass into the lining 39 made of elastomer. For gerotor mechanisms of downhole screw motors placed in oil and gas wells, the use of the known design does not provide significant advantages.
Известен статор эксцентрикового винтового насоса, содержащий оболочку (остов) статора 12 с внутренней поверхностью, выполненной в форме геликоида, и облицовку 26 из эластомера на внутренней поверхности статора 12, в котором каждый из концов 20 соединен с фланцами 32, 34 соединительными элементами (резьбовыми тягами) 40 и разъемными хомутами 46, 48 при помощи разрывных болтов 50, а оболочка статора 12 выполнена, по меньшей мере, с одной зоной разъема 14 по винтовой линии, проходящей через всю ее длину (US 5318416, F 04 C 2/107, 07.06.1994).Known stator of an eccentric screw pump containing a shell (core) of the stator 12 with an internal surface made in the form of a helicoid, and a lining 26 of elastomer on the inner surface of the stator 12, in which each of the ends 20 is connected to the flanges 32, 34 by connecting elements (threaded rods ) 40 and detachable collars 46, 48 with bursting bolts 50, and the stator shell 12 is made with at least one zone of the connector 14 along a helix through its entire length (US 5318416, F 04 C 2/107, 07.06 .1994).
Известная конструкция используется, по существу, в технологических блоках машин - экструдерах для упруго-вязких жидкостей, например, при заливке корпусов ракетных двигателей твердого топлива, с целью обеспечения безопасности конструкции, чтобы снизить давление, прежде чем опасность взрыва может развиться.The known design is used, essentially, in technological blocks of machines - extruders for visco-elastic liquids, for example, when casting the bodies of rocket engines of solid fuel, in order to ensure the safety of the structure in order to reduce the pressure before the explosion hazard can develop.
Недостатком известной конструкции является невозможность ее использования в скважинах, в обсадных и бурильных трубах, например, для многозаходных героторных гидравлических двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин. Это объясняется увеличенными в поперечном сечении габаритами: разъемными хомутами 46, 48, диаметром входной, а также выходной частей кожуха и фланцев 32, 34, а также уплотнений и защитных колец, которые монолитно переходят в эластомерную облицовку кожуха. Для героторных механизмов винтовых забойных двигателей, размещаемых в нефтяных и газовых скважинах, использование известной конструкции также не обеспечивает существенных преимуществ.A disadvantage of the known design is the impossibility of its use in wells, in casing and drill pipes, for example, for multi-start gerotor hydraulic motors for drilling oil and gas wells. This is explained by the increased dimensions in the cross section: detachable collars 46, 48, the diameter of the input and output parts of the casing and flanges 32, 34, as well as seals and protective rings, which seamlessly pass into the elastomeric lining of the casing. For gerotor mechanisms of downhole screw motors placed in oil and gas wells, the use of the known design also does not provide significant advantages.
Известен статор забойной героторной машины, включающий корпус, установленную в нем с образованием кольцевой полости рабочую гильзу, выполненную в виде тонкостенной втулки с привулканизованной к ней обкладкой из эластомера, имеющей внутреннюю винтовую поверхность, а также связанный с корпусом резьбовым соединением переводник (RU 2018620 C1, E 21 B 4/02, 30.08.1994).A known stator of a downhole gerotor machine, including a housing installed in it to form an annular cavity, a working sleeve made in the form of a thin-walled sleeve with an elastomer lining vulcanized to it, having an internal helical surface, and an adapter connected to the housing by a threaded connection (RU 2018620 C1, E 21 B 4/02, 08/30/1994).
В известной конструкции кольцевая полость изолирована от внешней среды, отношение толщины металлической тонкостенной 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, при этом втулка может быть выполнена со сквозными отверстиями и связана с переводником резьбовым соединением.In the known construction, the annular cavity is isolated from the external environment, the ratio of the thickness of the metal thin-walled sleeve in its middle part to the outer diameter of the sleeve is 0.02 ... 0.09, and the ratio of the radial size of the cavity to the thickness of the sleeve in its middle part is within 0 , 02 ... 0.15, while the sleeve can be made with through holes and connected to the sub with a threaded connection.
Недостатком известной конструкции является неполное использование возможности повышения энергетических характеристик, ресурса и надежности винтового забойного двигателя, содержащего известный статор, по существу, повышения максимальной мощности, момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки на буровое долото в стволе скважины.A disadvantage of the known design is the incomplete use of the possibility of increasing the energy characteristics, resource and reliability of a downhole screw motor containing a known stator, essentially increasing the maximum power, the torque on the output shaft in the maximum power mode and the permissible axial load on the drill bit in the wellbore.
Недостатки известной конструкции объясняются, в основном, циклическим нагружением монолитно выполненных из эластомера винтовых зубьев в обкладке статора, которые подвергаются деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора внутри статора, что приводит к тепловыделению внутри материала зубьев.The disadvantages of the known design are explained mainly by cyclic loading of helical teeth made of elastomer in the stator lining, which are subjected to deformation and bending during planetary-rotor rotation of the rotor inside the stator, which leads to heat generation inside the tooth material.
При этом температура в эластомерной обкладке может повышаться, например, до 60°С, а увеличение натяга в рабочей паре может составлять, например, до 0,05 мм на диаметр на каждые 10°С повышения температуры, что приводит к нерасчетным режимам работы и разрушению зубьев в эластомерной обкладке статора.In this case, the temperature in the elastomeric lining can increase, for example, to 60 ° C, and the increase in interference in the working pair can be, for example, up to 0.05 mm per diameter for every 10 ° C of temperature increase, which leads to off-design operating conditions and destruction teeth in the elastomeric stator lining.
Для известной конструкции существует ограничение между перепадом давления (межвитковым, на зубьях статора) в режиме максимальной мощности и величиной натяга зубьев ротора в зубьях статора. При этом максимальный перепад давления (межвитковый, на зубьях эластомерной обкладки статора) в режиме максимальной мощности, например, на зубьях двигателя ДР-95 (производимого в Российской Федерации) составляет 9...14 МПа, см. стр.8 (Журнал "Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море", Москва, ОАО "ВНИИОЭНГ", №9, 2003, стр.10, рис.4).For the known design, there is a limitation between the differential pressure (interturn, on the stator teeth) in the maximum power mode and the amount of interference between the rotor teeth in the stator teeth. In this case, the maximum pressure drop (inter-turn, on the teeth of the elastomeric stator lining) in the maximum power mode, for example, on the teeth of the DR-95 engine (produced in the Russian Federation) is 9 ... 14 MPa, see page 8 (Construction magazine oil and gas wells on land and at sea, Moscow, VNIIOENG OJSC, No. 9, 2003, p. 10, Fig. 4).
Недостатки известной конструкции не позволяют более повышать момент силы на выходном валу в режиме максимальной мощности, снижать темп износа рабочих поверхностей, не обеспечивают возможности отработки рабочих пар до больших зазоров, при этом средний ресурс рабочей пары не превышает 250 часов.The disadvantages of the known design do not allow more to increase the torque on the output shaft in maximum power mode, to reduce the rate of wear of the working surfaces, do not provide the possibility of working pairs to large gaps, while the average resource of the working pair does not exceed 250 hours.
Наиболее близким к заявляемой конструкции является статор винтового героторного гидромотора, содержащий полый корпус, установленную в нем статорную гильзу с внутренними винтовыми многозаходными зубьями (или с внутренней и наружной поверхностью, выполненной в форме геликоида), а также закрепленную в статорной гильзе обкладку с внутренними винтовыми многозаходными зубьями, выполненную из эластомера, например из резины (US 5171138, F 01 C 1/10, 15.12.1992).Closest to the claimed design is a stator of a screw gerotor hydraulic motor containing a hollow body, a stator sleeve with internal multi-tooth teeth (or with an internal and external surface made in the form of a helicoid) installed in it, and a lining with internal multi-thread screw mounted in the stator sleeve teeth made of elastomer, for example rubber (US 5171138, F 01 C 1/10, 12/15/1992).
В известной конструкции статорная гильза 16 выполнена в виде штампованной металлической трубчатой оболочки с внутренними и наружными винтовыми многозаходными зубьями (или с внутренней и наружной поверхностью, выполненной в форме геликоида).In the known construction, the stator sleeve 16 is made in the form of a stamped metal tubular shell with internal and external helical multiple teeth (or with an internal and external surface made in the form of a helicoid).
Недостатком известной конструкции является неполное использование возможности повышения энергетических характеристик, ресурса и надежности винтового героторного гидромотора с использованием заявляемого статора, по существу, повышения максимальной мощности, момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки (на долото) при повышении максимального перепада давления (межвиткового, на зубьях статора) в режиме максимальной мощности.A disadvantage of the known design is the incomplete use of the possibility of increasing the energy characteristics, resource and reliability of a screw gerotor hydraulic motor using the inventive stator, essentially increasing the maximum power, the torque on the output shaft in maximum power mode and the permissible axial load (per bit) with increasing maximum drop pressure (inter-turn, on the stator teeth) in maximum power mode.
Недостатки известной конструкции объясняются малой жесткостью статорной трубчатой гильзы в пределах ее упругой деформации, ее плохой свариваемостью с массивным полым корпусом, что определяет недостаточную усталостную выносливость (ресурс) статорной гильзы для обеспечения максимального перепада давления (межвиткового, на зубьях статора) в режиме максимальной мощности.The disadvantages of the known design are explained by the low stiffness of the stator tubular sleeve within its elastic deformation, its poor weldability with a massive hollow body, which determines the insufficient fatigue endurance (resource) of the stator sleeve to ensure maximum pressure drop (inter-turn, on the stator teeth) at maximum power.
Недостатки известной конструкции объясняются также релаксацией напряжений в материале штампованной металлической статорной гильзы, которые искажают профиль сопряжения рабочей пары ротор-статор, вследствие чего уменьшается герметичность рабочей пары и возможность обеспечения энергетических характеристик, ресурса и надежности винтового героторного гидромотора с использованием заявляемого статора при максимальном перепаде давления (межвиткового, на зубьях статора) в режиме максимальной мощности.The disadvantages of the known design are also explained by the relaxation of stresses in the material of the stamped metal stator sleeve, which distort the pairing profile of the rotor-stator working pair, as a result of which the tightness of the working pair and the possibility of ensuring the energy characteristics, resource and reliability of the screw gerotor hydraulic motor using the inventive stator at maximum pressure drop are reduced (interturn, on the stator teeth) in maximum power mode.
Недостатки известной конструкции объясняются также циклическим нагружением выполненных из эластомера винтовых зубьев в обкладке статора, а также статорной трубчатой гильзы с внутренними и наружными винтовыми многозаходными зубьями, обладающими малой жесткостью, которые подвергаются высокой деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора внутри статора, что приводит к тепловыделению внутри материала зубьев, а также к отслоению обкладки статора от статорной гильзы.The disadvantages of the known design are also explained by the cyclic loading of helical teeth made of elastomer in the stator lining, as well as the stator tubular sleeve with internal and external helical multiple teeth, which have low rigidity, which undergo high deformation and bending during planetary-rotor rotation of the rotor inside the stator, which leads to heat release inside the tooth material, as well as to the detachment of the stator lining from the stator sleeve.
При этом температура в эластомерной обкладке может повышаться более интенсивно за счет меньшей массы резиновой обкладки, например, до 80°С, а увеличение натяга в рабочей паре может составлять, например, до 0,08 мм на диаметр на каждые 10°С повышения температуры, что приводит к нерасчетным режимам работы, по существу, не обеспечивает максимальной мощности, момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки при повышении максимального перепада давления (межвиткового, на зубьях статора) в режиме максимальной мощности.In this case, the temperature in the elastomeric casing can increase more intensively due to the smaller mass of the rubber casing, for example, up to 80 ° C, and the increase in interference in the working pair can be, for example, up to 0.08 mm per diameter for every 10 ° C temperature increase, which leads to off-design operating modes, in essence, does not provide maximum power, torque on the output shaft in the maximum power mode and permissible axial load with increasing maximum pressure drop (inter-turn, on the stator teeth) in the maximum oh power.
Техническим результатом изобретения является повышение энергетических характеристик, ресурса и надежности винтовой героторной гидромашины при использовании ее в качестве винтового многозаходного забойного двигателя с использованием заявляемого статора, по существу, повышение максимальной мощности, момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки за счет повышения жесткости статорной гильзы, усталостной выносливости эластомерной обкладки и точности (прямолинейности) канала эластомерной обкладки, а также обеспечения максимального перепада давления (межвиткового, на зубьях статора) в режиме максимальной мощности.The technical result of the invention is to increase the energy characteristics, resource and reliability of a screw gerotor hydraulic machine when used as a multi-start screw helical downhole motor using the inventive stator, essentially increasing the maximum power, torque on the output shaft in maximum power mode and permissible axial load due to increase the stiffness of the stator sleeve, fatigue endurance of the elastomeric plate and the accuracy (straightness) of the channel of the elastomeric masonry, as well as ensuring maximum pressure drop (inter-turn, on the teeth of the stator) in maximum power mode.
Сущность технического решения заключается в том, в статоре винтовой героторной гидромашины, содержащем полый корпус, установленную в нем статорную гильзу с внутренними винтовыми многозаходными зубьями, а также закрепленную в статорной гильзе обкладку с внутренними винтовыми многозаходными зубьями, выполненную из эластомера, например из резины, согласно изобретению статорная гильза выполнена в виде ряда ступеней, внутренние винтовые многозаходные зубья в каждой из которых являются продолжением внутренних винтовых многозаходных зубьев смежной ступени, а поверхности контактирующих торцов выполнены замкнутыми в окружном направлении, причем полый корпус содержит, по меньшей мере, два переходника, расположенных по его краям и охватывающих ряд ступеней статорной гильзы, а край, например торец, каждой ступени статорной гильзы скреплен с краем, например с торцом, смежной ступени или с краями, например с торцами, корпуса и переходника при помощи кольцевого сварного шва, при этом в обкладке с внутренними винтовыми зубьями толщины Δвыс выступов винтовых зубьев и толщины Δвп впадин винтовых зубьев связаны соотношением: Δвыс=(1,22±0,12)Δвп, толщины Δвыс выступов винтовых зубьев и, соответственно, толщины Δвп впадин винтовых зубьев выполнены в пределах ±7%, а расстояние между торцами каждой ступени статорной гильзы равно, по меньшей мере, 1,05 длины хода ее внутренних винтовых зубьев.The essence of the technical solution lies in the fact that in the stator of a screw gerotor hydraulic machine containing a hollow body, a stator sleeve with internal multi-tooth teeth installed in it, and also a lining with internal multi-tooth teeth made of elastomer, for example rubber, fixed in the stator sleeve, according to According to the invention, the stator sleeve is made in the form of a series of steps, the internal helical multiple teeth in each of which are a continuation of the internal helical multiple teeth s of the adjacent step, and the surfaces of the contacting ends are closed in the circumferential direction, the hollow body containing at least two adapters located along its edges and covering a number of steps of the stator sleeve, and an edge, for example, an end face, of each step of the stator sleeve is fastened to the edge , for example with the end face adjacent stage or with edges, for example with the ends, the housing and the adapter ring by means of a weld, while in coated with internal helical teeth thickness Δ height of the projections of helical teeth, and in thickness Δ sn Padin helical teeth are related by: Δ height = (1,22 ± 0,12) Δ VI Δ thickness of height of the projections of helical teeth, and respectively, thickness Δ sn depressions helical teeth made within ± 7%, and the distance between the ends of each stage the stator sleeve is equal to at least 1.05 the stroke length of its internal helical teeth.
Твердость обкладки с внутренними винтовыми зубьями, выполненной из резины, составляет 75±3 ед. Шор А.The hardness of the lining with internal helical teeth made of rubber is 75 ± 3 units. Shore A.
В каждой ступени статорной гильзы толщины ΔRвп впадин винтовых зубьев и толщины Δвп впадин винтовых зубьев в обкладке с внутренними винтовыми зубьями, выполненной из резины, связаны соотношением: ΔRвп=(1,414...1,618)Δвп.In each step the stator liner thickness ΔR ch depressions helical teeth and thickness Δ sn depressions in coated helical teeth with inner helical teeth made of rubber, are related by: ΔR ch = (1,414 ... 1,618) Δ VI.
В каждой ступени статорной гильзы толщины ΔRвп впадин винтовых зубьев и толщины стенки ΔRкор полого корпуса связаны соотношением: ΔRкор=(1,414...1,618) ΔRвп.In each step the stator liner thickness ΔR ch depressions helical teeth and the wall thickness of the hollow body armature ΔR related by: ΔR cor = (1,414 ... 1,618) ΔR ch.
Анализ причин уменьшения ресурса винтовых забойных двигателей показывает, что основной причиной дефектов (отказа) является отслоение элатостомера и разрушение зуба статора. Первый дефект обусловлен плохим качеством приклейки и является, в большинстве случаев, производственным.Analysis of the reasons for reducing the resource of downhole screw motors shows that the main cause of defects (failure) is the detachment of the elastostomer and the destruction of the stator tooth. The first defect is due to the poor quality of gluing and is, in most cases, industrial.
При этом в известной конструкции статора первый и второй дефекты являются следствием циклического нагружения эластомера и трубчатой статорной гильзы и зависят от режимов и условий эксплуатации. Развитию этих дефектов способствуют высокие рабочие перепады давления, внутреннее выделение тепла в материале эластомерной обкладки статора, торможение рабочей пары при работе, высокий натяг в рабочей паре. Увеличение длины секции рабочих пар позволяет значительно снизить уровень контактных нагрузок в зацеплении рабочей пары и предотвратить преждевременное разрушение эластомерной обкладки статора. Одновременно значительно повышаются энергетические характеристики двигателя, надежность и ресурс работы. Однако увеличение длины рабочих пар ротор - статор ухудшает "проходимость" компоновки низа бурильной колонны при бурении наклонно направленных скважин.Moreover, in the known stator design, the first and second defects are the result of cyclic loading of the elastomer and the tubular stator sleeve and depend on the operating conditions and conditions. The development of these defects is facilitated by high working pressure drops, internal heat generation in the material of the stator elastomeric lining, braking of the working pair during operation, high tightness in the working pair. The increase in the length of the section of the working pairs can significantly reduce the level of contact loads in the engagement of the working pair and prevent premature destruction of the elastomeric stator lining. At the same time, the energy characteristics of the engine, reliability and service life are significantly increased. However, an increase in the length of the rotor – stator working pairs worsens the “passability” of the bottom hole assembly while drilling directional wells.
В заявляемой конструкции за счет того, что статорная гильза выполнена в виде ряда ступеней, внутренние винтовые многозаходные зубья в каждой из которых являются продолжением внутренних винтовых многозаходных зубьев смежной ступени, а поверхности контактирующих торцов выполнены замкнутыми в окружном направлении, причем полый корпус содержит, по меньшей мере, два переходника, расположенных по его краям и охватывающих ряд ступеней статорной гильзы, а край, например торец, каждой ступени статорной гильзы скреплен с краем, например с торцом, смежной ступени или с краями, например с торцами, корпуса и переходника при помощи кольцевого сварного шва, при этом в обкладке с внутренними винтовыми зубьями толщины Δвыс выступов винтовых зубьев и толщины Δвп впадин винтовых зубьев связаны соотношением: Δвыс=(1,22±0,12)Δвп, толщины Δвыс выступов винтовых зубьев и, соответственно, толщины Δвп впадин винтовых зубьев выполнены в пределах ±7%, а расстояние между торцами каждой ступени статорной гильзы равно, по меньшей мере, 1,05 длины хода ее внутренних винтовых зубьев, повышается жесткость статорной гильзы, точность (прямолинейность) каналов эластомерных статоров длиной 5...6 метров и обеспечивается максимальный перепад давления (межвиткового, на зубьях статора) в режиме максимальной мощности, который составляет, по существу, 22...27 МПа.In the claimed design due to the fact that the stator sleeve is made in the form of a number of steps, the internal multi-tooth helical teeth in each of which are a continuation of the internal multi-tooth helical teeth of the adjacent step, and the surfaces of the contacting ends are closed in the circumferential direction, and the hollow body contains at least at least two adapters located along its edges and covering a number of steps of the stator sleeve, and the edge, for example the end face, of each step of the stator sleeve is fastened to the edge, for example, to the end Adjacent stage or with edges, for example with the ends, the housing and the adapter by means of an annular weld, while a second plate with internal helical teeth thickness Δ height of the projections of helical teeth and thickness Δ sn depressions helical teeth are related by: Δ height = (1, 22 ± 0.12) Δ VI Δ thickness of height of the projections of helical teeth, and respectively, thickness Δ sn depressions helical teeth made within ± 7%, and the distance between the ends of each stage stator sleeve is at least 1.05-length the course of its internal helical teeth, the rigidity increases the stator sleeve, the accuracy (straightness) of the channels of
В заявляемой конструкции за счет того, что твердость обкладки с внутренними винтовыми зубьями, выполненной из резины, составляет 75±3 ед. Шор А, обеспечивается повышенная усталостная выносливость (ресурс) - не менее 100 тыс. циклов, повышенная стойкость: абразивная и в среде нефтепродуктов, а также высокая упругость, эластичность и надежность уплотнения рабочей пары ротор-статор в режиме максимальной мощности.In the claimed design due to the fact that the hardness of the lining with internal helical teeth made of rubber is 75 ± 3 units. Shore A, provides increased fatigue endurance (resource) - at least 100 thousand cycles, increased durability: abrasive and in the environment of petroleum products, as well as high elasticity, elasticity and reliability of sealing of the working rotor-stator pair in maximum power mode.
За счет того, что в каждой ступени статорной гильзы толщины ΔRвп впадин винтовых зубьев и толщины Δвп впадин винтовых зубьев в обкладке с внутренними винтовыми зубьями, выполненной из резины, связаны соотношением: ΔRвп=(1,414...1,618)Δвп. обеспечивается повышенная усталостная выносливость (ресурс) статорной гильзы, а также повышенный максимальный перепад давления (межвитковый, на зубьях статора) в режиме максимальной мощности, который составляет, по существу, 22...27 МПа.Due to the fact that in each step the stator liner thickness ΔR ch depressions helical teeth and thickness Δ sn depressions in coated helical teeth with inner helical teeth made of rubber, are related by: ΔR ch = (1,414 ... 1,618) Δ VI. provides increased fatigue endurance (resource) of the stator sleeve, as well as increased maximum pressure drop (inter-turn, on the stator teeth) in the maximum power mode, which is essentially 22 ... 27 MPa.
За счет того, что в каждой ступени статорной гильзы толщины ΔRвп впадин винтовых зубьев и толщины стенки ΔRкор полого корпуса связаны соотношением: ΔRкор=(1,414...1,618)ΔRвп, обеспечиваются технологические преимущества по прочности и герметичности кольцевых сварных швов, а также повышается точность изготовления, например отклонение от прямолинейности каналов эластомерных статоров длиной 6 метров не превышает 1,5 мм.Due to the fact that in each step the stator liner thickness ΔR ch depressions helical teeth and the wall thickness of the hollow body armature ΔR related by: ΔR cor = (1,414 ... 1,618) ΔR ch, technological advantages provided by the strength and tightness of annular welds, and also increases the accuracy of manufacturing, for example, the deviation from the straightness of the channels of elastomeric stators with a length of 6 meters does not exceed 1.5 mm.
При использовании заявляемой конструкции статора в винтовом забойном двигателе повышаются его энергетические характеристики, ресурс и надежность, по существу, повышается максимальная мощность, момент силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимая осевая нагрузка на долото.When using the inventive design of the stator in a downhole motor, its energy characteristics, resource and reliability increase, in essence, the maximum power increases, the torque on the output shaft in maximum power mode and the permissible axial load on the bit.
При использовании заявляемой конструкции статора повышается ресурс рабочей пары ротор - статор на 30...40%, а механическая скорость на 30...50% больше. За счет увеличения ресурса и механической скорости проходка на рабочую пару ротор - статор увеличивается в 0,7...1,2 раза.When using the inventive design of the stator increases the resource of the working pair of the rotor-stator by 30 ... 40%, and the mechanical speed by 30 ... 50% more. Due to the increased resource and mechanical speed, penetration to the rotor-stator working pair increases 0.7 ... 1.2 times.
Ниже представлен лучший вариант осуществления конструкции статора винтового забойного двигателя для бурения нефтяных скважин.Below is the best embodiment of a stator design for a downhole motor for drilling oil wells.
На фиг.1 показан продольный разрез статора винтового забойного двигателя.Figure 1 shows a longitudinal section of the stator of a downhole motor.
На фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1 поперек статора и ротора винтового забойного двигателя.Figure 2 shows a section aa in figure 1 across the stator and rotor of a downhole screw motor.
На фиг.3 показан разрез Б-Б на фиг.1 поперек статора винтового забойного двигателя.Figure 3 shows a section bB in figure 1 across the stator of a downhole screw motor.
Статор винтового забойного двигателя содержит полый корпус 1, установленную в нем статорную гильзу, выполненную в виде ряда ступеней 2, 3, 4 с внутренними винтовыми многозаходными зубьями 5, а также закрепленную в ступенях 2, 3, 4 статорной гильзы обкладку 6 с внутренними винтовыми многозаходными зубьями 7, выполненную из резины, показано на фиг.1, 2, 3.The stator of a downhole screw motor comprises a hollow body 1, a stator sleeve installed therein, made in the form of a number of steps 2, 3, 4 with internal multi-tooth
Статор предназначен для винтового забойного двигателя, где поз.8 - ротор, поз.9 - ось ротора 8, поз. 10 - ось статора, а поз. 11 - величина эксцентриситета ротора 8, установленного в эластомерной обкладке 6 секций 2, 3, 4 статорной гильзы, показано на фиг.1, 2.The stator is designed for a downhole screw motor, where pos. 8 is the rotor, pos. 9 is the axis of the
Внутренние винтовые многозаходные зубья 5, например в ступенях 2, 4, статорной гильзы являются продолжением внутренних винтовых многозаходных зубьев, например смежной ступени 3, а поверхности 12, 13 контактирующих торцов статорных секций 2, 3, а также поверхности 14, 15 контактирующих торцов статорных секций 3, 4, выполнены замкнутыми в окружном направлении, причем полый корпус 1 содержит, по меньшей мере, два переходника 16, 17, расположенных по его краям и охватывающих ступени 2, 3, 4 статорной гильзы, показано на фиг.1, 3.The internal multi-tooth
Край, например торец 12, ступени 2 статорной гильзы скреплен с краем, например с торцом 13, смежной ступени 3 при помощи кольцевого сварного шва 18, а край, например торец 14, ступени 3 статорной гильзы скреплен с краем, например с торцом 15, смежной ступени 4 при помощи кольцевого сварного шва 19, показано на фиг.1.The edge, for example the end face 12, of the stator sleeve stage 2 is fastened to the edge, for example, to the end face 13, of the adjacent step 3 using an annular weld 18, and the edge, for example the end face 14, of the stator sleeve stage 3, is fastened to the edge, for example, to the end face 15 stage 4 using an annular weld 19, shown in figure 1.
Край, например торец 20, ступени 2 статорной гильзы скреплен с краями, например с торцами 21 и 22, корпуса 1 и переходника 16 при помощи кольцевого сварного шва 23, показано на фиг.1.The edge, for example the end face 20, of the step 2 of the stator sleeve is fastened to the edges, for example, to the ends 21 and 22, the housing 1 and the adapter 16 by means of an annular weld 23, shown in Fig. 1.
Край, например торец 24, ступени 4 статорной гильзы скреплен с краями, например с торцами 25 и 26, корпуса 1 и переходника 17 при помощи кольцевого сварного шва 27, показано на фиг.1.The edge, for example the end face 24, of the step 4 of the stator sleeve is fastened to the edges, for example, to the ends 25 and 26, the housing 1 and the adapter 17 by means of an annular weld seam 27, shown in FIG.
В обкладке 6 с внутренними винтовыми зубьями 7 толщины 28 Δвыс выступов винтовых зубьев 7 и толщины 29 Δвп впадин винтовых зубьев 7 связаны соотношением: Δвыс=(1,22±0,12)Δвп, показано на фиг.2.The second plate 6 with internal
Толщины 28 Δвыс выступов винтовых зубьев 7 и, соответственно, толщины 29 Δвп впадин винтовых зубьев 7 выполнены в пределах ±7%, при этом расстояние 30 между торцами 31 и 12 ступени 2, а также расстояние 32 между торцами 13 и 14 ступени 3, а также расстояние 33 между торцами 15 и 34 ступени 4 статорной гильзы равно, по меньшей мере, 1,05 длины хода ее внутренних винтовых зубьев 5, показано на фиг.1.Thickness 28 Δ height of the projections of
Твердость обкладки 6 с внутренними винтовыми зубьями 7, выполненной из резины, составляет 75±3 ед. Шор А.The hardness of the lining 6 with internal
В каждой ступени 2, 3, 4 статорной гильзы толщины 35 ΔRвп впадин винтовых зубьев 5 и толщины 29 Δвп впадин винтовых зубьев 7 в обкладке 6 с внутренними винтовыми зубьями 7, выполненной из резины, связаны соотношением: ΔRвп=(1,414...1,618)Δвп, показано на фиг.2.Each stage 2, 3, 4
В каждой ступени 2, 3, 4 статорной гильзы толщины 35 ΔRвп впадин винтовых зубьев и толщины стенки 36 ΔRкор полого корпуса 1 связаны соотношением: ΔRкор=(1,414...1,618)ΔRвп; показано на фиг.2.Each stage 2, 3, 4
Кроме того, на фиг.2 показано: поз. 37 - винтовые камеры между зубьями ротора 8 и зубьями 7 эластомерной обкладки 6; на фиг.1 показано: поз.38 - направление потока рабочей жидкости (бурового раствора).In addition, figure 2 shows: pos. 37 - screw chambers between the teeth of the
Конструкция статора при ее использовании в винтовом забойном двигателе работает следующим образом: поток бурового раствора 38 под давлением, например, 22...27 МПа в режиме максимальной мощности по колонне бурильных труб подается в винтовые камеры 37 между зубьями ротора 8 и зубьями 7 эластомерной обкладки 6 и образует область высокого давления и момент от гидравлических сил, который приводит в планетарно-роторное вращение ротор 8 внутри ступеней 2, 3, 4 статорной гильзы с закрепленной в них обкладкой 6.The stator design when used in a downhole screw motor works as follows: the mud flow 38 under pressure, for example, 22 ... 27 MPa in maximum power mode, is supplied through the drill pipe string to the
Винтовые зубья 7 эластомерной обкладки 6 в ступенях 2, 3, 4 статорной гильзы подвергаются сложной деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора 8 внутри статора.
Винтовые камеры 37 между зубьями ротора 8 и зубьями 7 эластомерной обкладки 6 имеют переменный объем и периодически перемещаются по потоку 38 бурового раствора, который имеет плотность до 1500 кг/м3, содержит до 1% песка и до 5% нефтепродуктов.The
В заявляемой конструкции за счет того, что в обкладке 6 с внутренними винтовыми зубьями 7 толщины 28 Δвыс выступов винтовых зубьев 7 и толщины 29 Δвп впадин винтовых зубьев 7 связаны соотношением: Δвыс=(1,22±0,12)Δвп, толщины 28, Δвыс выступов винтовых зубьев 7 и, соответственно, толщины 29 Δвп впадин винтовых зубьев 7 выполнены в пределах ±7%, при этом расстояние 30 между торцами 31 и 12 ступени 2, а также расстояние 32 между торцами 13 и 14 ступени 3, а также расстояние 33 между торцами 15 и 34 ступени 4 статорной гильзы равно, по меньшей мере, 1,05 длины хода ее внутренних винтовых зубьев 5, повышается жесткость статорной гильзы, повышается точность (прямолинейность) каналов эластомерных статоров длиной 5...6 метров, обеспечивается повышенная усталостная выносливость (ресурс) - не менее 100 тыс. циклов, повышенная стойкость: абразивная и в среде нефтепродуктов, а также высокая упругость, эластичность и надежность уплотнения рабочей пары ротор-статор в режиме максимальной мощности.In the claimed design due to the fact that the second plate 6 with internal
Изобретение повышает энергетические характеристики, ресурс и надежность винтового забойного двигателя с использованием заявляемого статора, по существу, повышает максимальную мощность, момент силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимую осевую нагрузку, при этом обеспечивается повышенный максимальный перепад давления (межвитковый, на зубьях статора) в режиме максимальной мощности, который составляет, по существу, 22...27 МПа при меньшем уровне напряженно-деформированного состояния и изгиба эластомерных зубьев.The invention improves the energy characteristics, resource and reliability of a downhole screw motor using the inventive stator, essentially increases the maximum power, the torque on the output shaft in maximum power mode and the permissible axial load, while providing an increased maximum pressure drop (inter-turn, on the stator teeth ) in the regime of maximum power, which is essentially 22 ... 27 MPa with a lower level of stress-strain state and bending of elastomeric teeth.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005110044/06A RU2283416C1 (en) | 2005-04-06 | 2005-04-06 | Screw gerotor hydromachine stator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005110044/06A RU2283416C1 (en) | 2005-04-06 | 2005-04-06 | Screw gerotor hydromachine stator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2283416C1 true RU2283416C1 (en) | 2006-09-10 |
Family
ID=37112934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005110044/06A RU2283416C1 (en) | 2005-04-06 | 2005-04-06 | Screw gerotor hydromachine stator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2283416C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655136C1 (en) * | 2014-12-19 | 2018-05-23 | Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк. | Lower threaded connections exception in the casing of the barrier engine |
| RU2684061C1 (en) * | 2015-05-04 | 2019-04-03 | Пенн Юнайтед Текнолоджиз, Инк. | Stator unit for screw pump, stator plate and method for manufacturing stator |
-
2005
- 2005-04-06 RU RU2005110044/06A patent/RU2283416C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655136C1 (en) * | 2014-12-19 | 2018-05-23 | Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк. | Lower threaded connections exception in the casing of the barrier engine |
| US10760339B2 (en) | 2014-12-19 | 2020-09-01 | Halliburton Energy Services, Inc. | Eliminating threaded lower mud motor housing connections |
| RU2684061C1 (en) * | 2015-05-04 | 2019-04-03 | Пенн Юнайтед Текнолоджиз, Инк. | Stator unit for screw pump, stator plate and method for manufacturing stator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2283442C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
| RU2629315C2 (en) | Rotor bearing for downhole drilling motor with moving cavity | |
| AU2010212637B2 (en) | Pump | |
| US9441627B2 (en) | Lightweight and flexible rotors for positive displacement devices | |
| US11946341B2 (en) | Hydraulic tools, drilling systems including hydraulic tools, and methods of using hydraulic tools | |
| RU2318135C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
| RU2283416C1 (en) | Screw gerotor hydromachine stator | |
| RU2373364C2 (en) | Stator of screw gerotor machine | |
| US8535028B2 (en) | Downhole positive displacement motor | |
| RU2285823C1 (en) | Stator for screw gerotor hydraulic machine | |
| RU2285822C1 (en) | Screw gerotor hydraulic machine stator | |
| RU2304688C2 (en) | Gerotor fluid drive or pump | |
| RU2388894C1 (en) | Screw gerotor machine | |
| RU2327025C1 (en) | Stator of screw-gerotor hydraulic machine | |
| RU2365726C1 (en) | Helical downhole motor | |
| RU2387783C1 (en) | Screw downhole motor | |
| RU84439U1 (en) | SCREW GEROTOR MACHINE | |
| RU2232860C2 (en) | Gyrator hydraulic motor | |
| RU2345208C1 (en) | Gerotor machine | |
| RU2248436C1 (en) | Face engine | |
| RU2300617C2 (en) | Stator for screw gyrator hydromachine | |
| RU2402692C1 (en) | One-screw hydraulic machine | |
| RU83804U1 (en) | SINGLE SCREW HYDRAULIC MACHINE | |
| RU31261U1 (en) | Screw motor downhole motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190407 |