RU2642003C1 - Helical hydraulic machine with a balanced rotor - Google Patents
Helical hydraulic machine with a balanced rotor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2642003C1 RU2642003C1 RU2017107988A RU2017107988A RU2642003C1 RU 2642003 C1 RU2642003 C1 RU 2642003C1 RU 2017107988 A RU2017107988 A RU 2017107988A RU 2017107988 A RU2017107988 A RU 2017107988A RU 2642003 C1 RU2642003 C1 RU 2642003C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- rotor
- teeth
- length
- axis
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
- F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
- F01C1/10—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
- F01C1/107—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
- F04C2/107—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth
- F04C2/1071—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type
- F04C2/1073—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type where one member is stationary while the other member rotates and orbits
Landscapes
- Rotary Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к винтовым героторным гидромашинам, применяемым в качестве винтовых двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин, а также в качестве винтовых насосов для добычи нефти, мультифазных насосов для перекачки газожидкостных смесей и может быть использовано для винтовых двигателей или насосов общего назначения.The invention relates to screw gerotor hydraulic machines used as screw engines for drilling oil and gas wells, as well as screw pumps for oil production, multiphase pumps for pumping gas-liquid mixtures and can be used for screw engines or general purpose pumps.
Известны современные винтовые гидромашины с увеличенной длиной рабочих органов, принятые за прототип (журнал «Бурение и нефть» №3, март 2012 г., статья: «Современное состояние и перспективы развития отечественных винтовых забойных двигателей», стр. 5, авторы Д.Ф. Балденко, Ю.А. Коротаев). Увеличение длины рабочих органов позволяет значительно снизить уровень контактных нагрузок в зацеплении, уменьшить интенсивность их износа и предотвратить преждевременное разрушение резиновых зубьев из-за повышенных деформаций и разогрева резины. Ротор такой гидромашины представляет собой маложесткий вал с винтовыми зубьями, способный упруго прогибаться под собственным весом на величину, превышающую высоту своих зубьев. При параллельности осей ротора и статора эта гидромашина обладает высоким уровнем динамических нагрузок от инерционных сил, возникающих от неуравновешенности ротора вызванной его планетарным вращением (нутацией) вокруг оси статора.Known modern screw hydraulic machines with an increased length of the working bodies, adopted for the prototype (magazine “Drilling and Oil” No. 3, March 2012, article: “Current status and development prospects of domestic screw downhole motors”,
Упомянутые нагрузки вызывают вибрацию двигателя, ускоряют износ зубьев статора и ротора, разрушают подшипники шпинделя и резьбовые соединения.The mentioned loads cause vibration of the motor, accelerate wear of the teeth of the stator and rotor, destroy the spindle bearings and threaded connections.
Задачей изобретения является повышение срока службы винтовой гидромашины за счет уменьшения инерционных сил и моментов, связанных с движением ротора внутри статора.The objective of the invention is to increase the service life of a screw hydraulic machine by reducing the inertial forces and moments associated with the movement of the rotor inside the stator.
Поставленная задача решается за счет того, что в винтовой гидромашине, содержащей статор с внутренними винтовыми зубьями, расположенными на длине его активной части служащей опорой для зубьев ротора, и установленный внутри статора ротор, имеющий наружные винтовые зубья, число которых на единицу меньше числа зубьев статора, отношение длины активной части статора к наружному диаметру зубьев ротора выполнено с возможностью упругого изгиба ротора на этой длине на величину не менее высоты зубьев гидромашины, совпадение шагов профилей зубьев ротора и статора происходит в закрученной в виде геликоида вокруг оси статора плоскости, проходящей вдоль оси ротора, при этом ротор упруго изогнут на длине активной части статора, а его ось образует левую или правую винтовую линию, расположенную вокруг оси статора, с радиусом, равным половине высоты зубьев гидромашины, причем на длину активной части статора приходится как минимум четвертая часть ее витка.The problem is solved due to the fact that in a screw hydraulic machine containing a stator with internal helical teeth located along the length of its active part serving as a support for the rotor teeth, and a rotor installed inside the stator having external helical teeth, the number of which is one less than the number of stator teeth , the ratio of the length of the active part of the stator to the outer diameter of the teeth of the rotor is made with the possibility of elastic bending of the rotor at this length by an amount not less than the height of the teeth of the hydraulic machine, the coincidence of the steps of the tooth profiles the rotor and stator occurs in a plane twisted in the form of a helicoid around the stator axis, passing along the axis of the rotor, while the rotor is elastically bent along the length of the active part of the stator, and its axis forms a left or right helix located around the axis of the stator with a radius equal to half the height of the teeth of the hydraulic machine, and the length of the active part of the stator accounts for at least a quarter of its turn.
Отличительными признаками предлагаемой винтовой гидромашины является следующее:Distinctive features of the proposed screw hydraulic machines are the following:
В винтовой гидромашине, содержащей статор с внутренними винтовыми зубьями, расположенными на длине его активной части, служащей опорой для зубьев ротора, и установленный внутри статора ротор, имеющий наружные винтовые зубья, число которых на единицу меньше числа зубьев статора, отношение длины активной части статора к наружному диаметру зубьев ротора выполнено с возможностью упругого изгиба ротора на этой длине на величину не менее высоты зубьев гидромашины, при этом совпадение шагов профилей зубьев ротора и статора происходит в закрученной в виде геликоида вокруг оси статора плоскости, проходящей вдоль оси ротора, при этом ротор упруго изогнут на длине активной части статора, а его ось образует левую или правую винтовую линию, расположенную вокруг оси статора, с радиусом, равным половине высоты зубьев гидромашины, причем на длину активной части статора приходится как минимум четвертая часть ее витка.In a screw hydraulic machine containing a stator with internal helical teeth located along the length of its active part, which serves as a support for the rotor teeth, and a rotor installed inside the stator, having external helical teeth, the number of which is one less than the number of stator teeth, the ratio of the length of the active part of the stator to the outer diameter of the teeth of the rotor is made with the possibility of elastic bending of the rotor along this length by an amount not less than the height of the teeth of the hydraulic machine, while the coincidence of the steps of the profiles of the teeth of the rotor and the stator is twisted in the form of a helicoid around the axis of the stator, a plane running along the axis of the rotor, the rotor being elastically bent along the length of the active part of the stator, and its axis forming a left or right helix located around the axis of the stator, with a radius equal to half the height of the teeth of the hydraulic machine, the length of the active part of the stator accounts for at least a quarter of its turn.
При таком выполнении гидромашины, когда ось ротора образует левую или правую винтовую линию, расположенную вокруг оси статора, при ее работе обеспечивается уменьшение инерционных сил и моментов, связанных с движением ротора внутри статора.With this embodiment of the hydraulic machine, when the rotor axis forms a left or right helix located around the stator axis, during its operation, the inertial forces and moments associated with the rotor movement inside the stator are reduced.
Заявляемая гидромашина поясняется чертежами.The inventive hydraulic machine is illustrated by drawings.
На фиг. 1 показано продольное сечение статора с установленным внутри него упруго изогнутым ротором. Ось ротора имеет вид винтовой линии расположенной вокруг оси статора с радиусом равным половине высоты зубьев. На длину активной части статора приходится виток оси ротора.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a stator with an elastically curved rotor installed inside it. The rotor axis has the form of a helix located around the axis of the stator with a radius equal to half the height of the teeth. The length of the active part of the stator accounts for a turn of the axis of the rotor.
На фиг. 2 показано поперечное сечение А-А ротора и статора фиг. 1.In FIG. 2 shows a cross section AA of the rotor and stator of FIG. one.
На фиг. 3 показано поперечное сечение Б-Б ротора и статора фиг. 1.In FIG. 3 shows a cross section BB of the rotor and stator of FIG. one.
На фиг. 4 показано поперечное сечение В-В ротора и статора фиг. 1.In FIG. 4 shows a cross-section BB of the rotor and stator of FIG. one.
На фиг. 5 показано поперечное сечение Г-Г ротора и статора фиг. 1.In FIG. 5 shows a cross-section GG of the rotor and stator of FIG. one.
На фиг. 6 показано поперечное сечение Д-Д ротора и статора фиг. 1.In FIG. 6 shows a cross section DD of the rotor and stator of FIG. one.
На фиг. 7 показано сечение ротора и статора на длине активной части статора, закрученной в виде геликоида вокруг оси статора плоскостью, проходящей вдоль оси ротора. При этом ось ротора имеет вид левой винтовой линии, расположенной вокруг оси статора, с радиусом, равным половине высоты зубьев, причем на длину активной части статора приходится четвертая часть ее витка.In FIG. 7 shows the cross section of the rotor and stator along the length of the active part of the stator, twisted in the form of a helicoid around the axis of the stator by a plane running along the axis of the rotor. In this case, the rotor axis has the form of a left helix located around the axis of the stator, with a radius equal to half the height of the teeth, with the fourth part of its turn accounting for the length of the active part of the stator.
На фиг. 8 показано сечение ротора и статора на длине активной части статора, закрученной в виде геликоида вокруг оси статора плоскостью, проходящей вдоль оси ротора. При этом ось ротора имеет вид правой винтовой линии, расположенной вокруг оси статора, с радиусом, равным половине высоты зубьев, причем на длину активной части статора приходится четвертая часть ее витка.In FIG. Figure 8 shows the cross section of the rotor and stator along the length of the active part of the stator, twisted in the form of a helicoid around the axis of the stator by a plane running along the axis of the rotor. In this case, the rotor axis has the form of a right helix located around the axis of the stator, with a radius equal to half the height of the teeth, and the fourth part of its turn is the length of the active part of the stator.
Винтовая гидромашина (фиг. 1), содержит статор 1 с внутренними винтовыми зубьями 2, расположенными на длине L его активной части, служащей опорой для зубьев 3 ротора 4, и установленный внутри статора 1 ротор 4, имеющий наружные винтовые зубья 3, число которых на единицу меньше числа зубьев 2 статора 1, при этом отношение длины L активной части статора 1 к наружному диаметру D зубьев 3 ротора 4 выполнено с возможностью упругого изгиба ротора 4 на этой длине L на величину не менее высоты Н зубьев 2.3 гидромашины, совпадение шагов tр, tст профилей (фиг. 7, 8) зубьев 2, 3 ротора 4 и статора 1 происходит в закрученной в виде геликоида вокруг оси О-О статора 1 плоскости, проходящей вдоль оси O1-O1 ротора 4, при этом ротор 4 упруго изогнут на длине L активной части статора 1, а его ось O1-O1 образует левую (фиг. 7) или правую (фиг. 8) винтовую линию, расположенную вокруг оси О-О статора 1, с радиусом R, равным половине высоты Н (фиг. 1) зубьев 2, 3 гидромашины, на длину L активной части статора 1 приходится как минимум четвертая часть ее витка (фиг. 7, фиг. 8).The screw hydraulic machine (Fig. 1) contains a
Описание работы приведено для винтовой гидромашины с левым направлением зубьев.A description of the work is given for a screw hydraulic machine with a left tooth direction.
Когда ось O1-O1 ротора 4 образует левую (фиг. 7) или правую (фиг. 8) винтовую линию, расположенную вокруг оси О-О статора 1, работа гидромашины в качестве винтового двигателя происходит следующим образом: поток текучей среды под давлением по колонне бурильных труб (не показаны) подается в винтовые полости 5 (фиг. 1), образованные винтовыми зубьями 2 статора 1 и винтовыми зубьями 3 ротора 4. При воздействии рабочего давления текучей среды на левые боковые стороны зубьев 3 ротора 4 и поверхность зубьев 2 статора 1 (при направлении взгляда со стороны входа текучей среды) образуется перепад давления между левыми и правыми сторонами зубьев 3 ротора 4 и между левыми и правыми сторонами зубьев 2 статора 1. Под действием неуравновешенных гидравлических сил ротор 4 приводится во вращение, при этом его винтовая ось O1-O1 (фиг. 1) вращается вокруг оси О-О статора 1 против часовой стрелки по окружности радиусом R, равным половине высоты зуба Н, а сам ротор 4 поворачивается вокруг своей оси O1-O1 по часовой стрелке с уменьшенной в число зубьев 3 ротора 4 раз угловой скоростью.When the axis O 1 -O 1 of the rotor 4 forms a left (Fig. 7) or right (Fig. 8) helix located around the O-O axis of the
При работе гидромашины в качестве винтового насоса работа происходит следующим образом: ротор 4 (фиг. 1) принудительно приводится во вращение в направлении против часовой стрелки (при направлении взгляда со стороны выхода текучей среды) относительно статора, например, через колонну штанг (не показаны). Винтовые полости 5 (фиг. 1), образованные винтовыми зубьями 2 статора 1 и винтовыми зубьями 3 ротора 4, при вращении ротора 4 перемещаются вдоль статора 1 в сторону дневной поверхности, при этом перемещая перекачиваемую текучую среду вдоль статора 1. Винтовая ось O1-O1 ротора 4 в этом случае вращается по часовой стрелке вокруг оси О-О статора 1, с увеличенной в число зубьев 3 ротора 4 раз угловой скоростью относительно угловой скорости вращения ротора 4.When the hydraulic machine operates as a screw pump, the operation proceeds as follows: the rotor 4 (Fig. 1) is forced to rotate counterclockwise (when viewed from the fluid outlet side) relative to the stator, for example, through a rod string (not shown) . The helical cavity 5 (Fig. 1), formed by the
При работе гидромашины в качестве насоса или двигателя (фиг. 1) ротор 4, упруго изгибаясь, вращается вокруг собственной винтовой оси O1-O1, испытывая число циклов упругого изгиба, равное числу его зубьев 3 за каждый свой оборот. Упругий изгиб ротора 4 происходит на величину высоты Н зубьев в пределах длины L активной части статора 1. При этом винтовая ось O1-O1 упруго изогнутого ротора 4, расположенная вокруг оси О-О статора 1, с радиусом R, равным половине высоты Н зубьев 2, 3 гидромашины, вращается вокруг оси О-О статора 1. Инерционные силы F, воздействующие от ротора 4 на зубья 2 статора 1 вдоль длины L его активной части в каждый момент времени имеют разное направление (фиг. 2, 3, 4, 5, 6), уравновешивая ротор 4. Векторная сумма инерционных сил F связанная с движением ротора 4 значительно уменьшается, даже когда на длину L активной части статора 1 приходится всего четвертая часть витка (фиг. 7, 8) оси O1-O1 ротора 4. При выполнении гидромашины, когда число витков оси O1-O1 ротора 4 на длину L активной части статора 1 превышает четвертую часть витка, происходит еще большее уменьшение инерционных сил и моментов, связанных с движением ротора 4 внутри статора 1, вызванное взаимным уравновешиванием этих сил и моментов. При этом силы от упругого изгиба ротора 3 внутри статора 1 не оказывают ощутимого влияния на работу гидромашины, а уменьшение инерционных сил и моментов, связанных с движением ротора 4 внутри статора 1, значительно повышает срок ее службы и позволяет конструктору при проектировании увеличить быстроходность такой гидромашины.When the hydraulic machine operates as a pump or engine (Fig. 1), the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017107988A RU2642003C1 (en) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | Helical hydraulic machine with a balanced rotor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017107988A RU2642003C1 (en) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | Helical hydraulic machine with a balanced rotor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2642003C1 true RU2642003C1 (en) | 2018-01-23 |
Family
ID=61023820
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017107988A RU2642003C1 (en) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | Helical hydraulic machine with a balanced rotor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2642003C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA201001666A1 (en) * | 2008-04-17 | 2011-04-29 | Адвансд Интерэктив Материалз Сайнс Лимитед | DRILLING ENGINE ASSEMBLY |
RU114491U1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-03-27 | Открытое акционерное общество "Пермнефтемашремонт" | SINGLE SCREW PUMP |
CN103711691A (en) * | 2014-01-06 | 2014-04-09 | 中国石油大学(华东) | Single-screw pump capable of balancing axial force and radial force |
RU2602856C2 (en) * | 2011-11-18 | 2016-11-20 | Смит Интернэшнл, Инк. | Volume type engine with radially limited rotor engagement |
-
2017
- 2017-03-10 RU RU2017107988A patent/RU2642003C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA201001666A1 (en) * | 2008-04-17 | 2011-04-29 | Адвансд Интерэктив Материалз Сайнс Лимитед | DRILLING ENGINE ASSEMBLY |
RU114491U1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-03-27 | Открытое акционерное общество "Пермнефтемашремонт" | SINGLE SCREW PUMP |
RU2602856C2 (en) * | 2011-11-18 | 2016-11-20 | Смит Интернэшнл, Инк. | Volume type engine with radially limited rotor engagement |
CN103711691A (en) * | 2014-01-06 | 2014-04-09 | 中国石油大学(华东) | Single-screw pump capable of balancing axial force and radial force |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
БОЛДЕНКО Д.Ф. и др. Современное состояние и перспективы развития отечественных винтовых забойных двигателей, журнал "Бурение и нефть", 2012. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11306720B2 (en) | Helical trochoidal rotary machines | |
RU2629315C2 (en) | Rotor bearing for downhole drilling motor with moving cavity | |
JP5611221B2 (en) | Sliding vane pump | |
RU172421U1 (en) | Drill string rotator | |
RU2642003C1 (en) | Helical hydraulic machine with a balanced rotor | |
CN108799100B (en) | Design method and device capable of eliminating hydraulic pulsation | |
KR20160144948A (en) | Gerotor Pump with double rotor assembly | |
CN105822492B (en) | A kind of multiaction axial plunger type motor | |
KR20140034117A (en) | Crankshaft for an alternative cooling compressor | |
US1867198A (en) | Rotary pump | |
JP5361074B2 (en) | Helical gear pump | |
RU132474U1 (en) | MULTI-STEP GEROTOR MECHANISM OF A SCREW HYDRAULIC MACHINE | |
RU2309237C1 (en) | Gerotor mechanism for hydraulic screw-rotor machine | |
US1945220A (en) | Rotary pump machine | |
RU167096U1 (en) | WRENCHES OF SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL PUMP WITH DRIVE SHAFT | |
RU2304688C2 (en) | Gerotor fluid drive or pump | |
RU2232860C2 (en) | Gyrator hydraulic motor | |
US9951619B2 (en) | Actuator of a rotary positive displacement machine | |
RU2642681C1 (en) | Screw pump | |
RU55050U1 (en) | DEVICE FOR PUMPING GAS-LIQUID MIXTURES DURING TECHNOLOGICAL OPERATIONS IN WELLS | |
RU2591216C1 (en) | Screw hydraulic machine with variable teeth tension | |
RU71698U1 (en) | GEROTOR MECHANISM OF SCREW BOTTOM ENGINE | |
RU106678U1 (en) | SCREW MACHINE | |
Rana | Performance evaluation of external gear pump with the used of burnt oil | |
RU2387783C1 (en) | Screw downhole motor |