Рабочие органы многозаходной одновинтовой гидромашины
Сущность изобретения: внутри статора с винтовой нарезкой на внутренней поверхности расположен с эксцентриситетом ротор с наружной винтовой поверхностью. Отношение шагов нарезок к среднему диаметру не превышает пяти. Исходный профиль поперечного сечения нарезок представляет собой эквидистанту циклоидальной или близкой к ней кривой. Отношение радиуса эквидистанты к эксцентриситету выбирается из заданного соотношения. 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 F 04 С 2/10
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
Фу с - у
@ ®- ИИИ р
ыиьлио чйау
ОТЕНЛ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4919998/29 (22) 28.01.91 (46) 30,11,92. Бюл. ¹ 44 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники и Научно-производственный кооператив "Техника и организация бурения скважин" (72) Д.О. Балденко, O.Ä. Балденко, Ю.А, Коротаев и H.Â. Шенгур (56) Авторское свидетельство СССР
N 436944, кл. F 16 1/32, 1971.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1286814, кл. F 04 С 2/10, 1987.
Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к одновинтовым многозаходным насосам, и может быть использовано в общем машиностроении и в различных областях горного дела, например при механизированной добыче нефти и других пластовых жидкостей из скважин, Рабочие органы одновинтовой гидромашины (ротор и статор) выполнены в виде винтового героторного механизма (ВГМ), представляющего собой кинематическую пару, находящуюся в постоянном контакте, подобно зубчатой паре с внутренним зацеплением, и образующую замкнутые полости.
Ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета "е". Число зубьев статора Z> на единицу больше числа зубьев ротора Zz. Отношение шагов Т и i cooTBGTGTBGHHo поверхностей статора и ротора прямо пропорционально отношению чисел зубьев — кинематическому отношению i - Z2:Z1, Bо всех известных конструкциях одновинтовых Гидравличе ских машин в основу образования профилей (54) РАБОЧИЕ ОРГАНЫ МНОГОЗАХОДНОЙ ОДНОВИНТОВОЙ ГИДРОЫАШИНЫ (57) Сущность изобретения: внутри статора с винтовой нарезкой на внутренней поверхности расположен с эксцентриситетом ротор с наружной винтовой поверхностью.
Отношение шагов нарезок к среднему диаметру не превышает пяти. Исходный профиль поперечного сечения нарезок представляет собой эквидистанту циклоидальной или близкой к ней кривой. Отношение радиуса эквидистанты к эксцентриситету выбирается из заданного соотношения, 4 ил. поперечного сечения рабочих органов положены циклоидальные или близкие к ним кривые.
Исходный профиль рабочего органа является эквидистантой циклоидальной кривой, отнесенной от последней на длину радиуса эквидистанты гц. Собственно циклоидальная кривая образуется как траектория точки, связанной с производящей окружностью радиуса r и отстоящей от ее центра на расстояние l, катящейся по исходной неподвижной окружности.
Поверхности статора и ротора образуются винтовым движением соответствующих профилей.
Геометрия винтового героторного механизма полностью характеризуется четырьмя безразмерными параметрами: кинематическим отношением l, коэффициентом формы зуба С = гц/I, коэффициентом внецентроидности С = r/I, коэффициен- том формы винтовых поверхностей Ст-3/dcp, где dcp — средний диаметр рабочего органа
1778367
Первые три коэффициента характеризуют плоскую геометрию ВГМ, определяя профиль рабочих органов, параметр С> характеризует пространственную геометрию пары.
Поскольку для профилирования рабочих органов используется ВГМ с коэффициентом внецентраидности С0, близким к 1 (или равным 1, в случае механизма с однозаходным ротором), в дальнейшем можно принять, что плоская геометрия ВГМ данного 1 полностью определяется коэффициентом формы зуба Сь
Известен многозаходный винтовой героторный механизм, в котором оптимальное соотношение эксцентриситета механизма к радиусу зуба базируется на теоретическом и экспериментальном исследовании одновинтовых гидравлических машин с относительно большими шагами (Cz > 5), характерными для ВГМ вЂ” двигателей, В ВГМ, эксплуатирующихся в насосном режиме, параметр Cz < 5 и полученные рекомендации по оптимальному значению коэффициента формы зуба С требуют коррекции.
Известен также одновинтовой многозаходный насос. состоящий из статора с винтовой нарезкой на внутренней поверхности и расположенного внутри него с эксцентриситетом ротора с наружной винтовой поверхностью, отношение шагов которых к среднему диаметру не превышает пяти, а исходный профиль поперечного сечения которых представляет собой эквидистанту циклоидальной или близкой к ней кривой, Пространственная геометрия рабочих органов насоса выбирается, исходя из обеспечения минимума длины контактной линии поверхностей статора и ротора. Для достижения этой цели параметр Ст выбирается из диапазона Cz = 1,5-3,5. Однако в этом изобретении не учтена взаимосвязь геометрических параметров Ст и Сь комбинация которых обуславливает оптимизацию геометрии и приводит к уменьшению контактных нагрузок, Целью изобретения является повыше-, ние надежности и долговечности за счет обеспечения минимального уровня контактных давлений в паре рабочих органов.
Для этого в рабочих органах многозаходной однавинтовой гидромашины, состоящих из статора с винтовой нарезкой на внутренней поверхности и расположенного внутри него с эксцентриситетом ротора с наружной винтовой поверхностью, отношение шагов которых к среднему диаметру не превышает пяти, а исходный профиль поперечного сечения которых представляет собой эквидистанту циклоидальной или близкой к ней кривой, отношение радиуса гц
5 эквидистанты к эксцентриситету е зацепления выбирается из соотношения
Z1
"- — -з — =(09- 11) 185 — (1 + Ст ), 10 е. где Z1,Ег — число зубьев соответственно ста- . тора и ротора;
Cz — коэффициент формы винтовых поверхностей ротора и статора, Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что отношение радиуса эквидистанты к эксцентриситету зацепления выбирается из соотношения;
Z1
4 — ц = (0.9 - 1,1) 1,85 — (1 + Ст ) е Ег
На фиг.1 изображен общий вид гидромашины (насоса); на фиг,2 — разрез А-A на фиг.1; на фиг.3 — зависимость контактных давлений от коэффициента формы зуба для механизмов с различным кинематическим отношением; на фиг.4 — оптимальные значения коэффициентов формы зуба для различных механизмов.
Гидрамдшина состоит из корпуса электродвигателя 2, приводного вала 3, ротора 4 и статора 5 и узла соединения 6, приводного вала и ротора. Корпус имеет отверстия 7, связанные с затрубным пространством скважины или технологической емкостью (на схеме не показана). Корпус заканчивается переводником 8, который подсоединяется к трубопроводу высокого давления.
В процессе работы, вследствие особенностей рабочего процесса, в паре ротор-статар возникают значительные контактные нагрузки. способствующие ее интенсивному износу, В результате исследований рабочего процесса одновинтовых гидромашин с использованием теории Герца была получена зависимость контактного давления от геометрических параметров ВГМ с учетом кривизны их поверхностей (фиг.З). Из установленных зависимостей следует, что указанное выше условие достигается тогда, когда безразмерный коэффициент формы зуба, определяющий плоскую геометрию ВГМ, выбирается в определенных пределах в зависимости от кинематиче1778367
А ского отношения рабочих органов и формы их винтовых поверхностей, Графически зависимость оптимального значения параметра С от коэффициента формы винтовой поверхности С при различных значениях кинематического отношения! представлена на фиг.4. Анализ данных графиков показывает, что оптимальный диапазон значений коэффициента формы зуба
Сь при котором имеет место минимальный уровень контактных давлений в паре, может быть с достаточной точностью аппроксимирован зависимостью: 1
z — — 3 — "" =(0,9-1,1)x1,85 (1+ С, 4 ) е Z2
Формула изобретения
Рабочие органы многозаходной одновинтовой гидромашины, состоящие из статора с винтовой нарезкой на внутренней поверхности и расположенного внутри него с эксцентриситетом ротора с наружной винтовой поверхностью, отношение шагов которых к среднему диаметру не превышает
5 пяти, а исходный профиль поперечного сечения которых представляет собой зквидистанту циклоидальной или близкой к ней кривой, о т л и ч а ю щ и е с я тем, что, с целью повышения надежности и долговеч10 ности за счет обеспечения минимального уровня контактных давлений,в паре рабочих органов, отношение радиуса эквидистанты
I q к эксцентриситету е выбирается из соотношения
Z1
4 З вЂ” ц = (0.9 - 1,1).1,85 — (1 + С-т 4 е Zz где Z>,Zz — числа зубьев соответственно статора и poTopB:
Ст — коэффициент формы винтовых поверхностей ротора и статора.
1778367
1 2 Л 5
Редактор
Заказ 4174 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 1
1 !
1 1
С
6 г 3 g ю
Составитель Д. Балденко
Техред М,Моргентал Корректор Н. Гунько,
