Электродный блок для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки

Изобретение относится к оборудованию для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки для изготовления статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера, применяемых в винтовых героторных гидравлических двигателях для бурения нефтяных скважин. Электродный блок для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки содержит электрод, имеющий винтовую зубчатую форму наружной поверхности. Электрод выполнен в виде комплекта шлицевых дисков, установленных на оправке с образованием теоретического профиля каждого винтового зуба электрода множеством винтовых шлиц, вершины которых сопряжены с огибающей теоретического профиля винтового зуба электрода. Изобретение обеспечивает повышение скорости электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, снижение расхода электроэнергии, увеличение точности обработки путем образования дополнительных зон электрохимической обработки между передней поверхностью шлиц в шлицевых дисках электрода и материалом трубчатой заготовки, улучшения теплоотвода, создания дополнительной турбулентности и повышения эффективности уноса и очистки металлического шлама из межэлектродных промежутков потоком электролита для предотвращения коротких замыканий. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения, в частности к оборудованию для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки для изготовления статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера, применяемых в винтовых героторных гидравлических двигателях для бурения нефтяных скважин.

Статоры с равномерной толщиной обкладки из эластомера (R-Wall) повышают ресурс и надежность винтовых героторных гидравлических двигателей, используются для увеличения крутящего момента на выходном валу в режиме максимальной мощности, допустимой осевой нагрузки за счет увеличения перепада давления в режиме максимальной мощности, обеспечения равномерного натяга во всех фазах контакта зубьев обкладки и ротора, улучшения уплотнения по контактным линиям в зоне полюсов зацепления, снижения контактных нагрузок в зоне максимальных скоростей скольжения, а также за счет синхронизации работы многозаходных многошаговых винтовых камер между зубьями ротора и обкладки статора (RU 2321767, RU 2321768, RU 2300617, RU 2361997, RU 2373364).

Основные преимущества статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера (R-Wall):

- повышается нагрузочная способность статора, снижаются гистерезисные потери в обкладке, повышаются энергетические характеристики и тормозной момент двигательной секции, что исключает вероятность торможения двигателя при изменении нагрузки и повышает управляемость бурения;

- снижается количество вырабатываемого и сохраняемого тепла, натяг в соединении ротор-обкладка статора меньше зависит от температуры и деструкции ("разбухания") эластомера, обеспечиваются высокие энергетические характеристики в увеличенном интервале глубины скважины, температуры и буровых растворов на нефтяной основе;

- улучшенные энергетические характеристики двигателя позволяют эффективно использовать его с долотами PDC (Polycrystalline Diamond Compakt) с поликристаллическими алмазами;

- за счет меньшей толщины эластомера при отрыве кусков обкладки не происходит закупорки промывочных отверстий долота, вследствие этого требуемый интервал скважины может быть добурен до конца, повышается наработка на отказ (Журнал "Бурение и нефть", 11/2014, стр. 56÷59).

Известна установка для электрохимического фрезерования необработанной внутренней поверхности осевого отверстия трубчатой заготовки, содержащая устройство для удерживания заготовки, электрод, включающий множество смежных зубьев по окружности с канавками между ними, простирающихся между аксиально противоположными передним и задним его краями, устройство для перемещения электрода через отверстие заготовки между ближним и дальним краями заготовки, устройство для подключения заготовки и электрода в качестве анода и катода соответственно, устройство для направления электролита через отверстие для обволакивания электрода, электрохимической обработки необработанного отверстия и формирования винтового отверстия за задним краем электрода, и устройство для уплотнения заднего края электрода к заготовке для герметизации от потока электролита, предназначенного для изоляции электролита в необработанном отверстии при прохождении электрода через заготовку (US 6413407 В1, 02.07. 2002).

В известной установке уплотнительное устройство для герметизации потока электролита прикреплено к заднему краю электрода для перемещения за ним в винтовом отверстии, включает устройство для направления жидкости за задним краем электрода с уплотнительным модулем, предназначенным для отделения жидкости от электролита, при этом уплотнительный модуль включает заднюю направляющую, прикрепленную к заднему краю электрода, и множество смежных направляющих зубьев по окружности с канавками между ними, направляющие зубья для уплотнения винтового отверстия больше зубьев электрода, а также включает наружную направляющую, присоединенную к ближнему краю заготовки, и множество смежных внутренних зубьев по окружности с канавками между зубьями, при этом эти внутренние зубья дополняются зубьями задней направляющей для герметизации от потока электролита и жидкости между ними, зубья электрода и направляющая расположены спирально по окружности для электрохимической обработки спиральных зубьев, а зубья наружной направляющей расположены по спирали для вращения в винтовом отверстии при перемещении электрода вдоль оси через заготовку.

В известной установке электрод выполнен полым в передней части для направления электролита через него, включает винтовую заднюю направляющую, присоединенную к заднему краю электрода и подогнанную по размеру для герметизации винтового отверстия во время электрохимической обработки, и винтовую переднюю направляющую, прикрепленную к переднему краю электрода и подогнанную по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия, передняя и задняя направляющие поддерживают винтовой электрод аксиально между ними для центрирования внутри заготовки и обеспечения равномерного зазора между зубьями электрода и внутренней поверхностью заготовки.

Недостатками известного электрода являются неполная возможность повышения ресурса при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки (длиной до 6500 мм и диаметром до 245 мм), снижения расхода электроэнергии, а также повышения точности обработки.

Недостатки известного электрода объясняются неполной возможностью улучшения теплоотвода, предотвращения протекания токов, шунтирующих рабочий ток в межэлектродном промежутке, повышения точности центрирования электрода, а также недостаточной эффективностью уноса и очистки металлического шлама из межэлектродного промежутка потоком электролита для предотвращения коротких замыканий ("прижегов") электрода.

Масса металлического шлама при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки для изготовления статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера, например, длиной 6500 мм и диаметром 245 мм, составляет 250 кг.

Прокачка электролита с металлическим шламом осуществляется из межэлектродного промежутка через радиальные отверстия внутрь электрода, что не обеспечивает эффективности уноса и очистки металлического шлама потоком электролита, не предотвращает короткие замыкания ("прижеги") электрода.

Недостатком известного электрода является также высокая стоимость изготовления множества винтовых уплотнительных устройств каждого типа (числа зубьев) и размера (контурного диаметра), включающих заднюю направляющую, прикрепленную к заднему краю электрода, и множество смежных направляющих зубьев по окружности с канавками между ними, при этом направляющие зубья больше зубьев электрода для уплотнения винтового отверстия, а также включающих наружную направляющую, присоединенную к ближнему краю заготовки, и множество смежных внутренних зубьев по окружности с канавками между собой, при этом эти внутренние зубья дополняются зубьями задней направляющей для герметизации от потока электролита и жидкости между ними.

Недостатки известного электрода объясняются также тем, что площадь поперечного сечения, которую удаляют во время электрохимического фрезерования необработанной внутренней поверхности осевого отверстия трубчатой заготовки, достаточно велика, постоянный ток составляет 30000 ампер при напряжении 25 вольт, при этом поток электролита, прокачиваемого против направления движения электрода, подающегося в межэлектродный промежуток и проходящего далее через отверстия электрода, не обеспечивает улучшения теплоотвода, что увеличивает вероятность потери устойчивости и возникновения неизолированных поверхностей, через которые протекают значительные токи, шунтирующие рабочий ток в межэлектродном промежутке, вследствие этого не обеспечивается длительный (без износа) ресурс электрода, используемого в качестве катода.

Недостатком известного электрода является также недостаточная эффективность защиты от коротких замыканий и механических повреждений, что объясняется тем, что электрод, закрепленный на приводной штанге (из медного сплава, длиной до 5500 мм), вдвигается в отверстие трубчатой заготовки, расположенной перед электродом, при этом из-за трения устройства уплотнения заднего края электрода в винтовом отверстии заготовки происходит потеря устойчивости приводной штанги, разрушение электрической изоляции и возникновение неизолированных поверхностей, через которые протекают значительные токи, шунтирующие рабочий ток в межэлектродном промежутке, вследствие этого не обеспечивается ресурс электрода и повышение точности обработки, а также возможность уменьшения расхода электроэнергии.

Недостатки известного электрода объясняются также тем, что процесс электрохимической обработки в известной установке предназначен для получения гладкого винтового зубчатого профиля внутренней поверхности в необработанном отверстии трубчатой заготовки, при этом для предотвращения ухудшения шероховатости обработанной поверхности при дальнейшем воздействии электролита после создания канала нужных размеров, задняя внутренняя направляющая, присоединенная к заднему краю электрода, образует уплотнение за электродом, а вода или другая жидкость затем прокачивается под давлением за задней направляющей электрода для обеспечения промывки оставшегося электролита.

Для достижения гладкой поверхности винтового зубчатого профиля в осевом отверстии трубчатой заготовки, увеличено время окончательной обработки внутренней стенки трубчатой заготовки в отдельной камере под действием электролита, вследствие этого в указанной отдельной камере имеются неизолированные поверхности, через которые протекают значительные токи, шунтирующие рабочий ток в межэлектродном промежутке, что не позволяет уменьшить расход электроэнергии и увеличить производительность обработки, изображено на фиг. 2, 3, 5, US 6413407.

Недостатком известного электрода является также то, что гладкий винтовой зубчатый профиль внутренней поверхности в отверстии трубчатой заготовки, получаемый в результате электрохимической обработки, не обеспечивает требуемую адгезионную прочность привулканизованной затем обкладки из эластомера к профилю внутренней винтовой поверхности трубчатой заготовки.

Вследствие этого не обеспечиваются свойства материала в конструкции, по существу, усталостная выносливость эластомера при знакопеременном изгибе с вращением (ГОСТ 10952-75), остаточная деформация и усталостная выносливость при многократном сжатии (ГОСТ 20418-75), температурный предел хрупкости (ГОСТ 7912-74), истирание при скольжении (ГОСТ 426-77).

Известна установка для электрохимической обработки геликоидального зубчатого профиля внутренней поверхности трубчатой детали для изготовления статора винтового двигателя или насоса, включающая электрод зубчатой формы, приводную штангу для продвижения электрода вдоль прямолинейной траектории и одновременного вращения электрода вокруг своей оси параллельно прямолинейной траектории таким образом, чтобы электрод мог электрохимическим методом обрабатывать геликоидальный зубчатый профиль внутренней поверхности трубчатой детали, а устройство для создания траектории потока и направления электролита в первоначальном пространстве между электродом и деталью выполнено таким образом, чтобы электропитание обеспечивало электрический ток через электролит на первоначальном пространстве между электродом и деталью, где траектория потока также включает в себя зону за электродом, в то время как электрод движется вдоль прямолинейной траектории, и электролит может использоваться для создания шероховатости на внутренней поверхности детали после обработки электродом, при этом электрод удерживается внутри детали в течение продолжительного времени для достижения шероховатости внутренней поверхности детали (US 7192260 В2, 20. 03. 2007).

Известная установка включает электрод для формирования винтовых зубьев в трубчатой детали, приводную штангу для продвижения электрода вдоль прямолинейной траектории и одновременного вращения электрода вокруг своей оси параллельно прямолинейной траектории, электропитание, соединенное с электродом и имеющее соединение с трубчатой деталью, расположенной вдоль прямолинейной траектории и установленной таким образом, что электрод может проходить в осевом положении внутри трубчатой детали, посредством чего электропитание может обеспечивать электрический ток через электрод (катод) и деталь (анод), при этом траектория потока для направления электролита между электродом и деталью включает зону, обозначенную между частью приводной штанги и деталью за электродом, и включает электрический проводник, соединенный с электропитанием и воздействующий на зону, где электрический ток установлен через электролит внутри зоны между проводником и деталью, при этом содержит зону значительного размера в направлении прямолинейной траектории, причем электрический ток, проведенный в зону, может травить, и тем самым увеличивать шероховатость окончательно обработанной внутренней поверхности детали после обработки электродом, а электрод удерживается внутри трубчатой детали в течение продолжительного времени, достаточного для достижения шероховатости внутренней поверхности детали.

В известной установке электрод соединен с приводной штангой при помощи инструментального конуса, наружная поверхность которого имеет форму усеченного конуса и соединяется с внутренней поверхностью в форме усеченного конуса в приводной штанге и электроде, при этом пространство определяется уплотнением на приводной штанге, контактирующим с винтовыми каналами детали.

В известной установке часть приводной штанги покрыта изолирующей муфтой, а электрический проводник воздействует на зону между частью приводной штанги и деталью, которая является частью приводной штанги, не покрытой изолирующей муфтой.

В известной установке содержится, по меньшей мере, один канал для прохождения электролита мимо направляющей, созданный на наружной поверхности приводной штанги, между приводной штангой и деталью, при этом задняя направляющая образована для создания зоны, где электролит проходит между задней направляющей и приводной штангой для отвода тепла от электрода и передачи на соединение приводной штанги, при этом задняя направляющая содержит множество каналов для прохождения электролита между задней направляющей и приводной штангой с целью отвода тепла от электрода и передачи на соединение приводной штанги.

Отличием упомянутого изобретения, от описанного в патенте US 6413407, является то, что для достижения шероховатости поверхности внутренней стенки трубы статора увеличено время окончательной обработки внутренней стенки трубы под действием электролита, и тогда электрический ток может продолжать травление внутренней обработанной поверхности, посредством этого достигается шероховатость поверхности, что обеспечивает требуемую адгезионную прочность привулканизованной затем обкладки из эластомера к профилю внутренней поверхности трубчатой заготовки.

Электролит вводится через канал 42 в камеру на входе (приближенную к месту крепления) 44, при этом во время электрохимической обработки детали 46 электролит проходит по длине приводной штанги 48 между приводной штангой и обработанной частью 47 детали 46, и через канавки 49 в стенке центрального отверстия направляющей детали 50, где проходит приводная штанга, изображено на фиг. 7, 8, US 7192260.

Предпочтительное расположение канавок - параллельно друг другу с интервалами по окружности центрального отверстия задней направляющей детали 50, изображено на фиг. 7, 9, 10 патента US 7192260.

Поток электролита через эти канавки обеспечивает охлаждение зоны контакта электрода и приводной штанги, при этом электролит проходит затем через электрод 52 в направлении от входа к выходу, т.е. по направлению движения электрода мимо передней направляющей 80 и ниже длины необработанного отверстия 56 детали 46, в камеру, где электролит выпускается и отправляется на повторное использование, изображено на фиг. 7, 9, 10, US 7192260.

Камера 44 имеет внутренний диаметр в соответствии с размером обработанного профиля детали, чтобы удержать вес электрода, перед тем как задняя направляющая входит в деталь, при этом задняя направляющая 50 направляет поток электролита и удерживает вес электрода, установленного на приводной штанге 48, но она не выполняет функции уплотнения, при этом электролит остается в положении за электродом во время процесса обработки, изображено на фиг. 7, 9, 10, US 7192260.

Изолирующая трубка 60 приводной штанги смещена в положение 62, чтобы открыть кольцевую площадь 64 приводной штанги достаточной длины, тогда электрический ток между направляющим стержнем и деталью будет оказывать травление окончательно обработанной внутренней стенки трубчатой детали, изображено на фиг. 7, 9, 10, US 7192260.

Недостатками известного электрода являются неполная возможность повышения ресурса при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки (длиной до 6500 мм и диаметром до 245 мм), снижения расхода электроэнергии, а также повышения точности обработки.

Масса металлического шлама при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки для изготовления статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера, например, длиной 6500 мм и диаметром 245 мм, составляет 250 кг.

Недостатки известного электрода объясняются неполной возможностью улучшения теплоотвода, предотвращения протекания токов, шунтирующих рабочий ток в межэлектродном промежутке, повышения точности центрирования электрода, а также недостаточной эффективностью уноса и очистки металлического шлама из межэлектродного промежутка потоком электролита для предотвращения коротких замыканий ("прижегов") электрода.

Во время электрохимической обработки детали 46 электролит проходит по длине приводной штанги 48 между приводной штангой и обработанной частью 47 детали 46 и через канавки 49 в стенке центрального отверстия направляющей детали 50, при этом металлический шлам накапливается между задней стенкой направляющей 80 и передним торцом электрода 52, что не обеспечивает эффективного уноса металлического шлама из межэлектродного промежутка потоком электролита, изображено на фиг. 7, 9, 10, US 7192260.

Недостатком известного электрода является также высокая стоимость изготовления множества винтовых уплотнительных устройств каждого типа (числа зубьев) и размера (контурного диаметра), включающих заднюю направляющую, прикрепленную к заднему краю электрода, и множество смежных направляющих зубьев по окружности с канавками между ними, при этом направляющие зубья больше зубьев электрода для уплотнения винтового отверстия, а также включающих наружную направляющую, присоединенную к ближнему краю заготовки, и множество смежных внутренних зубьев по окружности с канавками между собой, при этом эти внутренние зубья дополняются зубьями задней направляющей для герметизации от потока электролита и жидкости между ними.

Недостатки известного электрода объясняются также тем, что площадь поперечного сечения, которую удаляют во время обработки, достаточно велика, постоянный ток составляет 30000 ампер при напряжении 20 вольт, передача электрического тока с таким высоким значением между электродом и приводной штангой не обеспечивает надежной защиты от коротких замыканий электрода и обрабатываемой детали, а поток электролита 30, прокачиваемого в межэлектродный промежуток и проходящего через каналы 49 электрода 52 или через каналы 91 электрода 88, не обеспечивает улучшения теплоотвода, увеличивает вероятность возникновения неизолированных поверхностей (частиц металлического шлама в электролите), через которые протекают значительные токи, шунтирующие рабочий ток в межэлектродном промежутке, вследствие этого не обеспечивается форма и размеры электрода, имеющего винтовую зубчатую форму наружной поверхности, не обеспечивается форма и размеры винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, а также не обеспечивается длительный (без износа) ресурс электрода.

Недостаточная эффективность защиты электрода от механических повреждений и коротких замыканий объясняется также тем, что приводная штанга с закрепленным на ней электродом вдвигается в отверстие трубчатой заготовки, расположенной перед электродом, при этом из-за трения уплотнительных элементов 86, 92 относительно геликоидального зубчатого профиля внутренней поверхности трубчатой детали происходит потеря устойчивости приводной штанги и возникновение неизолированных поверхностей, через которые протекают значительные токи, шунтирующие рабочий ток в межэлектродном промежутке, вследствие этого не обеспечивается ресурс электрода, изображено на фиг. 7, 9, 10, US 7192260.

Известен электродный блок для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, содержащий электрод, имеющий винтовую зубчатую форму наружной поверхности, включающий винтовую заднюю направляющую, присоединенную к заднему краю электрода, и переднюю направляющую, прикрепленную к переднему краю электрода с возможностью подвижного соединения с необработанным отверстием трубчатой заготовки, а также содержащий оправку для установки на ней электрода, предназначенную для соединения с приводной штангой для продвижения электрода вдоль прямолинейной траектории и одновременного вращения электрода вокруг своей оси параллельно прямолинейной траектории для обеспечения равномерного зазора между зубьями электрода и внутренней поверхностью трубчатой заготовки, при этом передняя направляющая выполнена в виде гильзы из диэлектрического материала, скрепленной с оправкой, содержит уплотнители для герметизации гильзы относительно необработанного отверстия трубчатой заготовки и снабжена каналами для направления электролита в полость внутри необработанного отверстия трубчатой заготовки между гильзой и электродом, при этом электрод образует внутри каждого винтового зуба камеру для электролита, в стенке каждого винтового зуба электрода выполнен ряд поперечных щелевых каналов для направления электролита в межэлектродный промежуток, в пазах между зубьями электрода установлены вкладыши из диэлектрического материала, в поперечном сечении каждый вкладыш выполнен в форме двутаврового профиля и образует две дополнительные камеры для электролита, разделенные ребром двутаврового профиля, вход каждой дополнительной камеры расположен со стороны переднего края электрода, каждый торец полки двутаврового профиля, расположенной на максимальном радиальном расстоянии, образует с поверхностью электрода винтовой канал для направления электролита в межэлектродный промежуток, а задняя направляющая выполнена в виде зубчатого диска, контактирующего с задним торцом электрода, и экрана из диэлектрического материала, скрепленных с задним краем электрода, при этом на оправке между передней частью электрода и задней частью гильзы установлен центратор, выполненный из диэлектрического материала, имеющий круглую боковую поверхность, подогнанную по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия трубчатой заготовки, два торца, чередующиеся выступы и пазы на круглой боковой поверхности, выполненные с возможностью направления электролита в камеры внутри каждого винтового зуба электрода и в дополнительные камеры, образованные вкладышами из диэлектрического материала, установленными в пазах между зубьями электрода (RU 2586365 С1, 10.06.2016).

Недостатками известного электродного блока являются неполная возможность повышения ресурса для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки (длиной 6500 мм и диаметром 245 мм), снижения расхода электроэнергии, а также повышения точности обработки.

Масса металлического шлама при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки для изготовления статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера, например, длиной 6500 мм и диаметром 245 мм, составляет 250 кг.

Неполная возможность повышения ресурса электродного блока при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки и снижения расхода электроэнергии объясняется отсутствием плотного контакта по торцам токопроводящих деталей -электрода 5 и оправки 11 при затяжке болта 66 на торце 59 оправки 11 вследствие того, что между электродом 5 и оправкой 11 размещен центратор 51 из диэлектрического материала, при этом не предотвращается протекание токов, шунтирующих рабочий ток в межэлектродном промежутке 16, а также в зоне контакта электрода 2 и оправки 11 - по внутреннему диаметру электрода 5 и диаметру оправки 11, при этом возникают "прижеги" в зоне контакта электрода 5 и оправки 11, а также в резьбовом соединении болта 66 с оправкой 11 и в резьбовом соединении оправки 11 и приводной штанги 12, изображено на фиг. 1, 2, 7, RU 2586365.

Неполная возможность повышения точности электрохимической обработки объясняется гидроабразивным размывом внутренних зубьев 62 в отверстии трубчатой заготовки 4 вследствие неравномерности эпюры скоростей и давлений потока электролита на основе хлорида натрия на водной основе (Na Cl) под давлением в системе - 4,0 МПа на выходе каждого из двух дополнительных каналов 35 и 35 для электролита, а также неполной возможностью повышения эффективности уноса и очистки металлического шлама из межэлектродного промежутка потоком электролита для предотвращения коротких замыканий ("прижегов") электрода 5 на выходе 45 и 46 каждого из двух дополнительных каналов 34, 35 для электролита 23, образованных вкладышем 31 из диэлектрического материала с поперечным сечением в форме двутаврового профиля, разделенного ребром 32 двутаврового профиля, перед тупиковой стенкой задней направляющей 47, выполненной в виде зубчатого диска (во впадинах между зубьями зубчатого диска), что приводит к образованию внутренних зубьев 62 в отверстии трубчатой заготовки 4 с уменьшенной толщиной головки зуба (в форме "заостренного" зуба), изображено на фиг. 1, 2, 7, RU 2586365.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является электродный блок для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, содержащий электрод, имеющий винтовую зубчатую форму наружной поверхности, включающий винтовую заднюю направляющую, присоединенную к заднему краю электрода, и переднюю направляющую, прикрепленную к переднему краю электрода с возможностью подвижного соединения с необработанным отверстием трубчатой заготовки, и содержащий оправку для установки на ней электрода, предназначенную для соединения с приводной штангой для продвижения электрода вдоль прямолинейной траектории и одновременного вращения электрода вокруг своей оси параллельно прямолинейной траектории для обеспечения равномерного зазора между зубьями электрода и внутренней поверхностью трубчатой заготовки, передняя направляющая выполнена в виде гильзы из диэлектрического материала, скрепленной с оправкой, содержит уплотнители для герметизации гильзы относительно необработанного отверстия трубчатой заготовки и снабжена каналами для направления электролита в полость внутри необработанного отверстия трубчатой заготовки между гильзой и электродом, при этом электрод образует внутри каждого винтового зуба камеру для электролита, в стенке каждого винтового зуба электрода выполнен ряд поперечных щелевых каналов для направления электролита в межэлектродный промежуток, в пазах между зубьями электрода установлены вкладыши из диэлектрического материала, в поперечном сечении каждый вкладыш выполнен в форме двутаврового профиля и образует две дополнительные камеры для электролита, разделенные ребром двутаврового профиля, вход каждой дополнительной камеры расположен со стороны переднего края электрода, каждый торец полки двутаврового профиля, расположенной на максимальном радиальном расстоянии, образует с поверхностью электрода винтовой канал для направления электролита в межэлектродный промежуток, а задняя направляющая выполнена в виде зубчатого диска, контактирующего с задним торцом электрода, и экрана из диэлектрического материала, скрепленных с задним краем электрода, при этом на оправке между передней частью электрода и задней частью гильзы установлен центратор из диэлектрического материала, имеющий круглую боковую поверхность, подогнанную по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия трубчатой заготовки, два торца, чередующиеся выступы и пазы на круглой боковой поверхности, выполненные с возможностью направления электролита в камеры внутри каждого винтового зуба электрода и в дополнительные камеры, образованные вкладышами из диэлектрического материала, установленными в пазах между зубьями электрода, при этом электродный блок снабжен резьбовым модулем и внутренней втулкой, скрепленной с центратором из диэлектрического материала, выполненной из токопроводящего материала и установленной коаксиально на оправке, при этом край приводной штанги, направленный к электроду, выполнен с наружным центрирующим поясом, а оправка выполнена со сквозным центральным отверстием и внутренним центрирующим поясом и установлена коаксиально на центрирующем поясе приводной штанги, резьбовой модуль прикреплен к приводной штанге сквозь центральное отверстие оправки и имеет резьбовые элементы на открытом краю оправки с возможностью плотных контактов переднего торца электрода с задним торцом внутренней втулки в центраторе из диэлектрического материала, переднего торца внутренней втулки в центраторе из диэлектрического материала с упорным торцом оправки, и торцов оправки и приводной штанги, при этом со стороны контактирующего с задним торцом электрода торца задней направляющей, выполненной в виде зубчатого диска, в плоскости каждой впадины между зубьями выполнена кавитационная каверна с возможностью образования собственных щелевых каналов для электролита, соединенных с выходом дополнительных каналов для электролита, образованных вкладышем из диэлектрического материала с поперечным сечением в форме двутаврового профиля, а стенка задней направляющей, выполненной в виде зубчатого диска, имеет минимальную толщину в плоскости каждой впадины между зубьями (RU 2663789 С1, 09.08.2018).

Недостатком известного электродного блока является неполная возможность повышения скорости электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, снижения расхода электроэнергии, создания дополнительной турбулентности и повышения эффективности уноса и очистки металлического шлама из межэлектродных промежутков потоком электролита для предотвращения коротких замыканий.

Неполная возможность повышения скорости электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки объясняется неполной возможностью образования дополнительных зон электрохимической обработки, улучшения теплоотвода, создания дополнительной турбулентности и повышения эффективности уноса и очистки металлического шлама из межэлектродных промежутков потоком электролита для предотвращения коротких замыканий.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение скорости электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, снижение расхода электроэнергии, увеличение точности обработки путем образования дополнительных зон электрохимической обработки, улучшения теплоотвода, создания дополнительной турбулентности и повышения эффективности уноса и очистки металлического шлама из межэлектродных промежутков потоком электролита для предотвращения коротких замыканий за счет выполнения электрода в виде комплекта шлицевых дисков, установленных на оправке с образованием теоретического профиля каждого винтового зуба электрода множеством винтовых шлиц, вершины которых сопряжены с огибающей теоретического профиля винтового зуба электрода, а также выполнения шлиц и впадин в смежных шлицевых дисках с перекрытием между собой вдоль винтовой поверхности зубьев электрода.

Сущность технического решения заключается в том, что в электродном блоке для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, содержащем электрод, имеющий винтовую зубчатую форму наружной поверхности, включающий винтовую заднюю направляющую, прикрепленную к заднему краю электрода, и переднюю направляющую, прикрепленную к переднему краю электрода с возможностью подвижного соединения с необработанным отверстием трубчатой заготовки, а также содержащем оправку для установки на ней электрода, предназначенную для соединения с приводной штангой для продвижения электрода вдоль прямолинейной траектории и одновременного вращения электрода вокруг своей оси параллельно прямолинейной траектории для обеспечения равномерного зазора между зубьями электрода и внутренней поверхностью трубчатой заготовки, передняя направляющая выполнена в виде гильзы из диэлектрического материала, скрепленной с оправкой, содержит уплотнители для герметизации гильзы относительно необработанного отверстия трубчатой заготовки и снабжена каналами для направления электролита в полость внутри необработанного отверстия трубчатой заготовки между гильзой и электродом, при этом электрод образует внутри каждого винтового зуба камеру для электролита, каждый винтовой зуб электрода снабжен рядом поперечных щелевых каналов для направления электролита в межэлектродный промежуток, в пазах между зубьями электрода установлены вкладыши из диэлектрического материала, в поперечном сечении каждый вкладыш выполнен в форме двутаврового профиля и образует две дополнительные камеры для электролита, разделенные ребром двутаврового профиля, вход каждой дополнительной камеры расположен со стороны переднего края электрода, каждый торец полки двутаврового профиля, расположенной на максимальном радиальном расстоянии, образует с поверхностью электрода винтовой канал для направления электролита в межэлектродный промежуток, а задняя направляющая выполнена в виде зубчатого диска, контактирующего с задним торцом электрода, и экрана из диэлектрического материала, скрепленных с задним краем электрода, при этом на оправке между передней частью электрода и задней частью гильзы установлен центратор из диэлектрического материала, имеющий круглую боковую поверхность, подогнанную по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия трубчатой заготовки, два торца, чередующиеся выступы и пазы на круглой боковой поверхности, выполненные с возможностью направления электролита в камеры внутри каждого винтового зуба электрода и в дополнительные камеры, образованные вкладышами из диэлектрического материала, установленными в пазах между зубьями электрода, согласно изобретению электрод выполнен в виде комплекта шлицевых дисков, установленных на оправке с обеспечением плотных контактов по их торцам и фиксации шлицевых дисков в окружном направлении относительно центральной продольной оси оправки, при этом в шлицевых дисках электрода теоретический профиль каждого винтового зуба электрода образован множеством винтовых шлиц, вершины которых сопряжены с огибающей теоретического профиля винтового зуба электрода, высота винтовых шлиц в шлицевых дисках электрода выполнена уменьшающейся в направлении заднего края электрода, шлицы и впадины шлиц в смежных шлицевых дисках электрода перекрыты между собой вдоль винтовой поверхности зубьев электрода таким образом, что за шлицами шлицевого диска в направлении заднего края электрода вдоль винтовой поверхности зубьев электрода расположены впадины шлиц смежного шлицевого диска, а за впадинами шлиц шлицевого диска вдоль винтовой поверхности зубьев электрода в направлении заднего края электрода расположены шлицы смежного шлицевого диска, при этом задний край электрода образован шлицевым диском, выполненным с профилем, совпадающим с профилем винтовых зубьев задней направляющей.

Передняя часть полки каждого вкладыша из диэлектрического материала, выполненного в поперечном сечении в форме двутаврового профиля и размещенного пазах между зубьями электрода, выполнена с наружным профилем, совпадающим с профилем круглой боковой поверхности центратора из диэлектрического материала, установленного на оправке между передней частью электрода и задней частью гильзы, а задняя часть полки каждого упомянутого вкладыша выполнена с профилем, совпадающим с профилем впадины винтовых зубьев задней направляющей, выполненной в виде зубчатого диска, контактирующего с задним торцом электрода.

Выполнение электродного блока для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки таким образом, что электрод выполнен в виде комплекта шлицевых дисков, установленных на оправке с обеспечением плотных контактов по их торцам и фиксации шлицевых дисков в окружном направлении относительно центральной продольной оси оправки, при этом в шлицевых дисках электрода теоретический профиль каждого винтового зуба электрода образован множеством винтовых шлиц, вершины которых сопряжены с огибающей теоретического профиля винтового зуба электрода, высота винтовых шлиц в шлицевых дисках электрода выполнена уменьшающейся в направлении заднего края электрода, шлицы и впадины шлиц в смежных шлицевых дисках электрода перекрыты между собой вдоль винтовой поверхности зубьев электрода таким образом, что за шлицами шлицевого диска в направлении заднего края электрода вдоль винтовой поверхности зубьев электрода расположены впадины шлиц смежного шлицевого диска, а за впадинами шлиц шлицевого диска вдоль винтовой поверхности зубьев электрода в направлении заднего края электрода расположены шлицы смежного шлицевого диска, при этом задний край электрода образован шлицевым диском, выполненным с профилем, совпадающим с профилем винтовых зубьев задней направляющей, обеспечивает повышение скорости электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, снижение расхода электроэнергии, увеличение точности обработки путем образования дополнительных зон электрохимической обработки между передней поверхностью шлиц в шлицевых дисках электрода и материалом трубчатой заготовки, улучшения теплоотвода, создания дополнительной турбулентности и повышения эффективности уноса и очистки металлического шлама из межэлектродных промежутков потоком электролита для предотвращения коротких замыканий за счет выполнения электрода в виде комплекта шлицевых дисков, установленных на оправке с образованием теоретического профиля каждого винтового зуба электрода множеством винтовых шлиц, вершины которых сопряжены с огибающей теоретического профиля винтового зуба электрода, а также выполнения шлиц и впадин в смежных шлицевых дисках с перекрытием между собой вдоль винтовой поверхности зубьев электрода.

Выполнение электродного блока для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля таким образом, что передняя часть полки каждого вкладыша из диэлектрического материала, выполненного в поперечном сечении в форме двутаврового профиля и размещенного пазах между зубьями электрода, выполнена с наружным профилем, совпадающим с профилем круглой боковой поверхности центратора из диэлектрического материала, установленного на оправке между передней частью электрода и задней частью гильзы, а задняя часть полки каждого упомянутого вкладыша выполнена с профилем, совпадающим с профилем впадины винтовых зубьев задней направляющей, выполненной в виде зубчатого диска, контактирующего с задним торцом электрода, уменьшает потери давления потока электролита, например, на основе хлорида натрия на водной основе (Na Cl) под давлением в системе - 4,0 МПа, и гидроабразивный размыв за счет выравнивания эпюры скоростей и давлений потока электролита между выходами чередующихся пазов на круглой боковой поверхности кольцевого центратора и входами в камеры внутри каждого винтового зуба электрода, а также между входами в дополнительные камеры электрода, образованные вкладышами в форме двутаврового профиля, установленными в пазах между зубьями электрода, что улучшает теплоотвод, создает дополнительную турбулентность и повышает эффективность уноса и очистки металлического шлама из межэлектродных промежутков потоком электролита для предотвращения коротких замыканий, дополнительно повышает точность центрирования электрода в необработанном отверстии трубчатой заготовки, а также точность получаемой в результате электрохимической обработки формы и размеров винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки.

Ниже изображен электродный блок для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, предназначенной для изготовления статора с равномерной толщиной обкладки из эластомера (R-Wall).

На фиг. 1 изображен электродный блок, скрепленный с приводной штангой, в процессе электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки.

На фиг. 2 изображен электродный блок, скрепленный с приводной штангой.

На фиг. 3 изображен разрез А-А на фиг. 2 поперек края приводной штанги, оправки и гильзы.

На фиг. 4 изображено сечение Б-Б на фиг. 2 поперек переднего края электрода с вкладышами из диэлектрического материала в форме двутаврового профиля в канавках между винтовыми зубьями электрода.

На фиг. 5 изображен элемент В на фиг. 4 - теоретический профиль винтового зуба электрода, образованный множеством винтовых шлиц, вершины которых сопряжены с огибающей теоретического профиля винтового зуба электрода.

На фиг. 6 - изометрическое изображение электродного блока со стороны заднего края электрода.

На фиг. 7 - изометрическое изображение электродного блока со стороны переднего края электрода.

На фиг. 8 изображен электродный блок, скрепленный с приводной штангой, при завершении электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки.

На фиг. 9 изображен один из шлицевых дисков электрода со стороны передней поверхности шлиц, образующей дополнительные зоны электрохимической обработки с материалом трубчатой заготовки, изображены щелевые каналы на переднем торце диска для направления электролита в межэлектродный промежуток.

На фиг. 10 изображена задняя направляющая, выполненная в виде зубчатого диска.

На фиг. 11 изображено поперечное сечение одной из трубчатых заготовок (остова статора), получаемой после электрохимической обработки.

Электродный блок 1 для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля 2 в отверстии 3 трубчатой заготовки 4, используемой в качестве анода, содержит электрод 5 (из Латуни Л-63 ГОСТ 15527-70), используемый в качестве катода, имеющий винтовую зубчатую форму наружной поверхности 6, включающий винтовую заднюю направляющую 7, прикрепленную к заднему краю (торцу) 8 электрода 5, и переднюю направляющую 9, прикрепленную к переднему краю (торцу) 10 электрода 5 с возможностью подвижного соединения с необработанным отверстием 3 трубчатой заготовки 4, а также содержит оправку 11 для установки на ней электрода 5, предназначенную для соединения с приводной штангой 12 для продвижения электрода 5 вдоль прямолинейной траектории и одновременного вращения электрода 5 вокруг своей оси 13 параллельно прямолинейной траектории для обеспечения равномерного межэлектродного зазора 14 между зубьями 15 электрода 5 и винтовым зубчатым профилем 2 в отверстии 3 трубчатой заготовки 4 в межэлектродном промежутке 16, изображено на фиг. 1, 2, 3.

Передняя направляющая 9 электрода 5 выполнена в виде гильзы 17 из диэлектрического материала, скрепленной с оправкой 11 (из медного сплава) в процессе формования в продольных тупиковых пазах 18 оправки 11, с центрирующим поясом Д1, содержит уплотнители 19, 20 из эластомерного материала для герметизации гильзы 17 относительно необработанного отверстия 3 трубчатой заготовки 4, и снабжена каналами 21, 22 в оправке 11 и гильзе 17 для направления электролита 23 в полость 24 внутри необработанного отверстия 3 трубчатой заготовки 4 между торцом 25 гильзы 17 и передним краем 10 электрода 5, при этом поз. 26 - трубчатый экран из диэлектрического материала, охватывающий наружную поверхность 27 приводной штанги 12 (из медного сплава, длиной 6500 мм), которая является проводником тока к электроду 5, изображено на фиг. 1, 2, 3.

Электрод 5 образует внутри каждого винтового зуба 15 камеру 28 для электролита 23, каждый винтовой зуб 15 электрода 5 снабжен рядом поперечных щелевых каналов 29 для направления электролита 23 в межэлектродный промежуток 16, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 9.

В пазах 30 между винтовыми зубьями 15 электрода 5 установлены вкладыши 31 из диэлектрического материала, число вкладышей 31 равно числу винтовых зубьев 15 электрода 5, в поперечном сечении каждый вкладыш 31 выполнен в форме двутаврового профиля, а ребро 32 двутаврового профиля расположено в радиальной плоскости 33 относительно центральной продольной оси 13 электрода 5, и образует две смежные дополнительные камеры 34, 35 для электролита 23, разделенные ребром 32, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Входы 36, 37 каждой дополнительной камеры 34, 35 электрода 5, образованной вкладышами 31 из диэлектрического материала, а также входы 38 каждый камеры 28 внутри каждого винтового зуба 15 для электролита 23, расположены со стороны переднего края 10 электрода 5, изображено на фиг. 1, 4, 5, 7.

Каждый торец 39, 40 полки 41 двутаврового профиля вкладыша 31, расположенной на максимальном радиальном расстоянии 42, образует с поверхностью 43, 44 электрода 5 винтовой канал 45, 46 для направления электролита 23 в межэлектродный промежуток 16, изображено на фиг. 1, 2,3,4.

Задняя направляющая 7 выполнена в виде зубчатого (калибрующего) диска 47 (из Латуни Л-63 ГОСТ 15527-70), контактирующего с задним торцом 8 электрода 5, и экрана 48 из диэлектрического материала, скрепленных при помощи болта 49 с оправкой 11 с возможностью обеспечения плотного контакта с задним торцом 8 электрода 5, изображено на фиг. 1, 2.

На оправке 11 между передней частью 10 электрода 5 и задней частью 50 гильзы 17 установлен центратор 51 из диэлектрического материала, имеющий круглую боковую поверхность 52, подогнанную по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия 3 трубчатой заготовки 4, два торца 53 и 54, чередующиеся выступы 55 и пазы 56 на круглой боковой поверхности 52, выполненные с возможностью направления электролита 23 в камеры 28 внутри каждого винтового зуба 15 электрода 5 и в дополнительные камеры 34, 35 электрода 5, образованные вкладышами 31 из /диэлектрического материала, установленными в пазах 30 между зубьями 15 электрода 5, изображено на фиг. 1, 2, 4, 6, 7.

Кроме того, центратор 51 из диэлектрического материала, расположенный на оправке 11 между передней частью 10 электрода 5 и задней частью 50 гильзы 17 из диэлектрического материала, снабжен втулкой 57 из токопроводящего материала (из Латуни Л-63 ГОСТ 15527-70), с возможностью плотного контакта электрода 5 с торцом 50 оправки 11 и торцом 58 приводной штанги 12, изображено на фиг. 1, 2.

Кроме того, поз. 59 - шайба для крепления электрода 5 при помощи болта 49 с оправкой 11 с возможностью плотного контакта с задним торцом 8 электрода 5, а также плотного контакта переднего торца 10 электрода 5 с торцом 50 оправки 11 и торцом 58 приводной штанги 12, шайба 59 выполнена с наружной резьбой 60, поз. 61 - защитный кожух из диэлектрического материала, выполненный с внутренней резьбой 62, изображено на фиг, 1, 2.

Электрод 5 выполнен в виде комплекта шлицевых дисков поз. 63÷91 из токопроводящего материала (из Латуни Л-63 ГОСТ 15527-70), шлицевой диск поз. 63, образующий передний торец 10 электрода 5, плотно контактирует с торцом 92 втулки 57 из токопроводящего материала, установленной в центраторе 51 из диэлектрического материала, расположенном на оправке 11 между передней частью 10 электрода 5 и задней частью 50 гильзы 17 из диэлектрического материала, а шлицевой диск поз. 91, образующий задний торец 8 электрода 5, плотно контактирует с торцом 93 задней направляющей 7, выполненной в виде зубчатого (калибрующего) диска 47, при этом шлицевые диски поз. 63÷91 установлены на оправке 11 с обеспечением плотных контактов по их торцам и фиксации шлицевых дисков поз. 63÷91 в окружном направлении относительно центральной продольной оси 13 оправки 11 при помощи шпоночных пазов 94 в каждом шлицевом диске поз. 63÷91 и шпонки 95, установленной в пазу 96 оправки 11, изображено на фиг, 1, 2, 4, 9.

В шлицевых дисках поз. 63÷91 теоретический профиль 97 каждого винтового зуба 15 электрода 5 образован множеством винтовых шлиц 98, например, образован тремя шлицами 99 на шлицевом диске 63, образующем входную часть электрода 5, причем вершины 100 винтовых шлиц 98 сопряжены с огибающей 101 теоретического профиля 97 винтового зуба 15 электрода 5, при этом теоретический профиль 97 винтового зуба 15 электрода 5 на смежном шлицевом диске 64, расположенном в направлении заднего края 93 электрода 5 за впадинами 102 между шлицами 98 упомянутого шлицевого диска 63, образован четырьмя шлицами 103 на шлицевом диске 64, вершины 104 которых также сопряжены с огибающей 101 теоретического профиля 97 винтового зуба электрода 5, изображено на фиг. 1, 2, 4, 5.

Высота 105 винтовых шлиц 98 в шлицевых дисках 63÷91 электрода 5 выполнена уменьшающейся в направлении заднего края 93 электрода 5, изображено на фиг. 1, 2, 4, 5.

Шлицы 98 и впадины 102 шлиц 98 в смежных шлицевых дисках 63÷91 электрода 5 перекрыты между собой вдоль винтовой поверхности 6 зубьев 15 электрода 5 таким образом, что за шлицами 98 шлицевого диска 63 в направлении вниз по потоку 23 и заднего края 8 электрода 5 вдоль винтовой поверхности 6 зубьев 15 электрода 5 расположены впадины 102 шлиц 98 смежного шлицевого диска 64, а за впадинами 102 шлиц 98 шлицевого диска 64 вдоль винтовой поверхности 6 зубьев 15 электрода 5 в направлении заднего края 8 электрода 5 расположены шлицы (не изображенные) смежного шлицевого диска 64, при этом вниз по потоку 23, в направлении заднего края 8 электрода 5 такое перекрытие шлиц 98 и впадин 102 шлиц 98 между собой вдоль винтовой поверхности 6 зубьев 15 электрода 5 повторяется, изображено на фиг. 1, 2, 4, 5.

Задний край 8 электрода 5 образован шлицевым диском 91, выполненным с профилем 105, совпадающим с профилем 106 винтовых зубьев 107 задней направляющей 7, выполненной в виде зубчатого (калибрующего) диска 47 (из Латуни Л-63 ГОСТ 15527-70), контактирующего торцом 93 с задним краем 8 электрода 5, изображено на фиг. 1, 2, 4, 5, 6.

Передняя часть 108 полки 41 каждого вкладыша 31 из диэлектрического материала, выполненного в поперечном сечении в форме двутаврового профиля и размещенного пазах 30 между зубьями 15 электрода 5, выполнена с наружным профилем 109, совпадающим с профилем 110 круглой боковой поверхности 52 центратора 51 из диэлектрического материала, установленного на оправке 11 между передней частью 10 электрода 5 и задней частью 50 гильзы 17, а задняя часть 111 полки 41 каждого упомянутого вкладыша 31 выполнена с профилем 112, совпадающим с профилем 113 впадины 114 винтовых зубьев задней направляющей 7, выполненной в виде зубчатого диска 47, контактирующего с задним торцом 8 электрода 5, изображено на фиг. 1, 2, 4, 6.

Кроме того, поз. 115 - резьбовое соединение оправки 11 с приводной штангой 12, поз. 116 - торец (край) экрана 26 на приводной штанге 12, поз. 117 - торец гильзы 17, изображено на фиг. 1, 2.

Электродный блок предназначен для использования в установке ЭХО (патент RU 2578895, ООО "Фирма "Радиус-Сервис") для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки для изготовления статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера (R-Wall), применяемых в винтовых героторных гидравлических двигателях для бурения нефтяных скважин.

Собирают электродный блок 1, используемый в качестве катода, как изображено на фиг. 1,2, 6, 7.

На оправку 11, скрепленную с гильзой 17 в процессе формования, устанавливают шпонку 95, центратор 51 из диэлектрического материала, скрепленный с втулкой 57 из токопроводящего материала, устанавливают электрод 5, выполненный в виде комплекта шлицевых дисков поз. 63÷91, в пазы 30 между винтовыми зубьями 15 электрода 5, со стороны переднего края 10 электрода 5 устанавливают вкладыши 31 из диэлектрического материала, число вкладышей 31 равно числу винтовых зубьев 15 электрода 5, в поперечном сечении каждый вкладыш 31 выполнен в форме двутаврового профиля, а ребро 32 двутаврового профиля расположено в радиальной плоскости 33 относительно центральной продольной оси 13 электрода 5, и образует две смежные дополнительные камеры 34, 35 для электролита 23, разделенные ребром 32 двутаврового профиля, устанавливают зубчатый (калибрующий) диск 47 из токопроводящего материала и экран 48 из диэлектрического материала, закрепляют электрод 5, выполненный в виде комплекта шлицевых дисков поз. 63÷91, при помощи болта 49 и шайбы 59 с оправкой 11 с обеспечением плотного контакта торца 93 задней направляющей 7, выполненной в виде зубчатого (калибрующего) диска 47, с шлицевыми дисками поз. 63÷91, установленными на оправке 11, при этом обеспечивается фиксация шлицевых дисков поз. 63÷91 в окружном направлении относительно центральной продольной оси 13 оправки 11 при помощи шпоночных пазов 94 в каждом шлицевом диске поз. 63÷91 и шпонки 95, установленной пазу 96 оправки 11.

Входы 36, 37 каждой дополнительной камеры 34, 35 электрода 5, образованной вкладышами 31 из диэлектрического материала, а также входы 38 каждый камеры 28 внутри каждого винтового зуба 15 для электролита 23, располагают со стороны переднего края 10 электрода 5, при этом каждый торец 39, 40 полки 41 двутаврового профиля вкладыша 31, расположенной на максимальном радиальном расстоянии 42, образует с поверхностью 43, 44 электрода 5 соответствующий винтовой канал 45, 46 для направления электролита 23 в межэлектродный промежуток 16.

Плотно закручивают защитный кожух 61 из диэлектрического материала, установленный на внутренней резьбе 62, по наружной резьбе 60 шайбы 59 до упора в защитный экран 48.

На гильзу 17 из диэлектрического материала, скрепленную с оправкой 11 в процессе формования, устанавливают уплотнения 19, 20 из эластомерного материала.

Устанавливают кран-балкой трубчатую заготовку 4 в люнеты: первый край трубчатой заготовки 4 устанавливают на ролики неподвижно скрепленного с рамой установки регулируемого люнета, а второй край трубчатой заготовки 4 устанавливают на ролики скрепленного с рамой установки аналогичного, перемещаемого на раме установки в продольном направлении, вдоль отверстия 3 трубчатой заготовки 4 второго люнета.

На приводную штангу 12 устанавливают трубчатый экран 26 из диэлектрического материала, устанавливают приводную штангу 12 с экраном 26 из диэлектрического материала на собственные люнеты, скрепляют болтами фланец приводной штанги 12 с приводом вращения приводной штанги 12, установленном на суппорте, соединенном с приводом продольного перемещения суппорта.

Включают привод продольного перемещения суппорта и вдвигают приводную штангу 12, снабженную трубчатым экраном 26 из диэлектрического материала, в отверстие 3 трубчатой заготовки 4, установленной в собственных люнетах, край 58 приводной штанги 12 располагают с выступанием (вылетом) из отверстия 3 трубчатой заготовки 4 таким образом, чтобы торец (край) 116 экрана 26 на приводной штанге 12 располагался на дальнем от привода вращения приводной штанги 12 торце 116 трубчатой заготовки 4, чтобы было удобно монтировать электродный блок 1 с оправкой 11 на краю 58 приводной штанги 12.

Электродный блок 1 закрепляют при помощи резьбового соединения 115 оправки 11 с приводной штангой 12 при помощи специального ключа с фиксаторами, устанавливаемыми в каналы 21 в оправке 11 и гильзе 17 для направления электролита 23 в полость 24 внутри необработанного отверстия 3 трубчатой заготовки 4 между торцом 25 гильзы 17 и передним краем 10 электрода 5 (не изображено).

Вытягивают фиксаторы из упомянутого ключа для закручивания резьбового соединения 115 оправки 11 с приводной штангой 12, убирают ключ из оправки 11 электродного блока 1 (не изображено).

Перемещают вдоль направляющей рамы при помощи продольного привода установки собранный электродный блок 1 до упора торца 116 экрана 26 на приводной штанге 12 в торец 117 гильзы 17 оправки 11.

Перемещают вдоль направляющей рамы на второй край трубчатой заготовки 4 камеру для электролита 23, снабженную устройством для поддержания избыточного давления электролита 23 в межэлектродном промежутке 16.

В начале электрохимической обработки приводная штанга 11 с экраном 26 из диэлектрического материала, которая является проводником тока к электроду 5 (катоду) расположена внутри отверстия 3 трубчатой заготовки 4 (анода), электродный блок 1, скрепленный с приводной штангой 11, расположен в камере для электролита 23 (не изображенной), при этом передняя направляющая 9 электрода 5, выполненная в виде гильзы 17 из диэлектрического материала, скрепленной с оправкой 11, содержащей уплотнители 19, 20 из эластомерного материала, установлена в необработанном отверстии 3 трубчатой заготовки 4, изображено на фиг. 1

Присоединяют источник электрического тока, например, выпрямитель "KRAFT 12000/24", для подключения неподвижной трубчатой заготовки 4 (анода), с токосъемником для подключения вращающейся приводной штанги 11 и электрода 5 (катода), через поток электролита 23 в межэлектродном промежутке 16, а также соединяют блок управления с электрическими выходными сигналами параметров установки с компьютером.

При помощи компьютера включают блок управления, включают насосы, электрооборудование, источник электрического тока - выпрямитель 24 "KRAFT 12000/24", привод продольного перемещения суппорта, приводной штанги 11 и скрепленного с ней электродного блока 1 вдоль прямолинейной траектории внутри отверстия 3 трубчатой заготовки 4, привод вращения приводной штанги 11 и скрепленного с ней электродного блока 1 вокруг оси 13 приводной штанги 11, при этом сила технологического тока составляет 15000 А, напряжение составляет 24 В.

При помощи привода продольного перемещения суппорта, приводной штанги 11 и скрепленного с ней электродного блока 1 вдоль прямолинейной траектории внутри отверстия 3 трубчатой заготовки 4, и привода вращения приводной штанги 11 скрепленного с ней электродного блока 1 вокруг оси 13 приводной штанги 11, электрод 5, имеющий винтовую зубчатую форму наружной поверхности 6, включающий винтовую заднюю направляющую 7, присоединенную к заднему краю 8 электрода 5, и переднюю направляющую 9, прикрепленную к переднему краю 10 электрода 5 с возможностью подвижного соединения с необработанным отверстием 3 трубчатой заготовки 4, совершает продольное и вращательное движение, и образует винтовой зубчатый профиль внутренней поверхности 2 в отверстии 3 трубчатой заготовки 4.

Электролит 23 в процессе электрохимической обработки циркулирует по гидравлической схеме: бак рабочий с электролитом 23, бак промежуточный с электролитом 23, бак промывки с электролитом 23, насосы, модули фильтров, а также арматура (теплообменники, фильтры, вентили, затворы дисковые, датчики давления, температуры, расхода, рукав высокого давления и гибкий рукав, сливной) и устройства для регулирования параметров электролита, управляемых выходными сигналами блока управления, при этом давление электролита в системе - 4,0 МПа.

В электрохимическом процессе используют электролит 23 на основе хлорида натрия на водной основе (Na Cl), при осуществлении указанного процесса вода разлагается, а ионы ОН соединяются с ионами железа, образуя FOH, который выпадает в осадок и подвергается фильтрованию в модуле фильтров, при этом концентрация электролита 18÷20%, температура электролита 40С°, водородный показатель электролита 7÷9 рН, максимально допустимое количество продуктов анодного растворения в электролите 50 г/л.

Скорость рабочей подачи электродного блока (бесступенчатое регулирование) составляет 35÷65 мм/мин, частота вращения штанги 12 (бесступенчатое регулирование) составляет 0÷0,95 об/мин.

Масса металлического шлама при электрохимической обработке винтового зубчатого профиля 2 в отверстии 3 трубчатой заготовки 4 для изготовления статоров с равномерной толщиной обкладки из эластомера, например, длиной 6500 мм и диаметром 240 мм, составляет 240 кг.

Выполнение электродного блока для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля таким образом, что электрод 5 выполнен в виде комплекта шлицевых дисков поз. 63÷91 из токопроводящего материала, шлицевой диск поз. 63, образующий передний торец 10 электрода 5, плотно контактирует с торцом 92 втулки 57 из токопроводящего материала установленной в центраторе 51 из диэлектрического материала, расположенном на оправке 11 между передней частью 10 электрода 5 и задней частью 50 гильзы 17 из диэлектрического материала, шлицевой диск поз. 91, образующий задний торец 8 электрода 5, плотно контактирует с торцом 93 задней направляющей 7, выполненной в виде зубчатого (калибрующего) диска 47, а шлицевые диски поз. 63÷91 электрода 5 установлены на оправке 11 с обеспечением плотных контактов по их торцам и фиксации шлицевых дисков поз. 63÷91 в окружном направлении относительно центральной продольной оси 13 оправки 11 при помощи шпоночных пазов 94 в каждом шлицевом диске поз. 63÷91 и шпонки 95, установленной пазу 96 оправки 11, при этом в шлицевых дисках поз. 63÷91 электрода 5 теоретический профиль 97 каждого винтового зуба 15 электрода 5 образован множеством винтовых шлиц 98, высота 105 винтовых шлиц 98 в шлицевых дисках 63÷91 электрода 5 выполнена уменьшающейся в направлении заднего края 93 электрода 5, при этом шлицы 98 и впадины 102 шлиц 98 в смежных шлицевых дисках 63÷91 электрода 5 перекрыты между собой вдоль винтовой поверхности 6 зубьев 15 электрода 5 таким образом, что за шлицами 98 шлицевого диска 63 в направлении вниз по потоку 23 и заднего края 8 электрода 5 вдоль винтовой поверхности 6 зубьев 15 электрода 5 расположены впадины 102 шлиц 98 смежного шлицевого диска 64, а за впадинами 102 шлиц 98 шлицевого диска 64 вдоль винтовой поверхности 6 зубьев 15 электрода 5 в направлении заднего края 8 электрода 5 расположены смежного шлицевого диска 64, при этом вниз по потоку 23, в направлении заднего края 8 электрода 5 такое перекрытие шлиц 98 и впадин 102 шлиц 98 между собой вдоль винтовой поверхности 6 зубьев 15 электрода 5 повторяется, при этом задний край 8 электрода 5 образован шлицевым диском 91, выполненным с профилем 105, совпадающим с профилем 106 винтовых зубьев 107 задней направляющей 7, выполненной в виде зубчатого диска 47, контактирующего торцом 93 с задним краем 8 электрода 5, повышает скорость электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, обеспечивает надежный контроль межэлектродного зазора 14 в межэлектродном промежутке 16 за счет использования электронных датчиков давления, температуры и расхода электролита, а также блока управления с электрическими выходными сигналами параметров установки, соединенного с компьютером.

По истечении времени технологического процесса отключают блок управления, соединенный с компьютером, насосы, электрооборудование, источник электрического тока - выпрямитель 24 "KRAFT 12000/24", привод продольного перемещения суппорта, приводной штанги 12 и скрепленного с ней электродного блока 1 вдоль прямолинейной траектории внутри отверстия 3 трубчатой заготовки 4, привод вращения приводной штанги 12 и скрепленного с ней электродного блока 1 вокруг оси 13 приводной штанги 12.

Отключают токосъемник для подключения неподвижной трубчатой заготовки 4 (анода) и токосъемник для подключения вращающейся приводной штанги 12 и электрода 5 (катода).

Отводят две полумуфты токосъемника с колодками от неподвижной трубчатой заготовки 4, отсоединяют устройство для удерживания заготовки 4 в местах крепления его крепление с рамой, перемещают вдоль направляющей рамы камеру для электролита 23 вместе с устройством для удерживания заготовки 4.

Перемещают вдоль направляющей рамы при помощи продольного привода установки электродный блок 1 в первоначальное положение с обеспечением его выступания (вылета) из винтового зубчатого профиля трубчатой заготовки.

Электродный блок 1 разбирают при помощи отворачивания резьбового соединения 115 оправки 11 с приводной штангой 12 при помощи специального ключа с фиксаторами, устанавливаемыми в каналы 21 в оправке 11 и гильзе 17 (не изображено).

Вытягивают фиксаторы из упомянутого ключа для закручивания резьбового соединения 115 оправки 11 с приводной штангой 12, убирают ключ из оправки 11 электродного блока 1 (не изображено).

Электродный блок 1 размещают в технологическом месте хранения.

Устанавливают технологические заглушки, производят промывку винтового зубчатого профиля внутренней поверхности 2 трубчатой заготовки 4 специальным раствором.

В настоящее время по технологии R-Wall изготавливаются статоры с длиной до 5500 мм в габаритах 98÷172 мм. Ведутся постоянные работы по внедрению новой номенклатуры статоров. Суммарная наработка на двигательные секции R-Wall на апрель 2017 г. составила 65 230 часов.

Максимальная наработка статора R-Wall без "перезаливки" эластомера составляет: для габарита 172 мм - 902 часа, для габарита 106 мм - 609 часов, для габарита 95 мм - 672 часа. (Журнал "Бурение и нефть", 06/2017, https://burneft.ru/archive/issues/2017-06/56).

Изобретение повышает скорость электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки в 1,5÷2,5 раза по сравнению с прототипом - патентом RU 2663789 С1, 09.08.2018, снижает расход электроэнергии, увеличивает точность обработки путем образования дополнительных зон электрохимической обработки между передней поверхностью шлиц в шлицевых дисках электрода и материалом трубчатой заготовки, улучшения теплоотвода, создания дополнительной турбулентности и повышения эффективности уноса и очистки металлического шлама из межэлектродных промежутков потоком электролита для предотвращения коротких замыканий.

1. Электродный блок для электрохимической обработки винтового зубчатого профиля в отверстии трубчатой заготовки, содержащий электрод, имеющий винтовую зубчатую форму наружной поверхности, включающий винтовую заднюю направляющую, прикрепленную к заднему краю электрода, и переднюю направляющую, прикрепленную к переднему краю электрода с возможностью подвижного соединения с необработанным отверстием трубчатой заготовки, и содержащий оправку для установки на ней электрода, предназначенную для соединения с приводной штангой для продвижения электрода вдоль прямолинейной траектории и одновременного вращения электрода вокруг своей оси параллельно прямолинейной траектории для обеспечения равномерного зазора между зубьями электрода и внутренней поверхностью трубчатой заготовки, передняя направляющая выполнена в виде гильзы из диэлектрического материала, скрепленной с оправкой, содержит уплотнители для герметизации гильзы относительно необработанного отверстия трубчатой заготовки и снабжена каналами для направления электролита в полость внутри необработанного отверстия трубчатой заготовки между гильзой и электродом, при этом электрод образует внутри каждого винтового зуба камеру для электролита, каждый винтовой зуб электрода снабжен рядом поперечных щелевых каналов для направления электролита в межэлектродный промежуток, в пазах между зубьями электрода установлены вкладыши из диэлектрического материала, в поперечном сечении каждый вкладыш выполнен в форме двутаврового профиля и образует две дополнительные камеры для электролита, разделенные ребром двутаврового профиля, вход каждой дополнительной камеры расположен со стороны переднего края электрода, каждый торец полки двутаврового профиля, расположенной на максимальном радиальном расстоянии, образует с поверхностью электрода винтовой канал для направления электролита в межэлектродный промежуток, а задняя направляющая выполнена в виде зубчатого диска, контактирующего с задним торцом электрода, и экрана из диэлектрического материала, скрепленных с задним краем электрода, при этом на оправке между передней частью электрода и задней частью гильзы установлен центратор из диэлектрического материала, имеющий круглую боковую поверхность, подогнанную по размеру для подвижного зацепления необработанного отверстия трубчатой заготовки, два торца, чередующиеся выступы и пазы на круглой боковой поверхности, выполненные с возможностью направления электролита в камеры внутри каждого винтового зуба электрода и в дополнительные камеры, образованные вкладышами из диэлектрического материала, установленными в пазах между зубьями электрода, отличающийся тем, что электрод выполнен в виде комплекта шлицевых дисков, установленных на оправке с обеспечением плотных контактов по их торцам и фиксации шлицевых дисков в окружном направлении относительно центральной продольной оси оправки и с образованием теоретического профиля каждого винтового зуба электрода множеством винтовых шлиц, вершины которых сопряжены с огибающей теоретического профиля винтового зуба электрода, высота винтовых шлиц в шлицевых дисках электрода выполнена уменьшающейся в направлении заднего края электрода, шлицы и впадины шлиц в смежных шлицевых дисках электрода перекрыты между собой вдоль винтовой поверхности зубьев электрода, причем за шлицами шлицевого диска в направлении заднего края электрода вдоль винтовой поверхности зубьев электрода расположены впадины шлиц смежного шлицевого диска, а за впадинами шлиц шлицевого диска вдоль винтовой поверхности зубьев электрода в направлении заднего края электрода расположены шлицы смежного шлицевого диска, при этом задний край электрода образован шлицевым диском, выполненным с профилем, совпадающим с профилем винтовых зубьев задней направляющей.

2. Электродный блок по п. 1, отличающийся тем, что передняя часть полки каждого вкладыша из диэлектрического материала, выполненного в поперечном сечении в форме двутаврового профиля и размещенного в пазах между зубьями электрода, выполнена с наружным профилем, совпадающим с профилем круглой боковой поверхности центратора из диэлектрического материала, установленного на оправке между передней частью электрода и задней частью гильзы, а задняя часть полки каждого упомянутого вкладыша выполнена с профилем, совпадающим с профилем впадины винтовых зубьев задней направляющей, выполненной в виде зубчатого диска, контактирующего с задним торцом электрода.