способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины
Классы МПК: | E21B4/02 гидравлические или пневматические приводы для вращательного бурения F04C2/10 с внутренней осью (с внешним ротором), имеющим большее число зубьев или их эквивалентов, например роликов, чем внутренний элемент |
Автор(ы): | Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Коротаев Ю.А. |
Патентообладатель(и): | ОАО НПО "Буровая техника" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-09-24 публикация патента:
10.06.2000 |
Изобретение относится к нефтяной технике и может быть использовано в различных областях горного дела и общем машиностроении. Задача изобретения - повысить надежность и износостойкость рабочих органов одновинтовой гидромашины. Способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины заключается в учете геометрических факторов и расчете контактных напряжений в рабочих органах. Новым в способе является то, что коэффициент формы зуба Ce=rц/е выбирается в зависимости от коэффициентов внецентроидности Co=r/е и смещения исходного контура рейки C
=
x/e по максимуму критерия износостойкости Пи, представляющего собой отношение корня квадратного относительного приведенного радиуса кривизны
и относительной скорости скольжения профилей ротора и статора
= 1/wDк,
, где е - эксцентриситет зацепления, м, Dк-контурный диаметр, м, r - радиус эквидистанты, м,
x - смещение исходного контура рейки, м, е - расстояние от точки касания до полюса зацепления , м,
- приведенный радиус кривизны профилей. 1 з.п.ф-лы, 10 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-2t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-3t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150021/961.gif)
Формула изобретения
1. Способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, включающий выбор формы зуба в паре ротор - статор, отличающийся тем, что коэффициент формы зуба Cе = rц/е выбирают в зависимости от коэффициентов внецентроидности Cе = r/е и смещения исходного контура рейки C![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-29t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-30t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-31t.gif)
где l - эксцентриситет зацепления, м;
Dк - контурный диаметр, м;
r - радиус катящейся окружности, м;
rц - радиус эквидистанты, м;
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
l - расстояние от точки касания до полюса зацепления, м;
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150021/961.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-32t.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к нефтяной технике, в частности к одновинтовым многозаходным насосам и гидродвигателям с циклоидальным зацеплением, и может быть использовано в различных областях горного дела и в общем машиностроении, например, при бурении скважин забойным гидравлическим двигателем. Известен общепризнанный способ оптимизации рабочих органов многозаходных одновинтовых гидромашин, основанный на выборе рациональных значений коэффициентов формы зуба Ce и внецентроидности Co, обеспечивающих плавность профиля и минимум контактных давлений (Забойные винтовые двигатели для бурения скважин /М.Т.Гусман и др. М., Недра, 1981). Недостаток известного способа состоит в том, что при выборе профиля не учитывается фактическое смещение исходного контура циклоидальной рейки, т.е. оптимизация производится для идеального циклоидального зацепления. Известен традиционный профиль рабочих органов забойных винтовых двигателей с постоянными (независимыми) коэффициентами внецентроидности (Co = 1,175) и формы зуба (Ce = 2,175), в котором коэффициент смещения C![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-5t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-6t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-7t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
- коэффициент типа зацепления
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-8t.gif)
- кинематическое отношение i = Z2 : Z1
- коэффициент внецентроидности Co = r/e
- коэффициент эквидистанты (формы зуба) Ce = rц/e
- коэффициент смещения исходного контура рейки C
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
- коэффициент натяга в паре C
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150081/948.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150081/948.gif)
- коэффициент формы винтовой поверхности Cт = t/dср
- число шагов рабочих органов k
где r - радиус катящейся окружности; rц - радиус эквидистанты; e - эксцентриситет;
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150081/948.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-9t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-10t.gif)
W = CKm Uскn, (1)
где C - коэффициент износостойкости материалов и условий работы пары; m, n - показатели влияния. При проектировочных расчетах принимается гипотеза равнозначного влияния силового и скоростного факторов (m = n = 1), в этом случае W определяется произведением K и Uск
W = CKUск(2)
Если доминирующее влияние на скорость изнашивания оказывают контактные напряжения (n = 0)
W = CK (3)
Контактные напряжения в общем случае зависят от действующих гидравлических и инерционных сил, геометрических параметров и упругих свойств материалов рабочих органов. С достаточной точностью контактное напряжение определяется по формуле Герца
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-11t.gif)
где N - удельная нормальная нагрузка; E - приведенный модуль упругости материалов рабочих органов;
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150021/961.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-12t.gif)
Для машин с фиксированными значениями геометрических параметров C
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150081/948.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-13t.gif)
где
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-14t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150021/961.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-15t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-16t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150087/969.gif)
vск=
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150087/969.gif)
l как и
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150021/961.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-17t.gif)
где
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-18t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-19t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-20t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-21t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-22t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-23t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-24t.gif)
Относительный приведенный радиус кривизны
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-25t.gif)
где
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-26t.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-27t.gif)
Предложенный способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины заключается в том, что при заданном кинематическом отношении i находится оптимальное сочетание между коэффициентами Co, C
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
Ce = 2,0...3,5 при C
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
Ce = 3,0...5,0 при C
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
где верхние границы интервалов соответствуют ВГМ с небольшим числом зубьев (Z2 < 5). Использование оптимальной формы профилей ВГМ практически не отражается на характеристиках гидромашины, поскольку влияние Ce на рабочий объем при изменении Ce от стандартного значения (Ce = 2,175) до граничных значений предложенного интервала и сохранении коэффициента формы винтовой поверхности Cт не превышает 10%. В качестве примера на фиг. 8-10 представлены оптимальные профили ВГМ с кинематическим отношением l = 5:6 для трех различных смещений исходного контура рейки, соответствующих коэффициентам смещения C
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150020/916.gif)
![способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины, патент № 2150566](/images/patents/321/2150566/2150566-28t.gif)
Класс E21B4/02 гидравлические или пневматические приводы для вращательного бурения
Класс F04C2/10 с внутренней осью (с внешним ротором), имеющим большее число зубьев или их эквивалентов, например роликов, чем внутренний элемент
погружной электронасос - патент 2517641 (27.05.2014) | ![]() |
шестеренчатый насос - патент 2516754 (20.05.2014) | ![]() |
героторный насос с торцовым входом - патент 2472970 (20.01.2013) | ![]() |
объемная роторная машина - патент 2461735 (20.09.2012) | ![]() |
зубчатый насос (варианты) - патент 2405970 (10.12.2010) | ![]() |
героторный насос - патент 2402691 (27.10.2010) | ![]() |
осевой героторный насос - патент 2402690 (27.10.2010) | ![]() |
роторный объемный насос с малыми радиальными размерами - патент 2396461 (10.08.2010) | ![]() |
роторно-поршневая регулируемая гидромашина - патент 2376498 (20.12.2009) | ![]() |
роторно-поршневая гидромашина - патент 2365788 (27.08.2009) | ![]() |