RU2605475C2 - Device and method of controlling or limiting rotor orbit in screw engines or pumps - Google Patents
Device and method of controlling or limiting rotor orbit in screw engines or pumps Download PDFInfo
- Publication number
- RU2605475C2 RU2605475C2 RU2014152272/03A RU2014152272A RU2605475C2 RU 2605475 C2 RU2605475 C2 RU 2605475C2 RU 2014152272/03 A RU2014152272/03 A RU 2014152272/03A RU 2014152272 A RU2014152272 A RU 2014152272A RU 2605475 C2 RU2605475 C2 RU 2605475C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- rigid material
- layout
- hydraulic
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 78
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 8
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 7
- 239000013536 elastomeric material Substances 0.000 claims description 6
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 5
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims description 4
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims 3
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 abstract description 16
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 13
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 6
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 5
- 229920001875 Ebonite Polymers 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 2
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000010073 coating (rubber) Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010286 high velocity air fuel Methods 0.000 description 1
- 238000007749 high velocity oxygen fuel spraying Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
- F01C21/10—Outer members for co-operation with rotary pistons; Casings
- F01C21/102—Adjustment of the interstices between moving and fixed parts of the machine by means other than fluid pressure
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
- E21B4/02—Fluid rotary type drives
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C13/00—Adaptations of machines or pumps for special use, e.g. for extremely high pressures
- F04C13/008—Pumps for submersible use, i.e. down-hole pumping
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
- F04C2/107—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth
- F04C2/1071—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type
- F04C2/1073—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type where one member is stationary while the other member rotates and orbits
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Rotary Pumps (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
[1] Варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к устройству и способам регулирования или ограничения положения ротора относительно статора в винтовом двигателе или насосе. В другом аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к устройству и способам регулирования или ограничения положения ротора относительно статора в гидравлическом забойном двигателе.[1] The embodiments disclosed herein relate to apparatus and methods for controlling or limiting the position of the rotor relative to the stator in a screw motor or pump. In another aspect, embodiments disclosed herein relate to apparatus and methods for adjusting or limiting the position of a rotor relative to a stator in a downhole hydraulic motor.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION
[2] Винтовые двигатели или насосы, также называемые объемными двигателями или насосами, а также двигателями или насосами объемного действия, работают с захватом текучей среды в полости. Полости образуются в пространствах между ротором и статором, и относительное вращение между данными компонентами является механизмом, который обуславливает продвижение полости и ее проход вдоль оси по длине устройства от впускного конца к выпускному концу. Если ротор приводят во вращение, текучая среда продавливается вдоль него в полостях, и устройство работает, как насос. Если текучая среда подается насосом во впускной конец полости под более высоким давлением, чем давление на выпускном конце, силы, генерируемые на роторе, обуславливают его вращение, и устройство работает, как двигатель.[2] Screw motors or pumps, also called positive displacement motors or pumps, as well as positive displacement motors or pumps, work to trap fluid in a cavity. Cavities are formed in the spaces between the rotor and the stator, and the relative rotation between these components is a mechanism that determines the progress of the cavity and its passage along the axis along the length of the device from the inlet end to the outlet end. If the rotor is rotated, the fluid is forced along it in the cavities, and the device operates like a pump. If the fluid is pumped to the inlet end of the cavity at a higher pressure than the pressure at the outlet end, the forces generated on the rotor cause it to rotate, and the device works like an engine.
[3] Для вращения ротора в статоре и генерирования полостей, которые должны продвигаться в аксиальном направлении, профили обоих компонентов должны иметь специфические формы. Обычно ротор (2) должен являться винтообразным валом с формой сечения, аналогичной показанной на фиг. 1. Число заходов на роторе (2) может варьироваться от одного до любого числа. Статор (4) имеет профиль, который соответствует форме ротора (2), с числом заходов, варьирующимся между двумя и любым числом, примеры которого показаны на фиг. 2. В соответствующей паре ротор-статор число заходов на статоре (4) должно быть на единицу больше числа заходов на роторе (2). Сечение типичной комбинации ротора (2) и статора (4) показано на фиг. 3, ротор (2) имеет три захода, и статор (4) имеет четыре захода, ротор (2) размещен в статоре (4).[3] In order to rotate the rotor in the stator and generate cavities that must move axially, the profiles of both components must have specific shapes. Typically, the rotor (2) should be a helical shaft with a cross-sectional shape similar to that shown in FIG. 1. The number of calls on the rotor (2) can vary from one to any number. The stator (4) has a profile that matches the shape of the rotor (2), with the number of strokes varying between two and any number, examples of which are shown in FIG. 2. In the corresponding rotor-stator pair, the number of entries on the stator (4) should be one greater than the number of entries on the rotor (2). A cross section of a typical combination of rotor (2) and stator (4) is shown in FIG. 3, the rotor (2) has three strokes, and the stator (4) has four strokes, the rotor (2) is placed in the stator (4).
[4] Одна из поверхностей, часто поверхность статора (4), является упруго деформирующейся так, что уплотнения (6) могут поддерживаться между точками контакта ротора (2) и статора (4). Уплотнения (6) образуют множество полостей (8) между ротором (2) и статором (4) и обеспечивают относительное вращение между ротором (2) и статором (4). Сечения ротора (2) и статора (4) в общем остаются неизменными по длине двигателя или насоса (10), но поворачиваются с продвижением вдоль оси по винтовому профилю. Продольное сечение части двигателя или насоса (10) показано на фиг. 4.[4] One of the surfaces, often the surface of the stator (4), is elastically deformed so that the seals (6) can be maintained between the contact points of the rotor (2) and the stator (4). Seals (6) form many cavities (8) between the rotor (2) and the stator (4) and provide relative rotation between the rotor (2) and the stator (4). The cross sections of the rotor (2) and stator (4) generally remain unchanged along the length of the motor or pump (10), but rotate along the axis along the helical profile. A longitudinal section of a part of the engine or pump (10) is shown in FIG. four.
[5] Ротор (2) не обязательно должен иметь фиксированную длину. Выбранная длина часто определяется ступенями, где одна ступень имеет длину полного оборота захода статора (4). Полости (8) образуются между статором (4) и ротором (2).[5] The rotor (2) does not have to have a fixed length. The selected length is often determined by steps, where one step has the length of the full revolution of the stator approach (4). Cavities (8) are formed between the stator (4) and the rotor (2).
[6] Из сечений на фиг. 3 и фиг. 4 понятно, что геометрический центр ротора (2) не остается неподвижным относительно статора (4) при вращении ротора (2). В общем, если ротор (2) имеет два или больше заходов, траектория центральной точки по существу проходит по окружности с вариациями, обусловленными точными характеристиками профилей поверхности и деформациями упругих материалов, применяемых для поддержания уплотнений (6) между полостями. Как в варианте двигателя, где ротор (2) создает приводной крутящий момент, так и в варианте насоса, где ротор (2) является ведомым, требуется компоновка (12) приводного вала для преобразования планетарного вращения во вращение вокруг фиксированной оси. Данная компоновка (12) приводного вала имеет подвижный узел (14) сочленения для осуществления работы данного механизма. В варианте двигателя наружный конец приводного вала (13) соединяется с ведомым компонентом, например, буровым долотом в варианте гидравлического забойного двигателя. Для насоса наружный конец приводного вала (13) соединяется вращающим приводным блоком, например, двигателем.[6] From the sections in FIG. 3 and FIG. 4 it is understood that the geometric center of the rotor (2) does not remain stationary relative to the stator (4) during rotation of the rotor (2). In general, if the rotor (2) has two or more approaches, the trajectory of the central point essentially runs along a circle with variations due to the exact characteristics of the surface profiles and the deformation of the elastic materials used to maintain the seals (6) between the cavities. As in the version of the engine where the rotor (2) generates driving torque, the same as in the version of the pump where the rotor (2) is driven, the drive shaft (12) is required to convert planetary rotation to rotation around a fixed axis. This arrangement (12) of the drive shaft has a movable joint (14) for the operation of this mechanism. In the engine embodiment, the outer end of the drive shaft (13) is connected to the driven component, for example, a drill bit in the embodiment of the hydraulic downhole motor. For the pump, the outer end of the drive shaft (13) is connected by a rotating drive unit, for example, an engine.
[7] Крутящий момент, генерируемый в роторе (2) в варианте, где устройство является двигателем, или требуемый для ротора (2) в варианте, где устройство является насосом, является сложной комбинацией сил давления, действующих в полостях (8), и реактивных сил между точками контакта между статором (4) и ротором (2). Его действием является вращение ротора (2) в варианте двигателя или сопротивление вращению в варианте насоса. В обоих случаях имеется также равнодействующая поперечная сила, вдавливающая ротор (2) в статор (4). Направление данной силы поворачивается с вращением ротора (2). Возникает также центробежная сила, генерируемая планетарным движением ротора. И в варианте двигателя, например в гидравлическом забойном двигателе, может существовать поперечная составляющая осевого давления, которую несет трансмиссия.[7] The torque generated in the rotor (2) in the embodiment where the device is a motor, or required for the rotor (2) in the embodiment where the device is a pump, is a complex combination of pressure forces acting in the cavities (8) and reactive forces between the contact points between the stator (4) and the rotor (2). Its action is the rotation of the rotor (2) in the engine variant or the resistance to rotation in the pump variant. In both cases, there is also a resultant transverse force pushing the rotor (2) into the stator (4). The direction of this force is rotated with the rotation of the rotor (2). There is also a centrifugal force generated by the planetary motion of the rotor. And in a variant of the engine, for example in a downhole hydraulic motor, there may be a transverse component of the axial pressure that the transmission carries.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
[8] Обнаружено, что результатом действия на ротор сил, вдавливающих ротор в статор, может являться деформация упругой поверхности статора и создание зазора с одной стороны устройства. Если такое происходит, то текучая среда может проходить вдоль устройства между полостями с текучей средой. Результатом является уменьшение производительности и максимального давления насоса и уменьшение скорости вращения, а также ограничение развиваемого крутящего момента в варианте двигателя.[8] It was found that the result of the action on the rotor of the forces pushing the rotor into the stator can be the deformation of the elastic surface of the stator and the creation of a gap on one side of the device. If this happens, then the fluid may pass along the device between the cavities with the fluid. The result is a decrease in productivity and maximum pump pressure and a decrease in rotation speed, as well as a limitation of the developed torque in the engine version.
[9] Варианты осуществления, раскрытые в данном документе, можно использовать для преодоления некоторых ограничений известных шламовых насосов и других винтовых двигателей или насосов или по меньшей мере для создания альтернативы известным шламовым насосам и другим винтовым двигателям или насосам.[9] The embodiments disclosed herein can be used to overcome some of the limitations of known slurry pumps and other screw motors or pumps, or at least to provide an alternative to known slurry pumps and other screw motors or pumps.
[10] Согласно первому аспекту вариантов осуществления, раскрытых в данном документе, создан винтовой двигатель или насос, содержащий: ротор, статор и устройство регулирования или ограничения перемещения ротора относительно статора.[10] According to a first aspect of the embodiments disclosed herein, a screw motor or pump is provided, comprising: a rotor, a stator and a device for controlling or restricting the movement of the rotor relative to the stator.
[11] Как рассмотрено, поверхность ротора или статора можно выполнять из нежесткого материала для обеспечения образования уплотнения между входящими в контакт поверхностями ротора и статора, и в одном или нескольких вариантах осуществления перемещение ротора относительно статора регулируется или ограничивается для минимизации деформации нежесткого материала и последовательного открытия зазоров между входящими в контакт поверхностями ротора и статора.[11] As discussed, the surface of the rotor or stator can be made of non-rigid material to provide a seal between the contacting surfaces of the rotor and stator, and in one or more embodiments, the movement of the rotor relative to the stator is controlled or limited to minimize deformation of the non-rigid material and sequential opening the gaps between the contacting surfaces of the rotor and stator.
[12] В одном или нескольких вариантах осуществления перемещение ротора ограничивается для следования при вращении требуемой траектории.[12] In one or more embodiments, the movement of the rotor is limited to follow when the desired path is rotated.
[13] В одном или нескольких вариантах осуществления перемещение ротора ограничивается прецессионным устройством, сконструированным так, что может делать вращение ротора зависимым от положения ротора.[13] In one or more embodiments, the movement of the rotor is limited by a precession device designed so that it can make the rotation of the rotor dependent on the position of the rotor.
[14] В одном или нескольких вариантах осуществления прецессионное устройство состоит из снабженного зубьями колеса, соединенного с валом ротора, которое следует снабженной зубьями дорожке, соединенной со статором.[14] In one or more embodiments, the precession device consists of a gear wheel connected to a rotor shaft that follows a gear path connected to the stator.
[15] В одном или нескольких вариантах осуществления отношение числа заходов на колесе к числу заходов на дорожке является одинаковым с отношением числа заходов на роторе к числу заходов на статоре.[15] In one or more embodiments, the ratio of the number of entries on the wheel to the number of entries on the track is the same as the ratio of the number of entries on the rotor to the number of entries on the stator.
[16] В одном или нескольких вариантах осуществления снабженное зубьями колесо имеет деформируемый слой на наружной поверхности, взаимодействующей с дорожкой. Альтернативно или, кроме того, снабженная зубьями дорожка имеет деформируемый слой на поверхности, взаимодействующей со снабженными зубьями колесом.[16] In one or more embodiments, the toothed wheel has a deformable layer on an outer surface cooperating with the track. Alternatively, or in addition, the gear track has a deformable layer on a surface that interacts with the gear wheel.
[17] В одном или нескольких вариантах осуществления радиальное перемещение ротора относительно статора регулируется или ограничивается.[17] In one or more embodiments, the radial movement of the rotor relative to the stator is controlled or limited.
[18] В одном или нескольких вариантах осуществления перемещение геометрического центра ротора ограничивается заданной траекторией при использовании двигателя или насоса.[18] In one or more embodiments, the movement of the geometric center of the rotor is limited to a predetermined path when using an engine or pump.
[19] В одном или нескольких вариантах осуществления создан колесный узел на одном или нескольких местах для управления или ограничения перемещения ротора в статоре или по окружности статора.[19] In one or more embodiments, a wheel assembly is created at one or more locations to control or limit the movement of the rotor in the stator or around the circumference of the stator.
[20] В одном или нескольких вариантах осуществления колесный узел содержит колесо, установленное на валу ротора, причем колесо выполнено с возможностью обегать по окружности внутреннюю поверхность статора.[20] In one or more embodiments, the wheel assembly comprises a wheel mounted on a rotor shaft, wherein the wheel is configured to circle around the inner surface of the stator.
[21] В одном или нескольких вариантах осуществления наружный диаметр колеса равен диаметру внутренней поверхности статора минус удвоенное заданное максимальное смещение ротора от его геометрической центральной осевой линии.[21] In one or more embodiments, the outer diameter of the wheel is equal to the diameter of the inner surface of the stator minus twice the predetermined maximum displacement of the rotor from its geometric center line.
[22] Альтернативно колесный узел может содержать колесо, установленное на валу статора, причем колесо, выполненное с возможностью обегания ротором окружности наружной поверхности статора. Специалисту в данной области техники понятно, что в таком варианте осуществления внутренний компонент является неподвижно закрепленным (при этом становясь статором или стационарным элементом), при этом наружный компонент двигателя или насоса вращается (ротор или вращающийся элемент).[22] Alternatively, the wheel assembly may comprise a wheel mounted on the stator shaft, wherein the wheel is configured to rotor the circumference of the outer surface of the stator. One skilled in the art will recognize that in such an embodiment, the internal component is fixedly mounted (while becoming a stator or stationary element), while the external component of the motor or pump rotates (rotor or rotating element).
[23] В одном или нескольких вариантах осуществления наружный диаметр колеса равен диаметру внутренней поверхности ротора минус удвоенное заданное максимальное смещение ротора от его геометрической центральной осевой линии.[23] In one or more embodiments, the outer diameter of the wheel is equal to the diameter of the inner surface of the rotor minus twice the predetermined maximum displacement of the rotor from its geometric center line.
[24] В одном или нескольких вариантах осуществления колесный узел установлен на месте в двигателе или насосе, где профиль ротора и статора является по существу круглым. [24] In one or more embodiments, the wheel assembly is mounted in place in an engine or pump, where the profile of the rotor and stator is substantially circular.
[25] В одном или нескольких вариантах осуществления колесный узел дополнительно содержит подшипник для обеспечения относительного вращения между колесом и ротором. Подшипник может предпочтительно являться игольчатым подшипником.[25] In one or more embodiments, the wheel assembly further comprises a bearing for providing relative rotation between the wheel and the rotor. The bearing may preferably be a needle bearing.
[26] В одном или нескольких вариантах осуществления колесо имеет отверстия для обеспечения сквозного прохода через них текучей среды.[26] In one or more embodiments, the wheel has openings for allowing fluid to pass through them.
[27] В одном или нескольких вариантах осуществления взаимодействующие поверхности ротора и статора являются по существу жесткими в зоне колесного узла.[27] In one or more embodiments, the interacting surfaces of the rotor and stator are substantially rigid in the region of the wheel assembly.
[28] В одном или нескольких вариантах осуществления создается неподвижная вставка на одном или нескольких местах для управления или ограничения перемещения ротора в статоре или по его окружности.[28] In one or more embodiments, a stationary insert is created at one or more locations to control or limit the movement of the rotor in or around the stator.
[29] В одном или нескольких вариантах осуществления неподвижная вставка установлена в наружном элементе пары ротора и статора и имеет центральное отверстие, через которое может проходить вал внутреннего элемента пары ротора и статора, причем диаметр центрального отверстия подобран для ограничения радиального перемещения ротора относительно статора.[29] In one or more embodiments, the fixed insert is installed in the outer element of the rotor and stator pair and has a central hole through which the shaft of the inner element of the rotor and stator pair can pass, the diameter of the central hole being selected to limit the radial movement of the rotor relative to the stator.
[30] В одном или нескольких вариантах осуществления неподвижная вставка имеет дополнительно множество отверстий для обеспечения сквозного прохода через них текучей среды.[30] In one or more embodiments, the fixed insert has an additional plurality of openings to allow for fluid to pass through them.
[31] В одном или нескольких вариантах осуществления неподвижная вставка установлена на месте в двигателе или насосе, где профили ротора и/или статора являются по существу круглыми.[31] In one or more embodiments, the fixed insert is mounted in place in an engine or pump where the profiles of the rotor and / or stator are substantially circular.
[32] В одном или нескольких вариантах осуществления центральное отверстие является по существу круглым, так что вал ротора может обегать по окружности центральное отверстие, или ротор и неподвижная вставка может обегать по окружности статор.[32] In one or more embodiments, the central bore is substantially circular, such that the rotor shaft may circle the central bore, or the rotor and the fixed insert may circle the stator.
[33] В одном или нескольких вариантах осуществления создана компоновка приводного вала на одном или нескольких местах для управления или ограничения перемещения ротора в статоре или по его окружности.[33] In one or more embodiments, the drive shaft is configured at one or more locations to control or limit the movement of the rotor in or around the stator.
[34] В одном или нескольких вариантах осуществления компоновка приводного вала содержит: ведущий вал и ведомый вал, при этом вращение может передаваться, когда два вала непараллельны; и механизм ограничения угла между ведущим валом и ведомым валом, которым перемещение ротора относительно статора ограничивается.[34] In one or more embodiments, the drive shaft arrangement comprises: a drive shaft and a driven shaft, wherein rotation can be transmitted when two shafts are not parallel; and a mechanism for limiting the angle between the drive shaft and the driven shaft, which restricts the movement of the rotor relative to the stator.
[35] В одном или нескольких вариантах осуществления механизм ограничения угла между ведущим валом и ведомым валом является буферным кольцом.[35] In one or more embodiments, the mechanism for limiting the angle between the drive shaft and the driven shaft is a buffer ring.
[36] В одном или нескольких вариантах осуществления создается вращающаяся вставка на одном или нескольких местах для управления или ограничения перемещения ротора в статор.[36] In one or more embodiments, a rotating insert is created at one or more locations to control or limit the movement of the rotor into the stator.
[37] В одном или нескольких вариантах осуществления вращающаяся вставка установлена в статор и имеет отверстие, через которое вал ротора может проходить, причем отверстие смещается от центра вращающейся вставки так, что перемещение ротора ограничивается заданной траекторией.[37] In one or more embodiments, the rotary insert is installed in the stator and has an opening through which the rotor shaft can pass, the opening being offset from the center of the rotating insert so that the movement of the rotor is limited by a predetermined path.
[38] В одном или нескольких вариантах осуществления вращающаяся вставка свободно вращается в статоре.[38] In one or more embodiments, the rotatable insert rotates freely in the stator.
[39] В одном или нескольких вариантах осуществления ротор свободно вращается во вращающейся вставке.[39] In one or more embodiments, the rotor rotates freely in a rotating insert.
[40] В одном или нескольких вариантах осуществления оборудуется подшипник для обеспечения вращения вращающейся вставки и/или ротора.[40] In one or more embodiments, a bearing is equipped to allow rotation of the rotating insert and / or rotor.
[41] В одном или нескольких вариантах осуществления вращающаяся вставка содержит дополнительно множество отверстий для обеспечения сквозного прохода через них текучей среды.[41] In one or more embodiments, the rotatable insert further comprises a plurality of openings for allowing through passage of fluid therethrough.
[42] В одном или нескольких вариантах осуществления создается поршневой узел на одном или нескольких местах для управления или ограничения перемещения ротора в статоре или по его окружности.[42] In one or more embodiments, a piston assembly is created at one or more locations to control or limit the movement of the rotor in or around the stator.
[43] В одном или нескольких вариантах осуществления поршневой узел содержит множество обращенных внутрь поршней, разнесенных по окружности наружного элемента пары ротора и статора для управления перемещением ротора относительно статора. Поршни могут предпочтительно быть разнесены на равные интервалы по окружности наружного элемента пары ротора и статора.[43] In one or more embodiments, the piston assembly comprises a plurality of inwardly facing pistons spaced around the circumference of the outer member of the rotor and stator pair to control rotor movement relative to the stator. The pistons can preferably be spaced at equal intervals around the circumference of the outer element of the rotor and stator pair.
[44] В одном или нескольких вариантах осуществления поршни устанавливаются во вставке, которая сама устанавливается на наружном элементе пары ротора и статора.[44] In one or more embodiments, the pistons are mounted in an insert that is itself mounted on the outer member of the rotor and stator pair.
[45] В одном или нескольких вариантах осуществления наружный элемент пары ротора и статора локально утолщается в зонах установки поршней.[45] In one or more embodiments, the outer member of the rotor and stator pair locally thickens in the piston mounting areas.
[46] В одном или нескольких вариантах осуществления вставка снабжается множеством отверстий для обеспечения сквозного прохода через них текучей среды.[46] In one or more embodiments, the insert is provided with a plurality of openings to allow for fluid to pass through them.
[47] Согласно второму аспекту вариантов осуществления, раскрытых в данном документе, создан способ улучшения показателей работы винтового двигателя или насоса, содержащий этап регулирования или ограничения перемещения ротора относительно статора для минимизации открытия зазоров между ротором и статором.[47] According to a second aspect of the embodiments disclosed herein, a method for improving the performance of a screw motor or pump is provided, comprising the step of controlling or restricting the movement of the rotor relative to the stator to minimize opening of gaps between the rotor and the stator.
[48] В одном или нескольких вариантах осуществления регулирование или ограничение перемещения ротора относительно статора является дополнением к любому ограничению, обусловленному контактом со статором или соединением, выполненным с концами ротора.[48] In one or more embodiments, adjusting or restricting the movement of the rotor relative to the stator is in addition to any restriction due to contact with the stator or connection made at the ends of the rotor.
[49] В одном или нескольких вариантах осуществления радиальное перемещение ротора регулируется или ограничивается относительно статора.[49] In one or more embodiments, the radial movement of the rotor is controlled or limited relative to the stator.
[50] В одном или нескольких вариантах осуществления ротор управляется для следования заданной комбинации траектории и вращения с использованием прецессионного устройства.[50] In one or more embodiments, the rotor is controlled to follow a predetermined combination of trajectory and rotation using a precession device.
[51] В одном или нескольких вариантах осуществления перемещение геометрического центра ротора ограничивается заданной траекторией.[51] In one or more embodiments, the movement of the geometric center of the rotor is limited to a predetermined path.
[52] В одном или нескольких вариантах осуществления оборудуется колесо между ротором и статором для ограничения перемещения между ними.[52] In one or more embodiments, a wheel is provided between the rotor and the stator to limit movement between them.
[53] В одном или нескольких вариантах осуществления оборудуется неподвижная вставка между ротором и статором для ограничения перемещения между ними.[53] In one or more embodiments, a stationary insert between the rotor and the stator is equipped to limit movement between them.
[54] В одном или нескольких вариантах осуществления приводной вал соединяется с ротором для ограничения относительного перемещения между ротором и статором.[54] In one or more embodiments, the drive shaft is coupled to the rotor to limit relative movement between the rotor and the stator.
[55] В одном или нескольких вариантах осуществления вращающаяся вставка оборудуется между ротором и статором, причем вставка имеет отверстие, смещенное от своего центра, через которое проходит вал ротора, для ограничения относительного перемещения между ротором и статором.[55] In one or more embodiments, the rotating insert is equipped between the rotor and the stator, the insert having an opening offset from its center through which the rotor shaft extends to limit relative movement between the rotor and the stator.
[56] В одном или нескольких вариантах осуществления поршневое устройство оборудуется между ротором и статором для ограничения перемещения между ними.[56] In one or more embodiments, a piston device is provided between the rotor and the stator to limit movement between them.
[57] В другом аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к способу бурения ствола скважины через подземный пласт. Способ может включать в себя: пропуск бурового раствора через компоновку гидравлического забойного двигателя, причем компоновка гидравлического забойного двигателя содержит винтовой двигатель, имеющий ближний конец и дальний конец, двигатель содержит: статор и ротор, при этом поверхность статора выполнена из нежесткого материала для обеспечения образования уплотнения между входящими в контакт поверхностями ротора и статора; по меньшей мере одно устройство, установленное вблизи по меньшей мере одного из ближнего конца и дальнего конца, причем по меньшей мере одно устройство ограничивает радиальное и/или тангенциальное перемещение ротора относительно статора; и бурение пласта с применением бурового долота, напрямую или ненапрямую соединенного с ротором.[57] In another aspect, embodiments disclosed herein relate to a method for drilling a wellbore through an underground formation. The method may include: passing the drilling fluid through the layout of the hydraulic downhole motor, the layout of the hydraulic downhole motor comprising a screw motor having a proximal end and a distal end, the motor comprising: a stator and a rotor, the stator surface being made of non-rigid material to provide a seal between the contacting surfaces of the rotor and stator; at least one device mounted near at least one of the proximal end and the distal end, and at least one device limits the radial and / or tangential movement of the rotor relative to the stator; and drilling the formation using a drill bit directly or indirectly connected to the rotor.
[58] В другом аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к компоновке гидравлического забойного двигателя, содержащей винтовой двигатель, имеющий впускной конец и выпускной конец. Двигатель может включать в себя: статор и ротор, при этом поверхность статора выполнена из нежесткого материала для обеспечения образования уплотнения между входящими в контакт поверхностями ротора и статора; по меньшей мере одно устройство, установленное вблизи по меньшей мере одного впускного конца и выпускного конца, причем по меньшей мере одно устройство ограничивает радиальное и/или тангенциальное перемещение ротора относительно статора.[58] In another aspect, embodiments disclosed herein relate to a downhole hydraulic motor assembly comprising a screw motor having an inlet end and an outlet end. The motor may include: a stator and a rotor, wherein the stator surface is made of non-rigid material to provide a seal between the contacting surfaces of the rotor and stator; at least one device mounted near at least one inlet end and outlet end, and at least one device limits the radial and / or tangential movement of the rotor relative to the stator.
[59] В другом аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к бурильной компоновке. Бурильная компоновка может включать в себя: компоновку гидравлического забойного двигателя, содержащую винтовой двигатель, имеющий ближний конец и дальний конец, включающий в себя: статор и ротор, при этом поверхность статора выполнена из нежесткого материала для обеспечения образования уплотнения между входящими в контакт поверхностями ротора и статора; по меньшей мере одно устройство, установленное вблизи по меньшей мере одного из ближнего конца и дальнего конца, причем по меньшей мере одно устройство ограничивает радиальное и/или тангенциальное перемещение ротора относительно статора; и выходной вал двигателя, напрямую или ненапрямую соединенный с дальним концом ротора; и буровое долото, напрямую или ненапрямую соединенное с дальним концом выходного вала двигателя.[59] In another aspect, embodiments disclosed herein relate to a drilling assembly. The drill assembly may include: a hydraulic downhole motor assembly comprising a screw motor having a proximal end and a distal end including: a stator and a rotor, wherein the stator surface is made of a non-rigid material to provide a seal between the contacting surfaces of the rotor and stator; at least one device mounted near at least one of the proximal end and the distal end, and at least one device limits the radial and / or tangential movement of the rotor relative to the stator; and an output shaft of the engine directly or indirectly connected to the distal end of the rotor; and a drill bit directly or indirectly connected to the distal end of the motor output shaft.
[60] В другом аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к компоновке винтового двигателя или насоса, имеющей впускной конец и выпускной конец. Двигатель или насос может включать в себя: внутренний элемент, установленный в наружном элементе, один представляющий собой статор, и другой - ротор, при этом поверхность ротора или статора выполнена из нежесткого материала для обеспечения образования уплотнения между входящими в контакт поверхностями ротора и статора; по меньшей мере одно устройство, установленное вблизи по меньшей мере одного из впускного конца и выпускного конца, причем по меньшей мере одно устройство ограничивает радиальное и/или тангенциальное перемещение ротора относительно статора.[60] In another aspect, embodiments disclosed herein relate to a screw motor or pump arrangement having an inlet end and an outlet end. The motor or pump may include: an internal element mounted in the external element, one representing the stator, and the other a rotor, wherein the surface of the rotor or stator is made of non-rigid material to provide a seal between the contacting surfaces of the rotor and stator; at least one device mounted near at least one of the inlet end and the outlet end, and at least one device restricts radial and / or tangential movement of the rotor relative to the stator.
[61] В другом аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к способу изготовления винтового двигателя или насоса, имеющего впускной конец и выпускной конец, причем способ содержит: установку внутреннего элемента в наружном элементе, одного, представляющего собой статор, и другого - ротор; причем внутренний элемент имеет участок с фасонной винтовой наружной поверхностью; причем наружный элемент содержит первый участок с фасонной винтовой внутренней поверхностью и по меньшей мере один второй участок с круглой внутренней поверхностью, причем по меньшей мере один второй участок расположен вблизи по меньшей мере одного из впускного конца и выпускного конца и является соосным с первым участком; функциональное соединение по меньшей мере одного устройства для сдерживания радиального и/или тангенциального перемещения ротора относительно статора по меньшей мере с одним из внутреннего элемента и наружного элемента на отрезке длины соответствующего по меньшей мере одного второго участка.[61] In another aspect, embodiments disclosed herein relate to a method of manufacturing a screw motor or pump having an inlet end and an outlet end, the method comprising: installing an internal element in an external element, one representing a stator and the other rotor; moreover, the inner element has a section with a shaped screw outer surface; moreover, the outer element contains a first section with a shaped helical inner surface and at least one second section with a circular inner surface, and at least one second section is located near at least one of the inlet end and the outlet end and is coaxial with the first section; the functional connection of at least one device for restraining the radial and / or tangential movement of the rotor relative to the stator with at least one of the inner element and the outer element on a length segment of the corresponding at least one second section.
[62] В другом аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к способу изготовления наружного элемента винтового двигателя или насоса, например, статора для гидравлического забойного двигателя, причем способ содержит: совмещение трубчатого наружного элемента с устройством литья под давлением, станочную обработку и/или напыление покрытия, при этом осевая линия трубчатого наружного элемента и осевая линия устройства могут быть совмещенными или несовмещенными; выполнение литьем под давлением, станочной обработкой и/или напылением покрытия первого внутреннего участка наружного элемента для создания фасонной винтовой внутренней поверхности и по меньшей мере одного второго внутреннего участка с внутренней поверхностью приблизительно постоянного внутреннего диаметра и соосной с первым внутренним участком, при этом второй внутренний участок выполняется с возможностью размещения устройства ограничения радиального и/или тангенциального перемещения внутреннего элемента, установленного в нем.[62] In another aspect, embodiments disclosed herein relate to a method of manufacturing an external element of a screw motor or pump, for example, a stator for a hydraulic downhole motor, the method comprising: combining the tubular external element with an injection molding device, machining, and / or coating spraying, wherein the axial line of the tubular outer element and the axial line of the device may be combined or not aligned; injection molding, machining and / or spraying the coating of the first inner portion of the outer element to create a shaped screw inner surface and at least one second inner portion with an inner surface of approximately constant inner diameter and coaxial with the first inner portion, the second inner portion is configured to accommodate a device for limiting radial and / or tangential displacement of an internal element installed therein.
[63] В другом аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к компоновке гидравлического забойного двигателя, включающей в себя винтовой двигатель, имеющий ближний конец и дальний конец, причем двигатель имеет: статор и ротор; и по меньшей мере одно устройство, установленное вблизи по меньшей мере одного из ближнего конца и дальнего конца, причем по меньшей мере одно устройство ограничивает радиальное и/или тангенциальное перемещение ротора относительно статора; при этом статор содержит контактную поверхность, выполненную из жесткого материала.[63] In another aspect, embodiments disclosed herein relate to a downhole hydraulic motor assembly including a screw motor having a proximal end and a distal end, the motor having: a stator and a rotor; and at least one device mounted near at least one of the proximal end and the distal end, and at least one device restricts radial and / or tangential movement of the rotor relative to the stator; wherein the stator contains a contact surface made of rigid material.
[64] В другом аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к управляемой по направлению буровой головке, регулируемому отклоняющему переводнику, компоновке низа бурильной колонны или стабилизатору, содержащим компоновку гидравлического забойного двигателя, описанную выше, включающую в себя винтовой двигатель, имеющий ближний конец и дальний конец, причем двигатель имеет: статор и ротор; и по меньшей мере одно устройство, установленное вблизи по меньшей мере одного из ближнего конца и дальнего конца, причем по меньшей мере одно устройство ограничивает радиальное и/или тангенциальное перемещение ротора относительно статора; при этом статор содержит контактную поверхность, выполненную из жесткого материала.[64] In another aspect, embodiments disclosed herein relate to a directionally guided drill head, an adjustable deflecting sub, a bottom drill string assembly, or a stabilizer comprising a hydraulic downhole motor assembly described above including a screw motor having a proximal the end and the far end, and the engine has: a stator and a rotor; and at least one device mounted near at least one of the proximal end and the distal end, and at least one device restricts radial and / or tangential movement of the rotor relative to the stator; wherein the stator contains a contact surface made of rigid material.
[65] В другом аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к способу бурения ствола скважины через подземный пласт, причем способ включает в себя: пропуск бурового раствора через компоновку гидравлического забойного двигателя, описанную выше и включающую в себя винтовой двигатель, имеющий ближний конец и дальний конец, причем двигатель имеет: статор и ротор; и по меньшей мере одно устройство, установленное вблизи по меньшей мере одного из ближнего конца и дальнего конца, причем по меньшей мере одно устройство ограничивает радиальное и/или тангенциальное перемещение ротора относительно статора; при этом статор содержит контактную поверхность, выполненную из жесткого материала. В других аспектах варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к способу бурения ствола скважины через подземный пласт, причем способ включает в себя: пропуск бурового раствора через управляемую по направлению буровую головку, регулируемый отклоняющий переводник, компоновку низа бурильной колонны или стабилизатор, включающие в себя такую компоновку гидравлического забойного двигателя. Пласт затем бурят с использованием бурового долота, напрямую или ненапрямую соединенного с ротором.[65] In another aspect, embodiments disclosed herein relate to a method of drilling a borehole through an underground formation, the method including: passing the drilling fluid through a hydraulic downhole motor assembly described above and including a screw motor having a proximal the end and the far end, and the engine has: a stator and a rotor; and at least one device mounted near at least one of the proximal end and the distal end, and at least one device restricts radial and / or tangential movement of the rotor relative to the stator; wherein the stator contains a contact surface made of rigid material. In other aspects, embodiments disclosed herein relate to a method of drilling a borehole through a subterranean formation, the method comprising: passing the drilling fluid through a directionally controlled drill head, an adjustable deflection sub, a bottom hole assembly, or a stabilizer, including such a layout of a downhole hydraulic motor. The formation is then drilled using a drill bit directly or indirectly connected to the rotor.
[66] В другом аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к бурильной компоновке, включающей в себя компоновку гидравлического забойного двигателя, описанную выше и включающую в себя винтовой двигатель, имеющий ближний конец и дальний конец, причем двигатель имеет: статор и ротор; и по меньшей мере одно устройство, установленное вблизи по меньшей мере одного из ближнего конца и дальнего конца, причем по меньшей мере одно устройство ограничивает радиальное и/или тангенциальное перемещение ротора относительно статора; при этом статор содержит контактную поверхность, выполненную из жесткого материала. В других аспектах варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к бурильной компоновке, включающей в себя управляемую по направлению буровую головку, регулируемый отклоняющий переводник, компоновку низа бурильной колонны или стабилизатор, включающий в себя такую компоновку гидравлического забойного двигателя.[66] In another aspect, embodiments disclosed herein relate to a drilling assembly including a hydraulic downhole motor assembly described above and including a screw motor having a proximal end and a distal end, the motor having: a stator and a rotor ; and at least one device mounted near at least one of the proximal end and the distal end, and at least one device restricts radial and / or tangential movement of the rotor relative to the stator; wherein the stator contains a contact surface made of rigid material. In other aspects, embodiments disclosed herein relate to a drilling assembly including a directionally guided drill head, an adjustable deflection sub, a drill string assembly, or a stabilizer incorporating such a hydraulic downhole motor assembly.
[67] В другом аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к компоновке гидравлического забойного двигателя, содержащей винтовой двигатель, причем двигатель включает в себя: статор и ротор; при этом статор и ротор содержат контактную поверхность, выполненную из жесткого материала.[67] In another aspect, embodiments disclosed herein relate to a downhole hydraulic motor arrangement comprising a screw motor, the motor including: a stator and a rotor; wherein the stator and rotor comprise a contact surface made of rigid material.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[68] Двигатели и насосы, раскрытые в данном документе, описаны ниже только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.[68] The motors and pumps disclosed herein are described by way of example only with reference to the accompanying drawings, in which the following is shown.
На фиг. 1 показано сечение нескольких известных роторов.In FIG. 1 shows a cross section of several known rotors.
На фиг. 2 показано сечение нескольких известных статоров.In FIG. 2 shows a cross section of several known stators.
На фиг. 3 показано сечение известного винтового двигателя или насоса.In FIG. 3 shows a cross section of a known screw motor or pump.
На фиг. 4 показано продольное сечение известного винтового двигателя или насоса.In FIG. 4 shows a longitudinal section of a known screw motor or pump.
На фиг. 5 показано сечение первого варианта осуществления двигателя или насоса с устройством регулирования или ограничения радиального перемещения ротора относительно статора.In FIG. 5 shows a cross section of a first embodiment of an engine or pump with a device for controlling or limiting radial movement of the rotor relative to the stator.
На фиг. 6 показано продольное сечение винтового двигателя или насоса, оснащенного устройством фиг. 5.In FIG. 6 shows a longitudinal section of a screw motor or pump equipped with the device of FIG. 5.
На фиг. 7 показано сечение второго варианта осуществления двигателя или насоса с устройством регулирования или ограничения радиального перемещения ротора относительно статора.In FIG. 7 shows a cross section of a second embodiment of an engine or pump with a device for controlling or limiting the radial movement of the rotor relative to the stator.
На фиг. 8 показано сечение третьего варианта осуществления двигателя или насоса с устройством регулирования или ограничения радиального перемещения ротора относительно статора.In FIG. 8 shows a cross section of a third embodiment of an engine or pump with a device for controlling or limiting the radial movement of the rotor relative to the stator.
На фиг. 9 показано сечение четвертого варианта осуществления двигателя или насоса с устройством регулирования или ограничения радиального перемещения ротора относительно статора.In FIG. 9 shows a cross section of a fourth embodiment of an engine or pump with a device for controlling or limiting the radial movement of the rotor relative to the stator.
На фиг. 10 показано сечение пятого варианта осуществления двигателя или насоса с устройством регулирования или ограничения радиального перемещения ротора относительно статора.In FIG. 10 shows a cross section of a fifth embodiment of an engine or pump with a device for controlling or limiting radial movement of the rotor relative to the stator.
На фиг. 11A-11C показаны поперечные и продольные сечения лейнера, выполненного с возможностью поддержания соосности устройства для ограничения перемещения ротора относительно статора согласно вариантам осуществления, раскрытым в данном документе.In FIG. 11A-11C show transverse and longitudinal sections of a liner configured to coaxialize a device for restricting the movement of the rotor relative to the stator according to the embodiments disclosed herein.
На фиг. 12A показано сечение первого варианта осуществления двигателя или насоса с устройством для отслеживания траектории и вращения ротора относительно статора.In FIG. 12A shows a cross section of a first embodiment of a motor or pump with a device for tracking the path and rotation of the rotor relative to the stator.
На фиг. 12B показано продольное сечение части винтового двигателя или насоса, оснащенного устройством фиг. 12A.In FIG. 12B is a longitudinal sectional view of part of a screw motor or pump equipped with the device of FIG. 12A.
На фиг. 13-15 показаны различные компоновки гидравлического забойного двигателя/бурильные компоновки с одним или несколькими устройствами отслеживания траектории и вращения ротора относительно статора.In FIG. 13-15 show various downhole hydraulic motor / drilling arrangements with one or more trajectory and rotor tracking devices relative to the stator.
На фиг. 16-18 показаны роторы и статоры, применимые в гидравлических забойных двигателях, согласно вариантам осуществления, раскрытым в данном документе.In FIG. 16-18 illustrate rotors and stators applicable in downhole hydraulic motors according to the embodiments disclosed herein.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[69] В вариантах осуществления двигателей или насосов, раскрытых в данном документе, ротор удерживается для совершения заданного перемещения, другими словами, ограничивается траектория перемещения геометрического центра ротора, и в некоторых случаях вращение ограничивается данной траекторией. Хотя показаны различные варианты осуществления, понятно, что другие системы регулирования или ограничения радиального и/или тангенциального перемещения ротора относительно статора можно также конструировать в объеме настоящего изобретения. Перемещение ротора относительно статора в общем ограничено только характеристической упругой деформацией материалов, применяемых для изготовления ротора и статора (например, прогибом/сжатием резинового покрытия статора и т. д.). При использовании в данном документе сдерживание перемещения ротора относительно статора относится к недопущению или ограничению перемещения, превышающего приводящее к характеристичной упругой деформации или допустимое для материалов, применяемых для изготовления ротора и статора, во время работы последних.[69] In the embodiments of the motors or pumps disclosed herein, the rotor is held to perform a predetermined movement, in other words, the path of the geometric center of the rotor is limited, and in some cases, rotation is limited by this path. Although various embodiments are shown, it is understood that other systems for controlling or restricting the radial and / or tangential movement of the rotor relative to the stator can also be designed within the scope of the present invention. The movement of the rotor relative to the stator is generally limited only by the characteristic elastic deformation of the materials used to manufacture the rotor and stator (for example, deflection / compression of the rubber coating of the stator, etc.). When used herein, restraint of rotor movement relative to the stator refers to preventing or restricting movement greater than that leading to characteristic elastic deformation or acceptable for materials used to make the rotor and stator during operation of the latter.
[70] Понятно, что показанные варианты осуществления имеют ротор как компонент, который вращается в статоре, и большинство насосов и двигателей сконструированы по такой схеме, но варианты осуществления также работают, если внутренний компонент является неподвижным и наружный компонент вращается.[70] It is understood that the embodiments shown have a rotor as a component that rotates in the stator, and most pumps and motors are designed in this way, but embodiments also work if the internal component is stationary and the external component rotates.
[71] На фиг. 5 и 6 показан первый вариант осуществления устройства (20) регулирования или ограничения радиального перемещения ротора (22) относительно статора (24). Устройство содержит колесный узел (20) для использования в одном или нескольких местах на роторе (22). Сечение колесного узла (20) показано на фиг. 5.[71] In FIG. 5 and 6 show a first embodiment of a device (20) for regulating or limiting the radial movement of the rotor (22) relative to the stator (24). The device comprises a wheel assembly (20) for use in one or more places on the rotor (22). A section of the wheel assembly (20) is shown in FIG. 5.
[72] Поддерживающее колесо (26) опирается на вал ротора (22) с помощью игольчатого подшипника (28), хотя другие подходящие подшипники можно также использовать, например, роликовые подшипники или подшипники скольжения. В некоторых вариантах осуществления подшипники (28) являются подшипниками скольжения, содержащими карбид кремния, карбид вольфрама, нитрид кремния или другие аналогичные износостойкие материалы. Поддерживающее колесо можно изготавливать из стали или других материалов, подходящих для расчетной среды. Наружная поверхность поддерживающего колеса (26) выполняется с возможностью скольжения или качения по внутренней поверхности корпуса (24) статора на месте, где профиль является приблизительно круглым. Разность радиусов поддерживающего колеса (26) и внутренней поверхности корпуса (24) статора определяет максимальное смещение оси ротора от оси статора. Поддерживающее колесо (26) имеет каналы (27), встроенные в него, для увеличения площади прохода текучей среды вдоль устройства, каналы могут иметь любые число или форму, при условии достаточного размера для пропуска твердых частиц, которые могут находиться в рабочей текучей среде или перекачиваемой текучей среде. Корпус (24) статора имеет круглый профиль на месте контакта с колесом (26) с подшипником, так что осевая линия вала ротора (22) должна удерживаться приблизительно в круге фиксированного радиуса, что помогает предотвращению открытия зазоров между поверхностями ротора (22) и статора (24). На фиг. 6 показано продольное сечение двигателя или насоса, оснащенного колесным узлом (20) фиг. 5 только на одном конце, хотя дополнительные колесные узлы можно установить в дополнительных местах.[72] The support wheel (26) is supported on the rotor shaft (22) by a needle bearing (28), although other suitable bearings can also be used, for example, roller bearings or plain bearings. In some embodiments, bearings (28) are plain bearings containing silicon carbide, tungsten carbide, silicon nitride, or other similar wear resistant materials. The support wheel can be made of steel or other materials suitable for the design environment. The outer surface of the support wheel (26) is slidable or rolling on the inner surface of the stator housing (24) in a place where the profile is approximately circular. The difference between the radii of the supporting wheel (26) and the inner surface of the stator housing (24) determines the maximum displacement of the rotor axis from the stator axis. The support wheel (26) has channels (27) built into it, to increase the area of fluid passage along the device, the channels can be of any number or shape, provided that they are large enough to allow the passage of solid particles that may be in the working fluid or pumped fluid. The stator housing (24) has a circular profile at the point of contact with the wheel (26) with the bearing, so that the axial line of the rotor shaft (22) should be kept approximately in a circle of a fixed radius, which helps to prevent the opening of gaps between the surfaces of the rotor (22) and the stator ( 24). In FIG. 6 shows a longitudinal section of an engine or pump equipped with a wheel assembly (20) of FIG. 5 only at one end, although additional wheel assemblies can be installed in additional locations.
[73] В некоторых вариантах осуществления поддерживающее колесо (26) может скользить или катиться в контакте с внутренней поверхностью самого цилиндра статора. В других вариантах осуществления поддерживающее колесо (26) может скользить или катиться в контакте с покрытием, нанесенным на внутреннюю поверхность цилиндра статора. Во время изготовления некоторых статоров внутренняя поверхность цилиндра, такая как поверхность трубы, снабжается покрытием, например, с помощью нанесения или набрызга материала покрытия на внутреннюю поверхность цилиндра. Вместе с тем, вследствие сложности процесса изготовления статора, соосность полученного статора с цилиндром статора невозможно гарантировать. Таким образом, получающееся во время изготовления внутреннее покрытие (90) статора может смещаться от осевой линии (92) цилиндра статора (94), как показано на фиг. 11A, где полученный лейнер имеет осевую линию (96), смещенную от осевой линии (92) цилиндра статора (94). Как отмечено выше, наружная поверхность поддерживающего колеса (26) выполнена с возможностью скольжения или качения по внутренней поверхности корпуса (24) статора, где профиль является приблизительно круглым. Поддерживающее колесо (26) должно при этом скользить или катиться по внутренней поверхности материала покрытия так, что поддерживающее колесо (26) скользит или катится с осевой линией, совпадающей с осевой линией лейнера статора (т. е. выставляется по одной линии с лейнером статора и ротором, но не с цилиндром статора). Изготовление статора для использования с колесом (26) с подшипником может таким образом включать в себя устройство покрытия, литье под давлением или изготовление станочной обработкой участка (98) постоянного диаметра (например, из резины толщиной от 1,6 мм (1/16 дюйма) до 12,8 мм (1/2 дюйма) на одном или обоих концах статора, как показано на фиг. 11B и 11C, для обеспечения удержания в нужных пределах колеса (26) с подшипником на траектории ротора и получения требуемого преимущества.[73] In some embodiments, the support wheel (26) may slide or roll in contact with the inner surface of the stator cylinder itself. In other embodiments, the support wheel (26) may slide or roll in contact with a coating applied to the inner surface of the stator cylinder. During the manufacture of some stators, the inner surface of the cylinder, such as the surface of the pipe, is coated, for example, by applying or spraying the coating material on the inner surface of the cylinder. However, due to the complexity of the stator manufacturing process, the alignment of the obtained stator with the stator cylinder cannot be guaranteed. Thus, the stator inner coating (90) obtained during manufacture can be offset from the center line (92) of the stator cylinder (94), as shown in FIG. 11A, where the obtained liner has an axial line (96) offset from the axial line (92) of the stator cylinder (94). As noted above, the outer surface of the support wheel (26) is adapted to slide or roll along the inner surface of the stator housing (24), where the profile is approximately circular. In this case, the supporting wheel (26) must slide or roll along the inner surface of the coating material so that the supporting wheel (26) slides or rolls with an axial line coinciding with the axial line of the stator liner (i.e., it is aligned with the stator liner and rotor, but not with the stator cylinder). The manufacture of a stator for use with a wheel (26) with a bearing may thus include a coating device, injection molding, or machining of a portion (98) of a constant diameter (e.g., rubber from a thickness of 1.6 mm (1/16 inch) up to 12.8 mm (1/2 inch) at one or both ends of the stator, as shown in Fig. 11B and 11C, to ensure that the wheels (26) with the bearing along the path of the rotor are held in the correct range and obtain the desired advantage.
[74] Как отмечено выше, разность радиусов поддерживающего колеса (26) и внутренней поверхности корпуса (24) статора определяет максимальное смещение оси ротора от оси статора. Кроме того, для надлежащего функционирования поддерживающее колесо (26) должно поддерживать взаимосвязь для скольжения и/или качения с внутренней поверхностью статора для постоянного сдерживания ротора при его вращении, т.е. поддержания контакта при вращении на все 360°. Вследствие внецентренного вращения ротора отношение диаметра поддерживающего колеса (26) к диаметру внутренней поверхности статора (90) является важной переменной, где неправильное отношение может приводить к неустановившемуся контакту поддерживающего колеса с внутренней поверхностью статора, т.е. взаимосвязи без качения или без скольжения.[74] As noted above, the difference between the radii of the supporting wheel (26) and the inner surface of the stator housing (24) determines the maximum displacement of the rotor axis from the stator axis. In addition, for proper functioning, the support wheel (26) must maintain a relationship for sliding and / or rolling with the inner surface of the stator to constantly restrain the rotor during its rotation, i.e. maintaining contact when rotating all 360 °. Due to the eccentric rotation of the rotor, the ratio of the diameter of the supporting wheel (26) to the diameter of the inner surface of the stator (90) is an important variable, where an incorrect ratio can lead to unsteady contact of the supporting wheel with the inner surface of the stator, i.e. interconnections without rolling or without sliding.
[75] В дополнение к диаметру длина поддерживающего колеса (26) должна также являться достаточной для эксплуатации при боковых нагрузках, прикладываемых вследствие биения ротора. Поддерживающее колесо (26) должно иметь достаточную длину для соответствия конструктивным требованиям. Длина поддерживающего колеса (26) может при этом зависеть от числа заходов, крутящего момента двигателя/насоса и других переменных, известных специалисту в данной области техники, и может также ограничиваться имеющимся пространством между ротором и приводным валом.[75] In addition to the diameter, the length of the support wheel (26) should also be sufficient for operation under lateral loads applied due to runout of the rotor. The support wheel (26) must be of sufficient length to meet the design requirements. The length of the support wheel (26) may depend on the number of starts, the torque of the engine / pump and other variables known to the person skilled in the art, and may also be limited by the available space between the rotor and the drive shaft.
[76] Поддерживающее колесо (26) ограничивает величину биения, создаваемого внецентренным вращением ротора. Данное, в свою очередь, может ограничивать образование зазоров прохода потока по длине двигателя/насоса, ограничивая сжатие или прогиб во внутреннем покрытии статора, например, из резины или другого упругого материала. В некоторых вариантах осуществления поддерживающее колесо может ограничивать прогиб внутреннего покрытия статора величиной меньше 0,64 мм (0,025 дюйма), величиной меньше 0,5 мм (0,02 дюйма) в других вариантах осуществления и величиной меньше 0,38 мм (0,015 дюйма) в других вариантах осуществления. Аналогичные пределы прогиба можно также получить, применяя другие варианты осуществления, раскрытые в данном документе.[76] The support wheel (26) limits the amount of runout created by the eccentric rotation of the rotor. This, in turn, can limit the formation of gaps in the flow passage along the length of the motor / pump, limiting compression or deflection in the inner coating of the stator, for example, from rubber or other elastic material. In some embodiments, the support wheel may limit the deflection of the inner stator coating to less than 0.64 mm (0.025 inches), less than 0.5 mm (0.02 inches) in other embodiments, and less than 0.38 mm (0.015 inches) in other embodiments. Similar deflection limits can also be obtained using other embodiments disclosed herein.
[77] Поддерживающее колесо (26), как описано выше, создает радиальное ограничение движения ротора, удерживая ротор в контакте со статором (т.е. создавая при смещении контактную силу, не препятствующую генерированию крутящего момента). Полученная в результате уменьшенная нормальная сила в точке контакта между ротором и статором может уменьшать силы торможения, улучшая сжатие на контактных точках с минимизацией путей протечки. Ограничивая образование зазоров прохода потока (путей протечки) вдоль длины ротора, можно уменьшить потери давления, увеличивая выходную мощность двигателя. Кроме того, ограничение движения ротора может уменьшить износ статора, в особенности вблизи верха заходов, где тангенциальные скорости являются самыми высокими.[77] The support wheel (26), as described above, creates a radial restriction of the movement of the rotor by holding the rotor in contact with the stator (ie, creating a contact force when displaced that does not interfere with the generation of torque). The resulting reduced normal force at the contact point between the rotor and stator can reduce braking forces, improving compression at the contact points with minimizing leakage paths. By limiting the formation of flow passage gaps (leak paths) along the length of the rotor, pressure losses can be reduced by increasing the output power of the engine. In addition, restricting the movement of the rotor can reduce stator wear, especially near the top of approaches, where the tangential speeds are the highest.
[78] На фиг. 7 показан второй вариант осуществления устройства (30) регулирования или ограничения перемещения ротора (32) относительно статора (34), в котором неподвижная вставка (36) установлена внутри статора (34). Неподвижную вставку (36) можно оборудовать на одном или нескольких местах в статоре (34). Неподвижная вставка (36) имеет центральное отверстие (38) или аналогичное сужение внутреннего диаметра статора (34) для ограничения радиального перемещения ротора (32) относительно статора (34). Неподвижная вставка (36) может также содержать множество отверстий (37) для обеспечения прохода текучей среды вдоль двигателя или насоса. Неподвижная вставка (36) обеспечивает сдерживание вала ротора (32), при котором осевая линия должна оставаться приблизительно в круге фиксированного радиуса, что помогает предотвращать открытие зазоров между поверхностями ротора (32) и статора (34).[78] In FIG. 7 shows a second embodiment of a device (30) for controlling or restricting the movement of the rotor (32) relative to the stator (34), in which a fixed insert (36) is installed inside the stator (34). The fixed insert (36) can be equipped at one or more places in the stator (34). The fixed insert (36) has a central opening (38) or a similar narrowing of the inner diameter of the stator (34) to limit the radial movement of the rotor (32) relative to the stator (34). The fixed insert (36) may also comprise a plurality of holes (37) to allow fluid to flow along the motor or pump. The fixed insert (36) ensures that the rotor shaft (32) is held back so that the center line should remain approximately in a circle of a fixed radius, which helps to prevent the opening of gaps between the surfaces of the rotor (32) and the stator (34).
[79] Аналогично вариантам осуществления фиг. 5, 6 и 11 неподвижная вставка (36), как показано на фиг. 7, может размещаться в литом профиле статора так, что неподвижная вставка (36) располагается соосно с лейнером статора (32). В некоторых вариантах осуществления неподвижная вставка (36) может являться поднятым участком литого профиля статора. В некоторых вариантах осуществления отношение диаметра неподвижной вставки (36) к диаметру ротора (32) может являться таким, что получается диаметр правильного или чистого качения. Подшипники можно также использовать для обеспечения скольжения между неподвижной вставкой (36) и ротором (32), где соотношение диаметра правильного качения не используется. Аналогичные указанным выше проблемы, касающиеся путей потока, требований по крутящему моменту и длине вставок, должны решаться при сдерживании ротора согласно варианту осуществления фиг. 7. В отношении требований по крутящему моменту, в некоторых вариантах осуществления может потребоваться увеличенное сечение ротора вблизи неподвижной вставки (36) вместо сужения сечения ротора для создания взаимосвязи скольжения или качения.[79] Similar to the embodiments of FIG. 5, 6 and 11, the stationary insert (36), as shown in FIG. 7 can be placed in the molded stator profile so that the fixed insert (36) is aligned with the stator liner (32). In some embodiments, the fixed insert (36) may be a raised portion of the cast stator profile. In some embodiments, the ratio of the diameter of the fixed insert (36) to the diameter of the rotor (32) may be such that a diameter of a regular or clean rolling is obtained. Bearings can also be used to provide sliding between the stationary insert (36) and the rotor (32), where the ratio of the diameter of the correct rolling is not used. Similar problems to the above with regard to flow paths, torque requirements and insert lengths should be solved by holding the rotor in accordance with the embodiment of FIG. 7. With regard to torque requirements, in some embodiments, an increased rotor section near the stationary insert (36) may be required instead of narrowing the rotor section to create a sliding or rolling relationship.
[80] Третий вариант осуществления устройства (40) регулирования или ограничения перемещения ротора (42) относительно статора (44) показан на фиг. 8. Модифицированный приводной вал (43) оборудован на одном конце ротора (42) для ограничения радиального перемещения ротора (42). Аналогичный шарнирный вал можно также оборудовать на другом конце для ограничения радиального перемещения ротора (42). Угол шарнирного соединения на одном конце приводного вала (43) может ограничивать, например, буферное кольцо (46), прикрепленное к выходному валу в варианте двигателя (45) или входному валу в варианте насоса (45) так, что при входе в контакт устанавливается ограничение на радиальное перемещение ротора. Эквивалентный вариант осуществления может иметь буферное кольцо (46), прикрепленное к ротору (42), которое должно аналогично ограничивать радиальное перемещение ротора (42). Приводной вал (43) обеспечивает ограничение перемещения осевой линии вала ротора для удержания приблизительно в круге фиксированного радиуса, что помогает предотвращению открытия зазоров между поверхностями ротора и статора.[80] A third embodiment of a device (40) for controlling or restricting the movement of the rotor (42) relative to the stator (44) is shown in FIG. 8. A modified drive shaft (43) is equipped at one end of the rotor (42) to limit the radial movement of the rotor (42). A similar articulated shaft can also be equipped at the other end to limit the radial movement of the rotor (42). The swivel angle at one end of the drive shaft (43) can be limited, for example, by a buffer ring (46) attached to the output shaft in the engine version (45) or the input shaft in the pump version (45) so that when entering the contact, a restriction is established on the radial movement of the rotor. An equivalent embodiment may have a buffer ring (46) attached to the rotor (42), which should similarly limit the radial movement of the rotor (42). The drive shaft (43) limits the movement of the axial line of the rotor shaft to hold approximately in a circle of a fixed radius, which helps to prevent the opening of gaps between the surfaces of the rotor and the stator.
[81] Четвертый вариант осуществления устройства (50) регулирования или ограничения перемещения ротора (52) относительно статора (54) показан на фиг. 9. Устройство (50) состоит из вращающейся круглой вставки (56), установленной внутри корпуса статора (54), которая может вращаться вокруг продольной оси относительно статора (54). Вращающуюся вставку (56) можно оборудовать на одном или нескольких местах в статоре (54). Вращение вставки (56) относительно статора (54) обеспечивает подшипник между статором и вставкой (не показано). Отверстие (58) выполнено во вставке (56), центр отверстия (58) смещен от центра вставки (56) на расстояние, равное максимальному допустимому смещению оси ротора от оси статора. Диаметр отверстия (58) является достаточным для прохода через него ротора (52) и свободного вращения в нем. Дополнительный подшипник (не показано) оборудован между вставкой (56) и ротором (52) для обеспечения вращения ротора (52) относительно вставки (56). Сквозь круглую вставку (56) проходят отверстия (57), создавая проход текучей среды вдоль двигателя или насоса. Вставка (56) обеспечивает такое удержание вала ротора (52), при котором осевая линия остается приблизительно в круге фиксированного радиуса, что помогает предотвращению открытия зазоров между поверхностями ротора (52) и статора (54).[81] A fourth embodiment of a device (50) for controlling or restricting the movement of the rotor (52) relative to the stator (54) is shown in FIG. 9. The device (50) consists of a rotating circular insert (56) mounted inside the stator housing (54), which can rotate around the longitudinal axis relative to the stator (54). The rotating insert (56) can be equipped at one or more places in the stator (54). The rotation of the insert (56) relative to the stator (54) provides a bearing between the stator and the insert (not shown). The hole (58) is made in the insert (56), the center of the hole (58) is offset from the center of the insert (56) by a distance equal to the maximum allowable displacement of the rotor axis from the axis of the stator. The diameter of the hole (58) is sufficient for the passage of the rotor (52) through it and free rotation in it. An additional bearing (not shown) is provided between the insert (56) and the rotor (52) to allow rotation of the rotor (52) relative to the insert (56). Openings (57) pass through the round insert (56), creating a fluid path along the motor or pump. The insert (56) provides such a retention of the rotor shaft (52), in which the center line remains approximately in a circle of a fixed radius, which helps to prevent the opening of gaps between the surfaces of the rotor (52) and the stator (54).
[82] Пятый вариант осуществления устройства (60) регулирования или ограничения перемещения ротора (62) относительно статора (64) показан на фиг. 10. Множество поршней (65), реакцию которых создает связанный материал (66), который может быть твердым, жидким или газообразным, используют для ограничения радиального перемещения ротора (62). Узел поршней (65) можно оборудовать на одном или нескольких местах в статоре (64). На фиг. 10 показан пример, где используют восемь таких поршней (65), хотя другое число поршней также можно использовать. Цилиндрические кожухи (63) под поршни (65) выполняются станочной обработкой в круглой вставке (67), установленной внутри корпуса статора (64), и имеют достаточную толщину для предотвращения структурного разрушения под действием возникающих нагрузок. Круглая вставка (67) снабжена множеством отверстий (68), обеспечивающих пропуск текучей среды вдоль двигателя или насоса. Когда ротор (62) входит в контакт с поршнем (65), связанный материал (66) сжимается и препятствует свободному перемещению поршня (65), таким образом ограничивая перемещение ротора (62). Устройство (60) обеспечивает такое удержание вала ротора (62), при котором осевая линия остается приблизительно в круге фиксированного радиуса, что помогает предотвращению открытия зазоров между поверхностями ротора (62) и статора (64).[82] A fifth embodiment of a device (60) for controlling or restricting the movement of the rotor (62) relative to the stator (64) is shown in FIG. 10. Many pistons (65), the reaction of which creates a bound material (66), which can be solid, liquid or gaseous, are used to limit the radial movement of the rotor (62). The piston assembly (65) can be equipped at one or more places in the stator (64). In FIG. 10 shows an example where eight such pistons (65) are used, although a different number of pistons can also be used. Cylindrical housings (63) for pistons (65) are machined in a round insert (67) installed inside the stator housing (64) and are of sufficient thickness to prevent structural damage under the influence of arising loads. The round insert (67) is provided with a plurality of openings (68) for allowing fluid to pass along the motor or pump. When the rotor (62) comes into contact with the piston (65), the bonded material (66) is compressed and prevents the free movement of the piston (65), thereby restricting the movement of the rotor (62). The device (60) provides such a retention of the rotor shaft (62), in which the center line remains approximately in a circle of a fixed radius, which helps to prevent the opening of gaps between the surfaces of the rotor (62) and the stator (64).
[83] Варианты осуществления, описанные выше и показанные на фиг. 5-11, обеспечивают ограничение или сдерживание радиального перемещения ротора (т. е. устанавливают пределы планетарной траектории ротора во время вращения). Варианты осуществления, раскрытые в данном документе, могут эффективно ограничивать радиальное перемещение от осевой линии, например, ограничителем, показанным на фиг. 5, и могут также ограничивать радиальное перемещение к осевой линии, например, ограничителем, показанным на фиг. 9.[83] The embodiments described above and shown in FIG. 5-11, provide a limitation or restraint of the radial movement of the rotor (i.e., set the limits of the planetary trajectory of the rotor during rotation). The embodiments disclosed herein can effectively limit radial movement from the centerline, for example, by the stop shown in FIG. 5, and may also limit radial movement to the center line, for example, with the stop shown in FIG. 9.
[84] В дополнение по существу к круглому средству сдерживания радиального перемещения, показанному на фиг. 5-11, также можно сдерживать перемещение ротора, применяя некруглый ограничитель, например, показанный на фиг. 12A (поперечное сечение) и 12B (продольное сечение). В данном варианте осуществления прецессионное устройство (70), содержащее снабженное зубьями колесо (72) с профилем, аналогичным, но не идентичным профилю ротора (74), функционально соединяется с валом (75) ротора. Аналогично снабженное зубьями колесо (72) должно взаимодействовать с дорожкой (76), имеющей профиль, аналогичный, но не идентичный профилю статора (78). Дорожка (76) может выполняться из материала, аналогичного материалу статора (78) или из материала, сжимающегося меньше статора (78), например, более твердой резины, твердого пластика, керамики, поликристаллических синтетических алмазов или стали. Прецессионное устройство (70) можно использовать в одном или нескольких местах на отрезке длины ротора (74). В дополнение к решению проблем сил, возникающих на впускном конце или выпускном конце двигателя, с помощью соответствующего расположения и/или материалов конструкции профиль дорожки (76) можно выполнить аналогичным профилю статора (78), и соответствующие участки (76, 78) можно сместить по фазе так, что планетарная траектория ротора в статоре (78) ограничивается. Другими словами, участки могут смещаться по фазе так, что при работе силы, уводящие ротор с идеальной орбиты, становятся сбалансированными и эффективно ограничивают планетарную траекторию ротора.[84] In addition to the substantially circular radial restraint means shown in FIG. 5-11, it is also possible to restrain the movement of the rotor by applying a non-circular stop, for example, shown in FIG. 12A (cross section) and 12B (longitudinal section). In this embodiment, the precession device (70) comprising a gear wheel (72) with a profile similar to but not identical to the profile of the rotor (74) is functionally connected to the rotor shaft (75). Similarly, a gear wheel (72) should interact with a track (76) having a profile similar to, but not identical to, the stator profile (78). The track (76) may be made of a material similar to the material of the stator (78) or of a material that shrinks less than the stator (78), for example, harder rubber, hard plastic, ceramic, polycrystalline synthetic diamonds or steel. The precession device (70) can be used in one or more places on the length of the rotor (74). In addition to solving the problems of forces arising at the inlet end or outlet end of the engine, using the appropriate location and / or construction materials, the track profile (76) can be made similar to the stator profile (78), and the corresponding sections (76, 78) can be shifted by phase so that the planetary trajectory of the rotor in the stator (78) is limited. In other words, the sections can be shifted in phase so that during operation the forces leading the rotor away from the ideal orbit become balanced and effectively limit the planetary trajectory of the rotor.
[85] Прецессионное устройство (70) управляет ротором (74) так, что ротор перемещается по заданной траектории и с заданным вращением относительно статора (78). Сдерживание данного типа может эффективно ограничивать при вращении ротора его перемещение в орбитальное положение. Снабженное зубьями колесо (72) взаимодействует со снабженной зубьями дорожкой (76), так что профили снабженного зубьями колеса (72) и дорожки (76) ограничивают траекторию при вращении ротора (74) заданными пределами.[85] The precession device (70) controls the rotor (74) so that the rotor moves along a predetermined path and with a given rotation relative to the stator (78). Containment of this type can effectively limit its rotation to the orbital position when the rotor rotates. The gear wheel (72) interacts with the gear track (76), so that the profiles of the gear wheel (72) and track (76) limit the path when the rotor (74) rotates to predetermined limits.
[86] Снабженное зубьями колесо (72) соединено с валом ротора (75) по существу неподвижно. Соотношение числа заходов на колесе (72) и числа заходов на дорожке (76) является одинаковым с соотношением числа заходов на роторе (74) и числа заходов на статоре (78). Профили заходов на колесе (72) и на дорожке (76) должны определять значение деформации ротором (74) уплотнительной поверхности статора (78), при котором ограничивается открытие зазоров между ними.[86] The gear wheel (72) is connected to the rotor shaft (75) substantially motionless. The ratio of the number of entries on the wheel (72) and the number of entries on the track (76) is the same as the ratio of the number of entries on the rotor (74) and the number of entries on the stator (78). The entry profiles on the wheel (72) and on the track (76) should determine the value of deformation by the rotor (74) of the stator sealing surface (78), at which the opening of gaps between them is limited.
[87] Для обеспечения некоторой согласованности вращения поверхность снабженного зубьями колеса (72) или дорожки (76) может иметь упругое покрытие, например, из резины. Снабженные зубьями колесо (72) и дорожка (76) могут иметь параллельные стороны или проходящие под углами наклона винтовой линии для обеспечения некоторого незначительного аксиального перемещения и соответствия допускам при изготовлении.[87] In order to provide some consistency of rotation, the surface of the gear wheel (72) or track (76) may have an elastic coating, for example of rubber. A gear wheel (72) and a track (76) may have parallel sides or extend at helical angles to provide some slight axial movement and conform to manufacturing tolerances.
[88] Профиль и состав (материал конструкции, сжимаемость и т.д.) снабженного зубьями колеса (72) могут разрабатываться такими, что деформация резины в статоре (78) ограничивается. В других вариантах осуществления профиль и состав снабженного зубьями колеса (72) могут разрабатываться такими, что деформация резины в статоре (78) поддерживается на фиксированном уровне. При этом взаимодействие между ротором (74) и резиной в статоре (78) используется для поддержания уплотнения, где крутящий момент генерируется в основном на снабженном зубьями колесе (72). Данное не только обеспечивает ограничение нагрузки от давления до точки, где уплотнение перестает работать (очень высокое давление), но также обеспечивает сохранение независимости контактных сил в резине по существу от величины давления. При этом уменьшается износ и усталостное разрушение в резине, а также улучшается КПД двигателя/насоса.[88] The profile and composition (construction material, compressibility, etc.) of the gear wheels (72) can be designed such that the deformation of the rubber in the stator (78) is limited. In other embodiments, the profile and composition of the gear wheel (72) can be designed such that the deformation of the rubber in the stator (78) is maintained at a fixed level. The interaction between the rotor (74) and the rubber in the stator (78) is used to maintain the seal, where the torque is generated mainly on the gear wheel (72). This not only ensures that the load is limited from pressure to the point where the seal stops working (very high pressure), but also ensures that the contact forces in the rubber are kept essentially independent of the pressure value. This reduces wear and fatigue failure in rubber, and also improves the efficiency of the engine / pump.
[89] Двигатели согласно вариантам осуществления, раскрытым в данном документе, можно применять, например, в качестве гидравлического забойного двигателя в бурильной компоновке. Как показано на фиг. 13, в процессе работы буровой раствор подается насосом на впускной конец (102) гидравлического забойного двигателя (100) под давлением выше давления на выпускном конце (104), генерируя силы на роторе (105) и обуславливая вращение ротора (105). Ротор (105) функционально соединен с приводным валом (106) для преобразования планетарного вращения ротора (105) во вращение вокруг фиксированной оси (108). Дальний конец приводного вала (не показан) напрямую или ненапрямую соединен с буровым долотом (не показано), вращение которого можно использовать для бурения подземного пласта.[89] Motors according to the embodiments disclosed herein can be used, for example, as a downhole hydraulic motor in a drilling assembly. As shown in FIG. 13, during operation, the drilling fluid is pumped to the inlet end (102) of the hydraulic downhole motor (100) at a pressure higher than the pressure at the outlet end (104), generating forces on the rotor (105) and causing the rotation of the rotor (105). The rotor (105) is operatively connected to the drive shaft (106) to convert the planetary rotation of the rotor (105) into rotation around a fixed axis (108). The far end of the drive shaft (not shown) is directly or indirectly connected to a drill bit (not shown), the rotation of which can be used to drill an underground formation.
[90] Силы, действующие на ротор (105) во время работы, включают в себя силы, возникающие вследствие перепада давления на двигателе (100) от впускного (ближнего) конца (102) до выпускного (дальнего) конца (104). Перепад давления может давать в результате момент наклона. Имеется также действующая вниз сила, приложенная к бурильной колонне, обычно называемая "осевой нагрузкой на долото", данная сила обязательно передается через соединения ротор - приводной вал - буровое долото. В результате планетарной и аксиальной взаимосвязи соединений приводного вала могут возникать угловые и/или радиальные силы, приложенные к ротору (105). В результате вращения ротора (105) также возникают тангенциальные силы.[90] The forces acting on the rotor (105) during operation include forces arising from the pressure drop across the engine (100) from the inlet (near) end (102) to the outlet (far) end (104). The pressure drop can result in a tilt moment. There is also a downward force exerted on the drill string, commonly referred to as the "axial load on the bit", this force is necessarily transmitted through the rotor - drive shaft - drill bit connections. As a result of planetary and axial interconnections of drive shaft connections, angular and / or radial forces can be applied to the rotor (105). As a result of the rotation of the rotor (105), tangential forces also arise.
[91] Каждая из данных сил может влиять на характер взаимодействия ротора (105) со статором (114) (например, силы сжатия, генерирующие уплотнения вдоль кромок получающихся полостей, скольжение, торможение или силы трения между ротором (105) и статором (114) при вращении ротора и т. д.) и может обуславливать образование зазора вдоль длины двигателя (100), уменьшая КПД двигателя. Кроме того, воздействие данных сил может отличаться вблизи впускного конца (102) и выпускного конца (104). Различные устройства сдерживания ротора, раскрытые выше в данном документе, можно использовать для регулирования или ограничения перемещения ротора (105) вблизи впускного конца 102, выпускного конца 104 или в обоих местах.[91] Each of these forces can affect the nature of the interaction of the rotor (105) with the stator (114) (for example, compression forces generating seals along the edges of the resulting cavities, sliding, braking or friction forces between the rotor (105) and the stator (114) during rotation of the rotor, etc.) and can cause a gap along the length of the engine (100), reducing the efficiency of the engine. In addition, the effect of these forces may differ near the inlet end (102) and the outlet end (104). The various rotor containment devices disclosed hereinabove can be used to control or limit the movement of the rotor (105) near the
[92] Другие примеры различных двигателей (100) с применением роторов с ограничением перемещения, раскрытые в данном документе, например, для применения в бурении, показаны на фиг. 14-15, где одинаковые позиции представляют одинаковые части. Как показано на фиг. 13 и рассмотрено ниже, варианты осуществления двигателя (100) могут включать в себя ограничитель (118) вблизи выпускного (дальнего) конца (104) для сдерживания перемещения ротора (105). Как показано на фиг. 14, варианты осуществления двигателя (100) могут включать в себя ограничитель (120) вблизи впускного (ближнего) конца (102) для ограничения перемещения ротора (105). Как показано на фиг. 15, варианты осуществления двигателя (100) могут включать в себя ограничители (118), (120) вблизи впускного конца (102) и выпускного конца (104), соответственно, для ограничения перемещения ротора (105).[92] Other examples of various displacement motors (100) using motion limited rotors disclosed herein, for example for drilling applications, are shown in FIG. 14-15, where the same positions represent the same parts. As shown in FIG. 13 and discussed below, embodiments of the engine (100) may include a stop (118) near the outlet (far) end (104) to restrain the movement of the rotor (105). As shown in FIG. 14, embodiments of the motor (100) may include a stop (120) near the inlet (proximal) end (102) to limit the movement of the rotor (105). As shown in FIG. 15, embodiments of the motor (100) may include stops (118), (120) near the inlet end (102) and the outlet end (104), respectively, to limit the movement of the rotor (105).
[93] Когда применяются два или больше ограничителей, как на фиг. 15, ограничители (118), (120) могут являться одинаковыми или различными. Например, как описано выше, силы, передаваемые на ротор (105), могут отличаться на впускном конце от сил на выпускном конце, что дает в результате отличающиеся радиусы орбит для центра ротора на впускном и выпускном концах. Таким образом, можно предпочтительно иметь ограничитель радиального перемещения ротора (105) вблизи впускного конца (102), например, ограничитель, показанный на фиг. 5, который может работать эффективно в комбинации с ограничителем радиального перемещения ротора к оси, например, ограничителем, показанным на фиг. 9 или фиг. 12A, 12B. При этом ограничители могут эффективно ограничивать размер зазора, образующегося между ротором и статором, улучшая КПД двигателя.[93] When two or more restrictors are used, as in FIG. 15, the stops (118), (120) may be the same or different. For example, as described above, the forces transmitted to the rotor (105) may differ at the inlet end from the forces at the outlet end, resulting in different orbit radii for the center of the rotor at the inlet and outlet ends. Thus, it is preferable to have a rotor radial stop (105) close to the inlet end (102), for example, the stop shown in FIG. 5, which can operate effectively in combination with a stop for radial movement of the rotor to the axis, for example, with a stop shown in FIG. 9 or FIG. 12A, 12B. In this case, the limiters can effectively limit the size of the gap formed between the rotor and the stator, improving the efficiency of the engine.
[94] Хотя на фиг. 15 показан один ограничитель на каждом, впускном конце и выпускном, конце, каждый или оба, впускной и выпускной, концы могут иметь несколько ограничивающих перемещение устройств. Например, впускной конец и/или выпускной конец могут включать в себя радиальный ограничитель, например, показанный на фиг. 5, и снабженный зубьями ограничитель, например, показанный на фиг. 12, установленные последовательно.[94] Although in FIG. 15 shows one stop at each, inlet end and outlet, end, each or both, inlet and outlet ends, may have several movement restricting devices. For example, the inlet end and / or the outlet end may include a radial stop, for example, shown in FIG. 5 and a toothed limiter, for example, shown in FIG. 12 mounted in series.
[95] Несколько ограничителей (один или несколько на каждом конце или обоих концах) должны выбираться и/или разрабатываться дополняющими друг друга для получения требуемого улучшения уплотнения (устранения зазоров прохода потока) без отрицательного влияния на работу или износ ротора. Например, ограничители на впускном и выпускном концах оба могут действовать в одном направлении или одинаковых фазах, исключая приложение противоположных нагрузок на ротор и предотвращая блокирование ротора вследствие противостоящих сил. При этом работу двигателя можно улучшить, исключив риск его заклинивания.[95] Several restrictors (one or more at each end or both ends) should be selected and / or designed to complement each other to obtain the desired seal improvement (elimination of flow passage gaps) without negatively affecting the operation or wear of the rotor. For example, restrictors at the inlet and outlet ends can both act in the same direction or in the same phases, eliminating the application of opposite loads on the rotor and preventing the rotor from blocking due to opposing forces. In this case, the operation of the engine can be improved by eliminating the risk of jamming.
[96] Устройства, раскрытые в данном документе, можно использовать для сдерживания радиальных и/или тангенциальных перемещений ротора относительно статора, уменьшения, минимизации или исключения зазоров прохода потока вдоль длины двигателя, что улучшает КПД двигателя. Устройства, раскрытые в данном документе, могут также уменьшать износ статора.[96] The devices disclosed herein can be used to restrain radial and / or tangential displacements of the rotor relative to the stator, to reduce, minimize, or eliminate gaps in the passage of flow along the length of the motor, which improves motor efficiency. The devices disclosed herein may also reduce stator wear.
[97] Улучшение КПД двигателя, например, улучшение уплотнения и более высокую выходную мощность на единицу длины, как отмечено выше, можно использовать в некоторых вариантах осуществления для уменьшения общей длины двигателя, сохраняя требуемую выходную мощность. Укороченная силовая секция может иметь многочисленные преимущества и варианты применения, рассмотренные ниже.[97] Improving engine efficiency, for example, improving compaction and higher output per unit length, as noted above, can be used in some embodiments to reduce the overall length of the engine while maintaining the required output. A shortened power section can have numerous advantages and applications, discussed below.
[98] Ограниченная общая длина силовой секции может обеспечивать беспроблемный проход потока твердых частиц, например, промывочного раствора, включающего в себя твердую фазу, через двигатель, даже если ротор и статор имеют контактные поверхности, выполненные из жестких материалов. Ограниченная общая длина может также обеспечивать гибкость выбора материалов конструкции, которые иначе могут иметь неприемлемые цены.[98] The limited total length of the power section can provide trouble-free passage of a stream of solid particles, for example, a washing solution including a solid phase, through the motor, even if the rotor and stator have contact surfaces made of rigid materials. A limited overall length may also provide flexibility in the selection of materials of construction that might otherwise have unacceptable prices.
[99] В некоторых вариантах осуществления ротор и/или статор могут выполняться из металла, композита, керамики, поликристаллических алмазов, твердого пластика или жесткой резины в качестве конструкционного материала. Например, оба, ротор и статор, могут выполняться из металла, с созданием контакта металла к металлу вдоль длины силовой секции.[99] In some embodiments, the rotor and / or stator may be made of metal, composite, ceramic, polycrystalline diamonds, hard plastic, or hard rubber as a structural material. For example, both, the rotor and the stator, can be made of metal, with the creation of metal-to-metal contact along the length of the power section.
[100] В других вариантах осуществления ротор и/или статор могут выполняться с упругим слоем (например, из бутадиен-нитрильного каучука) и твердым слоем, например, из твердой резины или пластика, керамики, композита или с металлическим покрытием, расположенным как контактная поверхность поверх упругого внутреннего слоя. Например, ротор может являться металлическим, аналогичным производимым в настоящее время роторам, и статор может состоять из резины с металлическим покрытием, где металлический слой контактирует с ротором во время работы двигателя. Аналогично слой твердой резины или армированной резины может создаваться как ближайший к осевой линии слой, входящий в контакт с ротором. Типичные "многослойные" статоры известной техники имеют твердый или армированный внутренний эластомерный слой, противоположно настоящим вариантам осуществления, для обеспечения требуемых свойств сжатия и уплотнения наружного слоя. Вместе с тем вследствие уменьшенной длины силовых секций возможно применение жесткого контактного слоя, улучшающего износостойкость двигателя (ротора, статора или обоих) с обеспечением требуемой выходной мощности. Приведен пример многослойного статора, но многослойные роторы можно также применять, например, ротор с металлическим сердечником, обеспечивающим создание крутящего момента, и эластомерным материалом, расположенным на сердечнике, и металлической оболочкой. Данные варианты осуществления показаны на фиг. 16 и 17 для ротора и статора, соответственно, где статор (фиг. 16) может включать в себя металлический корпус 1602, эластомерный слой 1604 и жесткий слой 1606, создающий контактную поверхность 1608, и ротор (фиг. 17) может включать в себя металлический сердечник 1702, эластомерный слой 1704 и жесткий слой или оболочку 1706, создающую контактную поверхность 1708.[100] In other embodiments, the rotor and / or stator may be formed with an elastic layer (for example, nitrile butadiene rubber) and a hard layer, for example, of hard rubber or plastic, ceramic, composite, or with a metal coating arranged as a contact surface on top of the elastic inner layer. For example, the rotor may be metallic, similar to the rotors currently manufactured, and the stator may consist of rubber with a metal coating, where the metal layer contacts the rotor during engine operation. Similarly, a layer of hard rubber or reinforced rubber can be created as the layer closest to the center line coming into contact with the rotor. Typical “multilayer” stators of the prior art have a hard or reinforced inner elastomeric layer, contrary to the present embodiments, to provide the required compression and sealing properties of the outer layer. However, due to the reduced length of the power sections, it is possible to use a hard contact layer that improves the wear resistance of the motor (rotor, stator, or both) with the required output power. An example of a multilayer stator is given, but multilayer rotors can also be used, for example, a rotor with a metal core that provides torque, and an elastomeric material located on the core and a metal shell. These embodiments are shown in FIG. 16 and 17 for the rotor and stator, respectively, where the stator (FIG. 16) may include a
[101] В вариантах, где соответствующие контактные участки ротора и статора (статоров) - оба являются, например, металлическими, выполненными из твердого пластика, композита или керамики, может требоваться ограничение трения, износа и других нежелательных аспектов взаимодействия между ротором и статором, которые могут обуславливать преждевременный отказ или заклинивание вращающегося компонента. Контактные поверхности вставки и/или ротора можно снабжать покрытием или обрабатывать для уменьшения по меньшей мере одного из трения и износа. Обработка может включать в себя хромирование, высокоскоростное нанесение порошковых покрытий по технологиям HVOF или HVAF, и создание диффузии во время спекания, среди прочего. Силовые секции с контактом металла с металлом могут также обеспечивать как достаточный допуск для выдерживания отходов, так и достаточную плотность контакта для ограничения перемещения ротора близким к идеальному, получая указанные выше преимущества, без использования сдерживающих устройств.[101] In embodiments where the respective contact areas of the rotor and stator (stators) are both, for example, metal, made of hard plastic, composite or ceramic, it may be necessary to limit friction, wear and other undesirable aspects of the interaction between the rotor and the stator, which may cause premature failure or jamming of the rotating component. The contact surfaces of the insert and / or rotor can be coated or machined to reduce at least one of friction and wear. Processing may include chromium plating, high-speed powder coating using HVOF or HVAF technology, and diffusion during sintering, among others. Power sections with metal-to-metal contact can also provide both a sufficient tolerance to withstand waste and a sufficient contact density to limit the rotor's movement close to ideal, gaining the above advantages without the use of restraining devices.
[102] Аналогично относительно небольшая контактная длина между сдерживающими устройствами и ротором или статором может обеспечивать гибкость требований к материалам и аналогично к комбинациям твердых материалов или материалов с твердым покрытием, которые можно использовать для сдерживающих устройств.[102] Similarly, the relatively small contact length between the restraining devices and the rotor or stator can provide flexibility in material requirements and similarly to combinations of hard or hard coated materials that can be used for restraining devices.
[103] Альтернативно упругий эластомер можно использовать для контактной поверхности на обоих, роторе и статоре. Уменьшение обычно высоких фрикционных нагрузок, получаемых ограничительными устройствами, может обеспечивать использование эластомерных статоров и роторов в комбинации, обеспечивающей получение требуемых показателей работы насоса (выходная мощность, износостойкость и т. д.).[103] Alternatively, an elastic elastomer can be used for the contact surface on both, the rotor and the stator. Reducing the usually high frictional loads obtained by restrictive devices can provide the use of elastomeric stators and rotors in combination, providing the required performance of the pump (power output, wear resistance, etc.).
[104] Преимущества от применения ограничивающих перемещение устройств могут также обеспечивать альтернативные конструктивные решения статора. Например, как показано на фиг. 18, статор можно выполнять с использованием профиля из гибридных или с заданными свойствами материалов. Как показано на фиг. 18, гребни и выемки статора 1805 можно выполнять из отличающихся материалов, где выемки 1807 выполняются из упругого эластомерного материала 1810, и гребни 1812 выполняются из жесткого материала 1815, например, твердого пластика, твердой резины, металла, керамики или композитного материала. Силы, возникающие во время нутации ротора, отличаются для гребней и выемок, выемки сталкиваются с сжимающими силами, и гребни выдерживают сдвигающие силы. Гибридная конструкция может давать в результате контакт ротора, который может являться металлическим, с жестким материалом гребней статора, которые могут также являться металлическими, но обеспечивать проход без проблем потока твердых частиц, например, промывочного раствора, включающего в себя твердую фазу, через двигатель.[104] The benefits of using motion restricting devices may also provide alternative stator designs. For example, as shown in FIG. 18, the stator can be made using a profile of hybrid or with desired material properties. As shown in FIG. 18, the ridges and recesses of the
[105] Одним потенциальным преимуществом ограничения перемещения двигателя может являться уменьшение вибраций, связанных с гидравлическим забойным двигателем. Результатом ограничения поперечных сил может являться уменьшенное биение или планетарная траектория в более узких пределах по сравнению с двигателем без ограничителя. В результате уменьшения вибраций может улучшаться бурение, например, с получением одного или нескольких из следующего: улучшенного качества ствола, равномерно откалиброванного ствола и улучшенного управления направлением бурения.[105] One potential advantage of limiting the movement of the motor may be the reduction of vibrations associated with the hydraulic downhole motor. Limited shear forces can result in reduced runout or a planetary trajectory in a narrower range compared to an engine without a limiter. As a result of vibration reduction, drilling can be improved, for example, with one or more of the following: improved barrel quality, evenly calibrated barrel and improved control of the direction of drilling.
[106] Уменьшение длины двигателя также обеспечивает возможность модификации компонентов бурильной колонны для включения в состав двигателя. Например, корпус с регулируемым отклонением обычно включает в себя вал трансмиссии для передачи крутящего момента, генерируемого в силовой секции бурового двигателя, в поддерживающую секцию бурового двигателя. Вследствие возможного уменьшения габаритов двигателя, благодаря ограничивающим перемещение устройствам, раскрытым в данном документе, появляется возможность включения двигателя в искривленный кожух вместе с валом трансмиссии. Аналогично двигатели согласно вариантам осуществления, раскрытым в данном документе, можно предпочтительно включать в стабилизатор, управляемую по направлению буровую головку или другие различные части компоновки низа бурильной колонны (КНБК).[106] Reducing the length of the engine also allows modification of the drill string components to be included in the engine. For example, a variable deflection housing typically includes a transmission shaft for transmitting the torque generated in the power section of the drilling motor to the support section of the drilling motor. Due to a possible reduction in the size of the engine, due to the movement-limiting devices disclosed in this document, it becomes possible to turn the engine into a curved casing together with the transmission shaft. Similarly, the engines of the embodiments disclosed herein can preferably be included in a directional stabilizer drill head or other various parts of the bottom hole assembly (BHA).
[107] Уменьшенная длина может также обеспечивать установку провода, проходящего через двигатель, и создавать пространство для дополнительных скважинных контрольно-измерительных приборов, например, приборов мониторинга двигателя и/или компонентов ниже двигателя. Контрольно-измерительные приборы могут предпочтительно вести мониторинг скорости вращения двигателя, перепада давления и других факторов, возможно предупреждая остановки и обеспечивая работу двигателя с высоким КПД или пиковым КПД, каждый из которых может давать в результате улучшенную эффективность бурения (увеличенную скорость проходки, уменьшенное время простоя вследствие остановки двигателей и т.д.).[107] The reduced length may also allow the installation of a wire passing through the engine and create space for additional downhole instrumentation, for example, engine monitoring devices and / or components below the engine. Instrumentation can preferably monitor engine speed, pressure drop, and other factors, possibly preventing shutdowns and ensuring that the engine operates at high efficiency or peak efficiency, each of which can result in improved drilling efficiency (increased penetration rate, reduced downtime due to engine shutdown, etc.).
[108] Хотя выше описано сдерживающее устройство, установленное вблизи ротора в двигательном блоке, например, показанное на фиг. 13, специалисту в данной области техники понятно, что вал трансмиссии, проходящий от ротора к расположенному ниже компоненту бурильной колонны и включающий в себя или работающий со сдерживающими устройствами, можно также использовать для улучшения уплотнения ротора и КПД двигателя. Например, радиальный ограничитель может устанавливаться на или работать с валом трансмиссии в верхнем конце регулируемого отклоняющего корпуса, который соединяется с двигательным блоком/двигательным переводником. При этом можно эффективно переместить сдерживающее устройство в более жесткий корпус и удалить от трубы статора, что может создавать различные преимущества, например, продленный срок службы оборудования, кроме других преимуществ.[108] Although the restraint device installed near the rotor in the propulsion unit, for example, shown in FIG. 13, one of ordinary skill in the art will understand that a transmission shaft extending from the rotor to a lower component of the drill string and including or operating with restraining devices can also be used to improve rotor sealing and engine efficiency. For example, a radial stop may be mounted on or operated with a transmission shaft at the upper end of an adjustable deflecting housing that connects to the motor unit / motor sub. In this case, it is possible to effectively move the restraining device into a stiffer housing and remove it from the stator tube, which can create various advantages, for example, extended equipment life, among other advantages.
[109] Варианты осуществления в данном документе даны только в качестве примера, и понятно, что другие системы регулирования или ограничения перемещения ротора относительно статора можно также конструировать в объеме концепций, раскрытых в данном документе.[109] The embodiments herein are given by way of example only, and it is understood that other systems for controlling or restricting the movement of the rotor relative to the stator can also be designed within the scope of the concepts disclosed herein.
[110] Также понятно, что хотя в показанных вариантах осуществления имеется ротор как компонент, вращающийся в статоре, и большинство насосов и двигателей выполняются именно такими, варианты осуществления, раскрытые в данном документе, должны работать аналогично, если внутренний компонент закреплен неподвижно, и наружный компонент вращается.[110] It is also understood that although in the shown embodiments there is a rotor as a component rotating in the stator, and most pumps and motors are made exactly like this, the embodiments disclosed herein should work similarly if the internal component is fixedly mounted and the external component rotates.
Claims (12)
статор, содержащий:
металлический корпус;
первый эластомерный материал, расположенный в металлическом корпусе; и
первый жесткий материал, расположенный радиально и направленный внутрь от и по меньшей мере частично покрывающий первый эластомерный материал; и
ротор, содержащий:
металлический сердечник;
второй эластомерный материал, расположенный вокруг металлического сердечника; и
второй жесткий материал, расположенный вокруг второго эластомерного материала, при этом первый жесткий материал статора контактирует со вторым жестким материалом ротора.1. An arrangement of a downhole hydraulic motor comprising a screw motor having a proximal end and a distal end, comprising:
a stator containing:
metal case;
a first elastomeric material located in a metal body; and
a first rigid material located radially and directed inward from and at least partially covering the first elastomeric material; and
rotor containing:
metal core;
a second elastomeric material located around the metal core; and
a second rigid material located around the second elastomeric material, wherein the first stator rigid material is in contact with the second rigid rotor material.
пропускают буровой раствор через компоновку гидравлического забойного двигателя по п. 1; и
осуществляют бурение пласта.6. A method of drilling a wellbore through an underground formation, in which:
passing the drilling fluid through the layout of the hydraulic downhole motor according to claim 1; and
carry out drilling of the reservoir.
статор и ротор;
при этом статор имеет профиль, включающий в себя участки гребней и участки выемок, и при этом участки гребней содержат жесткий материал, и участки выемок содержат упругий материал, причем чередующиеся участки жесткого материала и упругого материала образуют внутреннюю полость статора; и при этом
статор и ротор каждый содержит контактную поверхность, выполненную по меньшей мере частично из жесткого материала.7. An arrangement of a downhole hydraulic motor comprising a screw motor, comprising:
stator and rotor;
wherein the stator has a profile including portions of the ridges and portions of the recesses, while the portions of the ridges contain rigid material, and the portions of the recesses contain elastic material, and alternating portions of the rigid material and elastic material form the inner cavity of the stator; and wherein
the stator and rotor each comprises a contact surface made at least partially of rigid material.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/480,080 US9482223B2 (en) | 2010-11-19 | 2012-05-24 | Apparatus and method for controlling or limiting rotor orbit in moving cavity motors and pumps |
US13/480,080 | 2012-05-24 | ||
PCT/US2013/042387 WO2013177378A1 (en) | 2012-05-24 | 2013-05-23 | Apparatus and method for controlling or limiting rotor orbit in moving cavity motors and pumps |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014152272A RU2014152272A (en) | 2016-07-10 |
RU2605475C2 true RU2605475C2 (en) | 2016-12-20 |
Family
ID=49624337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014152272/03A RU2605475C2 (en) | 2012-05-24 | 2013-05-23 | Device and method of controlling or limiting rotor orbit in screw engines or pumps |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2855823A4 (en) |
CN (1) | CN104379865A (en) |
RU (1) | RU2605475C2 (en) |
WO (1) | WO2013177378A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU194907U1 (en) * | 2019-07-12 | 2019-12-27 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" | PUMP |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9482223B2 (en) | 2010-11-19 | 2016-11-01 | Smith International, Inc. | Apparatus and method for controlling or limiting rotor orbit in moving cavity motors and pumps |
GB201019614D0 (en) | 2010-11-19 | 2010-12-29 | Eatec Ltd | Apparatus and method for controlling or limiting rotor orbit in moving cavity motors and pumps |
US8985977B2 (en) * | 2012-09-06 | 2015-03-24 | Baker Hughes Incorporated | Asymmetric lobes for motors and pumps |
US11447002B2 (en) * | 2019-02-04 | 2022-09-20 | DRiV Automotive Inc. | Electric propulsion, suspension, and steering systems |
CN115053046A (en) * | 2019-12-19 | 2022-09-13 | 斯伦贝谢技术有限公司 | Under-cured stator for mud motor |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5759019A (en) * | 1994-02-14 | 1998-06-02 | Steven M. Wood | Progressive cavity pumps using composite materials |
US6336796B1 (en) * | 1999-06-07 | 2002-01-08 | Institut Francais Du Petrole | Progressive-cavity pump with composite stator and manufacturing process |
US20020074167A1 (en) * | 2000-12-20 | 2002-06-20 | Andrei Plop | High speed positive displacement motor |
US20090152009A1 (en) * | 2007-12-18 | 2009-06-18 | Halliburton Energy Services, Inc., A Delaware Corporation | Nano particle reinforced polymer element for stator and rotor assembly |
WO2009127831A2 (en) * | 2008-04-17 | 2009-10-22 | Advanced Interactive Materials Science Limited | Drill motor assembly |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4080115A (en) * | 1976-09-27 | 1978-03-21 | A-Z International Tool Company | Progressive cavity drive train |
US6183226B1 (en) * | 1986-04-24 | 2001-02-06 | Steven M. Wood | Progressive cavity motors using composite materials |
DE3706378C1 (en) * | 1987-02-27 | 1988-08-18 | Eastman Christensen Co | Test pipe string for deep drilling |
CA2049502C (en) * | 1991-08-19 | 1994-03-29 | James L. Weber | Rotor placer for progressive cavity pump |
US5248896A (en) * | 1991-09-05 | 1993-09-28 | Drilex Systems, Inc. | Power generation from a multi-lobed drilling motor |
US7396220B2 (en) * | 2005-02-11 | 2008-07-08 | Dyna-Drill Technologies, Inc. | Progressing cavity stator including at least one cast longitudinal section |
CN101512046B (en) * | 2007-01-24 | 2011-08-10 | 哈利伯顿能源服务公司 | Electroforming stator tube for screw rod device |
US9347266B2 (en) * | 2009-11-13 | 2016-05-24 | Schlumberger Technology Corporation | Stator inserts, methods of fabricating the same, and downhole motors incorporating the same |
CN202210711U (en) * | 2011-09-06 | 2012-05-02 | 西南石油大学 | Rubber interlayer metal stator screw |
-
2013
- 2013-05-23 CN CN201380033334.2A patent/CN104379865A/en active Pending
- 2013-05-23 RU RU2014152272/03A patent/RU2605475C2/en not_active IP Right Cessation
- 2013-05-23 WO PCT/US2013/042387 patent/WO2013177378A1/en active Application Filing
- 2013-05-23 EP EP13793462.6A patent/EP2855823A4/en not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5759019A (en) * | 1994-02-14 | 1998-06-02 | Steven M. Wood | Progressive cavity pumps using composite materials |
US6336796B1 (en) * | 1999-06-07 | 2002-01-08 | Institut Francais Du Petrole | Progressive-cavity pump with composite stator and manufacturing process |
US20020074167A1 (en) * | 2000-12-20 | 2002-06-20 | Andrei Plop | High speed positive displacement motor |
US20090152009A1 (en) * | 2007-12-18 | 2009-06-18 | Halliburton Energy Services, Inc., A Delaware Corporation | Nano particle reinforced polymer element for stator and rotor assembly |
WO2009127831A2 (en) * | 2008-04-17 | 2009-10-22 | Advanced Interactive Materials Science Limited | Drill motor assembly |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU194907U1 (en) * | 2019-07-12 | 2019-12-27 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" | PUMP |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2855823A1 (en) | 2015-04-08 |
RU2014152272A (en) | 2016-07-10 |
WO2013177378A1 (en) | 2013-11-28 |
EP2855823A4 (en) | 2016-03-09 |
CN104379865A (en) | 2015-02-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2587202C2 (en) | Assembly for hydraulic downhole motor, method of producing downhole motor and method of making stator of downhole motor | |
US10612542B2 (en) | Apparatus and method for controlling or limiting rotor orbit in moving cavity motors and pumps | |
US9982485B2 (en) | Positive displacement motor with radially constrained rotor catch | |
RU2605475C2 (en) | Device and method of controlling or limiting rotor orbit in screw engines or pumps | |
US10450800B2 (en) | Bearing/gearing section for a PDM rotor/stator | |
US8888474B2 (en) | Downhole motors and pumps with asymmetric lobes | |
EP2935872A1 (en) | Progressive cavity based control system | |
US20110150686A1 (en) | Progressive cavity hydraulic machine | |
US7383898B2 (en) | Inner and outer motor with eccentric stabilizer | |
EP2035708B1 (en) | Moineau pump | |
GB2525500B (en) | Asymmetric lobes for motors and pumps | |
EP2938881B1 (en) | Variable displacement vane pump and method of regulating the displacement thereof | |
RU2309237C1 (en) | Gerotor mechanism for hydraulic screw-rotor machine | |
RU2365726C1 (en) | Helical downhole motor | |
RU2664737C1 (en) | Shock-rotational device for drilling column |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180524 |