管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達及其加工工藝的製作方法

2023-07-19 08:05:16 1

專利名稱：管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達及其加工工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種石油、天然氣鑽井領域中應用的螺杆鑽具馬達，特別是一種管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達及其加工工藝。
背景技術：
螺杆鑽具是石油、天然氣鑽井工程中常用的井下動力鑽具，它包括旁通閥總成、馬達總成、萬向軸總成和傳動軸總成，其中馬達總成是為螺杆鑽具提供動力的核心部件，由轉子和定子兩個基本部分組成。常規馬達定子由定子殼體和橡膠襯套構成，定子殼體內腔為光滑圓柱面，橡膠通過硫化工藝粘結在定子殼體內壁，橡膠襯套的內孔為連續螺旋曲面。工作過程中，在轉子周期性的擠壓和定轉子密封腔壓差作用下，由於橡膠襯套壁厚不等，橡膠襯套將發生不均勻變形，從而導致橡膠襯套機械密封性能減弱，影響馬達工作效率，同時由於常規形狀的橡膠襯套散熱不均，熱滯後現象嚴重，使橡膠極易老化和撕裂，降低其使用壽命O近年來，國內外提出了等壁厚螺杆鑽具馬達定子，由於定子橡膠襯套的壁厚基本相同，受力後變形均勻，抵抗變形能力強，且散熱性能和密封性能得到改善，提高了螺杆鑽具的工作效率和使用壽命；然而由於等壁厚定子殼體為大長徑比、內表面為連續螺旋曲面，加工難度大，加工成本高。因此，研究加工工藝簡單、加工成本較低、工作效率高以及壽命長的等壁厚螺杆鑽具馬達具有重要的工程應用價值。

發明內容
本發明的目的是為了解決常規螺杆鑽具馬達工作效率低、使用壽命短，以及等壁厚螺杆鑽具馬達加工難度大、加工成本高的難題，特提供一種管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達及其加工工藝。為了達到上述目的，本發明解決此技術問題所採用的技術方案是管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達，是由等壁厚金屬襯套、橡膠襯套、橡膠夾層、定子殼體和轉子組成；等壁厚金屬襯套內壁硫化有橡膠襯套，定子殼體為內壁光滑的直管，定子殼體內壁與等壁厚金屬襯套外壁之間的間隙內硫化橡膠夾層，轉子裝在橡膠襯套內孔中。橡膠襯套為壁厚均勻、內外表面都為螺旋曲面的結構；橡膠夾層在定子殼體和等壁厚金屬襯套之間起支撐和連接作用，當轉子轉動時，橡膠夾層起到緩衝轉子離心力的作用。 所述管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達的加工工藝，其特徵在於內高壓成型設備主要是由成型設備殼體、夾緊套筒、定子成型模具、芯軸和成型液流道組成；定子成型模具內表面為螺旋曲面，芯軸兩端均開有成型液流道；將管件放置於定子成型模具內孔中，用夾緊套筒固定好定子成型模具，一起放入成型設備殼體和芯軸之間的間隙內，夾緊套筒外表面與成型設備殼體內表面配合，然後通過成型液流道注入高壓液體，高壓液體流入管件內部，使管件膨脹變形，先是管件外壁與定子成型模具內壁貼合，最終使管件形成壁厚均勻且內壁和外壁均擠壓成與定 子成型模具內壁一樣的螺旋曲面，即形成等壁厚金屬襯套，拆下芯軸、夾緊套筒和定子成型模具取出等壁厚金屬襯套，對等壁厚金屬襯套進行時效以消除殘餘應力，然後在等壁厚金屬襯套內孔注入橡膠襯套，安裝定子殼體，在定子殼體內壁與等壁厚金屬襯套外壁之間的間隙內注入橡膠夾層，橡膠夾層起支撐作用；注膠完成即可將管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達定子放入硫化箱硫化，硫化完成後，取出管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達定子，將轉子安裝在橡膠襯套內孔中，與橡膠襯套配合形成密封腔。內高壓成型設備的成型設備殼體內孔為錐形的，而夾緊套筒外壁為錐形的，且夾緊套筒由2-5個楞對合而成，定子成型模具由兩個半剖部件對合而成。本發明與現有技術相比，具有的有益效果是(1)管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達的等壁厚金屬襯套內壁硫化一層等壁厚橡膠襯套，提高了橡膠的散熱速度、密封腔的承壓能力，以及馬達的工作效率和使用壽命；(2)管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達具有普通等壁厚螺杆馬達的優點，而且採用內高壓成型加工工藝加工等壁厚螺杆馬達，提高了等壁厚螺杆馬達的機械強度和加工精度，同時還降低了大長徑比定子內腔螺旋曲面的加工難度和加工成本；(3)定子殼體和等壁厚金屬襯套之間靠橡膠夾層粘結，橡膠夾層在螺杆馬達工作過程中起到緩衝轉子離心力的作用，從而也可以螺杆馬達的使用壽命。


圖I是本發明管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達定子的三維示意 圖2是本發明管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達及其加工工藝的等壁厚定子金屬襯套注膠後的三維示意 圖3是本發明管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達及其加工工藝的定子成型設備的側視剖視圖，其中放有準備內高壓成型的管件；
圖4是本發明管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達及其加工工藝的定子成型設備的側視剖視圖，其中具有內高壓成型結束的等壁厚定子金屬襯套；
圖5是本發明管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達加工裝置及工藝的4個楞的夾緊套筒結構示意圖，左側為一個楞的三維示意圖，右側為4個楞對合後的截面示意 圖6是本發明管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達加工裝置及工藝的定子成型模具結構示意圖，左側為半個定子成型模具的三維示意圖，右側為定子成型模具對合後的截面示意 圖7是本發明管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達及其加工工藝的等壁厚定子金屬襯套注膠後的剖視 圖8是本發明管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達的截面剖視 圖9是本發明管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達的側視剖視圖。圖中1.成型設備殼體，2.夾緊套筒，3.定子成型模具，4.管件，5.芯軸，6.成型液流道，7.等壁厚金屬襯套，8.橡膠襯套，9.橡膠夾層，10.定子殼體，11.轉子。
具體實施例方式如圖I-圖9所示，本發明一種管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達，是由等壁厚金屬襯套7、橡膠襯套8、橡膠夾層9、定子殼體10和轉子11組成；等壁厚金屬襯套7內壁硫化有橡膠襯套8，定子殼體10為內壁光滑的直管，定子殼體10內壁與等壁厚金屬襯套7外壁之間的間隙內硫化橡膠夾層9，轉子11裝在橡膠襯套8內孔中。所述橡膠襯套8為壁厚均勻、內外表面都為螺旋曲面的結構；橡膠夾層9在定子殼體10和等壁厚金屬襯套7之間起支撐和粘結作用，當轉子11轉動時，橡膠夾層9起到緩衝轉子11離心力的作用，從而可以螺杆馬達的使用壽命。一種管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達的加工工藝，其特徵在於內高壓成型設備主要是由成型設備殼體I、夾緊套筒2、定子成型模具3、芯軸5和成型液流道6組成；定子成型模具3內表面為螺旋曲面，芯軸5兩端均開有成型液流道6 ;將管件4放置於定子成型模具3內孔中，用夾緊套筒2固定好定子成型模具3，一起放入成型設備殼體I和芯軸5之間的間隙內，夾緊套筒2外表面與成型設備殼體I內表面配合，然後通過成型液流道6注入高壓液體，高壓液體流入管件4內部，使管件4膨脹變形，先是管件4外壁與定子成型模具3內壁貼合，最終使管件4形成壁厚均勻且內壁和外壁均擠壓成與定子成型模具3內壁一樣的螺旋曲面，即形成等壁厚金屬襯套7，拆下芯軸5、夾緊套筒2和定子成型模具3獲得等壁厚金屬襯套7，對等壁厚金屬襯套7進行時效以消除殘餘應力，然後在等壁厚金屬襯套7內孔注入橡膠襯套8，安裝定子殼體1，在定子殼體I內壁與等壁厚金屬襯套7外壁之間的間隙內注入橡膠夾層9，橡膠夾層9起支撐作用；注膠完成即可將管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達定子放入硫化箱硫化，硫化完成後，取出管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達定子，將轉子11安裝在橡膠襯套8內孔中，與橡膠襯套8配合形成密封腔。內高壓成型設備的成型設備殼體I內孔為錐形的，而夾緊套筒2外壁為錐形的，且夾緊套筒2由2-5個楞對合而成，夾緊套筒2的外錐面與成型設備殼體I內錐孔配合，該結構有利於內高壓成型前後，夾緊套筒2的送入和取出；定子成型模具3由兩個半剖部件對合而成，兩個半剖部件對合的結構便於管件內高壓成型後等壁厚金屬襯套的取出。本發明管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達的等壁厚金屬襯套內壁硫化一層等壁厚橡膠襯套，提高了橡膠的散熱速度、密封腔的承壓能力，以及馬達的工作效率和使用壽命，因此，管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達具有普通等壁厚螺杆馬達的優點，而且採用內高壓成型加工工藝加工等壁厚螺杆馬達，提高了等壁厚螺杆馬達的機械強度和加工精度，同時還降低了大長徑比定子內腔螺旋曲面的加工難度和加工成本。
權利要求
1.管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達，是由等壁厚金屬襯套(7)、橡膠襯套(8)、橡膠夾 >層(9)、定子殼體(10)和轉子(11)組成；等壁厚金屬襯套(7)內壁硫化有橡膠襯套(8)，定子殼體(10)為內壁光滑的直管，定子殼體(10)內壁與等壁厚金屬襯套(7)外壁之間的間隙內硫化橡膠夾層(9 )，轉子(11)裝在橡膠襯套(8 )內孔中。
2.根據權利要求I所述的管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達，其特徵在於所述等壁厚金屬襯套(7)為壁厚均勻、內外表面均為螺旋曲面的骨架。
3.根據權利要求I所述的管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達，其特徵在於管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達加工工藝的設備主要是由成型設備殼體(I)、夾緊套筒(2)、定子成型模具(3)、芯軸(5)和成型液流道(6)組成；定子成型模具(3)內表面為螺旋曲面，芯軸(5)兩端均開有成型液流道(6);將管件(4)放置於定子成型模具(3)內孔中，用夾緊套筒(2)固定好定子成型模具(3)，一起放入成型設備殼體(I)和芯軸(5)之間的間隙內，夾緊套筒(2)外表面與成型設備殼體(I)內表面配合，通過成型液流道(6)注入高壓液體，高壓液體使管件(4)膨脹變形，先是管件(4)外壁與定子成型模具(3)內壁貼合，最終使管件(4)形成壁厚均勻且內壁和外壁均擠壓成與定子成型模具(3)內壁一樣的螺旋曲面，即形成等壁厚金屬襯套(7)，拆下芯軸(5)、夾緊套筒(2)和定子成型模具(3)取出等壁厚金屬襯套(7)，對等壁厚金屬襯套(7)進行時效以消除殘餘應力，然後在等壁厚金屬襯套(7)內孔注入橡膠襯套(8)，安裝定子殼體(1)，在定子殼體(I)內壁與等壁厚金屬襯套(7)外壁之間的間隙內注入橡膠夾層(9)，橡膠夾層(9)起支撐作用；注膠完成即可將管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達定子放入硫化箱硫化，硫化完成後，取出管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達定子，將轉子(11)安裝在橡膠襯套(8 )內孔中，與橡膠襯套(8 )配合形成密封腔。
4.根據權利要求3所述的管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達的加工工藝，其特徵在於內高壓成型設備的成型設備殼體(I)內孔為錐形的，而夾緊套筒(2)外壁為錐形的，且夾緊套筒(2)由2-5個楞對合而成，定子成型模具(3)由兩個半剖部件對合而成。
全文摘要
本發明涉及一種石油和天然氣鑽井、修井用的管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達及其加工工藝。其技術方案是管件內高壓成型等壁厚螺杆馬達由等壁厚金屬襯套、橡膠襯套、橡膠夾層、定子殼體和轉子組成；等壁厚金屬襯套內壁硫化一層壁厚均勻的橡膠襯套，定子殼體為內壁光滑的直管，定子殼體內壁與等壁厚金屬襯套外壁之間的間隙內硫化橡膠夾層，橡膠夾層起支撐和粘結作用，轉子與橡膠襯套配合形成密封腔；等壁厚金屬襯套是利用內高壓成型加工工藝將管件加工成壁厚均勻且內外壁均為螺旋曲面的骨架。本發明具有耐高溫、扭矩大及加工簡單等優點；還可以提高螺杆鑽具使用壽命和工作效率，降低等壁厚螺杆鑽具定子加工難度和成本，具有重要的工程應用價值。
文檔編號H02K15/00GK102629796SQ201210080848
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月26日 優先權日2012年3月26日
發明者李佳南, 石昌帥, 祝效華, 童華 申請人:西南石油大學