等壁厚金属定子衬套成形装置及金属衬套定子加工方法
【专利摘要】本发明涉及一种石油、天然气钻井用的等壁厚金属定子衬套成形装置及金属衬套定子加工方法。其技术方案是：等壁厚金属定子衬套成形装置主要包括储气腔、高压密封组、气体流道、成形模芯、管件、密封套、端堵、接头、吊环、挂钩、密封法兰和高压筒；金属衬套定子加工装置主要包括金属定子衬套、定子壳体、粘结层、注胶孔、等壁厚橡胶衬套、注胶模芯、堵头、固定螺母和通孔；利用等壁厚金属定子衬套成形装置获得金属定子衬套，从而加工等壁厚金属衬套定子。本发明技术可以提高螺杆马达输出扭矩、使用寿命和工作效率，降低等壁厚螺杆钻具定子加工难度和加工成本，具有重要的工程应用价值。
【专利说明】等壁厚金属定子衬套成形装置及金属衬套定子加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种石油、天然气钻井领域中应用的螺杆钻具定子，特别是等壁厚金属定子衬套成形装置及金属衬套定子加工方法。
【背景技术】
[0002]螺杆钻具是石油、天然气钻井工程中常用的井下动力钻具，它包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，其中马达总成是为螺杆钻具提供动力的核心部件，由转子和定子两个基本部分组成。常规马达定子由定子壳体和橡胶衬套构成，定子壳体内腔为光滑圆柱面，橡胶通过硫化工艺粘结在定子壳体内壁，橡胶衬套的内孔为连续螺旋曲面。工作过程中，在转子周期性的挤压和定转子密封腔压差作用下，由于橡胶衬套壁厚不等，橡胶衬套将发生不均匀变形，从而导致橡胶衬套机械密封性能减弱，影响马达工作效率，同时由于橡胶衬套的散热不均，热滞后现象严重，使橡胶极易老化和撕裂，降低其使用寿命。
[0003]近年来，国内外提出了等壁厚螺杆钻具马达定子，由于定子橡胶衬套的壁厚基本相同，受力后变形均匀，抵抗变形能力强，且散热性能和密封性能得到改善，提高了螺杆钻具的工作效率和使用寿命，但等壁厚定子壳体内表面为连续螺旋曲面，加工难度大且成本较高。因此，研究加工工艺简单、加工成本较低、工作效率高及使用寿命长的螺杆钻具具有重要的工程应用价值。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决常规螺杆钻具定子工作效率低、使用寿命短，以及等壁厚螺杆钻具定子加工难度大且成本高的难题，特提供等壁厚金属定子衬套成形装置及金属衬套定子加工方法。
[0005]为达到上述目的，本发明解决此技术问题所采用的技术方案是:等壁厚金属定子衬套成形装置及金属衬套定子加工方法，该等壁厚金属定子衬套成形装置主要包括储气腔、高压密封组、气体流道、成形模芯、管件、密封套、端堵、接头、吊环、挂钩、密封法兰和高压筒，其结构特征是:管件套在成形模芯外，两端内孔靠端堵固定；管件两端外侧安置高压密封组，靠接头和密封套固定；将试验装置放置到高压筒内，高压筒上端用密封法兰密封，利用挂钩连接密封法兰和试验装置的吊环，往高压筒内加压，使管件受压发生塑性变形与成形模芯外壁贴合，从而获得金属定子衬套；管件与成形模芯之间的空气通过气体流道被压缩至储气腔；利用获得的金属定子衬套制造金属衬套定子的加工方法为:将金属定子衬套安置在定子壳体内，注胶模芯安置在金属定子衬套内，金属定子衬套两端靠堵头固定，固定螺母与定子壳体和堵头连接；金属定子衬套中部沿周向开通孔，通过注胶孔和通孔往定子壳体和金属定子衬套内孔中注橡胶，注胶完成后，封堵注胶孔，在定子壳体和金属定子衬套之间形成粘结层，金属定子衬套内孔形成等壁厚橡胶衬套，从而获得等壁厚金属衬套定子。
[0006]所述等壁厚金属定子衬套成形装置的高压密封组能承受300MPa的压力；所述金属定子衬套内外表面均为螺旋曲面，其中部沿周向开2-4个通孔。
[0007]本发明具有的有益效果是:(1)该螺杆钻具定子内部为等壁厚金属衬套和等壁厚橡胶层，加快了定子的散热速度，提高了定子强度、密封腔的承压能力，以及马达的工作效率和使用寿命；(2)等壁厚金属衬套定子具有普通等壁厚螺杆钻具定子的优点，同时降低了等壁厚定子内螺旋曲面的加工难度和加工成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明等壁厚金属定子衬套成形装置结构示意图；
图2是本发明等壁厚金属定子衬套示意图；
图3是等壁厚金属衬套定子加工装置结构示意图；
图4是等壁厚金属衬套定子结构示意图。
[0009]图中:1.储气腔，2.高压密封组，3.气体流道，4.成形模芯，5.管件，6.密封套，7.端堵，8.接头，9.吊环，10.挂钩，11.密封法兰，12.高压筒，13.金属定子衬套，14.定子壳体，15.粘结层，16.注胶孔，17.等壁厚橡胶衬套，18.注胶模芯，19.堵头，20.固定螺母，
21.通孔。
【具体实施方式】
[0010]如图1、图2、图3和图4所示，本发明等壁厚金属定子衬套成形装置及金属衬套定子加工方法，其等壁厚金属定子衬套成形装置主要包括储气腔1、高压密封组2、气体流道3、成形模芯4、管件5、密封套6、端堵7、接头8、吊环9、挂钩10、密封法兰11和高压筒12，其结构特征是:管件5套在成形模芯4外，两端内孔靠端堵7固定；管件5两端外侧安置高压密封组2，靠接头8和密封套6固定；将试验装置放置到高压筒12内，高压筒12上端用密封法兰11密封，利用挂钩10连接密封法兰11和试验装置的吊环9，往高压筒12内加压，使管件5受压发生塑性变形与成形模芯4外壁贴合，从而获得金属定子衬套13 ;管件5与成形模芯4之间的空气通过气体流道3被压缩至储气腔1，从而避免由于空气未排除，而导致金属定子衬套13贴模质量差的情况发生；金属衬套定子加工装置主要包括金属定子衬套13、定子壳体14、粘结层15、注胶孔16、等壁厚橡胶衬套17、注胶模芯18、堵头19、固定螺母20和通孔21 ;金属衬套定子的加工方法为:将金属定子衬套13安置在定子壳体14内，注胶模芯18安置在金属定子衬套13内，金属定子衬套13两端靠堵头19固定，固定螺母20与定子壳体14和堵头19连接；金属定子衬套13中部沿周向开通孔21，通过注胶孔16和通孔21往定子壳体14和金属定子衬套13内孔中注橡胶，注胶完成后，封堵注胶孔16，在定子壳体14和金属定子衬套13之间形成粘结层15，金属定子衬套13内孔形成等壁厚橡胶衬套17，从而获得等壁厚金属衬套定子。
[0011]所述等壁厚金属定子衬套成形装置的高压密封组2能承受300MPa的压力；所述金属定子衬套13内外表面均为螺旋曲面，其中部沿周向开2-4个通孔21。
[0012]本发明获得的金属衬套定子结构加快了定子的散热速度，提高了定子强度、密封腔的承压能力，以及马达的工作效率和使用寿命，而且本发明的加工方法降低了等壁厚定子内螺旋曲面的加工难度和加工成本。
【权利要求】
1.等壁厚金属定子衬套成形装置及金属衬套定子加工方法，其等壁厚金属定子衬套成形装置主要包括储气腔(I)、高压密封组(2)、气体流道(3)、成形模芯(4)、管件(5)、密封套(6)、端堵(7)、接头(8)、吊环(9)、挂钩(10)、密封法兰(11)和高压筒(12)，其结构特征是:管件(5 )套在成形模芯(4 )外，两端内孔靠端堵(7 )固定；管件(5 )两端外侧安置高压密封组(2)，靠接头(8)和密封套(6)固定；将试验装置放置到高压筒(12)内，高压筒(12)上端用密封法兰(11)密封，利用挂钩(10)连接密封法兰(11)和试验装置的吊环(9)，往高压筒(12)内加压，使管件(5)受压发生塑性变形与成形模芯(4)外壁贴合，从而获得金属定子衬套(13);管件(5)与成形模芯(4)之间的空气通过气体流道(3)被压缩至储气腔(I);利用获得的金属定子衬套(13)制造金属衬套定子的加工方法为:将金属定子衬套(13)安置在定子壳体(14)内，注胶模芯(18)安置在金属定子衬套(13)内，金属定子衬套(13)两端靠堵头(19 )固定，固定螺母(20 )与定子壳体(14)和堵头(19 )连接；金属定子衬套(13 )中部沿周向开通孔(21)，通过注胶孔(16)和通孔(21)往定子壳体(14)和金属定子衬套(13)内孔中注橡胶，注胶完成后，封堵注胶孔(16)，在定子壳体(14)和金属定子衬套(13)之间形成粘结层(15)，金属定子衬套(13)内孔形成等壁厚橡胶衬套(17)，从而获得等壁厚金属衬套定子。
2.根据权利要求1所述的等壁厚金属定子衬套成形装置及金属衬套定子加工方法，其特征在于:所述高压密封组(2)能承受300MPa的压力。
3.根据权利要求1所述的等壁厚金属定子衬套成形装置及金属衬套定子加工方法，其特征在于:所述金属定子衬套(13)内外表面均为螺旋曲面，其中部沿周向开2-4个通孔(21)。
【文档编号】H02K15/02GK104377904SQ201410668578
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】石昌帅, 祝效华 申请人:西南石油大学