专利名称：钻孔马达组件的制作方法
钻孔马达组件技术领域
本发明总体涉及钻孔马达组件，并且特别但不仅仅涉及用于井下钻孔的螺旋马 达，并且尤其涉及这类马达的转子和/或定子的制造。
背景技术：
为了能够钻探高温油带(这里的温度一般在250°C以上)，使用高温材料来构造 直列式螺旋马达是必要的。这实质上意味着转子和定子必须由能在这些位置所处的条件 下工作的材料制成。发明内容
本发明的发明人已经设计出一种净成型制造工艺，其能够制成具有一定表面光 洁度的定子内表面，这理想地适合在金属滑动接触条件下帮助高负载金属最优化。这允 许马达由合适的金属和/或金属基质复合材料制成。这种金属基定子和转子的组合是新 颖的且有创造性的。
根据本发明的一个实施例，通过使用净成型粉末冶金工艺制成的直列式定子， 以允许使用陶瓷和金属陶瓷增强的镍基超合金或类似的与陶瓷或金属陶瓷颗粒组合/用 陶瓷或金属陶瓷颗粒增强的高温合金，它们可以大概称为金属基质复合物。在传统方式 中，例如通过机械切削和/电加工技术，不能经济地和/或令人满意地制造这些材料和组 分的组合物。
净成型制造或近净成型制造工艺包括这样的生产技术，其中零件的初期产品非 常接近或者基本是最终(最后)产品形状。这意味着如果实际需要，仅需要非常少的精整 工作。优选地，在定子的生产中，金属粉末/颗粒在精密成型石墨型模中被等压加荷。 这使粉末材料固结。型模优选包括亚硝酸硼涂层，其用于在固结过程中过滤或控制碳从 型模进入定子。
根据本发明的第一方案，提供一种用于钻孔马达的定子，该定子至少部分由陶 瓷和/或金属陶瓷增强的合金材料制成。
根据本发明的第二方案，提供一种用于制造与钻孔转子一起使用的定子的方 法，该方法包括使用包括陶瓷和/或金属陶瓷材料和合金材料的材料。
根据本发明的第三方案，提供一种用于钻孔马达组件的转子和定子组件，其包 括定子和转子，该定子包括陶瓷和/或金属陶瓷增强合金材料，转子至少部分由金属材 料形成。
根据本发明的第四方案，提供一种用于钻孔马达组件的定子和转子组件，其包 括定子和转子，定子和转子中的至少一个包括可动接触表面部，该可动接触表面部布置 成在定子或转子的相对接触面之间形成密封，当该接触表面部装设在定子中时，可动接 触表面部布置成能够相对定子运动，当该接触表面部装设在转子中时，该可动接触表面 部布置成适于相对转子运动。
在开始运转条件下，为了使“钻孔泥浆”在跑合期有效地润滑金属对的金属， 转子和/或定子的表面形貌条件是重要的，但不是必要的。某些形貌特征也可以被添加 到转子的表面上，以有利于耐磨对的跑合。
对定子使用高温金属陶瓷/陶瓷增强镍基超级合金，使得定子能在超过250°C的 高温下使用。因此，期望确保转子能在类似的温度下工作。多种材料能用于转子，通常 但不仅仅包括热锻模具钢。
在这种环境中的综合破坏机理的构成是复杂的并且因此存在叠加的相互作用增 加了解决方案的复杂性。已经证明，对于这种场合，金属陶瓷/陶瓷增强镍基超级合金 的定子结合金属基转子的组合可产生适当的/合适的表面接触对。
具体实施方式
图1示出了本发明的一个实施例的剖视图，仅通过举例的方式而言。图1示出 了用于井下钻孔注水组件的定子和转子组件1。该组件1包括四棱转子3和五棱定子5。 在使用中，转子3布置成能在定子5中旋转，并且定子和转子的相对接触面之间的夹隙处 形成密封。定子5由陶瓷和/或金属陶瓷增强镍基合金材料制成。转子也由金属基材料 制成。定子5由支撑部件7围绕，并且定子5限定出孔或转子接纳空间10，转子3在其 中转动。应当理解转子和定子均为细长形。
理想地，但不是必要地，氧化自磨光机制应当被应用到相对面上，从而能够建 立令人满意的耐磨对。
这提供这样一种情况，即与表面形貌条件相结合的金属定子转子上的金属形成 氧化磨损/运行条件。
转子可制成带有沟槽和/或由含氟聚合物(fluro-polymer)材料制成的工作表面。 这种类型的聚合物通常能在高达300°C和超过300°C的温度下工作并且适用于这种场合。
“净成型”定子的表面也非常适用于这种耐磨对。
除了上述情况下，如上述的内部转子衬垫的接触部件被制成能通过利用泵送高 压钻孔泥浆的液压力来移动。这种运动的目的是为了在定子和转子之间形成密封。这对 保持马达的长期效率是有益的。
当使用聚合物和弹性体转子和定子时，正常存在0.5mm的标称过盈量，从成形 成令人满意的密封。人们可以使用液压力将含氟聚合物/金属转子衬垫移动到定子的表 面上，来有效地形成这种密封。
液压力可以但并不局限于采用沿着衬垫的长度的多个或多个液压活塞来施加。
在正常情况下，定子中的棱比转子中的棱多一个。在本发明的这个方案中，转 子的所有棱起到被液压力助力作用。
图2示出了另一种配置的局部剖视图，该配置包括活塞装置20，其形成定子5的 可动接触表面部。图2中示出的实施例实质上是图1示出实施例的变型，其中相同的附 图标记表示相同的特征。活塞装置20包括由含氟聚合物材料制成的衬垫部21，金属活塞 部件22以及装有液压流体的液压腔23。液压流体对活塞部件22施压，从而如箭头所示 向外推动该活塞部件。在使用中，这有利地意味着磨损被补偿。在另一个实施例中，定 子和转子可以设有相应的可动接触表面部。
权利要求
1.一种与钻孔转子一起使用的定子，该定子至少部分由陶瓷和/或金属陶瓷增强的合 金材料制成。
2.根据权利要求1所述的定子，其特征是，所述增强合金材料为该转子提供接触面。
3.根据权利要求1或2所述的定子，其特征是，所述接触面为限定孔的表面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的定子，其特征是，该定子由净成型制造工艺制成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的定子，其特征是，所述增强合金材料包括镍基 合金材料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的定子，其特征是，该定子适用于井下钻孔。
7.—种用于制造与钻孔转子一起使用的定子的方法，该方法包括使用包含陶瓷和/或 金属陶瓷材料和合金材料的材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征是，包括净成型制造工艺。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征是，包括用型模固结粉末形式的材料。
10.根据权利要求10所述的方法，其特征是，所述型模包括亚硝酸硼涂层。
11.一种用于钻孔马达组件的定子和转子组件，包括定子和转子，该定子包括陶瓷和 /或金属陶瓷增强合金材料，并且该转子至少部分由金属材料制成。
12.—种用于钻孔马达组件的定子和转子组件，其包括定子和转子，该定子和转子中 的至少一个包括可动接触表面部，该可动接触表面部布置成在该定子或该转子的相对表 面之间形成密封，当该接触表面部装设在该定子上时，该可动接触表面部布置成能够相 对所述定子移动，当该接触表面部装设在该转子上时，该可动接触表面部布置成适于相 对该转子运动。
13.根据权利要求12所述的组件，其特征是，包括加压装置，以朝向所述相对表面推 动该可动接触表面部，由此形成密封。
14.根据权利要求13所述的组件，其特征是，该加压装置包括液压加压装置。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的组件，其特征是，所述可动接触表面部包 括含氟聚合物材料。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的组件，其特征是，所述可动接触表面部呈活塞形式。
全文摘要
本发明提供一种与钻孔转子(3)一起使用的定子(5)，该定子至少部分由陶瓷和/金属陶瓷增强合金材料制成。
文档编号F04C15/00GK102027238SQ200980113442
公开日2011年4月20日 申请日期2009年4月17日 优先权日2008年4月17日
发明者G·F·阿彻 申请人:先进交互式材料科学有限公司
钻孔马达组件技术领域
本发明总体涉及钻孔马达组件，并且特别但不仅仅涉及用于井下钻孔的螺旋马 达，并且尤其涉及这类马达的转子和/或定子的制造。
背景技术：
为了能够钻探高温油带(这里的温度一般在250°C以上)，使用高温材料来构造 直列式螺旋马达是必要的。这实质上意味着转子和定子必须由能在这些位置所处的条件 下工作的材料制成。发明内容
本发明的发明人已经设计出一种净成型制造工艺，其能够制成具有一定表面光 洁度的定子内表面，这理想地适合在金属滑动接触条件下帮助高负载金属最优化。这允 许马达由合适的金属和/或金属基质复合材料制成。这种金属基定子和转子的组合是新 颖的且有创造性的。
根据本发明的一个实施例，通过使用净成型粉末冶金工艺制成的直列式定子， 以允许使用陶瓷和金属陶瓷增强的镍基超合金或类似的与陶瓷或金属陶瓷颗粒组合/用 陶瓷或金属陶瓷颗粒增强的高温合金，它们可以大概称为金属基质复合物。在传统方式 中，例如通过机械切削和/电加工技术，不能经济地和/或令人满意地制造这些材料和组 分的组合物。
净成型制造或近净成型制造工艺包括这样的生产技术，其中零件的初期产品非 常接近或者基本是最终(最后)产品形状。这意味着如果实际需要，仅需要非常少的精整 工作。优选地，在定子的生产中，金属粉末/颗粒在精密成型石墨型模中被等压加荷。 这使粉末材料固结。型模优选包括亚硝酸硼涂层，其用于在固结过程中过滤或控制碳从 型模进入定子。
根据本发明的第一方案，提供一种用于钻孔马达的定子，该定子至少部分由陶 瓷和/或金属陶瓷增强的合金材料制成。
根据本发明的第二方案，提供一种用于制造与钻孔转子一起使用的定子的方 法，该方法包括使用包括陶瓷和/或金属陶瓷材料和合金材料的材料。
根据本发明的第三方案，提供一种用于钻孔马达组件的转子和定子组件，其包 括定子和转子，该定子包括陶瓷和/或金属陶瓷增强合金材料，转子至少部分由金属材 料形成。
根据本发明的第四方案，提供一种用于钻孔马达组件的定子和转子组件，其包 括定子和转子，定子和转子中的至少一个包括可动接触表面部，该可动接触表面部布置 成在定子或转子的相对接触面之间形成密封，当该接触表面部装设在定子中时，可动接 触表面部布置成能够相对定子运动，当该接触表面部装设在转子中时，该可动接触表面 部布置成适于相对转子运动。
在开始运转条件下，为了使“钻孔泥浆”在跑合期有效地润滑金属对的金属， 转子和/或定子的表面形貌条件是重要的，但不是必要的。某些形貌特征也可以被添加 到转子的表面上，以有利于耐磨对的跑合。
对定子使用高温金属陶瓷/陶瓷增强镍基超级合金，使得定子能在超过250°C的 高温下使用。因此，期望确保转子能在类似的温度下工作。多种材料能用于转子，通常 但不仅仅包括热锻模具钢。
在这种环境中的综合破坏机理的构成是复杂的并且因此存在叠加的相互作用增 加了解决方案的复杂性。已经证明，对于这种场合，金属陶瓷/陶瓷增强镍基超级合金 的定子结合金属基转子的组合可产生适当的/合适的表面接触对。
具体实施方式
图1示出了本发明的一个实施例的剖视图，仅通过举例的方式而言。图1示出 了用于井下钻孔注水组件的定子和转子组件1。该组件1包括四棱转子3和五棱定子5。 在使用中，转子3布置成能在定子5中旋转，并且定子和转子的相对接触面之间的夹隙处 形成密封。定子5由陶瓷和/或金属陶瓷增强镍基合金材料制成。转子也由金属基材料 制成。定子5由支撑部件7围绕，并且定子5限定出孔或转子接纳空间10，转子3在其 中转动。应当理解转子和定子均为细长形。
理想地，但不是必要地，氧化自磨光机制应当被应用到相对面上，从而能够建 立令人满意的耐磨对。
这提供这样一种情况，即与表面形貌条件相结合的金属定子转子上的金属形成 氧化磨损/运行条件。
转子可制成带有沟槽和/或由含氟聚合物(fluro-polymer)材料制成的工作表面。 这种类型的聚合物通常能在高达300°C和超过300°C的温度下工作并且适用于这种场合。
“净成型”定子的表面也非常适用于这种耐磨对。
除了上述情况下，如上述的内部转子衬垫的接触部件被制成能通过利用泵送高 压钻孔泥浆的液压力来移动。这种运动的目的是为了在定子和转子之间形成密封。这对 保持马达的长期效率是有益的。
当使用聚合物和弹性体转子和定子时，正常存在0.5mm的标称过盈量，从成形 成令人满意的密封。人们可以使用液压力将含氟聚合物/金属转子衬垫移动到定子的表 面上，来有效地形成这种密封。
液压力可以但并不局限于采用沿着衬垫的长度的多个或多个液压活塞来施加。
在正常情况下，定子中的棱比转子中的棱多一个。在本发明的这个方案中，转 子的所有棱起到被液压力助力作用。
图2示出了另一种配置的局部剖视图，该配置包括活塞装置20，其形成定子5的 可动接触表面部。图2中示出的实施例实质上是图1示出实施例的变型，其中相同的附 图标记表示相同的特征。活塞装置20包括由含氟聚合物材料制成的衬垫部21，金属活塞 部件22以及装有液压流体的液压腔23。液压流体对活塞部件22施压，从而如箭头所示 向外推动该活塞部件。在使用中，这有利地意味着磨损被补偿。在另一个实施例中，定 子和转子可以设有相应的可动接触表面部。
权利要求
1.一种与钻孔转子一起使用的定子，该定子至少部分由陶瓷和/或金属陶瓷增强的合 金材料制成。
2.根据权利要求1所述的定子，其特征是，所述增强合金材料为该转子提供接触面。
3.根据权利要求1或2所述的定子，其特征是，所述接触面为限定孔的表面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的定子，其特征是，该定子由净成型制造工艺制成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的定子，其特征是，所述增强合金材料包括镍基 合金材料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的定子，其特征是，该定子适用于井下钻孔。
7.—种用于制造与钻孔转子一起使用的定子的方法，该方法包括使用包含陶瓷和/或 金属陶瓷材料和合金材料的材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征是，包括净成型制造工艺。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征是，包括用型模固结粉末形式的材料。
10.根据权利要求10所述的方法，其特征是，所述型模包括亚硝酸硼涂层。
11.一种用于钻孔马达组件的定子和转子组件，包括定子和转子，该定子包括陶瓷和 /或金属陶瓷增强合金材料，并且该转子至少部分由金属材料制成。
12.—种用于钻孔马达组件的定子和转子组件，其包括定子和转子，该定子和转子中 的至少一个包括可动接触表面部，该可动接触表面部布置成在该定子或该转子的相对表 面之间形成密封，当该接触表面部装设在该定子上时，该可动接触表面部布置成能够相 对所述定子移动，当该接触表面部装设在该转子上时，该可动接触表面部布置成适于相 对该转子运动。
13.根据权利要求12所述的组件，其特征是，包括加压装置，以朝向所述相对表面推 动该可动接触表面部，由此形成密封。
14.根据权利要求13所述的组件，其特征是，该加压装置包括液压加压装置。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的组件，其特征是，所述可动接触表面部包 括含氟聚合物材料。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的组件，其特征是，所述可动接触表面部呈活塞形式。
全文摘要
本发明提供一种与钻孔转子(3)一起使用的定子(5)，该定子至少部分由陶瓷和/金属陶瓷增强合金材料制成。
文档编号F04C15/00GK102027238SQ200980113442
公开日2011年4月20日 申请日期2009年4月17日 优先权日2008年4月17日
发明者G·F·阿彻 申请人:先进交互式材料科学有限公司
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