本申请涉及石油、天然气勘探钻井设备技术领域，特别涉及一种提高使用寿命的螺杆马达及井下动力钻具。
背景技术：
螺杆钻具是石油钻井广泛使用的井下动力钻具，主要包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，且由上至下依次固定连接组成。马达总成由马达定子和马达转子组成；马达定子由定子壳体和定子衬套组成，定子衬套的外壁与定子壳体内壁粘接；定子衬套的内表面为连续螺旋线型，横截面内孔为沿圆周均布的花瓣形，花瓣头数为2个或2个以上，通常为双数；马达转子头数比马达定子头数少一个。用高压泥浆驱动马达总成中的马达转子在马达定子中运动，马达定子和马达转子啮合在空间形成密封腔，产生扭矩和转速。
相关技术中，目前螺杆钻具厂家均采用理论线型来制造马达总成，由于马达定子含有定子衬套，所以马达定子和马达转子之间存在过盈量形成密封线，其特点是马达密封线在各处的过盈量都是相同的。如图1所示，马达定子波峰21与马达转子波峰31接触的地方为点接触，马达转子波峰31与马达定子波谷22接触的地方为线接触，马达定子波峰21与马达转子波峰31接触的过盈量与马达转子波峰31与马达定子波谷22接触的过盈量均相等。
由于马达转子波峰31与马达定子波谷22接触的密封线长度明显比马达定子波峰21与马达转子波峰31接触的密封线长度大，也就是说马达转子波峰31与马达定子波谷22接触的密封面积明显比马达定子波峰21与马达转子波峰31接触的密封面积大很多。因此马达转子波峰31与马达定子波谷22接触的密封面产生的橡胶弹力会很大，从而推动马达转子3向远离马达转子波峰31与马达定子波谷22的接触面方向移动，导致马达定子波峰21与马达转子波峰31接触面过盈量变大，定子衬套2的应力也随之变大，摩擦扭矩增加，加快定子衬套2磨损，导致定子衬套2早期失效，降低马达定子的使用寿命。
技术实现要素：
本申请实施例提供一种提高使用寿命的螺杆马达及井下动力钻具，以解决相关技术中马达转子波峰与马达定子波谷接触的密封面积明显比马达定子波峰与马达转子波峰接触的密封面积大，导致马达定子波峰与马达转子波峰接触面过盈量变大，加快定子衬套磨损，导致定子衬套早期失效的问题。
本申请实施例第一方面提供了一种提高使用寿命的螺杆马达，包括：
马达定子，所述马达定子包括定子壳体和位于所述定子壳体内的定子衬套，所述定子衬套的外壁与定子壳体的内壁贴合，所述定子衬套的内周螺旋线型由多个间隔连接的定子波谷型线和定子波峰型线组成；
所述定子波谷型线至马达定子中心的距离大于定子波峰型线至马达定子中心的距离，所述定子波峰型线与理论定子波峰型线相同，所述定子波谷型线至马达定子中心的距离大于所述理论定子波峰型线至马达定子中心的距离。
在一些实施例中：还包括马达转子，所述马达转子位于所述马达定子内且与马达定子共轭，所述马达转子的外周螺旋线型由多个间隔连接的转子波谷型线和转子波峰型线组成；
所述转子波谷型线至马达转子中心的距离小于转子波峰型线至马达转子中心的距离，所述转子波峰型线与理论转子波峰型线相同，所述转子波谷型线至马达转子中心的距离小于理论转子波谷型线至马达转子中心的距离。
在一些实施例中：所述定子波谷型线和定子波峰型线之间通过定子波谷侧线光滑过渡，所述转子波谷型线和转子波峰型线之间通过转子波谷侧线光滑过渡。
在一些实施例中：所述定子波谷侧线为圆弧线，所述定子波谷侧线与定子波谷型线内切，所述定子波谷侧线与定子波峰型线外切；
所述转子波谷侧线为圆弧线，所述转子波谷侧线与转子波谷型线内切，所述转子波谷侧线与转子波峰型线外切。
在一些实施例中：所述定子波谷侧线的直径为定子衬套大径的1/16-1/4；
所述转子波谷侧线的直径为马达转子大径的1/16-1/4。
在一些实施例中：所所述定子波谷型线至马达定子中心的距离与所述理论定子波谷型线至马达定子中心的距离的差值为0.2-0.8mm；
所述理论转子波谷型线至马达转子中心的距离与所述转子波谷型线至马达转子中心的距离的差值为0.2-0.8mm。
在一些实施例中：所述马达转子与定子衬套之间通过过盈密封配合。
在一些实施例中：所述定子壳体内孔为连续螺旋线型，所述定子衬套的外形轮廓与定子壳体内孔轮廓相同。
在一些实施例中：所述定子衬套为橡胶衬套，所述定子衬套与定子壳体的内壁硫化为一体。
本申请实施例第二方面提供了一种井下动力钻具，所述井下动力钻具包括上述任一项实施例所述的一种提高使用寿命的螺杆马达。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种提高使用寿命的螺杆马达及井下动力钻具，由于本申请的螺杆马达设置了马达定子，该马达定子包括定子壳体和位于定子壳体内的定子衬套，定子衬套的外壁与定子壳体的内壁贴合，定子衬套的内周螺旋线型由多个间隔连接的定子波谷型线和定子波峰型线组成；定子波谷型线至马达定子中心的距离大于定子波峰型线至马达定子中心的距离，定子波峰型线与理论定子波峰型线相同，定子波谷型线至马达定子中心的距离大于理论定子波谷型线至马达定子中心的距离。
因此，本申请的螺杆马达通过对定子衬套的内周螺旋线型进行修正，将定子波谷型线至马达定子中心的距离大于理论定子波谷型线至马达定子中心的距离，即将理论定子波谷型线向远离马达定子中心方向偏移形成了定子波谷型线，以减小马达转子波峰与马达定子波谷接触的过盈量。马达转子波峰与马达定子波谷接触的过盈量减小后使马达定子波峰与马达转子波峰的接触面积和过盈量均相应减小，降低了定子衬套的摩擦扭矩，减小定子衬套磨损，提高马达定子的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为背景技术中的马达总成的结构示意图；
图2为本申请实施例螺杆马达的结构示意图；
图3为本申请实施例定子波谷型线与理论定子波峰型线的结构示意图；
图4为本申请实施例转子波谷型线与理论转子波谷型线的结构示意图；
图5为本申请实施例定子波谷型线设计示意图；
图6为本申请实施例转子波谷型线设计示意图。
附图标记：
1、定子壳体；2、定子衬套；3、马达转子；21、马达定子波峰；22、马达定子波谷；23、定子波谷型线；24、定子波峰型线；25、理论定子波谷型线；26、定子波谷侧线；31、马达转子波峰；32、转子波谷型线；33、转子波峰型线；34、理论转子波谷型线；35、转子波谷侧线；36、马达转子波谷。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种提高使用寿命的螺杆马达及井下动力钻具，其能解决相关技术中马达转子波峰与马达定子波谷接触的密封面积明显比马达定子波峰与马达转子波峰接触的密封面积大，导致马达定子波峰与马达转子波峰接触面过盈量变大，加快定子衬套磨损，导致定子衬套早期失效的问题。
参见图2至图4所示，本申请实施例第一方面提供了一种提高使用寿命的螺杆马达，包括：
马达定子，该马达定子包括定子壳体1和位于定子壳体1内的定子衬套2，定子衬套2的外壁与定子壳体1的内壁贴合，定子衬套2的内周螺旋线型由多个间隔连接的定子波谷型线23和多个定子波峰型线24首尾连接组成。定子壳体1的内孔为连续螺旋线型，定子衬套2的外形轮廓与定子壳体1内孔轮廓相同，定子衬套2优选为橡胶衬套，定子衬套2与定子壳体1的内壁硫化为一体结构。
定子波谷型线23至马达定子中心的距离大于定子波峰型线24至马达定子中心的距离，即定子波谷型线23向马达定子的外侧凹陷，定子波峰型线24向马达定子的内侧凸出。定子波峰型线24与理论定子波峰型线相同，定子波谷型线23至马达定子中心的距离大于理论定子波谷型线25至马达定子中心的距离。
本申请实施例的螺杆马达通过对定子衬套2的内周螺旋线型进行修正，将定子波谷型线23至马达定子中心的距离大于理论定子波谷型线25至马达定子中心的距离，即将理论定子波谷型线25向远离马达定子中心方向偏移形成了定子波谷型线23，以减小马达转子波峰31与马达定子波谷22接触的过盈量。
马达转子波峰31与马达定子波谷22接触的过盈量减小后使马达定子波峰21与马达转子波峰31的接触面积和过盈量均相应减小，降低了定子衬套2的摩擦扭矩，减小定子衬套2磨损，提高马达定子的使用寿命。
此外，虽然马达转子波峰31与马达定子波谷22接触的过盈量减小了，但马达转子波峰31与马达定子波谷22接触面积仍然大于马达定子波峰21与马达转子波峰31的接触面积，保证了马达转子波峰31与马达定子波谷22之间的密封性和容积效率。
在一些可选实施例中：参见图2至图4所示，本申请实施例提供了一种提高使用寿命的螺杆马达，该螺杆马达还包括马达转子3，马达转子3位于马达定子内且与马达定子共轭，马达转子3的外周螺旋线型由多个间隔连接的转子波谷型线32和多个转子波峰型线33首尾连接组成。
转子波谷型线32至马达转子中心的距离小于转子波峰型线33至马达转子中心的距离，即转子波谷型线32向马达转子的内侧凹陷，转子波峰型线33向马达转子的外侧凸出。转子波峰型线33与理论转子波峰型线相同，转子波谷型线32至马达转子中心的距离小于理论转子波谷型线34至马达转子中心的距离。
本申请实施例的螺杆马达通过对马达转子3的外周螺旋线型进行修正，将转子波谷型线32至马达转子中心的距离小于理论转子波谷型线34至马达转子中心的距离，即将理论转子波谷型线34向接近马达转子中心方向偏移形成了转子波谷型线32，以减小马达定子波峰21与马达转子波谷36接触的过盈量。
马达定子波峰21与马达转子波谷36接触的过盈量减小后使马达定子波峰21与马达转子波峰31的接触面积和过盈量均相应减小，降低了定子衬套2的摩擦扭矩，减小定子衬套2磨损，提高马达定子的使用寿命。
此外，虽然马达定子波峰21与马达转子波谷36接触的过盈量减小了，但马达定子波峰21与马达转子波谷36接触面积仍然大于马达定子波峰21与马达转子波峰31的接触面积，保证了马达定子波峰21与马达转子波谷36之间的密封性和容积效率。
在一些可选实施例中：参见图5和图6所示，本申请实施例提供了一种提高使用寿命的螺杆马达，该螺杆马达的定子波谷型线23和定子波峰型线24之间通过定子波谷侧线26光滑过渡，转子波谷型线32和转子波峰型线33之间通过转子波谷侧线35光滑过渡。
定子波谷侧线26为圆弧线，定子波谷侧线26与定子波谷型线23内切，定子波谷侧线26与定子波峰型线24外切。转子波谷侧线35为圆弧线，转子波谷侧线35与转子波谷型线32内切，转子波谷侧线35与转子波峰型线33外切。定子波谷侧线26的直径为定子衬套大径的1/16-1/4，转子波谷侧线35的直径为马达转子大径的1/16-1/4。
本申请实施例的螺杆马达的定子波谷型线23和定子波峰型线24之间通过定子波谷侧线26光滑过渡，避免了定子波谷型线23和定子波峰型线24之间交接处出现阴角产生打扣的现象。转子波谷型线32和转子波峰型线33之间通过转子波谷侧线35光滑过渡，避免了转子波谷型线32和转子波峰型线33之间交接处出现阴角产生打扣的现象。
定子波谷侧线26与定子波谷型线23内切，定子波谷侧线26与定子波峰型线24外切，保证了定子波谷侧线26在定子波谷型线23和定子波峰型线24之间光滑过渡。转子波谷侧线35与转子波谷型线32内切，转子波谷侧线35与转子波峰型线33外切，保证了转子波谷侧线35在转子波谷型线32和转子波峰型线33之间光滑过渡。
在一些可选实施例中：参见图3和图4所示，本申请实施例提供了一种提高使用寿命的螺杆马达，该螺杆马达的定子波谷型线23至马达定子中心的距离与理论定子波谷型线25至马达定子中心的距离的差值为0.2-0.8mm。理论转子波谷型线34至马达转子中心的距离与转子波谷型线32至马达转子中心的距离的差值为0.2-0.8mm。
本申请实施例将理论定子波谷型线25向远离马达定子中心方向偏移0.2-0.8mm形成定子波谷型线23，定子波谷型线23相比理论定子波谷型线25更深。当马达转子3与马达定子共轭时，马达定子波谷22与马达转子波峰31之间的过盈量和马达转子波峰31与马达定子波峰21之间的过盈量均减小，并保证马达转子3与定子衬套2之间通过过盈密封配合，提高马达定子波谷22与马达转子波峰31之间的密封性。
本申请实施例将理论转子波谷型线34向接近马达转子中心方向偏移0.2-0.8mm形成转子波谷型线32。，转子波谷型线32相比理论转子波谷型线34更深。当马达转子3与马达定子共轭时，马达转子波谷36与马达定子波峰21之间的过盈量和马达转子波峰31与马达定子波峰21之间的过盈量均减小，并保证马达转子3与定子衬套2之间通过过盈密封配合，提高马达转子波谷36与马达定子波峰21之间的密封性。
本申请实施例第二方面提供了一种井下动力钻具，该井下动力钻具包括上述任一项实施例所述的一种提高使用寿命的螺杆马达。
工作原理
本申请实施例提供了一种提高使用寿命的螺杆马达及井下动力钻具，由于本申请的螺杆马达设置了马达定子，该马达定子包括定子壳体1和位于定子壳体1内的定子衬套2，定子衬套2的外壁与定子壳体1的内壁贴合，定子衬套2的内周螺旋线型由多个间隔连接的定子波谷型线23和定子波峰型线24组成；定子波谷型线23至马达定子中心的距离大于定子波峰型线24至马达定子中心的距离，定子波峰型线24与理论定子波峰型线相同，定子波谷型线23至马达定子中心的距离大于理论定子波谷型线25至马达定子中心的距离。
因此，本申请的螺杆马达通过对定子衬套2的内周螺旋线型进行修正，将定子波谷型线23至马达定子中心的距离大于理论定子波谷型线25至马达定子中心的距离，即将理论定子波谷型线25向远离马达定子中心方向偏移形成了定子波谷型线23，以减小马达转子波峰31与马达定子波谷22接触的过盈量。马达转子波峰31与马达定子波谷22接触的过盈量减小后使马达定子波峰21与马达转子波峰31的接触面积和过盈量均相应减小，降低了定子衬套2的摩擦扭矩，减小定子衬套2磨损，提高马达定子的使用寿命。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
1.一种提高使用寿命的螺杆马达，其特征在于，包括：
马达定子，所述马达定子包括定子壳体(1)和位于所述定子壳体(1)内的定子衬套(2)，所述定子衬套(2)的外壁与定子壳体(1)的内壁贴合，所述定子衬套(2)的内周螺旋线型由多个间隔连接的定子波谷型线(23)和定子波峰型线(24)组成；
所述定子波谷型线(23)至马达定子中心的距离大于定子波峰型线(24)至马达定子中心的距离，所述定子波峰型线(24)与理论定子波峰型线相同，所述定子波谷型线(23)至马达定子中心的距离大于理论定子波谷型线(25)至马达定子中心的距离。
2.如权利要求1所述的一种提高使用寿命的螺杆马达，其特征在于：
还包括马达转子(3)，所述马达转子(3)位于所述马达定子内且与马达定子共轭，所述马达转子(3)的外周螺旋线型由多个间隔连接的转子波谷型线(32)和转子波峰型线(33)组成；
所述转子波谷型线(32)至马达转子中心的距离小于转子波峰型线(33)至马达转子中心的距离，所述转子波峰型线(33)与理论转子波峰型线相同，所述转子波谷型线(32)至马达转子中心的距离小于理论转子波谷型线(34)至马达转子中心的距离。
3.如权利要求2所述的一种提高使用寿命的螺杆马达，其特征在于：
所述定子波谷型线(23)和定子波峰型线(24)之间通过定子波谷侧线(26)光滑过渡，所述转子波谷型线(32)和转子波峰型线(33)之间通过转子波谷侧线(35)光滑过渡。
4.如权利要求3所述的一种提高使用寿命的螺杆马达，其特征在于：
所述定子波谷侧线(26)为圆弧线，所述定子波谷侧线(26)与定子波谷型线(23)内切，所述定子波谷侧线(26)与定子波峰型线(24)外切；
所述转子波谷侧线(35)为圆弧线，所述转子波谷侧线(35)与转子波谷型线(32)内切，所述转子波谷侧线(35)与转子波峰型线(33)外切。
5.如权利要求3所述的一种提高使用寿命的螺杆马达，其特征在于：
所述定子波谷侧线(26)的直径为定子衬套大径的1/16-1/4；
所述转子波谷侧线(35)的直径为马达转子大径的1/16-1/4。
6.如权利要求2所述的一种提高使用寿命的螺杆马达，其特征在于：
所述定子波谷型线(23)至马达定子中心的距离与所述理论定子波谷型线(25)至马达定子中心的距离的差值为0.2-0.8mm；
所述理论转子波谷型线(34)至马达转子中心的距离与所述转子波谷型线(32)至马达转子中心的距离的差值为0.2-0.8mm。
7.如权利要求2所述的一种提高使用寿命的螺杆马达，其特征在于：
所述马达转子(3)与定子衬套(2)之间通过过盈密封配合。
8.如权利要求1所述的一种提高使用寿命的螺杆马达，其特征在于：
所述定子壳体(1)的内孔为连续螺旋线型，所述定子衬套(2)的外形轮廓与定子壳体(1)的内孔轮廓相同。
9.如权利要求1所述的一种提高使用寿命的螺杆马达，其特征在于：
所述定子衬套(2)为橡胶衬套，所述定子衬套(2)与定子壳体(1)的内壁硫化为一体。
10.一种井下动力钻具，其特征在于，所述井下动力钻具包括权利要求1至9任一项所述的一种提高使用寿命的螺杆马达。
技术总结