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高等学校科学技术进步奖公示: 项目名称 大扭矩长寿命螺杆钻具关键技术与工程应用 推荐单位 （推荐专家） 沈阳工业大学 项目简介 螺杆钻具是石油、天然气、页岩气等地下资源开采过程中在井下为钻头提供动力的机械装置，它将地面压入井底的高压泥浆的压力能转变为钻头钻削岩石的机械能，它也是井下最复杂的机械装置。发达国家对螺杆钻具的设计方法和关键制造工艺实施封锁，致使我国一直沿用70年前的陈旧技术，其最主要的输出扭矩和使用寿命指标与国际先进水平相差甚远，严重制约了我国石油工业的发展。 项目组在国家自然科学基金、省市攻关等项目支持下，历经11年产学研合作的理论与实践探索，针对大扭矩、长寿命条件下的设计理论、关键结构、制造技术、成套制造装备及系列钻具进行艰苦攻关，大批量生产了国际先进水平的螺杆钻具，取得了如下主要创新成果： 1）设计技术方面 提出了螺旋定转子共轭啮合廓形的数值表达方法，建立了非摆线等距线廓形数值模型，发明了“三步偏差补偿设计方法”，解决了注胶变形产生误差廓形定子与理论转子啮合精度差的难题，设计突破揭示了砂带抛光螺旋曲面的空间包络规律，提出了双砂带抛光转子制造工艺，解决了加工精度差、效率低的关键技术难题沈阳工业大学自200年开始承担全国各地多家企业委托攻关研究复杂螺旋曲面数控加工技术及装备的课题，主要围绕螺旋曲面廓形数值设计双砂带精密抛光加工理论、螺旋曲面廓形在机激光检测与误差补偿曲面数控加工机床设计制造等方面进行了多学科的交叉攻关研究，取得了涉及螺旋曲面廓形偏差设计方法、空间包络理论、曲面数控加工机床具有特殊功能的集成数控系统等多方面的诸多研究成果。在项目攻关、研发、实施、应用和推广过程中，对研究工作所需的人力、物力、资金和工作时间等条件给予了充分的保障。沈阳工大科技开发有限公司自200年开始与沈阳工业大学进行产学研合作，经过十几年的合作、磨合，现已与沈阳工业大学数控机床开发中心和辽宁省复杂曲面数控技术重点实验室形成了三位一体的产学研联合体，该联合体是国内唯一一家专门从事复杂异形螺旋曲面制造技术、专用机床和螺旋机械产品研发、制造的专业公司，多年来共同研制了个系列种规格的螺旋曲面数控加工机床。公司主要承担本成果中螺旋曲面数控加工理论研究成果的试验加工与验证分析，以及螺旋曲面数控加工机床的制造、调试等工作。在项目的整个研究过程中，本公司为研究成果的实施提供了充分的试验条件，保证了本项目的顺利进行。廊坊奥瑞拓石油机械有限公司自2011年开始与沈阳工业大学进行螺杆动力系统设计、制造关键技术与成套装备工程应用项目的研究工作。在本项目中，我公司承担了井下螺杆钻具中螺杆马达形线设计新方法的验证工作，试验中提出了该方法的修改建议，改进后的这种方法对提高啮合效率具有明显效果，现已在我公司所有产品中应用。公司承担了螺杆马达转子抛光工艺的试验研究工作，研究了螺旋曲面圆周抛光和螺旋抛光两种抛光方式的抛光轨迹对抛光质量的影响规律，进行了两种抛光方式的对比试验，优化了抛光工艺参数。公司还对激光测量廓形新方法进行了试验验证。在所有试验研究的基础上对新型抛光机床和铣床的设计方案提出了创造性的建议。山东石油有限公司自2008年我公司开始与沈阳工业大学进行螺杆动力系统设计、制造关键技术与成套装备工程应用项目的研究工作。在本项目中，我公司主要承担了螺杆马达转子数控抛光工艺的试验研究工作，试验研究成果为开发数控螺杆抛光机床提供了重要的依据。我公司还进行了提高螺杆加工精度的工艺试验工作，应用激光测量反馈控制技术之后，172型螺杆马达转子的制造廓形误差由原来的0.15mm降低到0.02 mm左右，显著提高了产品质量水平。山东东远石油装备有限公司自2005年我公司开始与沈阳工业大学进行螺杆动力系统设计、制造关键技术与成套装备工程应用项目的研究工作，共同研究螺杆钻具中螺杆马达定转子的设计与制造工艺，对三步偏差闭环设计方法进行了试验与改进，使我公司设计水平明显提高，结合新型加工工艺，使用反馈控制技术之后螺杆的加工廓形误差由原来的0.2mm降低到0.02mm-0.05mm的国际先进水平。这些技术使我公司螺杆钻具产品性能有了突破性的进步，目前我公司以性能稳定、使用寿命长而著称，使用寿命由原来的100小时提高到400小时。本成果研发的螺杆设计与制造技术，在国内螺杆行业建立了全新制造技术体系其已推广到国内的所有省份及北美、南美、东亚、中东、非洲等国家和地区的石油领域的200多个企业。其中出具应用证明的个应用单位如下发明 专利 数控螺纹修复车床上螺旋轨迹的检测定位 装置及方法 中国 ZL201210116931.9 2014 12.24 1552108 沈阳工业大学 王可，孙兴伟 发明 专利 数控螺纹修复车床上螺旋轨迹的机械定位装置及定位方法 中国 ZL201210116944.