專利名稱：渦輪定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種石油、礦山、煤田、氣田等領(lǐng)域用井下動力鉆具，尤其是一種流體推動的渦輪動力鉆具的定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪鉆具，屬于機械制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
渦輪鉆具是工業(yè)應(yīng)用最早的一種井下液動馬達(dá)，它的作用是將工作液的液體壓力能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能量，驅(qū)動鉆頭轉(zhuǎn)動以破碎井底巖石。渦輪鉆具在前蘇聯(lián)一直作為其石油工業(yè)主要的鉆井工具，渦輪鉆井進(jìn)尺占總鉆井進(jìn)尺80%以上。目前，渦輪鉆具依然是俄羅斯及西方發(fā)達(dá)國家石油礦場常用的一種井下動力鉆具。我國20世紀(jì)50年代從前蘇聯(lián)引進(jìn)渦輪鉆具生產(chǎn)技術(shù)后，發(fā)展緩慢，未能在工礦現(xiàn)場得到很好應(yīng)用，重要原因之一是渦輪鉆具中的主要元件是由定子和轉(zhuǎn)子組成的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其作用是將液體能轉(zhuǎn)變?yōu)橹鬏S上的旋轉(zhuǎn)機械能。而渦輪定轉(zhuǎn)子組合件的外廓尺寸受到井徑的嚴(yán)格限制，所能通過的鉆井液流量也不大。請參考圖1至圖5，分別為現(xiàn)有的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件的結(jié)構(gòu)示意圖；現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子主視結(jié)構(gòu)示意圖；現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；現(xiàn)有的定子主視結(jié)構(gòu)示意圖；現(xiàn)有的定子的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，現(xiàn)有的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件100包括相配合的轉(zhuǎn)子101和定子102，所述轉(zhuǎn)子101包括圓筒狀的轉(zhuǎn)子本體103，沿所述轉(zhuǎn)子本體103的外圓周表面均勻布設(shè)有若干個轉(zhuǎn)子葉片104，在所述轉(zhuǎn)子葉片104的外端緣設(shè)有轉(zhuǎn)子葉冠105 ；所述定子102包括圓筒狀的定子本體106，沿所述定子本體106的內(nèi)圓周表面均勻布設(shè)有若干個定子葉片107，在所述定子葉片107的內(nèi)端緣設(shè)有定子葉冠108。由于現(xiàn)有的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件包括葉冠(包括轉(zhuǎn)子葉冠105和定子葉冠108)，而葉冠具有一定的厚度，占據(jù)了一定徑向尺寸，使得能夠產(chǎn)生扭矩的葉片有效徑向長度減小，輸出扭矩小。通常葉片單邊徑向尺寸為12mm 25mm， 而葉冠寬度一般為1. 5mm 3. 0mm，導(dǎo)致工作流體流經(jīng)葉片時產(chǎn)生的流動阻力大，壓降高。 為使渦輪鉆具輸出軸產(chǎn)生較大功率，就必須采用多級渦輪定轉(zhuǎn)子組合形式，其級數(shù)往往多達(dá)一二百級以上。而現(xiàn)有的渦輪鉆具，其由有葉冠的渦輪定轉(zhuǎn)子組成，導(dǎo)致渦輪鉆具馬達(dá)壓降高、扭矩小，型號單一等缺陷，并且與我國鉆井裝備與工具發(fā)展水平不相適應(yīng)，限制了渦輪鉆具在我國石油、礦山、煤田、氣田等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，本設(shè)計人基于從事相關(guān)科研及現(xiàn)場經(jīng)驗和專業(yè)知識，積極加以改進(jìn)和創(chuàng)新，以期實現(xiàn)一種低壓降、高扭矩的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，使具有渦輪定轉(zhuǎn)子組合件的渦輪馬達(dá)的排量、壓降與功率能夠滿足我國石油、礦山、煤田、氣田等領(lǐng)域泥漿泵額定排量、額定泵壓和額定功率要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種低壓降、高扭矩、結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。[0008]本實用新型的另一目的是提供一種渦輪級數(shù)大幅度減少，降低渦輪馬達(dá)整機壓降；渦輪馬達(dá)總長度相應(yīng)變短的渦輪鉆具，使得渦輪鉆具不僅能應(yīng)用于直井鉆進(jìn)，還能用于定向井作業(yè)，大大拓展了渦輪鉆具的應(yīng)用范圍。 為達(dá)到上述目的，本實用新型提出一種渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括轉(zhuǎn)子和定子，所述轉(zhuǎn)子為由圓筒狀的轉(zhuǎn)子本體和沿所述轉(zhuǎn)子本體的外圓周表面均勻布設(shè)的若干個轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)成的無葉冠的渦輪轉(zhuǎn)子，和/或所述定子為由圓筒狀的定子本體和沿所述定子本體的內(nèi)圓周表面均勻布設(shè)的若干個定子葉片構(gòu)成的無葉冠的渦輪定子。如上所述渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，所述無葉冠的渦輪轉(zhuǎn)子采用的材料為鑄鋼或不銹鋼或合金鋼或碳素結(jié)構(gòu)鋼。如上所述渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，所述無葉冠的渦輪定子采用的材料為鑄鋼或不銹鋼或合金鋼或碳素結(jié)構(gòu)鋼。如上所述渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，在所述轉(zhuǎn)子本體的外圓周表面均勻布設(shè)有 12 35個所述轉(zhuǎn)子葉片。如上所述渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，在所述定子本體的內(nèi)圓周表面均勻布設(shè)有 12 35個所述定子葉片。本實用新型還提出了一種渦輪鉆具，所述渦輪鉆具包括如上所述的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。如上所述渦輪鉆具，其中，所述渦輪定轉(zhuǎn)子組合件沿軸向疊置有多個，形成多級渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。如上所述渦輪鉆具，其中，所述多級渦輪定轉(zhuǎn)子組合件為40級 220級渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下特點和優(yōu)點1、本實用新型渦輪定轉(zhuǎn)子組合件的定子或轉(zhuǎn)子的至少其中一者為無葉冠的結(jié)構(gòu)， 從而增加了葉片的有效徑向長度。在使用時，工作液流過葉片，增加了流體過流橫截面積， 減小了流動阻力和壓降，并且增加了工作流體沖擊面積，增大了沖擊力及渦輪輸出扭矩。本實用新型適于石油、礦山、煤田、氣田等領(lǐng)域泥漿泵額定排量、額定泵壓和額定功率要求。2、本實用新型渦輪鉆具在額定輸出扭矩工況條件下需要的渦輪級數(shù)可以大幅度減少，因而可以降低渦輪馬達(dá)整機壓降；同時由于總級數(shù)的減少，渦輪馬達(dá)總長度相應(yīng)變短，使得渦輪鉆具不僅能應(yīng)用于直井鉆進(jìn)，還能用于定向井作業(yè)，大大拓展了渦輪鉆具的應(yīng)用范圍。

以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。其中，圖1為現(xiàn)有的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為現(xiàn)有的定子主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為現(xiàn)有的定子的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；[0026]圖6為本實用新型渦輪定轉(zhuǎn)子組合件實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實用新型實施例一的轉(zhuǎn)子主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為 本實用新型實施例一的轉(zhuǎn)子俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本實用新型實施例一的定子主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本實用新型實施例一的定子俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為本實用新型渦輪定轉(zhuǎn)子組合件實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為本實用新型渦輪定轉(zhuǎn)子組合件實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明現(xiàn)有技術(shù)100-現(xiàn)有的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件；101-轉(zhuǎn)子；102-定子；103-轉(zhuǎn)子本體；104-轉(zhuǎn)子葉片；105-轉(zhuǎn)子葉冠；106-定子本體；107-定子葉片；108-定子葉冠。本實用新型1-無葉冠的渦輪轉(zhuǎn)子；11-轉(zhuǎn)子本體；12-轉(zhuǎn)子葉片；2-無葉冠的渦輪定子；21-定子本體；22-定子葉片。
具體實施方式
為了對本實用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本實用新型的具體實施方式
。實施例一請參考圖6至圖10，分別為本實用新型渦輪定轉(zhuǎn)子組合件實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；本實用新型實施例一的轉(zhuǎn)子主視結(jié)構(gòu)示意圖和俯視結(jié)構(gòu)示意圖；本實用新型實施例一的定子主視結(jié)構(gòu)示意圖和俯視結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本實用新型提出一種渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括轉(zhuǎn)子1和定子2，所述轉(zhuǎn)子1與所述定子2之間相互配合的結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再詳細(xì)說明。在本實用新型中， 所述轉(zhuǎn)子1為無葉冠的渦輪轉(zhuǎn)子1，所述定子2為無葉冠的渦輪定子2。其中，如圖7、8所示所述無葉冠的渦輪轉(zhuǎn)子1由圓筒狀的轉(zhuǎn)子本體11和沿所述轉(zhuǎn)子本體11的外圓周表面均勻布設(shè)的若干個轉(zhuǎn)子葉片12構(gòu)成；如圖9、10所示，所述無葉冠的渦輪定子2由圓筒狀的定子本體21和沿所述定子本體21的內(nèi)圓周表面均勻布設(shè)的若干個定子葉片22構(gòu)成。與現(xiàn)有的渦輪定子和轉(zhuǎn)子相比，本實用新型的無葉冠的渦輪轉(zhuǎn)子1和無葉冠的渦輪定子2通過硅溶膠精密鑄造后車加工、磨加工成型，無需在轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片上設(shè)置葉冠，這樣客觀上增加了轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片的有效徑向長度與流體過流橫截面積，工作液流經(jīng)轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片時流動阻力減少，壓降減??；同時由于無葉冠，使轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片的有效徑向長度增大，使得工作流體沖擊面積增加，產(chǎn)生的沖擊力增大，增大了渦輪輸出扭矩。并且， 為了減小工作流體流經(jīng)葉片式時的流動阻力，本實用新型的無葉冠的渦輪轉(zhuǎn)子1和無葉冠的渦輪定子2通過硅溶膠精密鑄造后車加工、磨加工成型，提高了轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片的表面光潔度，減小摩擦壓力損失，提高水力效率，并且能夠滿足強度及防漏要求。進(jìn)一步的，所述無葉冠的渦輪轉(zhuǎn)子1和所述無葉冠的渦輪定子2采用的材料為鑄鋼或不銹鋼或合金鋼或碳素結(jié)構(gòu)鋼，從而進(jìn)一步滿足強度及使用壽命的要求。進(jìn)一步的，在所述轉(zhuǎn)子本體11的外圓周表面均勻布設(shè)有12 35個所述轉(zhuǎn)子葉片12。在所述定子本體21的內(nèi)圓周表面均勻布設(shè)有12 35個所述定子葉片22，從而滿足不同工況的需求。本實用新型還提供了一種渦輪鉆具，該渦輪鉆具包括如上所述的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。其中，所述渦輪定轉(zhuǎn)子組合件沿軸向疊置有多個，形成多級渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。所述多級渦輪定轉(zhuǎn)子組合件為40級 220級渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。由于本實用新型采用無葉冠的渦輪轉(zhuǎn)子1和無葉冠的渦輪定子2，這樣，在額定輸出扭矩工況條件下需要的渦輪級數(shù)可以大幅度減少，因而可以 降低渦輪馬達(dá)整機壓降；同時由于總級數(shù)的減少，渦輪馬達(dá)總長度相應(yīng)變短，使得渦輪鉆具不僅能應(yīng)用于直井鉆進(jìn)，還能用于定向井作業(yè)，大大拓展了渦輪鉆具的應(yīng)用范圍。實施例二請參考圖11，為本實用新型渦輪定轉(zhuǎn)子組合件實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示， 本實施例與上述實施例一的結(jié)構(gòu)和功能基本相同，因此相同的部件以相同的標(biāo)號表示，且不再重復(fù)贅述。本實施例與上述實施例一的不同之處在于，所述轉(zhuǎn)子1為無葉冠的渦輪轉(zhuǎn)子1，而所述定子2為現(xiàn)有的有葉冠的渦輪定子，從而通過增加了轉(zhuǎn)子葉片12的有效徑向長度，減少工作液流動阻力，并且增加了工作流體沖擊面積，增大了沖擊力，進(jìn)而增大了渦輪輸出扭矩。實施例三請參考圖12，為本實用新型渦輪定轉(zhuǎn)子組合件實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示， 本實施例與上述實施例一的結(jié)構(gòu)和功能基本相同，因此相同的部件以相同的標(biāo)號表示，且不再重復(fù)贅述。本實施例與上述實施例一的不同之處在于，所述轉(zhuǎn)子1為現(xiàn)有的具有葉冠的渦輪轉(zhuǎn)子，而所述定子2為無葉冠的渦輪定子，從而通過增加了定子葉片21的有效徑向長度，減少工作液流動阻力，并且增加了工作流體沖擊面積，增大了沖擊力，進(jìn)而增大了渦輪輸出扭矩。綜上所述，本實用新型的定子或轉(zhuǎn)子的至少其中一者為無葉冠的結(jié)構(gòu)，從而增加了葉片的有效徑向長度。在使用時，工作液流過葉片，增加了流體過流橫截面積，減小了流動阻力和壓降，并且增加了工作流體沖擊面積，增大了沖擊力及渦輪輸出扭矩。本實用新型適于石油、礦山、煤田、氣田等領(lǐng)域泥漿泵額定排量、額定泵壓和額定功率要求。并且，本實用新型渦輪鉆具在額定輸出扭矩工況條件下需要的渦輪級數(shù)可以大幅度減少，因而可以降低渦輪馬達(dá)整機壓降；同時由于總級數(shù)的減少，渦輪馬達(dá)總長度相應(yīng)變短，使得渦輪鉆具不僅能應(yīng)用于直井鉆進(jìn)，還能用于定向井作業(yè)，大大拓展了渦輪鉆具的應(yīng)用范圍。以上所述僅為本實用新型示意性的具體實施方式
，并非用以限定本實用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.一種渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括轉(zhuǎn)子和定子，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子為由圓筒狀的轉(zhuǎn)子本體和沿所述轉(zhuǎn)子本體的外圓周表面均勻布設(shè)的若干個轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)成的無葉冠的渦輪轉(zhuǎn)子，和/或所述定子為由圓筒狀的定子本體和沿所述定子本體的內(nèi)圓周表面均勻布設(shè)的若干個定子葉片構(gòu)成的無葉冠的渦輪定子。
2.如權(quán)利要求1所述渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于，所述無葉冠的渦輪轉(zhuǎn)子采用的材料為鑄鋼或不銹鋼或合金鋼或碳素結(jié)構(gòu)鋼。
3.如權(quán)利要求1所述渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于，所述無葉冠的渦輪定子采用的材料為鑄鋼或不銹鋼或合金鋼或碳素結(jié)構(gòu)鋼。
4.如權(quán)利要求1所述渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子本體的外圓周表面均勻布設(shè)有12 35個所述轉(zhuǎn)子葉片。
5.如權(quán)利要求1所述渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于，在所述定子本體的內(nèi)圓周表面均勻布設(shè)有12 35個所述定子葉片。
6.一種渦輪鉆具，其特征在于，所述渦輪鉆具包括如權(quán)利要求1至5中任一項所述的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。
7.如權(quán)利要求6所述渦輪鉆具，其特征在于，所述渦輪定轉(zhuǎn)子組合件沿軸向疊置有多個，形成多級渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。
8.如權(quán)利要求7所述渦輪鉆具，其特征在于，所述多級渦輪定轉(zhuǎn)子組合件為40級 220級渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。
專利摘要本實用新型公開了一種渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括轉(zhuǎn)子和定子，所述轉(zhuǎn)子為由圓筒狀的轉(zhuǎn)子本體和沿所述轉(zhuǎn)子本體的外圓周表面均勻布設(shè)的若干個轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)成的無葉冠的渦輪轉(zhuǎn)子，和/或所述定子為由圓筒狀的定子本體和沿所述定子本體的內(nèi)圓周表面均勻布設(shè)的若干個定子葉片構(gòu)成的無葉冠的渦輪定子。本實用新型還提出了一種渦輪鉆具，包括如上所述的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。本實用新型具有低壓降、高扭矩、結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長的優(yōu)點。
文檔編號E21B4/02GK202039904SQ201120121280
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者王璽, 譚春飛, 陳鵬 申請人:中國石油大學(xué)(北京), 中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院