[發明專利]用于渦輪鉆具的渦輪組件

無效

• 申請號: 201310383866.0
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN103437829A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 賀昶明
• 申請（專利權）人: 成都科盛石油科技有限公司
• 主分類號: F01D5/02
• 分類號: F01D5/02;F01D9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種石油鉆具配件，具體是一種用于渦輪鉆具的渦輪組件，屬石油機械領域。

背景技術

?渦輪鉆具在井下工作條件比較惡劣，鉆井泥漿流直接高速沖擊渦輪組合件的渦輪轉子葉片，使其獲得能量，從而帶動與之相連的鉆頭旋轉鉆井，渦輪鉆具主要包括有渦輪定子、渦輪轉子、主軸、止推軸承、中部軸承、下部軸承以及外殼組成。鉆井時鉆桿不動，靠渦輪轉子帶動主軸轉動，從而具有高鉆速、高效率及鉆時短等諸多優點，且減少了鉆桿、套管等的磨損以及事故的發生。

現如今的渦輪鉆具的渦輪在使用時受到較大的沖擊力，其易出現斷裂的現象，從而損壞葉片，不僅成本增加，拆卸麻煩，且不能充分利用高壓泥漿流的勢能。

發明內容

本發明所要解決的問題是：提供一種用于渦輪鉆具的渦輪組件，用于解決以往的渦輪組件的液體勢能利用不充分、葉片易斷裂的問題。

本發明提供的技術方案是：用于渦輪鉆具的渦輪組件，包括渦輪轉子和渦輪定子，所述渦輪轉子包括環形的葉輪盤轂，葉輪盤轂一側端面向外延伸形成導向套環，所述葉輪盤轂在導向套環外側的端面形成定位臺階，所述葉輪盤轂和導向套環內側圓周面設有鍵槽，所述葉輪盤轂外側圓周面設有若干個轉子葉片；所述渦輪定子包括內套環和外套環，所述內套環和外套環通過若干個定子葉片固定連接；所述導向套環套合在內套環內并通過定位臺階將渦輪轉子和渦輪定子配合套疊。渦輪定子的外套環固定在鉆具的外殼上，渦輪轉子通過鍵槽與鉆具鉆桿連接，工作時渦輪定子不動，渦輪轉子帶動鉆具鉆桿轉動，液體通過并沖擊渦輪轉子和渦輪定子的轉子葉片及定子葉片，轉子葉片和定子葉片承受來自液體的沖擊動力，將液體勢能轉換成機械能并傳遞渦輪的輸出扭矩，通過轉子和定子的交替沖擊增大液體勢能的利用率。

所述轉子葉片和定子葉片結構相同且橫截面呈月牙型，所述轉子葉片和定子葉片的內側圓弧面為工作面；所述轉子葉片和定子葉片以相反方向并上、下重合排列。轉子葉片和定子葉片結構相同且橫截面呈月牙型使得液體能以一定角度擊打在葉片上從而增大液體勢能的利用率，增大轉子的橫向推力，而轉子葉片和定子葉片以相反方向并上、下重合排列使得液體能被多次轉向利用，有效的提高了液體勢能轉換，轉子的轉動效率提高。

所述工作面的弧度為80°-100°。定子葉片的弧度決定著液體從工作面反彈后輸出的液體角度和沖擊面積，液體角度和沖擊面積決定著液體勢能的轉化率，當定子葉片的工作面的弧度為80°-100°時，液體輸出的液體角度為40°-50°，此時定子葉片受力面積最大，液體擊打在轉子上轉換的勢能最大，效率最高。

所述轉子葉片和定子葉片分別設有16-32個。定子葉片的作用即利用液體的沖擊力將液體勢能轉化為機械能，定子葉片的多少不僅決定和影響勢能的利用率以及輸出扭矩，還決定了輸出扭矩的分布情況，根據不同工況定子葉片的數量可任意取值，但是定子葉片的數量取在16-32個之間的某值時，液體勢能的利用率最高，同時輸出轉矩最大也最均勻，不僅效率高，同時也減少了每個葉片受到的沖擊力，渦輪定子能夠穩定、持久的工作；而轉子葉片的作用即將定子的輸出扭矩轉換成轉子的機械推力，其數量過少則受力較大易損壞，而數量過多則易造成液體亂流現象，所以其數量取16-32個既能很好的避免以上問題的同時達到最大的轉動效率。

所述轉子葉片和定子葉片彼此呈圓周均勻且水平間距等距分布。轉子葉片和定子葉片彼此呈圓周均勻且水平間距等距分布使得定子和轉子受力均勻，其轉換的機械能和輸出扭矩也更加平衡，避免渦輪組件受力不均而出現震動或移位。

所述任意相鄰兩個轉子葉片或任意相鄰兩個定子葉片之間的水平間距大于12毫米小于21毫米。任意相鄰兩個轉子葉片或任意相鄰兩個定子葉片之間的水平間距過小則擊打在葉片并反彈到下方的液體會打在葉片背面上，從而降低了勢能，減少了輸出轉矩，效率降低；而水平間距過大則液體直接通過間隙，不會擊打葉片，減少了勢能和輸出轉矩，液體利用率低，效率降低。

根所述工作面的弧長為水平間距的1-1.2倍。工作面的弧長過短則液體勢能只能打在工作面下部，其輸出扭矩的角度偏大從而打擊在下方葉片上的角度偏大，從而降低了勢能轉換，還有可能導致液體無法打擊在下方葉片上，所以工作面的弧長為水平間距的1-1.2倍不僅能避免以上問題，還能最大的利用液體勢能。