[發(fā)明專利]一種扭曲渦輪葉片、成型方法、渦輪及井下渦輪鉆具

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• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113297710A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設計）人: 王瑜;何宇光;張德龍;徐予翔;孔令镕;張凱;凌雪
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;F03B3/12;F03B13/02;E21B4/02
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 張嶺;趙保迪

1.一種扭曲渦輪葉片，其特征在于：葉片軸向橫截面為扇形，葉片的切向方向的有效寬度隨所處半徑增大而連續(xù)增大，葉片包括轉子葉片和定子葉片，轉子葉片為無葉冠葉片；軸向橫截面為垂直于軸向的平面。

2.根據權利要求1所述的一種扭曲渦輪葉片，其特征在于：葉片在不同位置處的切向截面的線型包括設計葉形線(307)、葉頂葉形線(305)、葉根葉形線(306)；設計葉形線(307)為設計平面處的葉形線、葉頂葉形線(305)為葉頂平面上的葉形線，葉根葉形線(306)為葉根平面上的葉形線；切向截面為垂直于徑向的平面；

所述葉頂葉形線(305)和葉根葉形線(306)任意相同高度對應的兩點的連線經過設計葉形線(307)；葉頂葉形線(305)和葉根葉形線(306)沿軸向的有效高度均等于設計葉形線(307)沿軸向的有效高度；

葉頂葉形線(305)沿切向的有效長度大于葉根葉形線(306)沿切向的有效長度。

3.根據權利要求1所述的一種扭曲渦輪葉片，其特征在于：設計截面為半徑R₀處的截面，設計葉形線(307)的坐標為已知系列數據f(z)，葉頂平面所在半徑為R₂，葉頂平面所在半徑為R₁，葉頂平面與葉根平面的葉形線分別為：

4.根據權利要求2所述的一種扭曲渦輪葉片，其特征在于：設計截面為半徑R₀處的截面，葉頂平面所在半徑為R₂，葉頂平面所在半徑為R₁，R₀大于等于R₁,小于等于(R₁+R₂)/2。

5.一種渦輪，其特征在于：包括鉆具軸線(401)和權利要求3中的扭曲渦輪葉片，所述扭曲渦輪葉片沿鉆具軸線(401)周向等間隔設置有多個，任一扭曲渦輪葉片的葉頂葉形線(305)和葉根葉形線(306)沿徑向方向退化為一條與鉆具軸線(401)重合的直線段。

6.根據權利要求5所述的一種渦輪，其特征在于：扭曲渦輪葉片的設計截面所處半徑R₀等于流道幾何平均半徑，流道幾何平均半徑等于(R₁+R₂)/2；

單級渦輪副的輸出扭矩關系式：

式中：ρ為采用流液密度，kg/m³；c_z為液流軸向分速度，m/s，通過流道面積與流量計算得到；n為額定工況下的渦輪轉速，rpm。

7.根據權利要求5所述的一種渦輪，其特征在于：所述扭曲渦輪葉片的設計截面所處半徑R₀不等于流道幾何平均半徑；

單級渦輪副的輸出扭矩關系式為：

式中：ρ為采用流液密度，kg/m³；c_z為液流軸向分速度，m/s，通過流道面積與流量計算得到；n為額定工況下的渦輪轉速，rpm。

8.一種扭曲渦輪葉片，其特征在于：葉片軸向橫截面為扇形，葉片的切向方向的有效寬度隨所處半徑增大而連續(xù)增大，所述葉片為有葉冠葉片。

9.一種扭曲渦輪葉片的成型方法，其特征在于：

步驟一、確定設計葉型輪廓線的切向坐標y＝f(z)

步驟二、葉形線在相同的軸向坐標z處，

步驟三、葉片軸向高度范圍內逐個按照步驟二計算出葉頂平面與葉根平面的葉形線坐標，各點連接后為葉形線；

步驟四、在葉頂平面與葉根平面的葉形線之間放樣，得到葉片。

10.一種井下渦輪動力鉆具，其特征在于：使用所述權利要求5中的渦輪作為動力節(jié)。