一種渦輪鑽具的渦輪組件的製作方法

2023-10-10 09:42:04 1

一種渦輪鑽具的渦輪組件的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種渦輪鑽具的渦輪組件，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，所述轉子動環和導向套環內側圓周面設有鍵槽，所述轉子動環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並通過定位臺階將渦輪轉子和渦輪定子配合套疊。本實用新型設計的這種渦輪鑽具的渦輪組件，不僅結構穩固、耐用，強度高，而且效率高，使用壽命長。
【專利說明】一種渦輪鑽具的渦輪組件
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種石油鑽具配件，具體是一種渦輪鑽具的渦輪組件，屬石油機械領域。
【背景技術】
[0002]渦輪鑽具在井下工作條件比較惡劣，鑽井泥漿流直接高速衝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鑽頭旋轉鑽井，渦輪鑽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。鑽井時鑽杆不動，靠渦輪轉子帶動主軸轉動，從而具有高鑽速、高效率及鑽時短等諸多優點，且減少了鑽杆、套管等的磨損以及事故的發生。
[0003]現如今的渦輪鑽具的渦輪在使用時受到較大的衝擊力，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。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的問題是:提供一種渦輪鑽具的渦輪組件，用於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。
[0005]本實用新型提供的技術方案是:一種渦輪鑽具的渦輪組件，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並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鑽具的外殼上，渦輪轉子通過鍵槽與鑽具鑽杆連接，工作時渦輪定子不動，渦輪轉子帶動鑽具鑽杆轉動，液體通過並衝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衝擊動力，將液體勢能轉換成機械能並傳遞渦輪的輸出扭矩，通過轉子和定子的交替衝擊增大液體勢能的利用率。
[0006]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並上、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並上、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。
[0007]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後輸出的液體角度和衝擊面積，液體角度和衝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。
[0008]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衝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衝擊力，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。
[0009]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。
[0010]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於12毫米小於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並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。
[0011]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。
[0012]所述渦輪轉子和渦輪定子均採用WC硬質合金或40Cr鋼。WC硬質合金由難熔金屬的硬質化合物和粘結金屬通過粉末冶金工藝製成的一種合金材料，WC硬質合金具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優良性能，特別是它的高硬度和耐磨性；而40Cr是機械製造業使用最廣泛的鋼之一，調質處理後具有良好的綜合力學性能，良好的低溫衝擊韌性和低的缺口敏感性，這種鋼除調質處理外還適於氰化和高頻淬火處理，該鋼價格適中，加工容易，經適當的熱處理以後可獲得一定的韌性、塑性和耐磨性。渦輪轉子和渦輪定子在液體衝擊下不僅容易斷裂，還可能被液體內的顆粒磨損，所以採用WC硬質合金或40Cr鋼不僅能減少其的磨損量，還能延長其使用壽命，降低其成本。
[0013]本實用新型的優點在於:本實用新型設計的這種渦輪鑽具的渦輪組件，不僅結構穩固、耐用，強度高，而且效率高，使用壽命長。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的分解示意圖。
[0015]圖2為本實用新型局部剖視的裝配圖。
[0016]圖3為本實用新型轉子葉片的橫截面圖。
[0017]圖4為本實用新型轉子葉片的結構示意圖。
[0018]圖中的標號分別表示為:1、轉子葉片；2、葉輪盤轂；3、定位臺階；4、渦輪轉子；5、導向套環；6、鍵槽；7、外套環；8、定子葉片；9、內套環；10、渦輪定子；11、工作面。
【具體實施方式】[0019]下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實施方式不限於此。
[0020]參見圖1、圖2、圖3和圖4，一種渦輪鑽具的渦輪組件，包括渦輪轉子4和渦輪定子10，所述渦輪轉子4包括環形的葉輪盤轂2，葉輪盤轂2 —側端面向外延伸形成導向套環5，所述葉輪盤轂2在導向套環5外側的端面形成定位臺階3，所述葉輪盤轂2和導向套環5內側圓周面設有鍵槽6，所述葉輪盤轂2外側圓周面設有若干個轉子葉片I ;所述渦輪定子10包括內套環9和外套環7，所述內套環9和外套環7通過若干個定子葉片8固定連接；所述導向套環5套合在內套環9內並通過定位臺階3將渦輪轉子4和渦輪定子10配合套疊。
[0021]所述轉子葉片I和定子葉片8結構相同且橫截面呈月牙型，所述轉子葉片I和定子葉片8的內側圓弧面為工作面11 ;所述轉子葉片I和定子葉片8以相反方向並上、下重合排列。
[0022]所述工作面11的弧度為80° -100°。
[0023]所述轉子葉片I和定子葉片8分別設有16-32個。
[0024]所述轉子葉片I和定子葉片8彼此呈圓周均勻且水平間距等距分布。
[0025]所述任意相鄰兩個轉子葉片I或任意相鄰兩個定子葉片8之間的水平間距大於12毫米小於21毫米。
[0026]所述工作面11的弧長為水平間距的1-1.2倍。
[0027]所述渦輪轉子4和渦輪定子10均採用WC硬質合金或40Cr鋼。
[0028]在使用時，渦輪定子10固定在鑽具的外殼上，渦輪轉子4的導向套環5套合在渦輪定子10上，二者通過定位臺階3配合定位，其內的鍵槽6與鑽具的鑽杆的鍵結構配合，轉子葉片I排向與定子葉片8排向相反，當液體通過定子葉片8轉換後以40-50度的角度擊打在轉子葉片I的工作面11上，轉子葉片I在液體擊打下將液體勢能轉換成機械能並轉動，同時通過鍵連接帶動鑽杆轉動，從而完成鑽井。
[0029]鑽具採用至少兩組渦輪組件順次排列，液體通過並衝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衝擊動力，將液體勢能轉換成機械能並傳遞渦輪的輸出扭矩，通過轉子和定子的交替衝擊增大液體勢能的利用率。
[0030]本實用新型對轉子葉片I和定子葉片8的結構、安裝角度和水平間距做了改進，使得轉子葉片I和定子葉片8對液體勢能的利用率提高，轉子轉動效率提高，且轉子葉片I和定子葉片8結構穩定、耐衝擊和耐磨，也大大提高了其使用壽命。
[0031]如上所述即可很好的實現本實用新型。
【權利要求】
1.一種渦輪鑽具的渦輪組件，包括渦輪轉子(4)和渦輪定子(10)，其特徵在於:所述渦輪轉子(4)包括環形的葉輪盤轂(2)，葉輪盤轂(2)—側端面向外延伸形成導向套環(5)，所述葉輪盤轂(2)在導向套環(5)外側的端面形成定位臺階(3)，所述葉輪盤轂(2)和導向套環(5)內側圓周面設有鍵槽(6)，所述葉輪盤轂(2)外側圓周面設有若干個轉子葉片(I);所述渦輪定子(10 )包括內套環(9 )和外套環(7 )，所述內套環(9 )和外套環(7 )通過若干個定子葉片(8 )固定連接；所述導向套環(5 )套合在內套環(9 )內並通過定位臺階(3 )將渦輪轉子(4)和渦輪定子(10)配合套疊。
2.根據權利要求1所述的一種渦輪鑽具的渦輪組件，其特徵在於:所述轉子葉片(I)和定子葉片(8)結構相同且橫截面呈月牙型，所述轉子葉片(I)和定子葉片(8)的內側圓弧面為工作面(11);所述轉子葉片(I)和定子葉片(8)以相反方向並上、下重合排列。
3.根據權利要求2所述的一種渦輪鑽具的渦輪組件，其特徵在於:所述工作面(11)的弧度為80° -100°。
4.根據權利要求1或2所述的一種渦輪鑽具的渦輪組件，其特徵在於:所述轉子葉片(I)和定子葉片(8)分別設有16-32個。
5.根據權利要求1或2所述的一種渦輪鑽具的渦輪組件，其特徵在於:所述轉子葉片(I)和定子葉片(8)彼此呈圓周均勻且水平間距等距分布。
6.根據權利要求5所述的一種渦輪鑽具的渦輪組件，其特徵在於:所述任意相鄰兩個轉子葉片(I)或任意相鄰兩個定子葉片(8)之間的水平間距大於12毫米小於21毫米。
7.根據權利要求5或6所述的一種渦輪鑽具的渦輪組件，其特徵在於:所述工作面(II)的弧長為水平間距的1-1.2倍。
8.根據權利要求1所述的一種渦輪鑽具的渦輪組件，其特徵在於:所述渦輪轉子(4)和渦輪定子(10)均採用WC硬質合金或40Cr鋼。
【文檔編號】F01D5/02GK203430575SQ201320532194
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】賀昶明 申請人:成都科盛石油科技有限公司