Турбина турбобура

 

1. ТУРБИНА ТУРБОБУРА, соде жащая венцы статора и ротора, лопаточный аппарат по крайней мере одно го из которых имеет лопатки с углом изгиба средней линии профиля больши чем острый угол между касательной к этой линии на выходе и перпендикуля ром к оси решетки профилей, отли чающаяся тем. что, с целью повышения эффективности работы турбо-, бура за счет увеличения соотношения крутящего момента и частоты вращения турбины и исключения потерь крутящего момента на межободное трение, венец , содержащий лопаточньй аппарат с лопатками, имеет гидравлически параллельные с лопаточным аппаратом перепускные каналы, при этом поверхность, ограничивающая вьшерасположенный лопаточный аппарат со стороны перепускных каналов, имеет образующую, наклоненную сверху вниз в сторону от перепускных каналов к лопаточному аппарату , или диаметр этой поверхности на выходе из лопаточного аппарата заключен внутри интервала диаметров входного кольца нижерасположеннрго лопаточного аппарата. 2. Турбина по п. 1,отличаю щ а я с я тем, что лопатки со стороны перепускных каналов в нижней части обхвачены ободом.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (я) 4 F 03 B 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Cb, CO

t Ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2773291/22-03 (22) 30.05.79 (46) 15.04.87. Бюл. ¹ 14 (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт буровой техники (72) С.Ю. Брудный-Челядинов, В.С. Будянский и В.А. Филимонов (53) 622.243.92.05(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 447073, кл. Е 21 В 3/12, 1973.

2. Турбобуры с наклонной линией давления. Труды ВНИИБТ, Вып. XXII, M.: Недра, 1969, с. 7, рис. 6 6. (54)(57) 1. ТУРБИНА ТУРБОБУРА, содержащая венцы статора и ротора, лопаточный аппарат по крайней мере одного из которых имеет лопатки с углом изгиба средней линии профиля большим, чем острый угол между касательной к этой линии на выходе и перпендикуляром к оси решетки профилей, о т л и„„SU„„1263013 A1 ч ающая ся тем. что, с целью повышения эффективности работы турбо-, бура эа счет увеличения соотношения крутящего момента и частоты вращения турбины и исключения потерь крутящего момента на межободное трение, венец, содержащий лопаточный аппарат с лопатками, имеет гидравлически параллельные с лопаточным аппаратом перепускные каналы, при этом поверхность, ограничивающая вьпперасположенный лопаточный аппарат со стороны перепускных каналов, имеет образующую, наклоненную сверху вниз в сторону от перепускных каналов к лопаточному аппарату, или диаметр этой поверхности на выходе из лопаточного аппарата заключен внутри интервала диаметров входного кольца нижерасположенного лопаточного аппарата.

2. Турбина по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что лопатки со стороны перепускных каналов в нижней части обхвачены ободом.. 1 12630

Изобретение относится к устройствам для бурения глубоких скважин, а именно к рабочим органам трубобуров — турбинам.

Известна турбина турбобура, в ко5 торой с целью предотвращения засорения радиальных зазоров и уменьшения потерь крутящего момента на межободное трение использованы обода угол-. кового профиля j 11.

Недостатком этой турбины является, то, что в процессе эксплуатации она изнашивается по ободам, что. вызывает ухудшение ее энергетических параметров, а именно уменьшение тор- 15 мозного крутящего момента и соотношения между крутящим моментом и частотой вращения.

Известна также турбина турбобура, содержащая венцы статора и ротора, 2р лопаточный аппарат по крайней мере одного из которых имеет лопатки с углом изгиба средней линии профиля большим, чем острый угол между ка— сательной к этой линии на выходе и 25 перпендикулярном к оси решетки профилей (2 1.

Недостатком турбины является то, что ее износ по ободам в процессе эксплуатации приводит к уменьшению 3р соотношения крутящего момента и частоты вращения за счет падения крутящего момента. Кроме того, при работе турбины имеют место потери крутящего момента на межободное трение.

Цель изобретения — повышение эффективности работы турбобура за счет .увеличения соотношения крутящего момента и частоты вращения турбины и исключения потерь крутящего момента 1О на межободное трение.

Указанная цель достигается тем, что турбина содержит венцы статора и ротора, лопаточный аппарат по крайней мере одного из которых имеет лопатки с углом изгиба средней ли— нии профиля большим,чем острый угол между касательной к этой линии на выходе и перпендикуляром к оси решетки профилей, при этом венец, со- gp держащий лопаточный аппарат с лопатками, имеет гидравлические параллельные с лопаточным аппаратом перепускные каналы, а поверхность, ограничивающая вышерасположенный лопаточный аппарат со стороны перепускных каналов, имеет образующую, наклоненную сверху вниз в сторону от перепускных каналов к лопаточному аппарату, !

3 2 или диаметр этой поверхности на выходе из лопаточного аппарата заключен внутри интервала диаметров входного кольца нижерасположенного лопаточного аппарата.

Кроме того, лопатки со стороны перепускных каналов в нижней части обхвачены ободом.

На фиг. 1-4 показаны варианты вы— полнения турбины, продольные разрезы.

Ротор 1, имеющий крутоизогнутые лопатки а с углом изгиба d- средней линии S профиля большим, чем острый угол 8 между касательной t к этой линии на выходе и перпендикуляром P к оси U решетки профилей, выполнен с

I гидравлически параллельными системами перепускных каналов Ь и с (фиг.1).

Каналы Ъ выполнены в теле ротора 1.с внутренней стороны от его лопаточного аппарата А, а канал с образован увеличением радиального зазора между ободом ротора и ступицей статора.

Лопаточный аппарат Е отатора 2 в корневом сечении ограничен поверхностью fобода,,диаметр d, T которой на выходе из лопаточного аппарата заключен внутри интервала диаметров с1,.„и Э„, входного кольца нижерасположенного лопаточного аппарата А с крутоизогнутыми лопатками. Образующая поверхность, ограничивающая лопаточный аппарат Е статора 2 с периферии, имеет наклон сверху вниз в сторону от перепускного канала с к лопаточному аппарату А.

В пределах указанных признаков возможны варианты выполнения ограничивающих лопаточный аппарат Е статора 2 поверхностей f и я: выходные диаметры d„ H D« обеих поверхностей заключены внутри интервала диаметров

d, и D,, входного кольца лопаток ротора 1 или эти поверхности наклонены в сторону от соответствующих каналов Ь и с к лопаточному аппарату А ротора 1: поверхность f имеет наклонную образующую, а поверхность g — цилиндрическая.

Возможен вариант, когда канал Ъ или с не выполняется, а соответствующая. ему поверхность f или э статора может не иметь указанных признаков.

Если крутоизогнутые лопатки а име= ют не ротор 1, как это показано на фиг. 1, а статор 2, все приведенные

I конструктивные данные по венцам ротора относятся к венцам статора и наоборот.

3 . 1263

На фиг.2 показана ступень турбины, ротор 1 и статора 2 которой имеют крутоизогнутые лопатки а . Перепускные каналы с и Ь соответственно рото- . ра 1 и статора 2 выполнены в виде увеличенных радиальных зазоров. Образующие ограничивающих лопаточные аппараты поверхностей t и ч, расположенных соответственно над перепускными каналами Ъ статора 2 и 1р с ротора 1, наклонены сверху вниз в сторону от перепускных каналов к .лопаточным аппаратам А статора 2 и ротора 1 и (или) диаметры D „ и

d „ этих поверхностей заключены в . 15 интервале диаметров соответственно

0„, и d и Р,, и Й„, входных колец лопаточных аппаратов A стато-. ра 2 и ротора 1.

Ступень турбины, показанная на 20 фиг.3, отличается от ступени изображенной на фиг.2, тем, что не только поверхности f и у, но и поверхности с и k выполняются с наклоном образу.ющей. При этом обеспечивается постоянная вдоль оси турбины радиальная длина f лопаток а..или же некоторое их радиальное сужение, а перепускные каналы с и b за счет наклона поверхностей k u i могут выполняться ради- ЗО ально-сужающимися.

На фиг. 4 турбина отличается от турбины, изображенной на фиг. 2, тем, что она содержит обода h меньшей осевой высоты, чем лопатки а., причем 35 последние открыты в своей верхней части по торцовым поверхностям .

Наиболее технологичной и дешевой в изготовлении ступень турбины полу- 4р чается при образовании перепускных каналов за счет многократного увеличения радиальных зазоров турбины, причем в оптимальном варианте такая турбина имеет соотношение между величинами радиальных зазоров и радиальным размером лопаточного аппарата на входе 0,08 — 0,3 (фиг. 1). По мере разгона турбины возрастает гидравлическое сопротивление лопаточного аппарата А ротора 1 за счет ударного натекания и протормаживания жидкости на входе в лопаточный аппарат А.

Это приводит к растеканию рабочей струи и, следовательно, к сбросу части жидкости в перепускные каналы

Ь и с с малым гидравлическим сопротивлением и к соответствующему уменьшению частоты вращения ротора 1 тур013 4 бины. На тормозном режиме имеет место безударное обтекание крутоизогнутых лопаток х, что обеспечивает минимальное растекание рабочей струи на входе в лопаточный аппарат А ротора 1. Учитывая при этом, что диаметр Й поверхности f на выходе из статора 2 больше диаметра d, на входе в ротор 1, а поверхность с наклонной образующей сообщает жидкости радиальную составляющую скорости, направленную от перепускного канала с к лопаточному аппарату А ротора 1, поток рабочей жидкости полностью вписывается в лопаточный аппарат ротора и проходит через него практически без потерь или даже эжектируя дополнительное количество жидкости из каналов Ь и с, что обеспечивает высокие значения крутящего момента.

Работа турбин, показанных на фиг. 2 и 3, которые имеют крутоизогнутые лопатки Ф в роторе 1 и статоре 2, отличается от работы указанной турбины тем, что регулирование расхода происходит и в роторе 1, и в статоре 2, а перепуск жидкости происходит соответственно через каканалы с и Ь.

При этом поверхности у и f турбины (фиг.2) обеспечивают создание гидродинамической преграды на пути движения жидкости в перепускные каналы как за счет наклона их образующих сверху вниз в сторону от перепускных каналов с и Ь соответственно к лопаточным аппаратам А ротора 1 и статора 2, так и за счет того, что выходной диаметр D поверхности g меньше, а выходной диаметр d поверхности f больше, чем соответственно диаметры Э„ и Й „. на входе в ротор 1 и статор 2.

В конструкции турбины, показанной на фиг. 4, благодаря частично вскрытым торцам лопаток а удается интенсифицировать регулирование расхода за счет увеличения сброса части рабочего потока в перепускные каналы с по мере разгона турбины.

Выполнение турбины с перепускными каналами с гидродинамическим экранированием последних и использоваI нием крутоиэогнутых лопаток обеспечивает повышение соотношения между крутящим моментом турбины и ее частотой врАщения на рабочем режиме более чем

126301 в 1,5 раза, исключает ободное трение, зашпямляемость межободных пространств турбины и предотвращает нанос ободов и ступиц турбины. Увеличение соотношения между крутящим моментом и час3 6 тотой вращения в свою очередь позволяет заменить по энергетической характеристике серийный трехсекционный турбобур на двухсекдионный турбобур, укомплектованный турбиной.

1263013

Редактор М. Стрельникова

Корректор Т Колб

Техред Л. Сердюкова

Подписное,Тираж 427

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1329/2

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4