Турбина трубобура
Союз Советских
Социалист инеских
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДИИЛЬСФВУ
«<1844806 (61) Дополнительное к ает. сеид-еу - . (22) Заявлено 16,0679 (21) 2779685/22-03 (51 М К 3
F 13/02 с присоединением заявки Йо
Государственный комнтет
СССР но дедам нзобретений и открытнй (23) Приоритет
Опубликовано 070781. Бюллетень ИЯ 25
Дата опубликования описания 0707.81 (53) УДК 622.243. ..92.05(088.8) (72) Авторы изобретения
Ю.Р. Иоанесян, В.М. Иойсеенко и В.В. Попко с 1)З@, / f g.""" =:;;., 13 л, т
Всесоюзный ордена Трудового Красного Бнаме йа.-,-... научно-исследовательский институт буровоймасннки: (71) Заявитель(54) ТУРБИНА ТУРБОБУРА г 2
Недостатком этого устройства является большая сложносТь изготовления турбин с закрученными лопатками, вследствие чего использование закрученных лопаток в турбинах турбобуров считается нецелесообразным, так как полученный выигрыш в энергетических показателях турбины не оправдывает затрат на изготовление. Кроме того, параметры недостаточно информативны для контроля работы турбобура.
Целью изобретения является улучшение параметров турбины, контролиИзобретение относится к области буровой техники, а именно, к забойным двигателям для бурения нефтяных и газовых скважин.
Известна пропеллерная турбина с коническими лопатками, которая обладает большой крутизной напорной характеристики, "что позволяет использовать ее в трубобурах для контроля и автоматического управления их работой (1) .
Увеличение крутизны напорной характеристики, определяющей эффективность данной турбины в системе уп-. равления турбобуром, зависит, в ос- 15 новном, от возможностей снижения потерь напора на безударном режиме работы, соответствующем холостому ходу..
Однако, конические лопатки не 20 обеспечивают достаточного уменьшения этих потерь, величина которых обусловлена в значительной мере некачественной организацией потока в межлопаточных каналах и связанными с ней остаточными ударными потерями. Причиной этого вида потерь . является несоответствие окружных скоростей вращающегося вокруг оси турбины потока промывочной жидкос- 30 ти и окружных скоростей лопаток турбины в каждом сечении вдоль радиуса колеса.
Кроме того, конические лопатки, уменьшающиеся по осевой высоте от периферии к корню, изготавливаются в стержневой пресс-форме, более сложны в изготовлении по сравнению с цилиндрическими.
Наиболее близким решением иэ известных является турбина турбобура, включающая статор и ротор, содержащие ступицы, обода и лопатки, выполненные с изменяющимися по радиальной высоте углами выхода и осевыми высо-. тами Г21 °
844806
Формула изобретения руемых при бурении и упрощение технологии изготовления турбин.
Эта цель достигается тем, что атакуемые поверхности входных и выходныз участков лопаток турбины выполнены плоскими и образуют между собой угол
150-175о, причем осевая высота лопаток.со стороны выхода уменьшается от оси турбины к перйферии на величину
1 осевой. высоты выходного участка.
На фиг..1 показан общий вид турбины, на фиг. 2 — сечение A A фиг. 1," на фиг. 3 — сечение Б-, фиг. 1; на фиг. 4 - зависимость " = Х(ц, на
Н фиг. 5 - зависимость — „= (p(p), Нт. нх
Турбина состоит из ротора 1 и статора 2. Лопатки турбины в сечении у оси (сечение A-A) и у перифении (сечение Б-Б) имеют разную осевую высоту Н и h.
В сечении A-A профиль лопатки на атакуемых поверхностях состоит из двух плоских участков: входного 3 (с осевой высотой h) и выходного 4 (с осевой высотой Н вЂ” Ь).
Эти участки образуют между собой угол Я, величина которого определяется разностью углов выхода потока на периферии лопатки и в сечении у оси согласно условию: u r = cons t, где U - окружная скорость вращавшегося потока на холостом ходу турбины, r — радиус вращения при этом угол Pl определяется иэ уравнения:
Pi = 180 - (+ri - с . ), где 0(- конструктивный угол выхода входного участка 3; * — конструктивный угол выхода выходного участка 4.
Как видно из фиг. 4 и 5 выбранные значения углов Р> в пределах 150-175 удовлетворяют следующим условиям.
1. Значение отношения Ф должно быть максимальным. (Нэф — максимальный.напор, который эффективно срабатывается в турбине при ее работе на экстремальном режиме, Нз(— минимальный напор, который срабатывается в турбине при ее вращении на холостом режиме) .
2. Значение отношения должно
Н быть по возможности большим. (Н -— максимальный напор, который срабатывается в турбине при заторможенном роторе).
3. Необходимо получить достаточно высокое значение КПД при работе тур:а бины на режиме †" — ( б» 1%ние рабочей и холостой частот враще,ния турбины).
При обработке метода контроля за энергетическими забойными параметрами и регулирования работы турботура важной задачей является улучшение исходной характеристики турбины по т р ем B LII I I c=. у к а. -. и н .ll 1 y с лов и ям, б е э и 3меиения аб;.олютной холостой частоты вращения туг>бины на опорном расходе жидкости. При этом не изменяются габаpи i:HI ii.: i1а(зcli Графики. на фиг. 4 и 5 показывают, как удовлетворяет данная турбина постаззленным условиям. На фиг. 4 приводится зависимость i( зф; () Их Значение = 180 о характеризует профиль лопатки базовой турбины. При (= 150-175 .эвачейия отношения 15 — являются максимальными, при H3(p Йх р .à 150 резко убывает значение отнонт шения †вЂ, что показано на фиг. 5. Нч Б то жс время значения КПД для yr2О лов / = 135-180О остаются практически неизменными. Технология изготовления таких турбин следующая. Лопатки отливаются в турбинном ко25 лесе цилиндрическими, т.е. постоянной осевой высоты, что позволяет использовать для их изготовления более простые способы литья в разъемных пресс-формах. Путем механической обработки плоских выходных участков, лопакти уменьшаются по высоте от оси к периферии на величину осевой высоты выходного участка (Н- h). В результате получаются конические лопатки, периферийный профиль которых представляет собой профильную часть цилиндрической лопатки с конструктивным углом выхода Ы.п, а профиль у оси соответствует исходному профилю с углом выхода - . Такое выпол4О нение лопаток позволяет привести кинематические углы выхода вдоль лопатки в соответствии с естественным распределением в межлопаточных каналах скоростей вращающегося совместно с турбиной потока промывочной жидкости по закону U . r = const. Этим достигается-снижение вредных потерь напора в турбине на холостом ходу, способствующее повышению крутизны ее напорной характеристики в правой зоне от экстремального режима (основной рабочий диапазон частот ) ращения), Использование данного предложения 5 "в народном хозяйстве позволит изготавливать турбины турбобуров с улучшенными энергетическими показателями, а также существенно снизить трудоемкость их изготовления за счет упрощения методов литья. Турбина турбобура, включающая статор и ротор, содержащие ступицы, 844806 обода и лопатки, выполненные с изменяющимися по радиальной высоте- углами выхода и осевыми высотами, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью улучшения параметров турбины, контролируемых при бурении,и упрощения технологии изготовления, атакуемые поверхности входных и выходных участков лопаток турбины выполнены плоскими и образуют между собой угол 150-175, причем осевая высота лопаток со стороны выхода уменьшается от оси турбины к периферии на величм ну осевой высоты выходного участка. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 345263, кл. Е 21 В 3/12, 1969. 2. Гусман М.Т. и др. Расчет, кон. струирование и эксплуатация турбобуров. М., "Недра", 1976, с., 135 (прототип) . 844806 Составитель С. Сергачев Редактор Т. Авдейчик Техред Ж.Кастелевич Корректор Н Стец .Заказ 4423/12 Тираж 523 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 
