ТУРБОБУР Российский патент 1994 года по МПК E21B4/02 

Изобретение относится к буровой технике.

Известен турбобур, включающий венцы ротора и статора турбины с их лопаточными аппаратами, насосные и турбинные аппараты лопастного гидротормоза, венцы ротора и статора турбины имеют концентрично размещенные на них соответственно насосные и турбинные аппараты лопастного гидротормоза [1] .

Недостатками данного турбобура является то, что при концентричном расположении лопаточных аппаратов турбины и насосных и турбинных аппаратов гидротормоза уменьшается площадь проходного сечения лопаточных аппаратов турбин ротора и статора, что приводит к изменению энергетической характеристики турбины, т. е. снижает ее КПД, а также увеличивает опасность засорения турбины шламом.

Известен турбобур, включающий корпус, вал, ступени турбин, состоящие из рабочих органов - статоров и роторов, выполненных в виде лопаточных венцов без ступиц и с фиксаторами, удерживающими рабочие органы от проворота, причем одноименные рабочие органы ступеней турбин выполнены со сплошными кольцевыми секторами, в которых расположены подпружиненные фиксаторы [2] .

Недостатками изобретения является то, что только одноименные рабочие органы ступеней турбин выполнены со сплошными кольцевыми секторами, что ограничивает возможность улучшения характеристики турбобура, так как сплошные кольцевые сектора выполняются либо на роторах, либо на статорах. Кроме того, выполнение кольцевых секторов сплошными приводит к увеличению скорости вращения вала турбобура, что снижает эффективность при бурении шарошечными долотами.

Цель изобретения - повышение эффективности работы турбобура за счет увеличения соотношения между крутящим моментом и частотой вращения турбины.

Это достигается тем, что в турбобуре, включающем венцы ротора и статора турбины с их лопаточными аппаратами, аппараты лопастного гидротормоза выполнены в виде кольцевых секторов ротора и статора или ротора и статора одновременно, сориентированы в одном направлении относительно их узлов крепления, на вала установлена втулка с пазом для шпонки, в корпусе установлена втулка с пазом для фиксатора и фиксатор, предохраняющий втулку от проворота.

Выполнение аппаратов лопастного гидротормоза в виде кольцевых секторов на роторах, статорах или роторах и статорах одновременно позволяет сохранить площадь проходного сечения между лопатками турбинок, сохранить оптимальное строение решетки лопаточной системы, обеспечить оптимальную для применяемых в бурении расходов жидкости площадь проходного сечения роторов и статоров турбины путем изменения количества лопаток, а также одновременно использовать эффект гидроторможения.

На фиг. 1 изображен предлагаемый турбобур; на фиг. 2 - развертка одной ступени по среднему диаметру.

Турбобур включает корпус 1, вал 2, на котором установлены роторы 3, имеющие лопастные аппараты 4 турбины и аппараты лопастного гидротормоза 5, выполненные в виде кольцевых секторов. Роторы поджимаются втулкой 6, которая имеет паз 7. В корпусе размещены статоры 8, которые имеют лопастные аппараты 9 турбины 10 лопастного гидротормоза 11, выполненные в виде кольцевых секторов. Статоры поджимаются втулкой 11, имеющей паз 12 для размещения фиксатора 13. Втулка 6 поджимается гайкой 14, а втулка 11 - переводником 15.

При этом турбобур может иметь кольцевые сектора лопастного гидротормоза только в статорах, только в роторах или в статорах и роторах одновременно, количество кольцевых секторов с аппаратами гидротормоза в роторах и статорах может быть как равным, так и различными, что расширяет возможности подбора оптимальной площади проходного сечения турбинок для конкретно заданного расхода жидкости, а также расширить технологические возможности турбобура.

При работе предлагаемого турбобура за счет обеспечения оптимальной площади проходного сечения, увеличивается напор и энергетические показатели в каждой ступени, что позволяет применять турбобуры с меньшим числом ступеней.

Сборка турбобура осуществляется следующим образом.

На вал 2 устанавливается ротор 3 и статор 8, таким образом собираются все ступени турбобура, при этом секторы с аппаратами гидротормоза роторов ориентируются в одну сторону, а также секторы с аппаратами статоров ориентируются в одну сторону, т. е. располагаются друг под другом, на вал устанавливаются шпонка 16 гайка 14 до упора, при наворачивании гайки 14 втулка 6 движется вдоль вала 2 не вращаясь, что позволяет закрепить роторы на валу, сохраняя их ориентацию в одном направлении. Вал в сборе устанавливают в корпус 1, затем устанавливают втулку 11 и фиксатор 13 таким образом, что фиксатор заходит в паз 12 и статоры поджимают переводником 15, при этом втулка 11 движется вдоль вала, не вращаясь, что позволяепт сохранить ориентацию статоров в одном направлении.

Работа турбобура осуществляется следующим образом.

Рабочая жидкость, проходя по лопаточным аппаратам 4 и 19 турбины, приводит во вращения роторы 3, а следовательно, встроенные в них аппараты 5 лопастного гидротормоза, которые препятствуют прохождению жидкости и создают завихрения жидкости, одновременно аппараты 10 гидротормоза статоров 8 также препятствуют прохождению жидкости и создают ее завихрения, что в конечном итоге приводит к торможению вала. В зависимости от конкретного исполнения турбобура и технологической необходимости секторы в виде лопастного гидротормоза могут выполняться только на статорах, только на роторах или на статорах и роторах одновременно, кроме того количество секторов в виде гидротормоза в роторах и статорах может быть равным и различным.

П р и м е р. Диаметр турбобура 195 мм, на роторах и статорах выполнены кольцевые секторы с аппаратами лопастного гидротормоза с углом в 30^о, таким образом 8,33% общей площади турбинок роторов и статоров перекрыты секторами, вследствие чего уменьшается общая площадь проходного сечения роторов и статоров, а значит, возрастает напор и повышаются энергетические показатели каждой ступени при сохранении высокого КПД. (56) Авторское свидетельство СССР N 860551, кл. Е 21 В 4/02, 1977.

Авторское свидетельство СССР N 487588, кл. Е 21 В 4/02, 1973.

Использование: в горном деле, а именно в гидравлических забойных двигателях для бурения скважин. Сущность изобретения: турбобур включает корпус, вал, ступени турбин в виде статоров и роторов с лопатками и узлы крепления турбин на валу и в корпусе турбобура. Для улучшения технической характеристики турбобур снабжен лопастным гидротормозом, выполненным в виде закрепленных на лопатках роторов и/или статоров секторных перегородок, образующих с лопатками замкнутые полости. Количество перегородок в роторах и статорах равно или различно, а радиальные оси перегородок размещены в одной продольной плоскости турбобура. Узлы крепления турбин выполнены в виде установленных в корпусе и на валу втулок с пазами и фиксаторами. 2 ил.

ТУРБОБУР, включающий корпус, вал, ступени турбин в виде статоров и роторов с лопатками и узлы крепления турбин на валу и в корпусе турбобура, отличающийся тем, что он снабжен лопастным гидротормозом, выполненным в виде закрепленных на лопатках роторов и/или статоров секторных перегородок, образующих с лопатками замкнутые полости, причем количество перегородок в роторах и статорах равно или различно, радиальные оси перегородок роторов и/или статоров размещены в одной продольной плоскости турбобура, а узлы крепления турбин выполнены в виде установленных в корпусе и на валу втулок с пазами и фиксаторами.