ТУРБОМОНИТОР Российский патент 1996 года по МПК E21B4/02 

Изобретение относится к буровой технике, в частности к забойным двигателям для бурения скважин.

Известен турбобур, содержащий долото, корпус, в котором размещен полый вал с турбинными ступенями и шпиндель (см. а.с. СССР 933920 Е 21 В 4/02).

Недостатком данного устройства является то, что жидкость, отработанная на ступенях турбобура, не используется для промывки и разрушения забоя, а также турбобур выполнен в односекционном исполнении.

Известен турбомонитор, содержащий корпус, полый вал с турбинными секциями и опору, причем внутри вала установлен эжекторный насос, объединяющий высоконапорный и низконапорный потоки (см. Патент ФРГ 1115660 Е 21 В).

Недостатком данного устройства является то, что оно выполнено в односекционном исполнении, не возможно регулировать давление и производительность внутри вала и на турбине, что приводит к снижению эффективности работы устройства.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы турбомонитора за счет его секционирования, регулирования производительности и перепада давления на турбине (применение малолитражной турбины) и использования долота с эжекторными насосами.

Поставленная задача решается тем, что турбомонитор снабжен дополнительными двигательными секциями, каждая из которых установлена в своем корпусе и имеет полый вал, связанный с валом соседних секций конусно-шлицевыми муфтами с уплотнениями, а ступени турбин выполнены с лопастным гидротормозом в виде закрепленных на лопатках роторов и/или статоров секторных перегородок, образующих с лопатками замкнутые полости, причем количество перегородок равно или различно, а радиальные оси перегородок роторов и статоров размещены в одной продольной плоскости турбомонитора, кроме того, турбомонитор снабжен долотом лопастного типа, лопасти долота выполнены вогнутыми, торцы лопастей соединены перегородками с образованием камеры смешения, а гидромониторные насадки долота выполнены в виде струйных насосов, расположенных под углом к оси долота, при этом сопло насоса установлено в верхней части долота, полость канала сопла сообщена с полостями вала ротора и камеры смешения, диффузор установлен в лопастях долота, а полость канала диффузора сообщена с полостью камеры смешения и затрубным пространством.

Совокупность вышеперечисленных признаков позволяет сделать вывод, что заявленное техническое решение удовлетворяет критерию новизна.

Выполнение турбомонитора секционным позволит увеличить мощность и крутящий момент на валу, увеличить перепад давления на турбине, что позволит обеспечить подачу большего количества жидкости в полый вал и усилить гидромониторный эффект, выполнение ступеней турбины с секторными перекрытиями позволит увеличить перепад давления на турбине и сократить количество жидкости, проходящей через турбину, что позволит увеличить поток жидкости через полый вал и приведет к повышению эффективности гидромониторного разрушения и очистки забоя, кроме того, появляется возможность регулировать перепад давления и расход жидкости, проходящей через турбину и вал, применение в составе устройства долота с эжекторными насосами позволит увеличить эффект гидромониторного и эрозионного разрушения за счет увеличения скорости истечения струи, обогащенной шламом. Совокупность всех вышеперечисленных признаков позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение удовлетворяет критерию технический уровень.

На фиг. 1 изображен общий вид секционного турбомонитора.

Турбомонитор включает корпус 1, полый вал 2, между корпусом и валом установлены ступени турбины, состоящие из роторов 3 и статоров 4, на статорах установлены аппараты лопастного гидротормоза 5, выполненные в виде кольцевых секторов, полые валы 2 секций устройства соединяются посредством конусно-шлицевой муфты 6, имеющей уплотнения 7, внутри вала 2 нижней секции устройства установлен эжекторный насос, состоящий из сопла 8 и диффузора 9, долото 10, также имеет эжекторный насос, состоящий из сопла 11 и диффузора 12, между корпусом 1 и валом 2 установлена опора 13. При этом, турбомонитор может иметь кольцевые секторы лопастного гидротормоза только в статорах, только в роторах или в статорах и роторах одновременно, количество кольцевых секторов в роторах и статорах может быть как равным, так и различным, что расширяет возможности подбора оптимальной площади проходного сечения турбинок для конкретных условий.

При работе секционного турбомонитора за счет обеспечения оптимальной площади проходного сечения увеличиваются напор и энергетические показатели каждой ступени, а также за счет секционности увеличиваются развиваемый момент и мощность устройства.

Сборка устройства осуществляется следующим образом.

На вал 2 устанавливается опора 13 и внутренние ее детали поджимаются полумуфтой 6, во внутрь вала 2 устанавливаются сопло 8 и диффузор 9, далее устанавливается вторая полумуфта 6 конусно-шлицевой муфты при этом устанавливаются уплотнения 7, на вал устанавливаются роторы 3 и статоры 4, роторы поджимаются следующей полумуфтой 6, вал 2 в сборе устанавливается в корпус 1, сборка первой секции закончена, на вал 2 второй секции устанавливаются роторы 3 и статоры 4, роторы 3 поджимаются полумуфтой 6, и вал 2 в сборе устанавливается в корпус 1 второй секции, таким же образом собираются остальные секции, при сборке секций между собой в конусно-шлицевые муфты 6 устанавливаются уплотнения 7, сборка устройства закончена.

Пример конкретного выполнения. Турбомонитор состоит из трех секций диаметром 195 мм, на статорах турбины выполнены кольцевые секторы с аппаратами лопастного гидротормоза с углом 180 градусов, таким образом половина общей площади турбинок статоров перекрыта, вследствие чего возрастает напор и повышаются энергетические показатели турбобура, за счет этого уменьшается расход промывочной жидкости через турбобур и увеличивается расход через полый вал, что приведет к повышению эффективности работы турбомонитора.

Таким образом по мнению авторов, заявляемое техническое решение промышленно применимо.

В настоящее время разрабатываются рабочие чертежи турбомонитора диаметром 195 мм. Авторы изобретения сообщают, что намерены запатентовать данное техническое решение за рубежом.

Использование: в горной промышленности, в частности в конструкциях забойных двигателей для бурения скважин. Сущность изобретения: турбомонитор включает корпус, размещенный в корпусе полый вал, двигательную секцию в виде турбины из лопаток статора и ротора, эжекторный насос, сопло и диффузор которого размещены в полом валу ротора, и долото с гидромониторными насадками. Турбомонитор снабжен дополнительными двигательными секциями, каждая из которых установлена в своем корпусе и имеет полый вал, связанный с валами соседних секций конусно-шлицевыми муфтами с уплотнениями. Ступени турбин выполнены с лопастным гидротормозом в виде закрепленных на лопатках роторов и/или статоров секторных перегородок, образующих с лопатками замкнутые полости, причем количество перегородок равно или различно, а радиальные оси перегородок роторов и статоров размещены в одной продольной плоскости турбомонитора. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Турбомонитор, включающий корпус, размещенный в корпусе полый вал, двигательную секцию в виде турбины из лопаток статора и ротора, эжекторный насос, сопло и диффузор которого размещены в полом валу, и долото с гидромониторными насадками, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными двигательными секциями, каждая из которых установлена в своем корпусе и имеет полый вал, связанный с валами соседних секций конусно-шлицевыми муфтами с уплотнениями, а ступени турбин выполнены с лопастным гидротормозом в виде закрепленных на лопатках роторов и/или статоров секторных перегородок, образующих с лопатками замкнутые полости, причем количество перегородок равно или различно, а радиальные оси перегородок роторов и статоров размещены в одной продольной плоскости турбомонитора. 2. Турбомонитор по п.1, отличающийся тем, что долото выполнено лопастного типа, лопасти долота выполнены вогнутыми, торцы лопастей соединены перегородками с образованием камеры смешения, а гидромониторные насадки долота выполнены в виде струйных насосов, расположенных под углом к оси долота, при этом сопло насоса установлено в верхней части долота, полость канала сопла сообщена с полостями вала ротора и камеры смешения, диффузор установлен в лопастях долота, а полость канала диффузора сообщена с полостью камеры смешения и затрубным пространством.