Многоступенчатая турбина турбобура Советский патент 1985 года по МПК E21B4/02 

2. Турбина по П.1, отличающаяся тем, что входные и выходные кромки проточных частей роторов

расположены между плоскостями торцовых поверхностей полимерных ступиц роторов.

1. МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ТУРБИНА ТУРБОБУРА, содержащая металлические статоры, проточные части и ободы которых установлены на ступицах, роторы с проточными частями, установленными на металлических ступицах и внутренние диаметры которых не менее внутренних диаметров проточных частей статоров, отличающаяс я тем, что, с целью повышения ее эксплуатационной надежности и снижения металлоемкости, проточные части роторов выполнены из полимерного материала и снабжены полимерной ступицей, при этом площадь торцовой поверхности обода статора составляет не менее 0,16 гшощади кольца, ограниченного наружным и внутренним диаметрами проточной части статора, а § радиальный зазор между ротором и ступицей статора больше радиального . (Л зазора между статором и металлической ступицей ротора. ч 4 9 :

1

Изобретение относится к буровой технике и может быть, использовано в конструкциях турбобуров для бурения нефтяных и газовых скважин.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности турбины турбобура при снижении металлоемкости.

На фиг.1 изображена многоступенчатая турбина турбобура, продольное сечение; на фиг.2 - ступени турбины при плоском расположении входных и выходных кромок проточных гаек ротора; на фиг.З - ступень турбины при коническом расположении входньпс и выходных кромок проточных частей ротора.

Полимерная проточная часть 1 ротора вместе с полимерной ступицей 2 укреплена на металлической ступице 3, устанавливаемой на валу 4 турбобура. Металлический статор, проточная часть 5 и обод 6 которого установлены на ступице 7, закреплен в корпусе 8. Корневой диаметр Dp (внутренний диаметр проточной части) ротора определяет торцовые поверхности его полимерной ступицы, которые в случае осевого контакта ротора и статора взаимодействуют с торцовыми поверхностями ободов 6 соседних статоров. Внутренний диаметр D проточной части статора при зтом выбран так, что площадь торцовой поверхности обода статора составляет величину, определяемую исходя из максимально допустимого напряжения на поверхности соприкасающейся с ним полимерной ступицы ротора и с учетом минимального влияния на гидромеханические параметры проточной части статора. Радиальный зазор между ротором и ступицей статора выполнен по величине большим радиального зазора между статором и металлической ступицей ротора. Входные 9 и выходные 10 кромки

проточных частей ротора расположены либо в плоскостях торцовых поверхностей полимерной ступицы ротора, либо между ними (фиг.2). Входные и выходные кромки проточной части ротора расположены на поверхностях условных конусов с вершинами, находящимися на оси турбины или близко к ней (фиг.З). Многоступенчатая турбина работает

ансшогично известным металлическим или пластмассовым турбинам, однако при этом она обеспечивает возможность повьш1ения надежности при сохранении высокого КПД и снижении металлоемкости и трудоемкости ее изготовления. В процессе работы при выработке осевого люфта опоры до величин, превьшающих осевой люфт турбины, соприкосновение статора и ротора происходит не по проточным частям, как зто имеет место в известных конструкциях турбобуров, а по торцовым поверхностям обода 6 статора и ступицы 2 проточной части 1 ротора.

Увеличение D,. (обеспечивающее

увеличение площади контакта) ограничено требованиями сохранения энергетической характеристики турбины, уменьшение В (уменьшение контактной поверхности) приводит к росту

контактных напряжений и опасности поломки полимерной проточной части ротора. Наибольшая опасность такой поломки возникает при монтаже и демон,таже турбинных секций, когда усилия, действующие на систему, составляют величины порядка 15 - 25 т. Дпя материала проточной части ротора (например, полиамида-I2j .разрушающие напряжения при сжатии составляют 600 630 кгс/см.

Учитывая, что количество ступеней, одновременно вступающих в контакт, может составить (наихудший вариант)

около 10% от общего количества ступеней в секции, величина D , обес3Iпечивающая условие сохранности проточной части ротора, должна быть такой, чтобы площадь торцовой поверхности обода статора составила не менее О,16 площади кольца, ограниченного наружным и внутренним диаметром проточной части статора. При указанном соотношении гидравлические характеристики ступени (и ее КПД) сохраняются еще на высоком уровне. Дальнейшее увеличение этого соотноше ния ведет к росту гидравлических потерь и снижению КПД. Указанное соприкосновение статора и ротора не ло лопаткам, а по торцовым поверхностям обода статора и полимерной ступицы ротора, которое может П1юисходить как во время работы турбобура, так и в процессе монтажа и демонтажа турбинных секций, обеспе чивается конструкцией проточных частей, а именно расположением входньпс и выходных кромок проточных частей. При возникновении контакта по торцоФиг. 2 34 вь1м поверхностям проточные части статора и ротора не контактируют одна с другой, так как входные 9 и выходные 10 кромки проточных частей ротора расположены между плоскостями торцовых поверхностей полимерной ступицы ротора (фиг.2). Аналогичным образом исключается контакт между проточньми частями статора и ротора при расположении входных и выходных кромок проточных частей ротора по варианту, изображенному на фиг.З. В процессе работы турбобура в результате износа радиальных опор искривление вала статора и ротора происходит не по полимерным проточным частям ротора, как это имеет место в известных конструкциях турбобуров, а по металлическим кольцевым поверхностям внутреннего обода 5 статора и ступицы 3 ротора, так как радиальный зазор SP выполнен большим радиального зазора 8 .