Многоступенчатая турбина турбобура Советский патент 1993 года по МПК F03B13/02 

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

Целью изобретения является повышение КПД и крутящего момента за счет увели- чения числа ступеней, турбины при сохранении осевых габаритов и эксплуатационной надежности многоступенчатой турбины.

На фиг.1 изображена конструктивная схема многоступенчатой осевой турбины; на фиг.2 - развертка на плоскость цилиндрического сечения решетки профилей; на фиг.З-лопаточный венец, поперечное сечение.

В корпусе 1 турбобура и валу 2 размещены соответственно статоры 3 и роторы 4 турбины. Лопаточные венцы статора 5 и ротора 6 с осевыми высотами h (равенство высот статора hst и ротора hr t необязатель- но) содержат лопатки 7, установленные под углом /(угол между хордой b профиля лопатки и плоскостью, перпендикулярной оси турбины). Межлопаточные каналы 8 образуют пространство для прохода жидкости, характеризующееся расстоянием а между двумя соседними лопатками. Толщина д профиля лопатки в любом цилиндрическом сечении вдоль радиуса г турбины от корневого сечения 1-1 на. радиусеTK до периферийного сечения П-П на радиусе га возрастает. Расстояние а межлопаточного канала в цилиндрических сечениях вдоль радиуса г может быть постоянным вдоль радиуса, уменьшаться или увеличиваться, но при этом контур/а профиля лопатки в любом цилиндрическом сечении большего радиуса расположен за пределами контурар профиля лопатки в любом цилиндрическом сечении меньшего радиуса.

При работе турбобура рабочая жидкость, последовательно проходя по ступеням его турбин, вырабатывает в каждой из них момент, суммарная величина которого благодаря увеличенному количеству ступеней, соответственно должна быть выше, чем у турбины, имеющей большую высоту ступени. Обеспечение повышенного момента определяется тем, что каждая ступень турбины, с пониженной высотой ступени должна вырабатывать момент практически той же веел

с

оо о о о

00

ю

личины, что и ступень турбины нормальной высоты, а при этом число ступеней турбин в турбобуре увеличивается в соотношении, равном соотношению осевых высот турбин с нормальной и пониженной осевой высотой проточных частей. Это достигается следующим образом.

При снижении осевой высоты профиля турбины h необходимо уменьшить величину шага профиля t. Так как t (а + (5)/sin /3, а величина межлопаточного канала а обычно задается из условий незашламляемости турбины при работе на глинистом растворе (обычно a S5 - 7 мм), то уменьшение осевой высоты ниже определенной высоты в известной турбине приводит к несоответствию шага t условию и ухудшению энергетических показателей турбины (провал потока, особенно в периферийной части, где величина межлопаточного канала ац-и существенно больше, чем на среднем радиусе и больше допустимого значения. Если же в периферийной .части турбины величину межлопаточного канала снизить до минимально допустимого значения, то провал потока в периферийной части будет исключен. С.ни- жение величины межлопаточного канала в периферийной части обеспечивает эффективное обтекание потоком профиля лопатки по всей ее радиальной длине без опасности зашламовёния.

Конструкция турбины позволяет существенно снижать осевую высоту проточной

части турбины без необходимости чрезмерного загущения решетки (снижения ее шага), что исключает опасность ее зашлам- ления (обеспечение эксплуатационной надежности) и без снижения энергетических показателей ступени. Практически снижение осевой высоты проточной части турбины позволит при одних и тех же осевых габаритах турбобура разместить на 30 50% больше число ступеней турбин, что обеспечит, с одной стороны, соответствующее увеличение моментной характеристики турбобура, а, с другой стороны, возможность снижения осевой длины турбобура,

обеспечивающую улучшение его технологических показателей (особенно при проводке наклонно-направленных скважин) и снижение металлоемкости и трудоемкости его изготовления.

Формула изобретения

Многоступенчатая турбина турбобура, содержащая ступени с лопатками ротора и статора, отличающаяся тем, что, с целью снижения повышения КПД и крутящего момента за счет увеличения числа ступеней турбины при сохранении осевых габаритов и эксплуатационной надежности турбины, лопатки ротора и статора выполнены с толщиной профиля, увеличивающейся от корневого сечения к периферийному.

Использование: в конструкциях турбобуров для бурения нефтяных итаэовых скважин. Сущность изобретения: каждая ступень турбины с пониженной высотой ступени должна вырабатывать момент такой же величины, как и ступень турбины нормальной высоты. 3 ил.