一種渦輪鉆具的渦輪組件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種渦輪鉆具的渦輪組件，包括渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪定子，所述渦輪轉(zhuǎn)子包括環(huán)形的葉輪盤(pán)轂，葉輪盤(pán)轂一側(cè)端面向外延伸形成導(dǎo)向套環(huán)，所述葉輪盤(pán)轂在導(dǎo)向套環(huán)外側(cè)的端面形成定位臺(tái)階，所述轉(zhuǎn)子動(dòng)環(huán)和導(dǎo)向套環(huán)內(nèi)側(cè)圓周面設(shè)有鍵槽，所述轉(zhuǎn)子動(dòng)環(huán)外側(cè)圓周面設(shè)有若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片；所述渦輪定子包括內(nèi)套環(huán)和外套環(huán)，所述內(nèi)套環(huán)和外套環(huán)通過(guò)若干個(gè)定子葉片固定連接；所述導(dǎo)向套環(huán)套合在內(nèi)套環(huán)內(nèi)并通過(guò)定位臺(tái)階將渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪定子配合套疊。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的這種渦輪鉆具的渦輪組件，不僅結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、耐用，強(qiáng)度高，而且效率高，使用壽命長(zhǎng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種渦輪鉆具的渦輪組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種石油鉆具配件，具體是一種渦輪鉆具的渦輪組件，屬石油機(jī)械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪鉆具在井下工作條件比較惡劣，鉆井泥漿流直接高速?zèng)_擊渦輪組合件的渦輪轉(zhuǎn)子葉片，使其獲得能量，從而帶動(dòng)與之相連的鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆井，渦輪鉆具主要包括有渦輪定子、渦輪轉(zhuǎn)子、主軸、止推軸承、中部軸承、下部軸承以及外殼組成。鉆井時(shí)鉆桿不動(dòng)，靠渦輪轉(zhuǎn)子帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而具有高鉆速、高效率及鉆時(shí)短等諸多優(yōu)點(diǎn)，且減少了鉆桿、套管等的磨損以及事故的發(fā)生。
[0003]現(xiàn)如今的渦輪鉆具的渦輪在使用時(shí)受到較大的沖擊力，其易出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，從而損壞葉片，不僅成本增加，拆卸麻煩，且不能充分利用高壓泥漿流的勢(shì)能。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的問(wèn)題是:提供一種渦輪鉆具的渦輪組件，用于解決以往的渦輪組件的液體勢(shì)能利用不充分、葉片易斷裂的問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是:一種渦輪鉆具的渦輪組件，包括渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪定子，所述渦輪轉(zhuǎn)子包括環(huán)形的葉輪盤(pán)轂，葉輪盤(pán)轂一側(cè)端面向外延伸形成導(dǎo)向套環(huán)，所述葉輪盤(pán)轂在導(dǎo)向套環(huán)外側(cè)的端面形成定位臺(tái)階，所述葉輪盤(pán)轂和導(dǎo)向套環(huán)內(nèi)側(cè)圓周面設(shè)有鍵槽，所述葉輪盤(pán)轂外側(cè)圓周面設(shè)有若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片；所述渦輪定子包括內(nèi)套環(huán)和外套環(huán)，所述內(nèi)套環(huán)和外套環(huán)通過(guò)若干個(gè)定子葉片固定連接；所述導(dǎo)向套環(huán)套合在內(nèi)套環(huán)內(nèi)并通過(guò)定位臺(tái)階將渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪定子配合套疊。渦輪定子的外套環(huán)固定在鉆具的外殼上，渦輪轉(zhuǎn)子通過(guò)鍵槽與鉆具鉆桿連接，工作時(shí)渦輪定子不動(dòng)，渦輪轉(zhuǎn)子帶動(dòng)鉆具鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，液體通過(guò)并沖擊渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪定子的轉(zhuǎn)子葉片及定子葉片，轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片承受來(lái)自液體的沖擊動(dòng)力，將液體勢(shì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并傳遞渦輪的輸出扭矩，通過(guò)轉(zhuǎn)子和定子的交替沖擊增大液體勢(shì)能的利用率。
[0006]所述轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片結(jié)構(gòu)相同且橫截面呈月牙型，所述轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片的內(nèi)側(cè)圓弧面為工作面；所述轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片以相反方向并上、下重合排列。轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片結(jié)構(gòu)相同且橫截面呈月牙型使得液體能以一定角度擊打在葉片上從而增大液體勢(shì)能的利用率，增大轉(zhuǎn)子的橫向推力，而轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片以相反方向并上、下重合排列使得液體能被多次轉(zhuǎn)向利用，有效的提高了液體勢(shì)能轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)效率提高。
[0007]所述工作面的弧度為80° -100°。定子葉片的弧度決定著液體從工作面反彈后輸出的液體角度和沖擊面積，液體角度和沖擊面積決定著液體勢(shì)能的轉(zhuǎn)化率，當(dāng)定子葉片的工作面的弧度為80° -100°時(shí)，液體輸出的液體角度為40° -50°，此時(shí)定子葉片受力面積最大，液體擊打在轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)換的勢(shì)能最大，效率最高。
[0008]所述轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片分別設(shè)有16-32個(gè)。定子葉片的作用即利用液體的沖擊力將液體勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，定子葉片的多少不僅決定和影響勢(shì)能的利用率以及輸出扭矩，還決定了輸出扭矩的分布情況，根據(jù)不同工況定子葉片的數(shù)量可任意取值，但是定子葉片的數(shù)量取在16-32個(gè)之間的某值時(shí)，液體勢(shì)能的利用率最高，同時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩最大也最均勻，不僅效率高，同時(shí)也減少了每個(gè)葉片受到的沖擊力，渦輪定子能夠穩(wěn)定、持久的工作；而轉(zhuǎn)子葉片的作用即將定子的輸出扭矩轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的機(jī)械推力，其數(shù)量過(guò)少則受力較大易損壞，而數(shù)量過(guò)多則易造成液體亂流現(xiàn)象，所以其數(shù)量取16-32個(gè)既能很好的避免以上問(wèn)題的同時(shí)達(dá)到最大的轉(zhuǎn)動(dòng)效率。
[0009]所述轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片彼此呈圓周均勻且水平間距等距分布。轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片彼此呈圓周均勻且水平間距等距分布使得定子和轉(zhuǎn)子受力均勻，其轉(zhuǎn)換的機(jī)械能和輸出扭矩也更加平衡，避免渦輪組件受力不均而出現(xiàn)震動(dòng)或移位。
[0010]所述任意相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片或任意相鄰兩個(gè)定子葉片之間的水平間距大于12毫米小于21毫米。任意相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片或任意相鄰兩個(gè)定子葉片之間的水平間距過(guò)小則擊打在葉片并反彈到下方的液體會(huì)打在葉片背面上，從而降低了勢(shì)能，減少了輸出轉(zhuǎn)矩，效率降低；而水平間距過(guò)大則液體直接通過(guò)間隙，不會(huì)擊打葉片，減少了勢(shì)能和輸出轉(zhuǎn)矩，液體利用率低，效率降低。
[0011]根所述工作面的弧長(zhǎng)為水平間距的1-1.2倍。工作面的弧長(zhǎng)過(guò)短則液體勢(shì)能只能打在工作面下部，其輸出扭矩的角度偏大從而打擊在下方葉片上的角度偏大，從而降低了勢(shì)能轉(zhuǎn)換，還有可能導(dǎo)致液體無(wú)法打擊在下方葉片上，所以工作面的弧長(zhǎng)為水平間距的1-1.2倍不僅能避免以上問(wèn)題，還能最大的利用液體勢(shì)能。
[0012]所述渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪定子均采用WC硬質(zhì)合金或40Cr鋼。WC硬質(zhì)合金由難熔金屬的硬質(zhì)化合物和粘結(jié)金屬通過(guò)粉末冶金工藝制成的一種合金材料，WC硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨、強(qiáng)度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能，特別是它的高硬度和耐磨性；而40Cr是機(jī)械制造業(yè)使用最廣泛的鋼之一，調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能，良好的低溫沖擊韌性和低的缺口敏感性，這種鋼除調(diào)質(zhì)處理外還適于氰化和高頻淬火處理，該鋼價(jià)格適中，加工容易，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性。渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪定子在液體沖擊下不僅容易斷裂，還可能被液體內(nèi)的顆粒磨損，所以采用WC硬質(zhì)合金或40Cr鋼不僅能減少其的磨損量，還能延長(zhǎng)其使用壽命，降低其成本。
[0013]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的這種渦輪鉆具的渦輪組件，不僅結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、耐用，強(qiáng)度高，而且效率高，使用壽命長(zhǎng)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的分解示意圖。
[0015]圖2為本實(shí)用新型局部剖視的裝配圖。
[0016]圖3為本實(shí)用新型轉(zhuǎn)子葉片的橫截面圖。
[0017]圖4為本實(shí)用新型轉(zhuǎn)子葉片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中的標(biāo)號(hào)分別表示為:1、轉(zhuǎn)子葉片；2、葉輪盤(pán)轂；3、定位臺(tái)階；4、渦輪轉(zhuǎn)子；5、導(dǎo)向套環(huán)；6、鍵槽；7、外套環(huán)；8、定子葉片；9、內(nèi)套環(huán)；10、渦輪定子；11、工作面。
【具體實(shí)施方式】[0019]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0020]參見(jiàn)圖1、圖2、圖3和圖4，一種渦輪鉆具的渦輪組件，包括渦輪轉(zhuǎn)子4和渦輪定子10，所述渦輪轉(zhuǎn)子4包括環(huán)形的葉輪盤(pán)轂2，葉輪盤(pán)轂2 —側(cè)端面向外延伸形成導(dǎo)向套環(huán)5，所述葉輪盤(pán)轂2在導(dǎo)向套環(huán)5外側(cè)的端面形成定位臺(tái)階3，所述葉輪盤(pán)轂2和導(dǎo)向套環(huán)5內(nèi)側(cè)圓周面設(shè)有鍵槽6，所述葉輪盤(pán)轂2外側(cè)圓周面設(shè)有若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片I ;所述渦輪定子10包括內(nèi)套環(huán)9和外套環(huán)7，所述內(nèi)套環(huán)9和外套環(huán)7通過(guò)若干個(gè)定子葉片8固定連接；所述導(dǎo)向套環(huán)5套合在內(nèi)套環(huán)9內(nèi)并通過(guò)定位臺(tái)階3將渦輪轉(zhuǎn)子4和渦輪定子10配合套疊。
[0021]所述轉(zhuǎn)子葉片I和定子葉片8結(jié)構(gòu)相同且橫截面呈月牙型，所述轉(zhuǎn)子葉片I和定子葉片8的內(nèi)側(cè)圓弧面為工作面11 ;所述轉(zhuǎn)子葉片I和定子葉片8以相反方向并上、下重合排列。
[0022]所述工作面11的弧度為80° -100°。
[0023]所述轉(zhuǎn)子葉片I和定子葉片8分別設(shè)有16-32個(gè)。
[0024]所述轉(zhuǎn)子葉片I和定子葉片8彼此呈圓周均勻且水平間距等距分布。
[0025]所述任意相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片I或任意相鄰兩個(gè)定子葉片8之間的水平間距大于12毫米小于21毫米。
[0026]所述工作面11的弧長(zhǎng)為水平間距的1-1.2倍。
[0027]所述渦輪轉(zhuǎn)子4和渦輪定子10均采用WC硬質(zhì)合金或40Cr鋼。
[0028]在使用時(shí)，渦輪定子10固定在鉆具的外殼上，渦輪轉(zhuǎn)子4的導(dǎo)向套環(huán)5套合在渦輪定子10上，二者通過(guò)定位臺(tái)階3配合定位，其內(nèi)的鍵槽6與鉆具的鉆桿的鍵結(jié)構(gòu)配合，轉(zhuǎn)子葉片I排向與定子葉片8排向相反，當(dāng)液體通過(guò)定子葉片8轉(zhuǎn)換后以40-50度的角度擊打在轉(zhuǎn)子葉片I的工作面11上，轉(zhuǎn)子葉片I在液體擊打下將液體勢(shì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)鍵連接帶動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成鉆井。
[0029]鉆具采用至少兩組渦輪組件順次排列，液體通過(guò)并沖擊渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪定子的轉(zhuǎn)子葉片及定子葉片，轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片承受來(lái)自液體的沖擊動(dòng)力，將液體勢(shì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并傳遞渦輪的輸出扭矩，通過(guò)轉(zhuǎn)子和定子的交替沖擊增大液體勢(shì)能的利用率。
[0030]本實(shí)用新型對(duì)轉(zhuǎn)子葉片I和定子葉片8的結(jié)構(gòu)、安裝角度和水平間距做了改進(jìn)，使得轉(zhuǎn)子葉片I和定子葉片8對(duì)液體勢(shì)能的利用率提高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)效率提高，且轉(zhuǎn)子葉片I和定子葉片8結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐沖擊和耐磨，也大大提高了其使用壽命。
[0031]如上所述即可很好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪鉆具的渦輪組件，包括渦輪轉(zhuǎn)子(4)和渦輪定子(10)，其特征在于:所述渦輪轉(zhuǎn)子(4)包括環(huán)形的葉輪盤(pán)轂(2)，葉輪盤(pán)轂(2)—側(cè)端面向外延伸形成導(dǎo)向套環(huán)(5)，所述葉輪盤(pán)轂(2)在導(dǎo)向套環(huán)(5)外側(cè)的端面形成定位臺(tái)階(3)，所述葉輪盤(pán)轂(2)和導(dǎo)向套環(huán)(5)內(nèi)側(cè)圓周面設(shè)有鍵槽(6)，所述葉輪盤(pán)轂(2)外側(cè)圓周面設(shè)有若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(I);所述渦輪定子(10 )包括內(nèi)套環(huán)(9 )和外套環(huán)(7 )，所述內(nèi)套環(huán)(9 )和外套環(huán)(7 )通過(guò)若干個(gè)定子葉片(8 )固定連接；所述導(dǎo)向套環(huán)(5 )套合在內(nèi)套環(huán)(9 )內(nèi)并通過(guò)定位臺(tái)階(3 )將渦輪轉(zhuǎn)子(4)和渦輪定子(10)配合套疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦輪鉆具的渦輪組件，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子葉片(I)和定子葉片(8)結(jié)構(gòu)相同且橫截面呈月牙型，所述轉(zhuǎn)子葉片(I)和定子葉片(8)的內(nèi)側(cè)圓弧面為工作面(11);所述轉(zhuǎn)子葉片(I)和定子葉片(8)以相反方向并上、下重合排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種渦輪鉆具的渦輪組件，其特征在于:所述工作面(11)的弧度為80° -100°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種渦輪鉆具的渦輪組件，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子葉片(I)和定子葉片(8)分別設(shè)有16-32個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種渦輪鉆具的渦輪組件，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子葉片(I)和定子葉片(8)彼此呈圓周均勻且水平間距等距分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種渦輪鉆具的渦輪組件，其特征在于:所述任意相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(I)或任意相鄰兩個(gè)定子葉片(8)之間的水平間距大于12毫米小于21毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種渦輪鉆具的渦輪組件，其特征在于:所述工作面(II)的弧長(zhǎng)為水平間距的1-1.2倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦輪鉆具的渦輪組件，其特征在于:所述渦輪轉(zhuǎn)子(4)和渦輪定子(10)均采用WC硬質(zhì)合金或40Cr鋼。
【文檔編號(hào)】F01D5/02GK203430575SQ201320532194
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】賀昶明 申請(qǐng)人:成都科盛石油科技有限公司