線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)，包括同軸套裝的定子和轉(zhuǎn)子，所述定子包括定子本體、定子葉片和定子葉冠，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子本體、轉(zhuǎn)子葉片和轉(zhuǎn)子葉冠，定子葉冠內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子本體外壁同軸套裝，定子葉片外輪廓線上各點與其對應(yīng)等值子午面的相交線為第一相貫線，該第一相貫線與貫穿于定子葉冠內(nèi)的第一投影直線垂直相交；轉(zhuǎn)子葉片外輪廓線上各點與其對應(yīng)等值子午面的相交線為第二相貫線，該第二相貫線與貫穿于轉(zhuǎn)子本體內(nèi)的第二投影直線垂直相交。本發(fā)明渦輪定轉(zhuǎn)子組合件水力效率高，本發(fā)明渦輪馬達(dá)結(jié)構(gòu)簡單、扭矩大，適用各類尺寸井眼鉆進(jìn)。
【專利說明】線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油、天然氣、煤層氣、頁巖氣開采等領(lǐng)域的旋轉(zhuǎn)鉆井或地質(zhì)、鐵路、電力、通訊等領(lǐng)域的井眼或孔眼鉆進(jìn)用井下動力鉆具，尤其是一種大扭矩渦輪鉆具的定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)，屬于機械制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪鉆井技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益，是石油工業(yè)前沿技術(shù)之一。渦輪鉆井可減少消耗，降低成本。渦輪鉆具是工業(yè)應(yīng)用最早的一種井下動力鉆具，由渦輪馬達(dá)、萬向軸和傳動軸三部分構(gòu)成，其作用是將工作流體的流體壓力能量轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S的旋轉(zhuǎn)機械能量，驅(qū)動鉆頭轉(zhuǎn)動以破碎井底地層巖石。渦輪馬達(dá)是渦輪鉆具的動力部分，渦輪定子和轉(zhuǎn)子的設(shè)計是渦輪馬達(dá)設(shè)計的關(guān)鍵。
[0003]從歷史上看，渦輪鉆具從被發(fā)明發(fā)展至今一直作為石油礦場常用井下動力鉆具之一，但其發(fā)展緩慢，未能得到很好應(yīng)用，其重要原因是:現(xiàn)有渦輪鉆具轉(zhuǎn)速高、扭矩小、型號單一、工作壽命短，與現(xiàn)有鉆井裝備與工具發(fā)展水平不相適應(yīng)。
[0004]有鑒于上述現(xiàn)有渦輪鉆具存在的缺點，本設(shè)計人基于長期從事相關(guān)科研與實踐，對現(xiàn)有渦輪技術(shù)積極加以改進(jìn)和創(chuàng)新，以期實現(xiàn)一種大扭矩、高效率的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個目的是提供一種大扭矩、高效率、適于各類尺寸井眼鉆進(jìn)的線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。
[0006]本發(fā)明的另一個目的是提供一種大扭矩、高效率、適于各類尺寸井眼鉆進(jìn)的渦輪馬達(dá)。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括同軸套裝的定子和轉(zhuǎn)子:所述定子與所述轉(zhuǎn)子的中心軸線共線；所述定子包括圓筒狀定子本體、若干個定子葉片和圓環(huán)狀定子葉冠，若干個所述定子葉片沿周向設(shè)置于所述定子本體與所述定子葉冠之間；所述轉(zhuǎn)子包括圓筒狀轉(zhuǎn)子本體、若干個轉(zhuǎn)子葉片和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠，若干個所述轉(zhuǎn)子葉片沿周向設(shè)置于所述轉(zhuǎn)子本體與所述轉(zhuǎn)子葉冠之間；所述定子葉冠內(nèi)壁與所述轉(zhuǎn)子本體外壁同軸套裝；所述定子葉片外輪廓線上各點與其對應(yīng)的等值子午面的相交線為第一相貫線，該第一相貫線與貫穿于所述定子葉冠內(nèi)的第一投影直線垂直相交；所述轉(zhuǎn)子葉片外輪廓線上各點與其對應(yīng)的等值子午面的相交線為第二相貫線，該第二相貫線與貫穿于所述轉(zhuǎn)子本體內(nèi)的第二投影直線垂直相交。
[0008]如上所述的線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，所述第一投影直線為所述定子的中心軸線，所述第二投影直線為所述轉(zhuǎn)子的中心軸線。
[0009]如上所述的線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，各所述定子葉片沿所述定子軸向等高度設(shè)置并沿所述定子周向等間隔設(shè)置；各所述轉(zhuǎn)子葉片沿所述轉(zhuǎn)子軸向等高度設(shè)置并沿所述轉(zhuǎn)子周向等間隔設(shè)置。
[0010]如上所述的線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，所述定子葉片的安裝角與所述轉(zhuǎn)子葉片的安裝角方向相反；所述定子葉片安裝角沿所述定子徑向由內(nèi)至外逐漸減小，所述轉(zhuǎn)子葉片安裝角沿所述轉(zhuǎn)子徑向由內(nèi)至外也逐漸減?。凰龆ㄗ尤~片安裝角和所述轉(zhuǎn)子葉片安裝角的余切值與對應(yīng)的等徑圓柱面的半徑成正比。
[0011]如上所述的線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，所述定子葉片的厚度沿所述定子徑向由內(nèi)向外逐漸增大，且與對應(yīng)的等徑圓柱面的半徑成正比；所述轉(zhuǎn)子葉片的厚度沿所述轉(zhuǎn)子徑向由內(nèi)向外也逐漸增大，且與對應(yīng)的等徑圓柱面的半徑成正比。
[0012]如上所述的線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，所述定子葉片沿等徑圓柱面的展開輪廓線包括定子葉片前緣、定子葉片后緣、定子葉片壓力面和定子葉片吸力面，所述定子葉片前緣、定子葉片后緣、定子葉片壓力面和定子葉片吸力面與等值子午面的相貫線為直線，且所述定子葉片的相貫線與所述定子中心軸線垂直相交；所述轉(zhuǎn)子葉片沿等徑圓柱面的展開輪廓線包括轉(zhuǎn)子葉片前緣、轉(zhuǎn)子葉片后緣、轉(zhuǎn)子葉片壓力面和轉(zhuǎn)子葉片吸力面，所述轉(zhuǎn)子葉片前緣、轉(zhuǎn)子葉片后緣、轉(zhuǎn)子葉片壓力面和轉(zhuǎn)子葉片吸力面與等值子午面的相貫線為直線，且所述轉(zhuǎn)子葉片的相貫線與所述轉(zhuǎn)子的中心軸線垂直相交。
[0013]如上所述的線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，所述第一投影直線與所述定子的中心軸線互為平行直線，且所述第一投影直線與所述定子的中心軸線間距小于或等于50mm ;所述第二投影直線與所述轉(zhuǎn)子的中心軸線互為平行直線，且所述第二投影直線與所述轉(zhuǎn)子的中心軸線間距小于或等于50_。
[0014]本發(fā)明還提供了一種渦輪馬達(dá)，包括渦輪馬達(dá)主軸和馬達(dá)殼體，在所述渦輪馬達(dá)主軸上套接有如上所述的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。
[0015]如上所述的渦輪馬達(dá)，其中，所述渦輪定轉(zhuǎn)子組合件沿所述渦輪馬達(dá)主軸的軸向疊置有50?300級，形成具有50?300級渦輪定轉(zhuǎn)子的大扭矩渦輪馬達(dá)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點和優(yōu)點:
[0017]1、本發(fā)明渦輪定轉(zhuǎn)子組合件水力效率高。
[0018]2、本發(fā)明渦輪馬達(dá)結(jié)構(gòu)簡單、扭矩大，適用各類尺寸井眼鉆進(jìn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式來限制本發(fā)明公開的范圍。另外，圖中各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的，用于幫助對本發(fā)明的理解，并不是具體限定本發(fā)明各部件的形狀和比例尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以根據(jù)具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來實施本發(fā)明。
[0020]圖1為本發(fā)明線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件的局部剖切結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明的定子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明的定子立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明的定子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面(S=I)展開示意圖；
[0025]圖6為本發(fā)明的定子沿等值子午面(1=0.5)剖切示意圖；
[0026]圖7為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；[0027]圖8為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖9為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面(S=I)展開示意圖；
[0029]圖10為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子沿等值子午面(1=0.5)剖切示意圖；
[0030]圖11為本發(fā)明渦輪馬達(dá)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]附圖標(biāo)記說明:
[0032]1-定子；11-定子本體；12-定子葉片；121-定子葉頂；122-定子葉底；123-定子葉片前緣；124_定子葉片后緣；125_定子葉片壓力面；126_定子葉片吸力面；13_定子葉冠;
[0033]2-轉(zhuǎn)子；21_轉(zhuǎn)子本體；22_轉(zhuǎn)子葉片；221_轉(zhuǎn)子葉頂；222_轉(zhuǎn)子葉底；223_轉(zhuǎn)子葉片前緣；224_轉(zhuǎn)子葉片后緣；225_轉(zhuǎn)子葉片壓力面；226_轉(zhuǎn)子葉片吸力面；23_轉(zhuǎn)子葉冠；24_凸臺；
[0034]3-等徑圓柱面；4_等值子午面；41_第一相貫線；42_第二相貫線；51_第一投影直線；52_第二投影直線；6_渦輪馬達(dá)主軸；7_馬達(dá)殼體。
【具體實施方式】
[0035]結(jié)合附圖和本發(fā)明【具體實施方式】的描述，能夠更加清楚地了解本發(fā)明的細(xì)節(jié)。但是，在此描述的本發(fā)明的【具體實施方式】，僅用于解釋本發(fā)明的目的，而不能以任何方式理解成是對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的教導(dǎo)下，技術(shù)人員可以構(gòu)想基于本發(fā)明的任意可能的變形，這些都應(yīng)被視為屬于本發(fā)明的范圍。
[0036]請參考圖1至圖11，圖1為本發(fā)明線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件的局部剖切結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的定子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的定子立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的定子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面(S=I)展開示意圖；圖6為本發(fā)明的定子沿等值子午面(1=0.5)剖切示意圖；圖7為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面(S=I)展開示意圖；圖10為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子沿等值子午面(1=0.5)剖切示意圖；圖11為本發(fā)明渦輪馬達(dá)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]如圖1至圖10所示，本發(fā)明提出了一種線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括同軸套裝的定子I和轉(zhuǎn)子2，定子I與轉(zhuǎn)子2的中心軸線00’共線，定子I包括圓筒狀的定子本體11、若干個定子葉片12和圓環(huán)狀定子葉冠13，若干個定子葉片12沿周向設(shè)置于定子本體11與定子葉冠13之間(如圖4所示)。若干個定子葉片12沿定子本體11的內(nèi)圓周表面均勻布設(shè)，定子葉冠13的外壁與定子葉片12的葉底122相連接。轉(zhuǎn)子2包括圓筒狀的轉(zhuǎn)子本體21、若干個轉(zhuǎn)子葉片22和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠23，若干個轉(zhuǎn)子葉片22沿周向設(shè)置于轉(zhuǎn)子本體21與轉(zhuǎn)子葉冠23之間。如圖8所示，在轉(zhuǎn)子本體21 —端外周設(shè)有徑向凸出的凸臺24，若干個轉(zhuǎn)子葉片22沿凸臺24的外圓周面均勻布設(shè)，轉(zhuǎn)子葉冠23套接于轉(zhuǎn)子葉片22的葉頂221，使得轉(zhuǎn)子本體21、轉(zhuǎn)子葉片22、轉(zhuǎn)子葉冠23形成一體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子2，可使渦輪馬達(dá)主軸貫穿轉(zhuǎn)子本體21并與轉(zhuǎn)子2同步旋轉(zhuǎn)。定子葉冠13內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子本體21外壁同軸套裝，使得定子I與轉(zhuǎn)子2配合安裝。
[0038]在本發(fā)明中，定子葉片12及轉(zhuǎn)子葉片22的葉型均為線投影形成。定子葉片12鄰接定子本體11的一側(cè)為定子葉頂121，而其鄰接定子葉冠13的一側(cè)為定子葉底122。在定子葉頂121與定子葉底122之間具有任意多個與定子本體11和定子葉冠13共中心軸線的圓柱面，每個圓柱面稱之為等徑圓柱面3。定子葉頂121與定子葉底122之間的任一等徑圓柱面3與定子葉頂121及定子葉底122的相對位置用S值表示，O ^ 1.0:當(dāng)?shù)葟綀A柱面3與定子葉底122所在圓柱面重合時S=0，當(dāng)?shù)葟綀A柱面3與定子葉頂121所在圓柱面重合時S=L O。相應(yīng)的，轉(zhuǎn)子葉片22鄰接轉(zhuǎn)子本體21的一側(cè)為轉(zhuǎn)子葉底222，而其鄰接轉(zhuǎn)子葉冠23的一側(cè)為轉(zhuǎn)子葉頂221，在轉(zhuǎn)子葉頂221與轉(zhuǎn)子葉底222之間具有任意多個與轉(zhuǎn)子本體21和轉(zhuǎn)子葉冠23共中心軸線的圓柱面，每個圓柱面也稱之為等徑圓柱面3。轉(zhuǎn)子葉頂221與轉(zhuǎn)子葉底222之間的任一等徑圓柱面3與轉(zhuǎn)子葉頂221及轉(zhuǎn)子葉底222的相對位置用S值表示，O ^ 1.0:當(dāng)?shù)葟綀A柱面3與轉(zhuǎn)子葉底222所在圓柱面重合時S=0，當(dāng)?shù)葟綀A柱面3與轉(zhuǎn)子葉頂221所在圓柱面重合時S=L O。由于定子I與轉(zhuǎn)子2上下共中心軸線套裝疊合設(shè)置，因此在等S值的定子I上的等徑圓柱面與轉(zhuǎn)子2上的等徑圓柱面為同一等徑圓柱面。
[0039]在本發(fā)明中，與定子I和轉(zhuǎn)子2的中心軸線垂直相交的平面稱之為子午面。如圖5所示，在定子葉片12的上端(入口)和下端(出口)之間的子午面與上端及下端的相對位置用I值表示，O ^ I ^ 1.0o其中，等I值的子午面稱為等值子午面4:當(dāng)?shù)戎底游缑?與定子葉片12的上端相切時1=0，當(dāng)?shù)戎底游缑?與定子葉片12的下端相切時1=1。相應(yīng)的，如圖9所示，在轉(zhuǎn)子葉片22的上端(入口)和下端(出口)之間的子午面與上端及下端的相對位置用I值表示，O < I < 1.0。其中，等I值的子午面也稱為等值子午面4:當(dāng)?shù)戎底游缑?與轉(zhuǎn)子葉片22的上端相切時1=0，當(dāng)?shù)戎底游缑?與定子葉片12的下端相切時1=1。[0040]在本發(fā)明中，如圖6所示，定子葉片12的外輪廓線上各點與其對應(yīng)的等值子午面4的相交線為第一相貫線41，該第一相貫線41與貫穿于定子葉冠13內(nèi)的第一投影直線51垂直相交；且轉(zhuǎn)子葉片22的外輪廓線上各點與其對應(yīng)的等值子午面4的相交線為第二相貫線42，該第二相貫線42與貫穿于轉(zhuǎn)子本體21內(nèi)的第二投影直線52垂直相交。在本發(fā)明中，第一投影直線51與第二投影直線52既可以是相重合的直線，也可以是不相重合的直線，只要保證第一投影直線51貫穿于定子葉冠13內(nèi)，第二投影直線貫穿于轉(zhuǎn)子本體21內(nèi)即可。經(jīng)實驗證明，本發(fā)明線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件扭矩大、水力效率高、適于各類尺寸井眼鉆進(jìn)。
[0041]在本實施例中，優(yōu)選的，第一投影直線51為定子I的中心軸線，第二投影直線52為轉(zhuǎn)子2的中心軸線。
[0042]進(jìn)一步的，各定子葉片12沿定子I的軸向等高度設(shè)置并沿定子I的周向等間隔設(shè)置；各轉(zhuǎn)子葉片22沿轉(zhuǎn)子2軸向等高度設(shè)置并沿轉(zhuǎn)子2的周向等間隔設(shè)置。
[0043]進(jìn)一步的，如圖5、圖9所示，轉(zhuǎn)子葉片22與定子葉片12相對于轉(zhuǎn)子2和定子I的中心軸線傾斜設(shè)置，且轉(zhuǎn)子葉片22與定子葉片12的傾斜方向相反。定子葉片12的安裝角β n與轉(zhuǎn)子葉片22的安裝角β 12方向相反，符合右手螺旋法則:定子葉片12右旋，轉(zhuǎn)子葉片22左旋，定子葉片12安裝角β η沿定子I徑向由內(nèi)至外逐漸減小，轉(zhuǎn)子葉片22安裝角β12沿轉(zhuǎn)子2徑向由內(nèi)至外也逐漸減小，定子葉片安裝角P11的余切值、轉(zhuǎn)子葉片安裝角β 12的余切值與對應(yīng)的等徑圓柱面的半徑成正比。
[0044]進(jìn)一步的，如圖5、圖9所示，定子葉片12的厚度沿定子I徑向由內(nèi)向外逐漸增大，且與對應(yīng)的等徑圓柱面3的半徑成正比；所述轉(zhuǎn)子葉片的厚度沿所述轉(zhuǎn)子徑向由內(nèi)向外也逐漸增大，且也與對應(yīng)的等徑圓柱面3的半徑成正比。
[0045]在本發(fā)明中，如圖5、圖9所示，定子葉片12沿等徑圓柱面3的展開輪廓線包括定子葉片前緣123、定子葉片后緣124、定子葉片壓力面125和定子葉片吸力面126 ;定子葉片前緣123、定子葉片后緣124、定子葉片壓力面125和定子葉片吸力面126與等值子午面4的相貫線為直線，且定子葉片12的相貫線與所述定子中心軸線垂直相交。轉(zhuǎn)子葉片22沿等徑圓柱面3的展開輪廓線包括轉(zhuǎn)子葉片前緣223、轉(zhuǎn)子葉片后緣224、轉(zhuǎn)子葉片壓力面225和轉(zhuǎn)子葉片吸力面226 ;轉(zhuǎn)子葉片前緣223、轉(zhuǎn)子葉片后緣224、轉(zhuǎn)子葉片壓力面225和轉(zhuǎn)子葉片吸力面226與等值子午面4的相貫線也為直線，且轉(zhuǎn)子葉片22的相貫線與轉(zhuǎn)子2的中心軸線也垂直相交。
[0046]進(jìn)一步的，第一投影直線51與定子I的中心軸線互為平行直線，且第一投影直線51與定子I的中心軸線間距小于或等于50mm ;第二投影直線52與轉(zhuǎn)子2的中心軸線互為平行直線，且第二投影直線52與轉(zhuǎn)子2的中心軸線間距小于或等于50mm。
[0047]進(jìn)一步的，如圖1、圖3、圖7所示，定子I及轉(zhuǎn)子2的軸向高度為Ls=Lr=20~60mm，定子I外徑為Dse=50~300mm，轉(zhuǎn)子2內(nèi)徑為Dri=20~200mm。
[0048]進(jìn)一步的，如圖1、圖3、圖7所示，定子葉冠13軸向高度U=7~20mm，轉(zhuǎn)子葉冠23的軸向高度L2=7~20mm ;定子葉片12的軸向高度氏=7~20mm,轉(zhuǎn)子葉片22的軸向高度H2=7 ~20mm。
[0049]進(jìn)一步的，如圖1、圖2、圖3、圖7所示，轉(zhuǎn)子葉冠23的內(nèi)圓周直徑為Drl，定子本體11的內(nèi)圓周直徑為Dsl，即該定轉(zhuǎn)子組合的流道外徑D1=Drt=Dsl=^~280mm ;轉(zhuǎn)子本體21的凸臺24的外圓周直徑 為Drf，定子葉冠13的外圓周直徑為Ds2,即該定轉(zhuǎn)子組合體的流道內(nèi)徑D2=Dr2=Ds2=30~220mm ;流道外徑D1與流道內(nèi)徑D2的算術(shù)平均值為平均流道直徑0,0=(0400/2=35~250mm ;流道外徑D1與流道內(nèi)徑D2之差的一半為流道寬度h=hr=hs，11=(032)/2=5-1251^ (注:根據(jù)需要，Drl與DsuDr2與Ds2也可取不同值。)
[0050]進(jìn)一步的，如圖4和圖8所示，定子葉片12的葉片個數(shù)nl與轉(zhuǎn)子葉片22的葉片個數(shù)n2分別為Ii1=IO~60個，n2=10~60個,從而滿足不同工況需求。
[0051]進(jìn)一步的，如圖5和圖9所示，相鄰2個定子葉片12之間的節(jié)距為t1; t1=5.0~
15.0mm ;相鄰2個轉(zhuǎn)子葉片22之間的節(jié)距為t2，t2=5.0~15.0mm。定子葉片12的進(jìn)口角為a2k，a2k=30°~150° ;轉(zhuǎn)子葉片22的進(jìn)口角為β lk，β lk=30°~150°。定子葉片12的出口角為alk，alk=5°~85° ;轉(zhuǎn)子葉片22的出口角為β 2k，β21?=5°~85°。定子葉片12的前緣半徑為r21, T21=0.1~3.0mm ;后緣半徑為r22, r22=0.1~3.0mm。轉(zhuǎn)子葉片22的前緣半徑為rn,rn=0.I~3.0mm ;后緣半徑為r12,r12=0.1~3.0mm。定子葉片12的前緣錐角為轉(zhuǎn)子葉片22的前緣錐角為仏，1°^死,45°。定子葉片12的后緣錐角為Po，轉(zhuǎn)子葉片22的后緣錐角為灼2，l°<<Pr2<75足子葉片12的安裝角為βη，βη=20°~90。;轉(zhuǎn)子葉片22的安裝角為β12，β12=20°~90。。
[0052]進(jìn)一步的，如圖6和圖10所示，定子葉片12或轉(zhuǎn)子葉片22與I值為0.5的等值子午面4相交，定子葉片壓力面125和吸力面126或轉(zhuǎn)子葉片壓力面225和吸力面226與對應(yīng)的等值子午面4的兩條相貫直線41、42均指向半徑方向，定子葉片12的周向厚度與轉(zhuǎn)子葉片22的周向厚度沿徑向(由內(nèi)向外)逐漸增大，與等徑圓柱面3的半徑成正比。[0053]值得指出的是，前述渦輪定子葉片12和轉(zhuǎn)子葉片22的進(jìn)口角、出口角、前緣半徑、后緣半徑、前緣錐角、后緣錐角、葉片安裝角的定義為本領(lǐng)域的公知技術(shù)，在此不再進(jìn)行說明。
[0054]綜上所述，本發(fā)明通過上述的結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)簡單、壓降低、扭矩大、水力效率聞的優(yōu)點。
[0055]如圖11所示，本發(fā)明還提出了一種渦輪馬達(dá)，包括渦輪馬達(dá)主軸6和馬達(dá)殼體7，在渦輪馬達(dá)主軸6上套接有如上所述的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。本發(fā)明渦輪馬達(dá)結(jié)構(gòu)簡單、扭矩大，適用各類尺寸井眼鉆進(jìn)。
[0056]進(jìn)一步的，渦輪定轉(zhuǎn)子組合件沿渦輪馬達(dá)主軸6的軸向疊置有50?300級，形成具有50?300級渦輪定轉(zhuǎn)子的大扭矩渦輪馬達(dá)，本發(fā)明渦輪馬達(dá)適用于直徑Φ60?Φ600_井眼或孔眼鉆進(jìn)用渦輪鉆具及底部鉆具組合。
[0057]針對上述各實施方式的詳細(xì)解釋，其目的僅在于對本發(fā)明進(jìn)行解釋，以便于能夠更好地理解本發(fā)明，但是，這些描述不能以任何理由解釋成是對本發(fā)明的限制，特別是，在不同的實施方式中描述的各個特征也可以相互任意組合，從而組成其他實施方式，除了有明確相反的描述，這些特征應(yīng)被理解為能夠應(yīng)用于任何一個實施方式中，而并不僅局限于所描述的實施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括同軸套裝的定子和轉(zhuǎn)子:所述定子與所述轉(zhuǎn)子的中心軸線共線；所述定子包括圓筒狀定子本體、若干個定子葉片和圓環(huán)狀定子葉冠，若干個所述定子葉片沿周向設(shè)置于所述定子本體與所述定子葉冠之間；所述轉(zhuǎn)子包括圓筒狀轉(zhuǎn)子本體、若干個轉(zhuǎn)子葉片和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠，若干個所述轉(zhuǎn)子葉片沿周向設(shè)置于所述轉(zhuǎn)子本體與所述轉(zhuǎn)子葉冠之間；所述定子葉冠內(nèi)壁與所述轉(zhuǎn)子本體外壁同軸套裝，其特征在于:所述定子葉片外輪廓線上各點與其對應(yīng)等值子午面的相交線為第一相貫線，該第一相貫線與貫穿于所述定子葉冠內(nèi)的第一投影直線垂直相交；所述轉(zhuǎn)子葉片外輪廓線上各點與其對應(yīng)等值子午面的相交線為第二相貫線，該第二相貫線與貫穿于所述轉(zhuǎn)子本體內(nèi)的第二投影直線垂直相交。
2.如權(quán)利要求1所述的線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于:所述第一投影直線為所述定子的中心軸線，所述第二投影直線為所述轉(zhuǎn)子的中心軸線。
3.如權(quán)利要求1或2所述的線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于:各所述定子葉片沿所述定子軸向等高度設(shè)置并沿所述定子周向等間隔設(shè)置；各所述轉(zhuǎn)子葉片沿所述轉(zhuǎn)子軸向等高度設(shè)置并沿所述轉(zhuǎn)子周向等間隔設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1或2所述的線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于:所述定子葉片的安裝角與所述轉(zhuǎn)子葉片的安裝角方向相反；所述定子葉片安裝角沿所述定子徑向由內(nèi)至外逐漸減小，所述轉(zhuǎn)子葉片安裝角沿所述轉(zhuǎn)子徑向由內(nèi)至外也逐漸減??；所述定子葉片安裝角和所述轉(zhuǎn)子葉片安裝角的余切值與對應(yīng)的等徑圓柱面的半徑成正比。
5.如權(quán)利要求1或2所述的線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于:所述定子葉片的厚度沿所述定子徑向由內(nèi)向外逐漸增大，且與對應(yīng)的等徑圓柱面的半徑成正比；所述轉(zhuǎn)子葉片的厚度沿所述轉(zhuǎn)子徑向由內(nèi)向外也逐漸增大，且與對應(yīng)的等徑圓柱面的半徑成正比。
6.如權(quán)利要求1或2所述的線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于:所述定子葉片沿等徑圓柱面的展開輪廓線包括定子葉片前緣、定子葉片后緣、定子葉片壓力面和定子葉片吸力面，所述定子葉片前緣、定子葉片后緣、定子葉片壓力面和定子葉片吸力面與等值子午面的相貫線為直線，且所述定子葉片的相貫線與所述定子中心軸線垂直相交；所述轉(zhuǎn)子葉片沿等徑圓柱面的展開輪廓線包括轉(zhuǎn)子葉片前緣、轉(zhuǎn)子葉片后緣、轉(zhuǎn)子葉片壓力面和轉(zhuǎn)子葉片吸力面，所述轉(zhuǎn)子葉片前緣、轉(zhuǎn)子葉片后緣、轉(zhuǎn)子葉片壓力面和轉(zhuǎn)子葉片吸力面與等值子午面的相貫線為直線，且所述轉(zhuǎn)子葉片的相貫線也與所述轉(zhuǎn)子的中心軸線垂直相交。
7.如權(quán)利要求1所述的線投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于:所述第一投影直線與所述定子的中心軸線互為平行直線，且所述第一投影直線與所述定子中心軸線間距小于或等于50mm ;所述第二投影直線與所述轉(zhuǎn)子的中心軸線互為平行直線，且所述第二投影直線與所述轉(zhuǎn)子中心軸線間距小于或等于50mm。
8.一種渦輪馬達(dá)，包括渦輪馬達(dá)主軸和馬達(dá)殼體，其特征在于:在所述渦輪馬達(dá)主軸上套接有如權(quán)利要求1至7中任一項所述的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。
9.如權(quán)利要求8所述的渦輪馬達(dá)，其特征在于:所述渦輪定轉(zhuǎn)子組合件沿所述渦輪馬達(dá)主軸的軸向疊置有50?300級，形成具有50?300級渦輪定轉(zhuǎn)子的大扭矩渦輪馬達(dá)。
【文檔編號】F03B3/18GK103711631SQ201410020321
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】譚春飛 申請人:中國石油大學(xué)(北京)