掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件，包括同軸套裝的定子和轉(zhuǎn)子，定子葉片和轉(zhuǎn)子葉片均為掃掠形成。定子或轉(zhuǎn)子葉片第一掃掠引導(dǎo)線和第二掃略引導(dǎo)線在等值子午面上的垂直投影線均指向半徑方向；定子葉片或轉(zhuǎn)子葉片的軸向高度沿徑向由內(nèi)向外相等或逐漸增大；定子葉片或轉(zhuǎn)子葉片的周向厚度沿徑向由內(nèi)向外不變或逐漸增大；等徑圓柱面上的定子葉片傾斜角與轉(zhuǎn)子葉片傾斜角，方向相同，且沿徑向由內(nèi)向外逐漸減小或相等。本發(fā)明制動(dòng)扭矩大、水力損失小，一定數(shù)量掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子與一定數(shù)量渦輪定轉(zhuǎn)子組合裝配在一起可顯著提高渦輪鉆具的工作時(shí)間、過(guò)載能力、在低轉(zhuǎn)速下工作的穩(wěn)定性和渦輪鉆井進(jìn)尺。
【專利說(shuō)明】掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油、天然氣、煤層氣、頁(yè)巖氣開(kāi)采等領(lǐng)域的鉆探或地質(zhì)、鐵路、電力、通訊等領(lǐng)域的鉆進(jìn)用井下渦輪鉆具，尤其是一種掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件，屬于機(jī)械制造【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]渦輪鉆具是工業(yè)應(yīng)用最早的一種井下液動(dòng)馬達(dá)，它的作用是將工作液的壓力能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能量，驅(qū)動(dòng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)以破碎井底巖石。渦輪鉆具是石油礦場(chǎng)常用的一種井下動(dòng)力鉆具。由于由現(xiàn)有多級(jí)渦輪定轉(zhuǎn)子組合件構(gòu)成的渦輪鉆具轉(zhuǎn)速太高，鉆頭軸承或牙齒磨損太快，有時(shí)導(dǎo)致一趟鉆的進(jìn)尺和純鉆時(shí)間比轉(zhuǎn)盤鉆井低很多。
[0003]鑒于上述現(xiàn)有渦輪鉆井技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本技術(shù)設(shè)計(jì)人基于長(zhǎng)期從事相關(guān)科研及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)積極加以改進(jìn)和創(chuàng)新，以期實(shí)現(xiàn)一種壓降低、空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和工作轉(zhuǎn)速低、工作扭矩適中的渦輪鉆具。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種制動(dòng)扭矩大、水力損失小的掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)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；所述定子包括同軸設(shè)置的圓筒狀定子本體、若干個(gè)定子葉片和圓環(huán)狀定子葉冠，所述轉(zhuǎn)子包括同軸設(shè)置的圓筒狀轉(zhuǎn)子本體、若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠，所述定子葉冠的內(nèi)壁與所述轉(zhuǎn)子本體外壁同軸套裝，其特征在于:若干個(gè)所述定子葉片和若干個(gè)所述轉(zhuǎn)子葉片呈沿軸向扭轉(zhuǎn)的楔子形。
[0006]如上所述的掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件，其中:所述定子葉片和所述轉(zhuǎn)子葉片均具有第一掃掠截面和第二掃掠截面，所述第一掃掠截面為所述定子葉片在定子葉頂?shù)葟綀A柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面及所述轉(zhuǎn)子葉片在轉(zhuǎn)子葉頂?shù)葟綀A柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面，所述第二掃掠截面為所述定子葉片在定子葉底等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面及所述轉(zhuǎn)子葉片在轉(zhuǎn)子葉底等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面；所述定子葉片和所述轉(zhuǎn)子葉片還均具有第一掃掠引導(dǎo)線和第二掃掠引導(dǎo)線，所述第一掃掠引導(dǎo)線為所述定子葉片的葉頂前緣上一點(diǎn)與所述定子葉片的葉底前緣上一點(diǎn)的連線，以及所述轉(zhuǎn)子葉片的葉頂前緣上一點(diǎn)與所述轉(zhuǎn)子葉片的葉底前緣上一點(diǎn)的連線；所述第二掃掠引導(dǎo)線為所述定子葉片的葉頂后緣上一點(diǎn)與所述定子葉片的葉底后緣上一點(diǎn)的連線，以及所述轉(zhuǎn)子葉片的葉頂后緣上一點(diǎn)與所述轉(zhuǎn)子葉片的葉底后緣上一點(diǎn)的連線，且所述第一掃掠引導(dǎo)線和第二掃掠引導(dǎo)線在等值子午面上的垂直投影線沿各自對(duì)應(yīng)的等徑圓柱面半徑方向。
[0007]如上所述的掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件，其中:所述定子葉片的軸向高度沿所述定子的徑向由內(nèi)向外相等或逐漸增大，所述轉(zhuǎn)子葉片的軸向高度沿所述轉(zhuǎn)子的徑向由內(nèi)向外相等或逐漸增大。
[0008]如上所述的掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件，其中：所述定子葉片的周向厚度沿所述定子的徑向由內(nèi)向外不變或逐漸增大，但所述定子葉片在不同等徑圓柱面上的周向厚度與對(duì)應(yīng)的等徑圓柱面半徑不成正比；所述轉(zhuǎn)子葉片的周向厚度沿所述轉(zhuǎn)子的徑向由內(nèi)向外不變或逐漸增大，但所述轉(zhuǎn)子葉片在不同等徑圓柱面上的周向厚度與對(duì)應(yīng)的等徑圓柱面半徑不成正比。
[0009]如上所述的掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件，其中：所述定子葉片的中心線在等徑圓柱面上的展開(kāi)線為直線，所述定子葉片的中心線的展開(kāi)線與等值子午面形成所述定子葉片的傾斜角；所述轉(zhuǎn)子葉片的中心線在等徑圓柱面上的展開(kāi)線也為直線，所述轉(zhuǎn)子葉片的中心線的展開(kāi)線與等值子午面形成所述轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角；所述定子葉片的傾斜角與所述轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角，方向相同，且所述定子葉片的傾斜角與所述轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角沿所述定子和所述轉(zhuǎn)子徑向由內(nèi)向外逐漸減小或相等。
[0010]本發(fā)明掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件，包括同軸套裝的轉(zhuǎn)子和定子，所述轉(zhuǎn)子包括圓筒狀的轉(zhuǎn)子本體、若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠，在所述轉(zhuǎn)子本體的一端外周設(shè)有徑向凸出的凸臺(tái)，所述若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片沿所述凸臺(tái)的外圓周表面均勻布設(shè)，所述轉(zhuǎn)子葉冠套接于所述轉(zhuǎn)子葉片的葉頂；所述定子包括圓筒狀的定子本體、若干個(gè)定子葉片和圓環(huán)狀定子葉冠，所述若干個(gè)定子葉片沿所述定子本體的內(nèi)圓周表面均勻布設(shè)，所述定子葉冠的外壁與所述定子葉片的葉底相連接；所述定子葉冠的內(nèi)壁與所述轉(zhuǎn)子本體外壁同軸套合；所述定子葉片及所述轉(zhuǎn)子葉片的葉型均為掃掠形成，葉片前緣薄、葉片后緣厚，即定子葉片為由在定子葉頂?shù)葟綀A柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面與在定子葉底等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面掃掠形成、轉(zhuǎn)子葉片為由在轉(zhuǎn)子葉頂?shù)葟綀A柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面與在轉(zhuǎn)子葉底等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面掃掠形成，每一葉片形似一楔子。掃掠截面有兩個(gè)，分別是在定子或轉(zhuǎn)子葉頂?shù)葟綀A柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面和在定子或轉(zhuǎn)子葉底等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面。掃掠引導(dǎo)線也有兩條，一條為在定子或轉(zhuǎn)子葉頂?shù)葟綀A柱面上的葉片前緣中點(diǎn)與在定子或轉(zhuǎn)子葉底等徑圓柱面上的葉片前緣中點(diǎn)的連線，位于等徑圓柱面半徑方向；另一條為在定子或轉(zhuǎn)子葉頂?shù)葟綀A柱面上的葉片后緣中點(diǎn)與在定子或轉(zhuǎn)子葉底等徑圓柱面上的葉片后緣中點(diǎn)的連線，也位于等徑圓柱面半徑方向。所述定子或轉(zhuǎn)子葉片前緣與過(guò)定子或轉(zhuǎn)子軸線平面的相貫線中有唯一一條指向半徑方向的直線（前緣中引導(dǎo)線）、定子或轉(zhuǎn)子葉片后緣與過(guò)定子或轉(zhuǎn)子軸線平面的相貫線中也有唯—條指向半徑方向的直線（后緣中引導(dǎo)線）。
[0011]所述掃掠楔子形葉片的掃掠引導(dǎo)線除同時(shí)選擇前述前緣中點(diǎn)引導(dǎo)線和后緣中點(diǎn)引導(dǎo)線外，還可以選擇另兩條：一條為在定子或轉(zhuǎn)子葉頂?shù)葟綀A柱面上的葉片前緣上除前緣中點(diǎn)外的其它任一點(diǎn)與在定子或轉(zhuǎn)子葉底等徑圓柱面上的葉片前緣上除前緣點(diǎn)外的其它任一點(diǎn)的連線（非前緣中點(diǎn)引導(dǎo)線），位于等徑圓柱面半徑方向；另一條為在定子或轉(zhuǎn)子葉頂?shù)葟綀A柱面上的葉片后緣上除后緣中點(diǎn)外的其它任一點(diǎn)與在定子或轉(zhuǎn)子葉底等徑圓柱面上的葉片后緣上除后緣點(diǎn)外的其它任一點(diǎn)的連線（非后緣中點(diǎn)引導(dǎo)線），位于等徑圓柱面半徑方向。也就是說(shuō)，兩條掃掠引導(dǎo)線除可以同時(shí)選擇前述前緣中點(diǎn)引導(dǎo)線和后緣中點(diǎn)引導(dǎo)線外，還可以是：（I) 一條前緣中點(diǎn)引導(dǎo)線、一條非后緣中點(diǎn)引導(dǎo)線；⑵一條非前緣中點(diǎn)引導(dǎo)線、一條后緣中點(diǎn)引導(dǎo)線；（3) —條非前緣中點(diǎn)引導(dǎo)線、一條非后緣中點(diǎn)引導(dǎo)線。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：
[0013]本發(fā)明掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制動(dòng)扭矩大、水力損失小，一定數(shù)量掃掠水力制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子與一定數(shù)量渦輪定轉(zhuǎn)子組合裝配在一起可以顯著降低渦輪鉆具空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速及工作轉(zhuǎn)速，提高渦輪鉆具的工作時(shí)間、過(guò)載能力、在低轉(zhuǎn)速下工作的穩(wěn)定性和渦輪鉆井進(jìn)尺。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式來(lái)限制本發(fā)明公開(kāi)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(duì)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(lái)實(shí)施本發(fā)明。
[0015]圖I為本發(fā)明掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的定子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的定子立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的定子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面（S = I. O)展開(kāi)示意圖；
[0019]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的定子沿I = O. 5的等值子午面剖切示意圖；
[0020]圖6為本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖7為本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖8為本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面（S = I. O)展開(kāi)示意圖；
[0023]圖9為本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子沿I = O. 5的等值子午面剖切示意圖。
[0024]附圖標(biāo)記說(shuō)明：
[0025]I-轉(zhuǎn)子；101-轉(zhuǎn)子本體；102_轉(zhuǎn)子葉片；103_轉(zhuǎn)子葉冠;104_凸臺(tái);105_轉(zhuǎn)子葉片吸力面；106_轉(zhuǎn)子葉片壓力面；107_轉(zhuǎn)子葉頂；108_轉(zhuǎn)子葉底；109_轉(zhuǎn)子葉片前緣；110-轉(zhuǎn)子葉片后緣；111-第一掃掠截面；112-第二掃掠截面；113-轉(zhuǎn)子中心軸線；114_第一掃掠引導(dǎo)線；115-第二掃掠引導(dǎo)線。
[0026]2-定子；201-定子本體；202_定子葉片；203_定子葉冠；204_定子葉片壓力面；205-定子葉片吸力面；207_定子葉頂；208_定子葉底；209_定子葉片前緣；210_定子葉片后緣；211_第一掃掠截面；212_第二掃掠截面；213_定子中心軸線；214_第一掃掠引導(dǎo)線；215-第二掃掠引導(dǎo)線。

【具體實(shí)施方式】
[0027]結(jié)合附圖和本發(fā)明【具體實(shí)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(shí)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(duì)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。
[0028]請(qǐng)參考圖I至圖9，圖I為本發(fā)明掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的定子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的定子立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的定子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面（S= 1.0)展開(kāi)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的定子沿I = O. 5的等值子午面剖切示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面（s = I. O)展開(kāi)示意圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子沿I =
O.5的等值子午面剖切示意圖。
[0029]如圖I至圖9所示，本發(fā)明掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件包括同軸套裝的定子2和轉(zhuǎn)子1，定子2與轉(zhuǎn)子I的中心軸線共線；定子2包括同軸設(shè)置的圓筒狀定子本體201、若干個(gè)定子葉片202和圓環(huán)狀定子葉冠203，轉(zhuǎn)子I包括同軸設(shè)置的圓筒狀轉(zhuǎn)子本體101、若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片102和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠103，在轉(zhuǎn)子本體101的一端外周設(shè)有徑向凸出的凸臺(tái)104，若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片102沿轉(zhuǎn)子本體101的凸臺(tái)104外圓周表面均勻布設(shè)，轉(zhuǎn)子葉冠103套接于轉(zhuǎn)子葉片102的葉頂，使得轉(zhuǎn)子本體101、葉片102、轉(zhuǎn)子葉冠103形成一體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子I。
[0030]如圖2至圖5所示，定子2包括圓筒狀的定子本體201、若干個(gè)定子葉片202和圓環(huán)狀定子葉冠203，若干個(gè)定子葉片202沿定子本體201的內(nèi)圓周表面均勻布設(shè)，定子葉冠203的外壁與定子葉片202的葉底相連接，使得定子本體201、若干個(gè)定子葉片202和定子葉冠203形成一體結(jié)構(gòu)的定子2。如圖I所示，定子葉冠203的內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子本體101外壁相套合，且定子本體201中心軸線213與轉(zhuǎn)子本體101中心軸線113共軸，即定子葉冠203的內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子本體101外壁同軸套合，使得定子2與轉(zhuǎn)子I配合安裝。
[0031]如圖6至圖9所示，轉(zhuǎn)子I包括圓筒狀的轉(zhuǎn)子本體101、若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片102和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠103，在轉(zhuǎn)子本體101的一端外周設(shè)有徑向凸出的凸臺(tái)104，若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片102沿轉(zhuǎn)子本體101的凸臺(tái)104的外圓周表面均勻布設(shè)，轉(zhuǎn)子葉冠103套接于轉(zhuǎn)子葉片102的葉頂，使得轉(zhuǎn)子本體101、葉片102、轉(zhuǎn)子葉冠103形成一體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子I。如圖I所示，定子葉冠203的內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子本體101外壁相套合，且定子2的中心軸線213與轉(zhuǎn)子I的中心軸線113共軸，即定子葉冠203的內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子本體101外壁同軸套合，使得定子2與轉(zhuǎn)子I配合安裝。
[0032]在本發(fā)明中，定子葉片202及轉(zhuǎn)子葉片102均為掃掠形成的葉片。若干個(gè)定子葉片202和若干個(gè)所述轉(zhuǎn)子葉片102呈沿軸向扭轉(zhuǎn)的楔形。如圖3所示，定子葉片202鄰接定子本體201的一側(cè)為定子葉頂207，而其鄰接定子葉冠203的一側(cè)為定子葉底208。在定子葉頂207與定子葉底208之間具有任意多個(gè)與定子本體201和定子葉冠203共中心軸線213的圓柱面，每個(gè)圓柱面稱之為等徑圓柱面。定子葉頂207與定子葉底208之間的任一等徑圓柱面與定子葉頂207及定子葉底208的相對(duì)位置用S值表示，O. O ^ 1.0 :當(dāng)?shù)葟綀A柱面與定子葉底208所在圓柱面重合時(shí)S = O. 0，當(dāng)?shù)葟綀A柱面與定子葉頂207所在圓柱面重合時(shí)S= 1.0。相應(yīng)的，如圖7所示，轉(zhuǎn)子葉片102鄰接轉(zhuǎn)子本體101的一側(cè)為轉(zhuǎn)子葉底108，而其鄰接轉(zhuǎn)子葉冠103的一側(cè)為轉(zhuǎn)子葉頂107，在轉(zhuǎn)子葉頂107與轉(zhuǎn)子葉底108之間具有任意多個(gè)與轉(zhuǎn)子本體101和轉(zhuǎn)子葉冠103共中心軸線113的圓柱面，每個(gè)圓柱面也稱之為等徑圓柱面。轉(zhuǎn)子葉頂107與轉(zhuǎn)子葉底108之間的任一等徑圓柱面與轉(zhuǎn)子葉頂107及轉(zhuǎn)子葉底108的相對(duì)位置用S值表示，O. O ^ 1.0 :當(dāng)?shù)葟綀A柱面與轉(zhuǎn)子葉底108所在圓柱面重合時(shí)S = O. 0，當(dāng)?shù)葟綀A柱面與轉(zhuǎn)子葉頂107所在圓柱面重合時(shí)S = I. O。由于定子2與轉(zhuǎn)子I上下共中心軸線套裝疊合設(shè)置，因此在等S值的定子2上的等徑圓柱面與轉(zhuǎn)子I上的等徑圓柱面為同一等徑圓柱面。
[0033]在本發(fā)明中，與定子2的中心軸線213和轉(zhuǎn)子I的中心軸線113同時(shí)相交的平面稱之為子午面。如圖5所示，在定子葉片202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(duì)位置用I值表示，O. O < I < I. O。其中，等I值的子午面稱為等值子午面：當(dāng)?shù)戎底游缑媾c定子葉片202的上端相切時(shí)I = O. 0，當(dāng)?shù)戎底游缑媾c定子葉片202的下端相切時(shí)I = I. O。相應(yīng)的，如圖9所示，在轉(zhuǎn)子葉片102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(duì)位置也用I值表示，O. I ^ 1.0o其中，等I值的子午面也稱為等值子午面：當(dāng)?shù)戎底游缑媾c轉(zhuǎn)子葉片102的上端相切時(shí)I = O. 0，當(dāng)?shù)戎底游缑媾c轉(zhuǎn)子葉片102的下端相切時(shí)I = I. O。
[0034]在本發(fā)明中，定子葉片202和轉(zhuǎn)子葉片102均具有第一掃掠截面和第二掃掠截面，第一掃掠截面為定子葉片202的葉頂207與其對(duì)應(yīng)等徑圓柱面相交的截面，以及轉(zhuǎn)子葉片102的葉頂107與其對(duì)應(yīng)等徑圓柱面相交的截面；第二掃掠截面為定子葉片202的葉底208與其對(duì)應(yīng)等徑圓柱面相交的截面，以及轉(zhuǎn)子葉片102的葉底108與其對(duì)應(yīng)等徑圓柱面相交的截面。即第一掃掠截面為定子葉片在定子葉頂?shù)葟綀A柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面及轉(zhuǎn)子葉片在轉(zhuǎn)子葉頂?shù)葟綀A柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面，第二掃掠截面為轉(zhuǎn)子葉片在定子葉底等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面及轉(zhuǎn)子葉片在轉(zhuǎn)子葉底等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面。定子葉片202和轉(zhuǎn)子葉片102還均具有第一掃掠引導(dǎo)線和第二掃掠引導(dǎo)線，第一掃掠引導(dǎo)線為定子葉片202的葉頂207的前緣上一點(diǎn)與定子葉片202的葉底208的前緣上一點(diǎn)之間的連線，以及轉(zhuǎn)子葉片102的葉頂107的前緣上一點(diǎn)與轉(zhuǎn)子葉片102的葉底108的前緣上一點(diǎn)之間的連線,前緣上一點(diǎn)優(yōu)選為前緣中點(diǎn),第一掃掠引導(dǎo)線214、114即為前緣中點(diǎn)引導(dǎo)線。第二掃掠引導(dǎo)線為定子葉片202的葉頂207的后緣上一點(diǎn)與定子葉片202的葉底208的后緣上一點(diǎn)之間的連線，以及轉(zhuǎn)子葉片102的葉頂107的后緣上一點(diǎn)與轉(zhuǎn)子葉片102的葉底108的后緣上一點(diǎn)之間的連線，后緣上一點(diǎn)優(yōu)選為后緣中點(diǎn)，第二掃掠引導(dǎo)線215,115即為后緣中點(diǎn)引導(dǎo)線。且第一掃掠引導(dǎo)線和第二掃掠引導(dǎo)線在等值子午面上的垂直投影線沿各自對(duì)應(yīng)的等徑圓柱面半徑方向。
[0035]進(jìn)一步的，定子葉片202的軸向高度沿定子2的徑向由內(nèi)向外相等或逐漸增大?’轉(zhuǎn)子葉片102的軸向高度沿轉(zhuǎn)子I沿徑向由內(nèi)向外相等或逐漸增大。
[0036]進(jìn)一步的，定子葉片202的周向厚度沿定子2的徑向由內(nèi)向外不變或逐漸增大，但定子葉片202在不同等徑圓柱面上的周向厚度與對(duì)應(yīng)的等徑圓柱面半徑不成正比；轉(zhuǎn)子葉片102的周向厚度沿轉(zhuǎn)子I的徑向由內(nèi)向外不變或逐漸增大，但轉(zhuǎn)子葉片102在不同等徑圓柱面上的周向厚度與對(duì)應(yīng)的等徑圓柱面半徑不成正比。
[0037]進(jìn)一步的，如圖4和圖8所示，定子葉片202的中心軸線213在等徑圓柱面上的展開(kāi)線為直線，定子葉片202的中心軸線213的展開(kāi)線與等值子午面形成定子葉片202的傾斜角；轉(zhuǎn)子葉片102的中心軸線113在等徑圓柱面上的展開(kāi)線也為直線，轉(zhuǎn)子葉片102的中心線113的展開(kāi)線與等值子午面形成轉(zhuǎn)子葉片102的傾斜角。定子葉片202的傾斜角與轉(zhuǎn)子葉片102的傾斜角，方向相同，且定子葉片202的傾斜角與轉(zhuǎn)子葉片102的傾斜角沿定子2和轉(zhuǎn)子I徑向由內(nèi)向外逐漸減小或相等。
[0038]進(jìn)一步的，定子葉片202或轉(zhuǎn)子葉片102前緣與過(guò)定子2或轉(zhuǎn)子I中心軸線的平面的相貫線中有唯一一條指向半徑方向的直線（前緣引導(dǎo)線），定子葉片202或轉(zhuǎn)子葉片102后緣與過(guò)定子或轉(zhuǎn)子中心軸線平面的相貫線中也有唯一一條指向半徑方向的直線（后緣引導(dǎo)線）。
[0039]如圖2至圖9所示，定子葉片202及轉(zhuǎn)子葉片102均為掃掠形成的葉片，且定子葉片202中心軸線213及轉(zhuǎn)子葉片102中心軸線113分別與等值子午面形成一傾斜角（又稱安裝角），且等徑圓柱面上的定子葉片傾斜角β12與轉(zhuǎn)子葉片傾斜角P11，方向相同，且沿徑向（由內(nèi)向外）逐漸減小或相等。
[0040]如圖4和圖8所示，定子葉片202的前緣209、后緣210和轉(zhuǎn)子葉片102的前緣109、后緣110 (定子葉片202和轉(zhuǎn)子葉片102在等徑圓柱面上的前緣圓弧半徑分別為r21和rn，定子葉片202和轉(zhuǎn)子葉片102在等徑圓柱面上的后緣圓弧半徑分別為r22和r12，且r21彡r22、rn ( r12)與壓力面、吸力面輪廓線相切，這樣可以大大降低水力損失。
[0041]進(jìn)一步的，如圖I、圖2和圖6所示，掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定子2及轉(zhuǎn)子I的軸向高度為L(zhǎng) = 20?60mm ;制動(dòng)級(jí)定子外徑為Dse = 50?300mm，制動(dòng)級(jí)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑為Dh =20?200mm。為便于安裝和使用，制動(dòng)級(jí)定子的外徑Dse與潤(rùn)輪級(jí)定子外徑相同,水力制動(dòng)級(jí)轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑Dh與渦輪級(jí)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑相同。
[0042]進(jìn)一步的，如圖I、圖2和圖6所示，掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)轉(zhuǎn)子葉冠103的內(nèi)圓周直徑為Drt，定子本體201的內(nèi)圓周直徑為Dsl，即該定轉(zhuǎn)子組合的流道外徑D1 = Drl = Dsl=40?280mm ;轉(zhuǎn)子本體101的凸臺(tái)104外圓周直徑為D,2，定子葉冠203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SD1與流道內(nèi)徑D2的算術(shù)平均值為平均流道直徑D，D = (DJD2)/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, h = (D1-D2)/2 = 5?100mm。（注：根據(jù)需要，Drl與Dsl、Dr2與Ds2可取不同值。)
[0043]進(jìn)一步的，如圖3和圖7所示，掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定子葉片202的葉片個(gè)數(shù)n2與轉(zhuǎn)子葉片101的葉片個(gè)數(shù)Ii1分別為II1 = 10?60個(gè)，n2 = 10?60個(gè)，以滿足不同工況需求。
[0044]進(jìn)一步的，如圖4和圖8所示，掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定子葉片202及轉(zhuǎn)子葉片102都是通過(guò)掃掠生成的，且在等徑圓柱面上定子葉片202安裝角β 12與轉(zhuǎn)子葉片102安裝角^11相等，取值范圍10°彡β U=P12彡90°。轉(zhuǎn)子葉冠103的軸向高度L1與定子葉冠203軸向高度L2相等，即1^ = L2 = 8?19mm ;轉(zhuǎn)子葉片102的軸向高度為HpH1 = 8?19mm、定子葉片202的軸向高度為H2, H2 = 8?19mm ;轉(zhuǎn)子葉片102壓力面與吸力面之間的夾角為外，0° iSRiSlO。、定子葉片202壓力面與吸力面之間的夾角力於Oe <呎<10°。
相鄰兩個(gè)定子葉片202之間的節(jié)距t2或相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片101之hm η距&分別為& =
3.O?10. 0mm, t2 = 3. O?10. Ctam,節(jié)距h與節(jié)距t2可以取不同值。
[0045]進(jìn)一步的，如圖5和圖9所示，所述定子葉片202或轉(zhuǎn)子葉片102與值為O. 5的等值子午面相切，定子葉片202的壓力面204和吸力面205或轉(zhuǎn)子葉片102的壓力面104和吸力面105與等值子午面的兩條相貫直線分別與定子2或轉(zhuǎn)子I半徑方向平行（即兩相貫線與定子或轉(zhuǎn)子軸線不相交）。
[0046]本發(fā)明在使用時(shí)，掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)轉(zhuǎn)子I的葉片102等同于定子2的葉片202在軸向的旋轉(zhuǎn)延長(zhǎng)（定子葉片與轉(zhuǎn)子葉片的安裝角相同），當(dāng)水力制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件與渦輪級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件安裝在同一根主軸上，工作液流經(jīng)定轉(zhuǎn)子組合件時(shí)，渦輪級(jí)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生扭矩，水力制動(dòng)級(jí)轉(zhuǎn)子被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。由于制動(dòng)級(jí)定子葉片的傾斜方向與渦輪級(jí)定子葉片的傾斜方向是相反的，因此從制動(dòng)級(jí)定子流出的工作液將對(duì)制動(dòng)級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)起阻礙作用，亦即對(duì)渦輪鉆具主軸不僅不能產(chǎn)生工作扭矩，而且要消耗扭矩，從而使主軸的轉(zhuǎn)速有所降低。同時(shí)，制動(dòng)級(jí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有如軸流泵的工作輪，能協(xié)助鉆井泵對(duì)工作液體加壓，起到調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力的作用（降低總壓降）。
[0047]綜上所述，本發(fā)明通過(guò)上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件能夠降低渦輪鉆具轉(zhuǎn)速，使渦輪鉆具工作轉(zhuǎn)速區(qū)域變窄，提高了渦輪鉆具的過(guò)載能力。
[0048]以上所述僅為本發(fā)明示意性的【具體實(shí)施方式】，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)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；所述定子包括同軸設(shè)置的圓筒狀定子本體、若干個(gè)定子葉片和圓環(huán)狀定子葉冠，所述轉(zhuǎn)子包括同軸設(shè)置的圓筒狀轉(zhuǎn)子本體、若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠，所述定子葉冠的內(nèi)壁與所述轉(zhuǎn)子本體外壁同軸套裝，其特征在于:若干個(gè)所述定子葉片和若干個(gè)所述轉(zhuǎn)子葉片呈沿軸向扭轉(zhuǎn)的楔子形。
2.如權(quán)利要求1所述的掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于:所述定子葉片和所述轉(zhuǎn)子葉片均具有第一掃掠截面和第二掃掠截面，所述第一掃掠截面為所述定子葉片在定子葉頂?shù)葟綀A柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面及所述轉(zhuǎn)子葉片在轉(zhuǎn)子葉頂?shù)葟綀A柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面，所述第二掃掠截面為所述轉(zhuǎn)子葉片在定子葉底等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面及所述轉(zhuǎn)子葉片在轉(zhuǎn)子葉底等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面；所述定子葉片和所述轉(zhuǎn)子葉片還均具有第一掃掠引導(dǎo)線和第二掃掠引導(dǎo)線，所述第一掃掠引導(dǎo)線為所述定子葉片的葉頂?shù)那熬壣弦稽c(diǎn)與所述定子葉片的葉底的前緣上一點(diǎn)的連線，以及所述轉(zhuǎn)子葉片的葉頂?shù)那熬壣弦稽c(diǎn)與所述轉(zhuǎn)子葉片的葉底的前緣上一點(diǎn)的連線；所述第二掃掠引導(dǎo)線為所述定子葉片的葉頂?shù)暮缶壣弦稽c(diǎn)與所述定子葉片的葉底的后緣上一點(diǎn)的連線，以及所述轉(zhuǎn)子葉片的葉頂?shù)暮缶壣弦稽c(diǎn)與所述轉(zhuǎn)子葉片的葉底的后緣上一點(diǎn)的連線，且所述第一掃掠引導(dǎo)線和第二掃掠引導(dǎo)線在等值子午面上的垂直投影線沿各自對(duì)應(yīng)的等徑圓柱面半徑方向。
3.如權(quán)利要求1或2所述掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于:所述定子葉片的軸向高度沿所述定子的徑向由內(nèi)向外相等或逐漸增大，所述轉(zhuǎn)子葉片的軸向高度沿所述轉(zhuǎn)子的徑向由內(nèi)向外相等或逐漸增大。
4.如權(quán)利要求1或2所述掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于:所述定子葉片的周向厚度沿所述定子的徑向由內(nèi)向外不變或逐漸增大，但所述定子葉片在不同等徑圓柱面上的周向厚度與對(duì)應(yīng)的等徑圓柱面半徑不成正比；所述轉(zhuǎn)子葉片的周向厚度沿所述轉(zhuǎn)子的徑向由內(nèi)向外不變或逐漸增大，但所述轉(zhuǎn)子葉片在不同等徑圓柱面上的周向厚度與對(duì)應(yīng)的等徑圓柱面半徑不成正比。
5.如權(quán)利要求1或2所述掃掠楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于:所述定子葉片的中心線在等徑圓柱面上的展開(kāi)線為直線，所述定子葉片的中心線的展開(kāi)線與等值子午面形成所述定子葉片的傾斜角；所述轉(zhuǎn)子葉片的中心線在等徑圓柱面上的展開(kāi)線也為直線，所述轉(zhuǎn)子葉片的中心線的展開(kāi)線與等值子午面形成所述轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角；所述定子葉片的傾斜角與所述轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角，方向相同，且所述定子葉片的傾斜角與所述轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角沿所述定子和所述轉(zhuǎn)子徑向由內(nèi)向外逐漸減小或相等。
【文檔編號(hào)】F03B3/12GK104179622SQ201410389294
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】譚春飛 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)