掃掠成形葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種掃掠成形葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)，包括同軸套裝的定子和轉(zhuǎn)子，定子葉片和轉(zhuǎn)子葉片均為掃掠形成。等徑圓柱面上的定子葉片安裝角與轉(zhuǎn)子葉片安裝角，方向相反，且沿徑向由內(nèi)向外逐漸減小或相等；定子或轉(zhuǎn)子葉片的第一掃掠引導(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方向相等或逐漸增大；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。本發(fā)明水力效率高、扭矩大。本發(fā)明還提供了一種具有上述尺寸渦輪定轉(zhuǎn)子組合件的渦輪馬達(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】掃掠成形葉片渦輪定轉(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)及社會利益，是石油工業(yè)的一項前沿技術(shù)。渦輪鉆 井可以減少消耗，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壓力能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能量，驅(qū)動鉆頭 轉(zhuǎn)動以破碎井底巖石。從歷史上看，渦輪鉆具從被發(fā)明發(fā)展至今一直作為俄羅斯及西方發(fā) 達(dá)國家石油礦場常用的一種井下動力鉆具。我國20世紀(jì)50年代從前蘇聯(lián)引進(jìn)渦輪鉆具生 產(chǎn)技術(shù)后，發(fā)展緩慢，未能在工礦現(xiàn)場得到良好應(yīng)用，其重要原因之一是：渦輪鉆具轉(zhuǎn)速高、 扭矩小、型號單一、工作壽命短等缺陷，與我國鉆井裝備與井下工具發(fā)展水平不相適應(yīng)。
[0003] 我國目前還沒有可用于石油鉆進(jìn)的大扭矩渦輪馬達(dá)，而且隨著渦輪馬達(dá)外徑尺寸 的減小，轉(zhuǎn)速增大，扭矩變小。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)計的核心。
[0004] 有鑒于我國上述現(xiàn)有渦輪鉆井技術(shù)存在的缺點，本發(fā)明人基于長期從事相關(guān)科研 及現(xiàn)場試驗，對現(xiàn)有技術(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)的掃掠成形葉 片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種掃掠成形葉片渦輪定轉(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；所述定子包括同軸設(shè)置的圓筒 狀定子本體、若干個定子葉片和圓環(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：所述定子葉片的中心線在等徑圓柱面上的展開線為直線、所述定子葉片的 中心線的展開線與等值子午面之間的夾角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線為直線、所述轉(zhuǎn)子葉片的中心線的展開線與等值子午面之間 的夾角形成所述轉(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 向相反，且所述定子葉片的傾斜角與所述轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角分別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。
[0007] 如上所述的掃掠成形葉片渦輪定轉(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)?徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計曲面及所述轉(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與所述定子葉片的葉底的前緣上一點之間的連線，及所述轉(zhuǎn)子葉片的葉 頂?shù)那熬壣弦稽c與所述轉(zhuǎn)子葉片的葉底的前緣上一點的連線；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與所述定子葉片的葉底的后緣上一點之間的連線，及所述轉(zhuǎn) 子葉片的葉頂?shù)暮缶壣弦稽c與所述轉(zhuǎn)子葉片的葉底的后緣上一點之間的連線，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沿各自對應(yīng)的等徑圓柱面半徑 方向。
[0008] 如上所述的掃掠成形葉片渦輪定轉(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。
[0009] 如上所述的掃掠成形葉片渦輪定轉(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，且所述定子葉片在不同等徑圓柱面上的周向厚 度與對應(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，且所述轉(zhuǎn)子葉片在不同等徑圓柱面上的周向厚度與對應(yīng)的等徑圓柱面 半徑不成正比。
[0010] 本發(fā)明掃掠成形葉片渦輪定轉(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、若干個轉(zhuǎn)子葉片和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠，在所述轉(zhuǎn)子本體一端外周設(shè) 有徑向凸出的凸臺，所述若干個轉(zhuǎn)子葉片沿所述凸臺的外圓周面均勻布設(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、若干個定子葉片和圓環(huán)狀 定子葉冠，所述若干個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成形，葉片前緣厚、葉片后緣薄，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)計曲面與在定子葉底等徑圓柱面上的葉片三 維設(shè)計曲面經(jīng)掃掠成形、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)計曲面與在 轉(zhuǎn)子葉底等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計曲面經(jīng)掃掠成形。掃掠截面線串有兩個，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)計曲面。掃掠引導(dǎo)線串也有兩條，一條為在定子或轉(zhuǎn)子葉頂?shù)葟綀A柱面上的葉 片前緣上一點與在定子或轉(zhuǎn)子葉底等徑圓柱面上的葉片前緣上一點之間的連線，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柱面上的葉片后緣上一點與在定子或 轉(zhuǎn)子葉底等徑圓柱面上的葉片后緣上一點之間的連線，也位于等徑圓柱面半徑方向。所述 定子或轉(zhuǎn)子葉片的軸向高度沿徑向（由內(nèi)向外）相等或逐漸增大。所述定子葉片或轉(zhuǎn)子葉 片的的周向厚度沿徑向（由內(nèi)向外）不變或逐漸增大，但葉片在不同等徑圓柱面上的周向 厚度與等徑圓柱面半徑不成正比。等徑圓柱面上的定子葉片安裝角與轉(zhuǎn)子葉片安裝角，方 向相反（右手法則：定子葉片右旋，轉(zhuǎn)子葉片左旋），且沿徑向（由內(nèi)向外）逐漸減小或相 等。所述定子或轉(zhuǎn)子葉片前緣與過定子或轉(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（第一掃掠引導(dǎo)線）、定子或轉(zhuǎn)子葉片后緣與過定子或轉(zhuǎn)子軸線平面的相貫線中 也有唯 條指向半徑方向的直線（第二掃掠引導(dǎo)線）。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種渦輪馬達(dá)，所述渦輪馬達(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掃掠成形葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。
[0012] 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個，形成具有50?300級渦輪定轉(zhuǎn)子的大扭矩渦輪馬達(dá)。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點和優(yōu)點：
[0014]1、本發(fā)明渦輪定轉(zhuǎn)子組合件水力效率高。
[0015] 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】
[0016] 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。
[0017] 圖1為本發(fā)明掃掠成形葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明實施例的定子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明實施例的定子立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖4為本發(fā)明實施例的定子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面（S = 1. 0)展開示意圖；
[0021] 圖5為本發(fā)明實施例的定子沿等值子午面（I = 0. 5)剖切示意圖；
[0022] 圖6為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖7為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖8為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子葉片沿葉頂轉(zhuǎn)子等徑圓柱面（S = 1. 0)展開示意圖；
[0025] 圖9為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子沿等值子午面（I = 0. 5)剖切示意圖；
[0026] 圖10為本發(fā)明渦輪馬達(dá)實施例剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 附圖標(biāo)記說明：
[0028] 1-轉(zhuǎn)子；101-轉(zhuǎn)子本體；102-轉(zhuǎn)子葉片；103-轉(zhuǎn)子葉冠；104-凸臺；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。
[0029] 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。
[0030] 31-潤輪馬達(dá)主軸；41-潤輪馬達(dá)殼體。

【具體實施方式】
[0031] 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。
[0032] 請參考圖1至圖10,圖1為本發(fā)明掃掠成形葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件實施例的結(jié)構(gòu) 示意圖；圖2為本發(fā)明實施例的定子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例的定子立體結(jié) 構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實施例的定子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面（S= 1.0)展開示意圖；圖5 為本發(fā)明實施例的定子沿等值子午面（I = 〇. 5)剖切示意圖；圖6為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子 剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn) 子葉片沿葉頂轉(zhuǎn)子等徑圓柱面（S = 1. 0)展開示意圖；圖9為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子沿等值 子午面（I = 0. 5)剖切示意圖；圖10為本發(fā)明渦輪馬達(dá)實施例剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 如圖1至圖6所示，本發(fā)明掃掠成形葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括同軸套裝的定子 2和轉(zhuǎn)子1，定子2的中心軸線213與轉(zhuǎn)子1的中心軸線113共線；轉(zhuǎn)子1包括同軸設(shè)置的 圓筒狀轉(zhuǎn)子本體101、若干個轉(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104,若干個轉(zhuǎn)子葉片102沿轉(zhuǎn)子本體101的凸臺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1，可使得渦輪馬達(dá)主軸貫穿轉(zhuǎn)子本體101并與轉(zhuǎn)子1同步旋 轉(zhuǎn)。
[0034] 如圖2至圖5所示，定子2包括同軸設(shè)置的圓筒狀定子本體201、若干個定子葉片 202和圓環(huán)狀定子葉冠203,若干個定子葉片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的內(nèi)緣相連接，使得定子本體201、若干個定子葉片 202和定子葉冠203形成一體結(jié)構(gòu)的定子2。如圖1所示，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1配合安裝。如圖4和圖8所示，轉(zhuǎn)子葉片102與定 子葉片202相對于轉(zhuǎn)子1和定子2的等值子午面傾斜設(shè)置，且轉(zhuǎn)子葉片102與定子葉片202 的傾斜方向相反。
[0035] 在本發(fā)明中，定子葉片202及轉(zhuǎn)子葉片102均為掃掠成形的葉片。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之間具有任意多個與定子本體201和定子 葉冠203共中心軸線213的圓柱面，每個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的相對位置用S值表示， 0. 0彡S彡I. 0 :當(dāng)?shù)葟綀A柱面與定子葉底208所在圓柱面重合時S = 0. 0,當(dāng)?shù)葟綀A柱面 與定子葉頂207所在圓柱面重合時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的相對位置用S值表示，0. 0彡S彡I. 0 :當(dāng)?shù)葟?圓柱面與轉(zhuǎn)子葉底108所在圓柱面重合時S = 0. 0,當(dāng)?shù)葟綀A柱面與轉(zhuǎn)子葉頂107所在圓柱 面重合時S = 1. 0。由于定子2與轉(zhuǎn)子1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1上的等徑圓柱面為同一等徑圓柱面。
[0036] 在本發(fā)明中，與定子2的中心軸線213和轉(zhuǎn)子1的中心軸線113垂直相交的平面稱 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位置用I值表示，〇. 〇 < I < 1. 0。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I = 0. 0,當(dāng)?shù)戎底游缑媾c定子葉片202 的下端相切時I = I. 0。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位置用I值表示，〇.〇< I < 1.0。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I = 0. 0,當(dāng)?shù)戎底?午面與轉(zhuǎn)子葉片102的下端相切時I = 1. 0。
[0037] 如圖4和圖8所示，定子葉片202的中心線在等徑圓柱面上的展開線為直線，定子 葉片202中心線的展開線與等值子午面形成定子葉片202的傾斜角（又稱安裝角）P 12 ;轉(zhuǎn) 子葉片102的中心線在等徑圓柱面上的展開線也為直線，轉(zhuǎn)子葉片102中心線的展開線與 等值子午面形成轉(zhuǎn)子葉片102的傾斜角P n ;定子葉片202的傾斜角P 12與轉(zhuǎn)子葉片102 的傾斜角（亦稱安裝角）P11,方向相反，且定子葉片202的傾斜角P 12與轉(zhuǎn)子葉片102的 傾斜角0 u分別沿定子2和轉(zhuǎn)子1的徑向由內(nèi)向外逐漸減小或相等。
[0038] 在本發(fā)明中，定子葉片202、轉(zhuǎn)子葉片102均具有第一掃掠截面211U11和第二掃 掠截面212、112,第一掃掠截面211為定子葉片的葉頂207與其對應(yīng)等徑圓柱面（S = 1. 0) 相交的截面，第一掃掠截面111為轉(zhuǎn)子葉片的葉頂107與其對應(yīng)等徑圓柱面（S = 1. 0)相 交的截面。第二掃掠截面212為定子葉片202的葉底208與其對應(yīng)等徑圓柱面（S = 0. 0) 相交的截面，第二掃掠截面112為轉(zhuǎn)子葉片102的葉底108與其對應(yīng)等徑圓柱面（S = 0. 0) 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)計曲面，第二掃掠截面為定子葉片在定 子葉底等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計曲面及轉(zhuǎn)子葉片在轉(zhuǎn)子葉底等徑圓柱面上的葉片三 維設(shè)計曲面。）定子葉片202、轉(zhuǎn)子葉片102還均具有第一掃掠引導(dǎo)線214U14和第二掃掠 引導(dǎo)線215、115,第一掃掠引導(dǎo)線214為定子葉片202的葉頂207的前緣上一點與定子葉片 202的葉底208的前緣上一點之間的連線，第一掃掠引導(dǎo)線114為轉(zhuǎn)子葉片102的葉頂107 的前緣上一點與轉(zhuǎn)子葉片102的葉底108的前緣上一點之間的連線，前緣上一點優(yōu)選為前 緣中點，第一掃掠引導(dǎo)線214U14即為前緣中點引導(dǎo)線。第二掃掠引導(dǎo)線215為定子葉片 202的葉頂207的后緣上一點與定子葉片202的葉底208的后緣上一點之間的連線，第二掃 掠引導(dǎo)線115為轉(zhuǎn)子葉片102的葉頂107的后緣上一點與轉(zhuǎn)子葉片102的葉底108的后緣 上一點之間的連線，后緣上一點優(yōu)選為后緣中點，第二掃掠引導(dǎo)線215U15即為后緣中點 引導(dǎo)線。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應(yīng)的等 徑圓柱面半徑方向設(shè)置。
[0039] 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1的徑向由內(nèi)向外相等或逐漸增大。
[0040] 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1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應(yīng)的等徑圓柱面半徑也不成正比。
[0041] 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r 22和r12，且r22彡r21、 r12彡r n)與壓力面、吸力面輪廓線相切，這樣可以大大降低水力損失。
[0042] 進(jìn)一步的，如圖1、圖2和圖6所示，定子2及轉(zhuǎn)子1的軸向高度為L = 20?60mm， 定子外徑為Dse = 50?300mm，轉(zhuǎn)子內(nèi)徑為Dh = 20?200mm。
[0043] 進(jìn)一步的，如圖1、圖2和圖6所示，轉(zhuǎn)子葉冠103的軸向高度L1 = 7?20mm，定子 葉冠203軸向高度L2 = 7?20mm ;轉(zhuǎn)子葉片102的軸向高度H1 = 7?20mm，定子葉片202 的軸向高度H2 = 7?20mm。
[0044] 進(jìn)一步的，如圖1、圖2和圖6所示，轉(zhuǎn)子葉冠103的內(nèi)圓周直徑為D rt，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SD1 = Drt = Dsl = 40?280mm ;轉(zhuǎn)子本 體101的凸臺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D 2 = D,2 = 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D，D = (DJD2)/2 = 35?250mm ;流道外SD1與流道內(nèi)徑D2之差的一半為流道寬 度 h = hr = hs，h = (D「D2)/2 = 5 ?100mm。（注：根據(jù)需要，Drl 與 Dsl、Dr2 與 Ds2 可取不同 值。）
[0045] 進(jìn)一步的，如圖3和圖7所示，所述定子或轉(zhuǎn)子葉片前緣中點引導(dǎo)線、定子或轉(zhuǎn)子 葉片后緣中點引導(dǎo)線指向半徑方向；定子葉片202的葉片個數(shù)n 2與轉(zhuǎn)子葉片102的葉片個 數(shù)Ii1分別為Ii1 = 10?60個，n2 = 10?60個，從而滿足不同工況需求。
[0046] 進(jìn)一步的，如圖4和圖8所示，定子2各葉片202之間的節(jié)距為t2,t2 = 5.0? 15.Omm;轉(zhuǎn)子1各葉片102之間的節(jié)距為tpL= 5. 0?15. 0mm。定子葉片202的進(jìn)口角 為a2k，aa = 90°?150° ;轉(zhuǎn)子葉片102的進(jìn)口角為Plk，Plk = 90°?150°。定子 葉片202的出口角為alk，alk = 5°?50° ;轉(zhuǎn)子葉片102的出口角為@ 2k，@a = 5°? 50°。定子葉片202的前緣半徑為r21，:T21 = 0. 1?3.Omm;后緣半徑為；T22，:T22 = 0. 1? 3. 0mm。轉(zhuǎn)子葉片102的前緣半徑為rn，rn = 0? 1?3.Omm;后緣半徑為；T12，:T12 = 0? 1? 3.0mm。定子葉片202的前緣錐角為％, 20°彡&彡50° ;轉(zhuǎn)子葉片102的前緣錐角為 朽,，20°彡％彡50° ^定子葉片202的后緣錐角為'朽2, 5° <呎2<25。；轉(zhuǎn)子葉片1〇2 的后緣錐角為％2,5° <外2<25°。定子葉片202的安裝角為312,312 = 20°?70° ;轉(zhuǎn) 子葉片102的安裝角為P u，P u = 20°?90°。
[0047] 值得指出的是，前述渦輪定子葉片和轉(zhuǎn)子葉片的進(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。[0048] 綜上所述，通過上述的結(jié)構(gòu)設(shè)計，本發(fā)明渦輪定轉(zhuǎn)子組合件具有結(jié)構(gòu)簡單、壓降 低、扭矩大、水力效率高的優(yōu)點。
[0049]如圖10所示，為本發(fā)明渦輪馬達(dá)實施例剖面結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明還提供了一種渦 輪馬達(dá)，該渦輪馬達(dá)包括渦輪馬達(dá)主軸31和渦輪馬達(dá)殼體41，在渦輪馬達(dá)主軸31上套接有 50?300級如上所述的小尺寸渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。渦輪馬達(dá)，適用于直徑0 60?O600mm 井眼或孔眼鉆進(jìn)用渦輪鉆具及底部鉆具組合。
[0050] 以上所述僅為本發(fā)明示意性的【具體實施方式】，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. 一種掃掠成形葉片渦輪定轉(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；所述定子包括同軸設(shè)置的圓筒狀定子本體、若干個定子葉片和圓 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：所述定子葉片的 中心線在等徑圓柱面上的展開線為直線、所述定子葉片的中心線的展開線與等值子午面之 間的夾角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線為 直線、所述轉(zhuǎn)子葉片的中心線的展開線與等值子午面之間的夾角形成所述轉(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，方向相反，且所述定子葉片的傾斜角 與所述轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角分別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。
2. 如權(quán)利要求1所述的掃掠成形葉片渦輪定轉(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與所述定子葉片的葉底的前緣上一點的連線及所述轉(zhuǎn)子 葉片的葉頂?shù)那熬壣弦稽c與所述轉(zhuǎn)子葉片的葉底的前緣上一點的連線，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與所述定子葉片的葉底的后緣上一點的連線及所 述轉(zhuǎn)子葉片的葉頂?shù)暮缶壣弦稽c與所述轉(zhuǎn)子葉片的葉底的后緣上一點的連線，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沿各自對應(yīng)的等徑圓柱面半徑 方向。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的掃掠成形葉片渦輪定轉(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所述的掃掠成形葉片渦輪定轉(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，且所述定子葉片在不同等徑 圓柱面上的周向厚度與對應(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，且所述轉(zhuǎn)子葉片在不同等徑圓柱面上的周向厚度與 對應(yīng)的等徑圓柱面半徑不成正比。
5. -種渦輪馬達(dá)，其特征在于：所述渦輪馬達(dá)包括渦輪馬達(dá)主軸和馬達(dá)殼體，在所述 渦輪馬達(dá)主軸上套接有如權(quán)利要求1至4中任一項所述的掃掠成形葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合 件。
6. 如權(quán)利要求5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個，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】F03B3/12GK104314729SQ201410389308
【公開日】2015年1月28日 申請日期: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 申請人:中國石油大學(xué)(北京)