線投影葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了線投影葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件，包括同軸套裝的定子和轉(zhuǎn)子：所述定子和轉(zhuǎn)子均包括本體、葉片和葉冠；定子葉冠的內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子本體外壁同軸套裝；定子葉片和轉(zhuǎn)子葉片均為線投影形成。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，大小相等，且沿徑向逐漸減小；定子葉片或轉(zhuǎn)子葉片的周向厚度沿徑向逐漸增大；定子葉片或轉(zhuǎn)子葉片前緣、后緣、壓力面和吸力面與等值子午面的相貫線均指向半徑方向。本發(fā)明制動(dòng)扭矩大、水力損失小，一定數(shù)量線投影扭轉(zhuǎn)楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子與一定數(shù)量渦輪級(jí)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】線投影葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及石油、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，尤其是一種線投影扭轉(zhuǎn)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)，其作用是將工作液的液體壓力能量轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S旋轉(zhuǎn)機(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)渦輪級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件構(gòu)成的渦輪鉆具轉(zhuǎn)速過(guò)高，鉆頭軸承或牙齒磨損速度過(guò)快，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)有渦輪鉆具存在的缺點(diǎn)，本設(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、水力損失小的線投影葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種線投影葉片制動(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，若干個(gè)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，若干個(gè)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(diǎn)與其對(duì)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(diǎn)與其對(duì)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；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同；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(duì)應(yīng)的等徑圓柱面的半徑成正比。
[0006]如上所述的線投影葉片制動(dòng)級(jí)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。
[0007]如上所述的線投影葉片制動(dòng)級(jí)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。
[0008]如上所述的線投影葉片制動(dòng)級(jí)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(duì)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(duì)應(yīng)的等徑圓柱面的半徑成正比。
[0009]如上所述的線投影葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件，其中，所述定子葉片沿等徑圓柱面的展開(kāi)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所述定子的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(kāi)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)子葉片吸力面與所述轉(zhuǎn)子的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。
[0010]如上所述的線投影葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件，其中，所述定子葉片和所述轉(zhuǎn)子葉片沿各自的等徑圓柱面的展開(kāi)輪廓線呈一端厚度大于另一端厚度的楔形。
[0011]如上所述的線投影葉片制動(dòng)級(jí)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。
[0012]在本發(fā)明中所述定子或轉(zhuǎn)子葉片的軸向高度沿徑向方向相同，即不因軸向距離(等徑圓柱面半徑)而改變。所述定子葉片中心線或轉(zhuǎn)子葉片中心線均為直線，該直線與垂直于所述定子或轉(zhuǎn)子軸線的平面形成一傾斜角(又稱安裝角)；所述定子葉片中心線或轉(zhuǎn)子葉片中心線在等徑圓柱面上的展開(kāi)線均為直線，該直線與垂直于所述定子或轉(zhuǎn)子軸線的平面形成一傾斜角；與定子或轉(zhuǎn)子同中心軸線的等徑圓柱面(同一軸線、半徑相等的圓柱面)上的定子葉片傾斜角與轉(zhuǎn)子葉片傾斜角，方向相同，大小相等，且沿徑向(由內(nèi)向外)逐漸減小，葉片傾斜角的余切值與定子或轉(zhuǎn)子同中心軸線的等徑圓柱面半徑成正比。所述定子葉片或轉(zhuǎn)子葉片的厚度沿徑向(由內(nèi)向外)逐漸增大，與定子或轉(zhuǎn)子同中心軸線的等徑圓柱面半徑成正比。所述定子葉片或轉(zhuǎn)子葉片與某I值(I值是渦輪葉片前緣與后緣之間任一與定子或轉(zhuǎn)子軸線垂直的平面與前緣和后緣的相對(duì)位置，當(dāng)該平面與前緣最高點(diǎn)處于相同位置時(shí)1=0，當(dāng)該平面與后緣最低點(diǎn)處于相同位置時(shí)1=1.0)等值子午面相交，葉片前緣、壓力面、吸力面和后緣與子午面相交形成兩條直線，且兩條直線的延長(zhǎng)線與定子或轉(zhuǎn)子軸線相交于同一點(diǎn)，即定子或轉(zhuǎn)子葉片前緣、后緣及壓力面和吸力面與等值子午面的相貫線均指向半徑方向。
[0013]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):
[0014]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制動(dòng)扭矩大、水力損失小，一定數(shù)量線投影水力制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子與一定數(shù)量渦輪級(jí)定轉(zhuǎn)子組合裝配在一起，顯著降低了渦輪鉆具空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速及工作轉(zhuǎn)速，提高了渦輪鉆具的工作時(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】
[0015]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。[0016]圖1為本發(fā)明線投影葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明線投影葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件的局部剖切結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的定子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明的定子立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]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(kāi)示意圖；
[0021]圖6為本發(fā)明的定子沿等值子午面(1=0.5)剖切示意圖；
[0022]圖7為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖8為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]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(kāi)示意圖；
[0025]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。
[0026]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0027]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_定子葉片吸力面；126_定子葉片壓力面；13_定子葉冠;
[0028]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(tái)；
[0029]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。
【具體實(shí)施方式】
[0030]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。
[0031]請(qǐng)參考圖1至圖10，圖1為本發(fā)明線投影葉片制動(dòng)級(jí)定轉(zhuǎn)子組合件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明線投影葉片制動(dòng)級(jí)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(kāi)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(kāi)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。
[0032]如圖1至圖10所示，本發(fā)明提出了一種線投影葉片制動(dòng)級(jí)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包括同軸設(shè)置的圓筒狀的定子本體11、若干個(gè)定子葉片12和圓環(huán)狀定子葉冠13，若干個(gè)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(gè)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包括同軸設(shè)置的圓筒狀的轉(zhuǎn)子本體21、若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片22和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠23，若干個(gè)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(tái)24，若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片22沿凸臺(tái)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。
[0033]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。如圖4所示，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(gè)與定子本體11和定子葉冠13共中心軸線的圓柱面，每個(gè)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(duì)位置用S值表示，O < S^l.0:當(dāng)?shù)葟綀A柱面3與定子葉底122所在圓柱面重合時(shí)S=O ;當(dāng)?shù)葟綀A柱面3與定子葉頂121所在圓柱面重合時(shí)S=L O。相應(yīng)的，如圖8所示，轉(zhuǎn)子葉片22鄰接轉(zhuǎn)子本體21的凸臺(tái)24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(gè)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(gè)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(duì)位置用S值表示，O ^ S ^ 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(shí)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(shí)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上的等徑圓柱面實(shí)為同一等徑圓柱面。
[0034]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、圖6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(duì)位置用I值表示，O ^ 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(shí)1=0，當(dāng)?shù)戎底游缑?與定子葉片12的下端相切時(shí)1=1。相應(yīng)的，如圖9、圖10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(duì)位置用I值表示，O ^ 1.0o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(shí)1=0，當(dāng)?shù)戎底游缑?與定子葉片12的下端相切時(shí)1=1。
[0035]在本發(fā)明中，如圖6所示，定子葉片12的外輪廓線上各點(diǎn)與其對(duì)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(如圖3所示)垂直相交；且轉(zhuǎn)子葉片22的外輪廓線上各點(diǎn)與其對(duì)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 (如圖7所示)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貫穿于環(huán)形定子葉冠13的中空腔，第二投影直線貫穿于圓筒狀轉(zhuǎn)子本體21中空腔即可。
[0036] 如圖2、圖5、圖9所示，轉(zhuǎn)子葉片22與定子葉片12相對(duì)于轉(zhuǎn)子2和定子I的中心軸線傾斜設(shè)置面形成一傾斜角(又稱安裝角)，轉(zhuǎn)子葉片22與定子葉片12的傾斜方向相同。即定子葉片12的安裝角^11與轉(zhuǎn)子葉片22的安裝角β12方向相同，大小相等，定子葉片12安裝角沿定子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β12的余切值與對(duì)應(yīng)的等徑圓柱面的半徑成正比。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明扭矩大、水力效率高、適于各類尺寸井眼鉆進(jìn)。如圖5、圖9所示，定子葉片12和轉(zhuǎn)子葉片22的前緣和后緣(在某特定S值的等徑圓柱面上的前緣圓弧半徑為rn和r21,后緣圓弧半徑為r12和r22,且rn ( r12、r21 ( r22)與壓力面、吸力面輪廓線相切，這樣可以大大降低制動(dòng)級(jí)的水力損失。
[0037]進(jìn)一步的，如圖5、圖9所示，定子葉片12沿其等徑圓柱面3的展開(kāi)輪廓線呈一端厚度大于另一端厚度的楔形；轉(zhuǎn)子葉片22沿其等徑圓柱面3的展開(kāi)輪廓線也呈一端厚度大于另一端厚度的楔形。其中，定子葉片12及轉(zhuǎn)子葉片22的葉型均為線投影形成，葉片前緣與葉底薄、葉片后緣與葉頂厚，即定子葉片12為由在定子I某特定S值(OS SS 1.0)等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面垂直投影到定子軸線所形成的實(shí)心錐體(錐頂為直線)，經(jīng)葉底等徑圓柱面(S=O)和葉頂?shù)葟綀A柱面(S=L O)切割形成；轉(zhuǎn)子葉片22為由在轉(zhuǎn)子2某特定值等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面垂直投影到轉(zhuǎn)子軸線所形成的實(shí)心錐體，經(jīng)葉底等徑圓柱面(S=O)和葉頂?shù)葟綀A柱面(S=LO)切割形成。每一葉片形似一角及相鄰兩邊扭轉(zhuǎn)的楔子。
[0038]在本實(shí)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。
[0039]進(jìn)一步的，如圖5、圖9所示，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。
[0040]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(duì)應(yīng)的等徑圓柱面3的半徑成正比；轉(zhuǎn)子葉片22的厚度沿轉(zhuǎn)子2徑向由內(nèi)向外也逐漸增大，且與對(duì)應(yīng)的等徑圓柱面3的半徑也成正比。
[0041]在本發(fā)明中，如圖5、圖6、圖9、圖10所示，定子葉片12沿等徑圓柱面3的展開(kāi)輪廓線包括定子葉片前緣123、定子葉片后緣124、定子葉片吸力面125和定子葉片壓力面126 ；定子葉片前緣123、定子葉片后緣124、定子葉片吸力面125和定子葉片壓力面126與定子I的等值子午面4的相貫線為直線，且定子葉片12的相貫線與定子中心軸線00’垂直相交。轉(zhuǎn)子葉片22沿等徑圓柱面3的展開(kāi)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與轉(zhuǎn)子2的等值子午面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。
[0042]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。
[0043]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L(zhǎng)=20?60mm，定子I外徑為Dse=50?300mm，轉(zhuǎn)子2內(nèi)徑為1=20?200mm。為便于安裝和使用，制動(dòng)級(jí)定子的外徑Dse與渦輪級(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。
[0044]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。
[0045]進(jìn)一步的，如圖1、圖2、圖3、圖7所示，線投影扭轉(zhuǎn)楔子形葉片制動(dòng)級(jí)轉(zhuǎn)子本體21的外壁、轉(zhuǎn)子葉冠23的內(nèi)壁、定子本體11的內(nèi)壁及定子葉冠13的外壁構(gòu)成圓環(huán)狀流體流道。轉(zhuǎn)子葉冠23的內(nèi)圓周直徑Drt等于定子本體11的內(nèi)圓周直徑Dsl，即該定轉(zhuǎn)子組合的流道外SD1=Drt=Dsl ;轉(zhuǎn)子本體21的凸臺(tái)24外圓周直徑1\2等于定子葉冠13的外圓周直徑Ds2,即該定轉(zhuǎn)子組合的流道內(nèi)徑D2=Drf=Ds2 ;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 ;流道外SD1與流道內(nèi)徑D2之差的一半為流道寬度Ii=IirU=(D1-D2)/2=5.0~100.0mm0 (注:根據(jù)需要，Drl與Dsl、Dr2與Ds2也可取不同值。)
[0046]進(jìn)一步的，如圖4和圖8所示，定子葉片12的葉片個(gè)數(shù)Ii1與轉(zhuǎn)子葉片22的葉片個(gè)數(shù)n2分別為Ii1=IO~60個(gè)，n2=10~60個(gè),從而滿足不同工況需求。
[0047]進(jìn)一步的，如圖5和圖9所示，線投影扭轉(zhuǎn)楔子形葉片制動(dòng)級(jí)定子葉片12及轉(zhuǎn)子葉片22都是通過(guò)線投影生成的，且在等徑圓柱面上定子葉片12安裝角β η與轉(zhuǎn)子葉片22安裝角β12相等，取值范圍10°≤β11=β12≤90°。轉(zhuǎn)子葉冠23的軸向高度L2與定子葉冠13軸向高度L1相等，即L1=L2=S~19mm ;轉(zhuǎn)子葉片22的軸向高度為H2, H1=S~19mm、定子葉片12的軸向高度為，氏=8~19mm ;轉(zhuǎn)子葉片22壓力而與吸力面之間的夾角為汽，定子葉片12壓力面與吸力面之間的夾角力爐0°<朽<10°。相鄰兩個(gè)
定子葉片12之間的節(jié)距&或相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片21之間的節(jié)距t2分別為t1=3.0~10.0mm,t2=3.0~10.0mm,節(jié)距^t1與節(jié)距t2可以取不同值。
[0048]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與值為0.5的等值子午面相交，葉片前緣或壓力面或吸力面或后緣與等值子午面相交形成兩條直線，且兩條直線的延長(zhǎng)線與定子I或轉(zhuǎn)子2軸線相交于同一點(diǎn)，即定子葉片或轉(zhuǎn)子葉片入口邊緣(前緣)、出口邊緣(后緣)及壓力面和吸力面與等值子午面的相貫線均指向半徑方向。定子葉片12厚度與轉(zhuǎn)子葉片22厚度沿徑向逐漸增大。值得指出的是，前述定子葉片12和轉(zhuǎn)子葉片22的前緣半徑、后緣半 徑、葉片安裝角、等徑圓柱面、等值子午面的定義為本領(lǐng)域的公知技術(shù)。
[0049]在使用時(shí)，線投影扭轉(zhuǎn)楔子形葉片制動(dòng)級(jí)轉(zhuǎn)子2的葉片22等同于定子I的葉片12在軸向的旋轉(zhuǎn)延長(zhǎng)(定子葉片安裝角P11與轉(zhuǎn)子葉片安裝角β 12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)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，降低總壓降的作用。
[0050]綜上所述，本發(fā)明專利通過(guò)上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓降低、扭矩大、水力效率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0051]針對(duì)上述實(shí)施方案的詳細(xì)解釋，其目的僅在于對(duì)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(duì)本發(fā)明的限制，特別是，在不同的實(shí)施方案中描述的各個(gè)特征也可以相互任意組合，從而組成其他實(shí)施方案。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(gè)實(shí)施方案中，而并不僅局限于所描述的實(shí)施方案。
【權(quán)利要求】
1.一種線投影葉片制動(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；所述定子包括圓筒狀定子本體、若干個(gè)定子葉片和圓環(huán)狀定子葉冠，若干個(gè)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(gè)轉(zhuǎn)子葉片和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠，若干個(gè)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(diǎn)與其對(duì)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(diǎn)與其對(duì)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；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同；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(duì)應(yīng)的等徑圓柱面的半徑成正比。
2.如權(quán)利要求1所述的線投影葉片制動(dòng)級(jí)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所述的線投影葉片制動(dòng)級(jí)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所述的線投影葉片制動(dòng)級(jí)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(duì)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(duì)應(yīng)的等徑圓柱面的半徑成正比。
5.如權(quán)利要求1或2所述的線投影葉片制動(dòng)級(jí)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(kāi)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所述定子的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(kāi)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)子葉片吸力面與所述轉(zhuǎn)子的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。
6.如權(quán)利要求5所述的線投影葉片制動(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)子葉片沿各自的等徑圓柱面的展開(kāi)輪廓線呈一端厚度大于另一端厚度的楔形。
7.如權(quán)利要求1所述的線投影葉片制動(dòng)級(jí)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。
【文檔編號(hào)】E21B4/02GK103939008SQ201410133810
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】譚春飛 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)