Турбина турбобура

(51)5 Е ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМУ ос, а внутбжены отсечении сотаров с а является чител ьн ыьном зазо- опатками та(71) Конструкторско-технологическое бюротехнических средств бурения скважин(56) Любимов Г.А,и др. Теория и расчет осевыхмногоступенчатых турбин турбобуров. - Л.:Гостоптехиздат, 1963, с, 61 - 62, фиг. 46,(57) Использование; забойнь 1 е двигателидля бурения нефтяных и газовых скважин.Сущность изобретения: турбина включаетстатор и ротор с ребордой и опорным выстуИзобретение относится к буровой технике, а именно к. забойным двигателям для бурения нефтяных и газовых скважин,Известна многоступенчатая турбина турбобура, включающая статоры и роторы, выполненные из полимерного материала, установленные на металлических ступицах.Основным недостатком конструкции является низкий КПД, обусловленный значительными объемными потерями в зазоре между ротором и статором, так как радиальный зазор между ротором и ступицей статора значительно больше радиального зазора между статором и металлической ступицей ротора.Известен турбобур с многоступенчатой турбиной, роторы которой подвижны вдоль оси вала и опираются на статоры через подшипники, размещенные в каждой ступени турбины, причем с целью упрощения монтажа турбин, посадочная поверхность вала.Ы 2 1735560 А 1 пом ступицы. Реборда выполнена на выходной стороне ротора на одном уровне с опорным выступом ступицы. Параметры турбины выбирают. в соответствии с выражением 0,5 тт (Ог + Ор) (Ь 1 0 ср 1 + Ь 20 ср 2)/(Ь 1 0 ср 1+ +Ь 20 ср 2)1 о Мст, ГДЕ тт - КОЭффИЦИЕНт тРЕия пары материалов реборды и статора; )ив потери КПД одной ступени турбины без реборды: Мст - крутящий момент одной ступени; Ог - гидравлическая нагрузка на одну ступень турбины; Ор - масса ротора: Ь 1, Ь 2 - ширина колец опорных поверхностей ОПОРНОГО ВЫСтуПа И рвбсрдЫ ратсра; Осрт, Оср 2 - сРеДние ДиаметРы колеЦ опоРных поверхностей выступа и реборды ротора.2 ил,имеет в поперечном кренние поверхности р наветными выступами.Недостатком этого турбобурнизкий КПД, обусловленный знами объемными потерями в радиалре между ступицей ротора и В качестве прототипа выбрана турбина, включающая ротор и статор. Ротор с входной стороны оснащен уплотнительной ребордой, применение которой способствует повышению КПД ступени турбины,Основным недостатком конструкции является низкий КПД турбины, обусловленный объемными потерями, особенно при увеличенном осевом люфте осевой опоры,Цель изобретения - повышение КПД турбины путем снижения объемных потерь,Указанная цель достигается тем, что реборда выполнена на выходной стороне ротора на одном уровне с опорным выступом ступицы, причем параметры турбины выбираются в соответствии с выражением:(бг + бр )( Ь 1 Оср 1 + Ь 2 Оср 2 ) 0,5 1 тЬ Оср + Ь 2Оср 2т/оМст где 1 т - коэффициент трения пары материалов реборды и статора;по - потери КПД одной ступени без реборды; Мст - крутящий момент одной ступени; Ог - гидравлическая нагрузка на одну ступень турбины; 6 р - масса ротора; Ь 1, Ь 2 - ширина колец опорных поверхностей опорного выступа и реборды ротора соответственно;Оср 1, Оср 2 - сРеДние ДиаметРы колеЦ опорных поверхностей выступа и реборды ротора соответственно,Параметры турбины определяются изусловия, чтобы момент трения в реборде и ,выступе не превышал Объемных потерьМтр %Мст, (1) где Мтр - момент трения для одной ступени турбины;о - падение КПД одной ступени турбины за счет объемных потерь (при отсутствии реборды на выходной стороне ротора).Мтр = Мтр 1 + Мтр 2 (2) ГдЕ Мтр 1 - МОМЕНТ трЕНИя От КОНтаКта ОПОР- ного выступа ротора и статора;Мтр 2 - момент тРениЯ от контакта Реборды ротора и статораГ Яр 1 М р 1= бРуд Ь 1,(3)Л Ыр 1 Мтр 2 = ттрРуд сЬ 22 ГДЕ 1 т - КоэффИЦИЕНт ТРЕНИЯ;Оср 1, Оср 2 - средние диаметры колец опорных колец выступа и реборды ротора соответственно;Ь 1, Ь 2 - ширина колец Опорных поверхностей выступа и реборды ротора соответственно;Руд - удельные нагрузки на упорные поверхности выступа и реборды ротора. Р 6+6, (4)де 6 г - гидравлическая нагрузка на одн ступень турбины; бр - масса ротора. Преобразуем соотношение (1) с учето (2), (3) и (4) и получим 0 56 т + 6 р )( Ь 1 Оср 1 + Ь 2 Оср 2 )0,5 1 тЬ 1 Оср 1 + Ь 2Оср 2т/оМст, (5)На фиг. 1 представлена турбина турбобура, установленная в корпусе; на фиг. 2 -ротор турбины.Турбина включает статор 1 и ротор.2.Статор 1 закрепляется в корпусе 3, а ротор 10 2 на валу 4. Ротор на выходной сторонеоснащен ребордой 6, На выходной сторонереборда выполнена заподлицо с опорнымвыступом. Параметры турбины выполненыудовлетворяющими условию (5).Пример конкретного выполнения тур. бины для турбобура диаметром 172 мм слопаточным аппаратом ЗТСШ 1-172. Турби. на включает металлический статор и ротор2 из полимерного материала. Статор закрепляется В корпусе 3, ротор на Валу,Оср 1 = 95 ммОср 2 = 138,8 мм1 т= 0,04Ь 1=5 ммЬ 2 = 1,75 ммбр=2,8 Нбг = 147,4 НКрутящий момент одной турбиныМкр 1 = - = 1600/336 = 4,76 Н-м,Мг30 игде Мт - крутящий момент турбобура;и - число турбин в турбобуре.Контакт по реборде исключает объемные потери в паре ротор-статор, Левая частьвыражения (5) равна Мтр - моменту тренияв опорной поверхности.Для данных условий Мтр = 0,2 Н м.Мтр т/оМкр 10,20,07 4,76;0,20,33.Таким образом, общий КПД турбины засчет применения предложенной конструкции повысится на 0,7(1 - 0,2/0,33) 100 = 3 7 ь.При подаче в турбобур промывочной 45 жидкости в турбине происходит преобразование гидродинамической энергии потокаво вращательное движение ротора турбобура на выходной стороне турбины ротор опирается на статор реборды и опорным 50 выступом, Контакт по реборде снижает объемные потери в паре статор-ротор.Применение данной турбины позволяетповысить КПД турбобура, применять болееэнергоемкие долота, сократить цикл строи тельства скважин.Формула изобретенияТурбина турбобура, включающая статори ротор с ребордой и опорным выступомступицы, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью повышения КПД турбины путем снижения объемных потерь, реборда выполнена на выходной стороне ротора на одном уровне с опорным выступом ступицы, причем параметры турбины выбираются в соответствии с выражением(3 оМст где 1 т - коэфФициент трения пары материалов реборды и статора; таю - потери КПД одной ступени турбины без реборды;Мст - крутящий момент одной ступени; бг - гидравлическая нагрузка на одну 5 ступень турбины;бр - масса ротора;Ь 1, Ь 2 - ширина колец опорных поверхностей опорного выступа и реборды ротора соответственно;10 Оср 1, Оср 2 - средние диаметры колецопорных поверхностей выступа и реборды ротора соответственно,1735560Составитель В Шайдаковедактор В.Бугренкова Техред М,Моргентал Корректор И.Муска Заказ 1802 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 ЮПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уигород, Ул.Гагарина, 1