Турбина турбобура

СОВЕТСКИХЛИСТИЧЕСНБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗ ТЕНИЯ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ целью турбошения ащения а повыше л. В 14рдена Трудовогонаучно-исследова буровой техники ура эа рутяще урбинь о моме и частоть о мом утящее, веарат с н(72) С.Ю. Брудный-ЧелядиВ.С. Будянский и В.А, фил(56) 1. Авторское свидеУ 447073, кл. Е 21 В 3/2. Турбобуры с наклодавления. Труды ВНИИБТ,М.: Недра, 1969, с. 7,лопатками, имлельные с ло нов ески п имонов атом пере- ность пускные канало гр аничив ающа ове женный л аточныи папе пуск- аклоных каналов щуюну о у апэтой пове аппа УРБОБУРА, содерротора, лопайней мере одноопатки с углом профиля большим,касательной к и перпендикуляфилей, о т л и а эаала лючен в ходного аметр ожени ри инте ольца ниж аппаранцы статор а ас г аппарат по к которых имеет средней лини трый угол межд инии на выход оси решетки пна по п. 1, о я тем, что л и а г о сто-=тки емтой скных канал чены ободом в нижн части о(54)(57) 1, ТУРБИ ельство СССР2, 1973.ной линиейВып. ХХ 11.ис. 6 б.8012630 5) 4 Г 03 В 13/02 я с я тем, что, с эффективности работ счет увеличения соотн и исключения потерь кр та на межободное треки ержащий лопаточный апп ет гидравли точным аппа, при этом вышерасполат со сторомеет образую нную сверху вниз в стор пускных каналов к лопат парату, или диаметр на выходе из лопато. 1 12630Изобретение относится к устройствам для бурения глубоких скважин, а именно к рабочим органам трубобуров - турбинам.Известна турбина турбобура, в ко 5 торой с целью предотвращения засорения радиальных зазоров и уменьшения потерь крутящего момента на межободное трение использованы обода уголкового профиля1 1.10Недостатком этой турбины является, то, что в процессе эксплуатации она изнашивается по ободам, что. вызывает ухудшение ее энергетических параметров, а именно уменьшение тор мозного крутящего момента и соотношения между крутящим моментом и частотой вращения.Известна также турбина турбобура, содержащая венцы статора и ротора, 2 О лопаточный аппарат по крайней мере одного из которых имеет лопатки с углом изгиба средней линии профиля большим, чем острый угол между ка - сательной к этой линии на выходе и 25 перпендикулярном к оси решетки профилей2 3Недостатком турбины является то, что ее износ по ободам в процессе эксплуатации приводит к уменьшению 30 соотношения крутящего момента и частоты вращения за счет падения крутящего момента. Кроме того, при работе турбины имеют место потери крутящего момента на межободное трение.Цель изобретения - повышение эффективности работы турбобура за счет ,увеличения соотношения крутящего момента и частоты вращения турбины и исключения потерь крутящего момента 1 О на межободное трение.Указанная цель достигается тем, что турбина содержит венцы статора и ротора, лопаточный аппарат по крайней мере одного из которых имеет лопатки с углом изгиба средней ли - нии профиля большим,чем острый угол между касательной к этой линии навыходе и перпендикуляром к оси решетки профилей, при этом венец, со р держащий лопаточный аппарат с лопатками, имеет гидравлические параллельные с лопаточным аппаратом перепускные каналы, а поверхность, ограйичивающая вышерасположенный лопаточный аппарат со стороны перепускных каналов, имеет образующую, наклоненную сверху вниз в сторону от перепускных каналов к лопаточному аппарату,13 2или диаметр этой поверхности на выходе из лопаточного аппарата заключенвнутри интервала диаметров входногокольца нижерасположенного лопаточного аппарата.Кроме того, лопатки со стороны перепускных каналов в нижней части обхвачены ободом,На фиг, 1-4 показаны варианты выполнения турбины, продольные разрезы.Ротор 1, имеющий крутоизогнутыелопатки а с углом изгиба с- среднейлинии Б профиля большим, чем острыйугол Р между касательной С к этойлинии на выходе и перпендикуляром Рк оси Ц решетки профилей, выполнен сгидравлически параллельными системами перепускных каналов Ь и с (фиг.1),Каналы Ъ выполнены в теле ротора 1.свнутренней стороны от его лопаточного аппарата А, а канал с образованувеличением радиального зазора между ободом ротора и ступицей статора.Лопаточный аппарат Е отатора 2 вкорневом сечении ограничен поверхностью Г обода, диаметр й,ткоторойна выходе из лопаточного аппарата заключен внутри интервала диаметровсиротивходного кольца нижерасположенного лопаточного аппарата Ас крутоизогнутыми лопатками. Образующая поверхность , ограничивающаялопаточный аппарат Е статора 2 с периферии, имеет наклон сверху вниз всторону от перепускного канала с клопаточному аппарату А.В пределах указанных признаковвозможны варианты выполнения ограничивающих лопаточный аппарат Е статора 2 поверхностей К и р: выходныедиаметры й и Р обеих поверхностейзаключены внутри интервала диаметровЙ, и 0 входного кольца лопатокротора 1 или эти поверхности наклонены в сторону от соответствующих каналов Ь и с к лопаточному аппарату Аротора 1: поверхность Г имеет наклонную образующую, а поверхность- цилиндрическая.Возможен вариант, когда канал Ъили с не выполняется, а соответствующая. ему поверхность Г или э статораможет не иметь указанных признаков.Если крутоизогнутые лопатки а имеют не ротор 1, как это показано нафиг, 1, а статор 2, все приведенныеконструктивные данные по венцам ротора относятся к венцам статора и наоборот.3 1263На фиг.2 показана ступеньтурбины, ротор 1 и статора 2 которой имеют крутоизогнутые лопатки а . Перепускные каналы с и Ь соответственно рото- . ра 1 и статора 2 выполнены в виде увеличенных радиальных зазоров. Образующие ограничивающих лопаточные аппараты поверхностей С и у , расположенных соответственно над перепускными каналами Ъ статора 2 и 10 с ротора 1, наклонены сверху вниз в сторону от перепускных каналов к .лопаточным аппаратам А статора 2 и ротора 1 и (или) диаметры П, и йэтих поверхностей заключены в . 15 интервале диаметров соответственно П 1 ст1 ст 01 рот 1 Ротколец лопаточных аппаратов А стато-. ра 2 и ротора 1.Ступень турбины, показанная на 20 фиг.З, отличается от ступени изображенной на фиг.2, тем, что не только поверхности 1 и у , но и поверхности с и 1 выполняются с наклоном образу,ющей. При этом обеспечивается постоянная вдоль оси турбины радиальная длина 1 лопаток а или же некоторое их радиальное сужение, а перепускные каналы с и Ь за счет наклона поверхностей 1 имогут выполняться ради- ЗО ально-сужающимися.На фиг. 4 турбина отличается от турбины, изображенной на фиг. 2, тем, что она содержит обода Ъ меньшей осевой высоты, чем лопатки а., причем 35 последние открыты в своей верхнейчасти по торцовым поверхностям .1Наиболее технологичной и дешевой в изготовлении ступень турбины полу О чается при образовании перепускных каналов за счет многократного увеличения радиальных зазоров турбины, причем в оптимальном варианте такая турбина имеет соотношение между величинами радиальных зазоров и радиальным размером лопаточного аппарата на входе 0,08 - 0,3 (фиг. 1). По мере разгона турбины возрастает гидравлическое сопротивление лопаточного аппарата А ротора 1 за счет ударного натекания и протормаживания жидкости на входе в лопаточный аппарат А.Это приводит к растеканию рабочей струи и, следовательно, к сбРосу части жидкости в перепускные каналы Ь и с с малым гидравлическим сопротивлением и к соответствующему уменьшению частоты вращения ротора 1 тур 013 4бины. На тормозном режиме имеет место безударное обтекание крутоизогнутых лопаток а , что обеспечивает минимальное растекание рабочей струи на входе в лопаточный аппарат А ротора 1. Учитывая при этом, что диаметр Й поверхности Г на выходе из статора 2 больше диаметра с 1, на входе в ротор 1, а поверхностьс наклонной образующей сообщает жидкости радиальную составляющую скорости, направленную от перепускного канала с к лопаточному аппарату А ротора 1, поток рабочей жидкости полностью вписывается в лопаточныйаппарат ротора и проходит через него практически без потерь или даже эжектируя дополнительное количество жидкости из каналов Ь и с, что обеспечивает высокие значения крутящегомомента.Работа турбин, показанных на фиг. 2 и 3, которые имеют крутоизогнутые лопатки Ф в роторе 1 и статоре 2, отличается от работы указанной турбины тем, что регулирование расхода происходит и в роторе 1, и в статоре 2, а перепуск жидкости происходит соответственно через каканалы с и Ь.При этом поверхности у и Г турбины (фиг.2) обеспечивают создание гидродинамической преграды на пути движения жидкости в перепускные каналы как за счет наклона их образующих сверху вниз в сторону от перепускных каналов с и Ь соответственно к лопаточным аппаратам А ротора 1 и статора 2, так и за счет того, что выходной диаметр Р поверхности у меньше, а выходной диаметр Й, поверхности й больше, чем соответственно диаметры Э и Й , на входе в ротор 1 и статор 2,В конструкции турбины, показанной на фиг. 4, благодаря частично вскрытым торцамлопаток а удается интенсифицировать регулирование расхода за счет увеличения сброса части рабочего потока в перепускные каналы с по мере разгона турбины.Выполнение турбины с перепускными каналами с гидродинамическим экранированием последних и использованием крутоиэогнутых лопаток обеспечивает повышение соотношения между крутящим моментом турбины и ее частотой врАщения на рабочем режиме более чем12 б 301 в 1,5 раза, исключает ободное трение, зашпямляемость межободных пространств турбины и предотвращает нанос ободов и ступиц турбины, Увеличение соотношения между крутящим моментом и час 3 6тотой вращения в свою очередь позволяет заменить по энергетической характеристике серийный трехсекционныйтурбобур на двухсекдионный турбобур,укомплектованный турбиной.,Тираж ВНИИПИ Государств по делам изобре427 Подписинного комитета СССРений и открытийРаушская наб., д. 4/5