WO2011059362A1 - Турбина турбобура - Google Patents
Турбина турбобура Download PDFInfo
- Publication number
- WO2011059362A1 WO2011059362A1 PCT/RU2010/000408 RU2010000408W WO2011059362A1 WO 2011059362 A1 WO2011059362 A1 WO 2011059362A1 RU 2010000408 W RU2010000408 W RU 2010000408W WO 2011059362 A1 WO2011059362 A1 WO 2011059362A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- blade
- stator
- rotor
- turbine
- blades
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
- F03B13/02—Adaptations for drilling wells
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
- E21B4/02—Fluid rotary type drives
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2200/00—Mathematical features
- F05B2200/30—Mathematical features miscellaneous
- F05B2200/33—Mathematical features miscellaneous bigger/smaller
Definitions
- the invention relates to technical means intended for drilling oil and gas wells, namely, to the execution of the main assembly of multistage turbodrills - an axial turbine.
- a turbine drill turbine is known (Kasyanov V.M., Turbobury, M., 1959, Fig. 14, p.21), each disk of which has profiled blades, the sections of which are the same in length, and the blades themselves are cylindrical, i.e. all generators of a profile are parallel among themselves. Since the angles of entry and exit of the profile are constant along the length of the blades, and the linear velocity of the blades varies depending on the distance of the section under consideration from the axis of rotation of the turbine, then at different linear speeds in different cross sections of the blades there is a mismatch between the direction of the jets of the working fluid and the angles of the blades.
- a turbine drill turbine is known (Proceedings of VNIIBT Nel, M., 2006. Simonyants SL., Development and application of a turbine with asymmetric stator and rotor profiles, Fig. 1, p. 261).
- the design of the turbine with asymmetric profiles of the stator and rotor allows to reduce the hydraulic load on the shaft of the turbodrill during operation, which facilitates the operation of the axial support.
- the working profile of the turbine is constant along the length of the blades.
- turbo-drill turbine (RF patent 2322563, 09/21/2006 Turbo-drill turbine. Auth. Shumilov V.P., Litvyak V.A., Simonyants SL.)
- the turbine contains stators and rotors with blade crowns, the axial height of which is 25-30% lower than turbines with grates
- the stator - larger, the rotor - of smaller diameters are made conical so that the ratio of the radial heights of the blades at the outlet of the stator and from the rotor to the radial heights of the same blades at the entrance to them is in the range of 0.9-0.65 and the smaller the greater the relative pitch of the turbine with a reduced 5 axial height.
- the turbine provides increased energy output per unit of the axial length of the turbodrill, allowing to reduce the axial length of the turbodrill and increase its torque.
- the turbines are designed in such a way that the shockless flow regimes around the stator and rotor occur at different peripheral speeds, moreover, for the stator - in the area of the braking mode, for the rotor - in the region of accelerating revolutions.
- the relation ⁇ ⁇ 2 ⁇ ⁇ / 2 is maintained for the angles of the stator blades, and ⁇ 2 ⁇ ( ⁇ ⁇ / 2 (positive-reactive turbine) and ⁇ ⁇ 2 ⁇ ⁇ / 2 (negative reactive).
- the stator rim has a surface of smaller diameter, made of conoidal shape with a narrowing to the lower section so that the minimum annular gap with the rotor hub is within 0.05 ... 0.3 of the radial height of the stator blade.
- the inner surface of the smaller diameter of the rotor the crown is made conoidal shape with narrowing to the upper section so that about the ratio of the radial heights of the rotor blades in the lower and upper sections is in the range of 0.7 ... 0.95.
- the invention provides increased resistance of axial bearings by reducing hydraulic component of the axial force on the turbine shaft.
- the shockless entry of the working fluid into the interscapular space is carried out in only one section of the turbo-drill turbine.
- the linear velocities of the cross sections of the blade profile are different, because they are proportional to the diameter of the secant cylinder under consideration (whose axis coincides with the axis of rotation of the turbine). For this reason, this turbine does not provide a shock-free mode in all layers of the stream, except the calculated one, which leads to an increase in hydraulic losses and reduces the efficiency of the turbine.
- An object of the present invention is to provide a turbo-drill turbine with high efficiency.
- the problem is solved due to the fact that in a known turbine auger contains a stator, including a stator blade, a rotor including a rotor blade, while the blades of the stator and rotor crowns have structural angles measured from a plane perpendicular to the longitudinal axis of the turbine to tangent to the profiles of the blades at the inlet (a 2 -stator and ⁇ - rotor) and the outlet ( ⁇ - stator and ⁇ 2 - rotor) of the working flow liquid, according to the invention, the turbine blades are made with structural angles varying along their length at the exit of the stator - ⁇ and from the rotor ⁇ 2 , while the angles of the blades ⁇ ⁇ and ⁇ 2 on the outer diameter of the blade rim are smaller than the same angles on the inner diameter scapular crown.
- Dj is the inner diameter of the shoulder blade
- a.12 is the exit angle of the stator blade profile, according to the average diameter of the blade
- a.13 is the exit angle of the stator blade profile, according to the outer diameter of the blade, while the exit angles of the profile of each rotor blade vary along its length in accordance with the equation
- ⁇ 2 ⁇ is the angle of exit of the profile of the rotor blade, according to the inner diameter of the blade
- ⁇ 22 is the angle of exit of the profile of the rotor blade, according to the average diameter scapular crown
- the advantage of the invention in comparison with the prototype is that the working profile of the blades has a variable shape along the length of the blade, and the angles of the blades ⁇ ⁇ and ⁇ 2 on the outer diameter of the blade rim are smaller than the same angles on the inner diameter of the blade rim, which allows optimizing the trajectory movement of the flow of the working fluid, bring the flow direction into line with the angles of entry of the profile of the blades and reduce hydraulic losses in the turbine.
- FIG. 1 shows a section of a turbo-drill turbine, comprising a set of stators 1 and turbine rotors 2, a fragment of a housing 3 and a turbo-drill shaft 4.
- C z is the axial velocity vector of the working fluid flow.
- Figure 2 shows a top view of a turbo-drill turbine with sections a - a along the inner diameter D b-b along the average diameter D 2 and c-c along
- U; , U 2 and ⁇ J 3 are the tangential velocity vectors of the rotor blade rim along the inner Dj, average D 2 n outer D 3 diameters, respectively.
- Fig. 3 shows a sectional view of the profile of the blades of a turbo-drill turbine, made according to the invention, with entry angles
- Line 1-1 indicates the transition zone of the working
- the turbine (FIG. 1) of the turbodrill consists of a set of stators 1 and rotors 2.
- the stators 1 are installed in the turbodrill housing 3, the rotors 2 are installed on the turbodrill shaft 4.
- the working fluid is supplied from the rig through drill pipes (not shown in FIG.), Enters the stator 1 and leaves it in zone 1-1 (FIG. 3) along sections aa (along the inner diameter), b-b (along average diameter) and ss (outer
- the angle of the blades at the outlet of the stator ⁇ ⁇ 3 on the outer diameter of the blade of the blade is less than the angle ac on the inner diameter of the blade of the blade, which allows optimizing the flow path working fluid, bring in
- the angular velocity of the rotor blades is
- the angular velocity j ⁇ of the working fluid must correspond to the angular velocity of the rotor blades. Then the tangential velocities of the working fluid at the outlet of the stator should be related by the equation
- angles of exit of the scapula are equal to:
- a 2i arctan ( ⁇ D 2 l D,) * tg a 22 ).
- ⁇ 23 rctgi (D 2 1 D 3 ) * tg ⁇ 22
- the working fluid leaving each previous crown of blades, enters the subsequent crown (zones 1-1 and 2-2, Fig.Z) without change driving directions.
- the use of the claimed technical solution leads to a reduction in hydraulic losses and increases the efficiency of the turbine.
- the power of the turbine increases, the stability of the turbo-drill at the bottom increases, the mechanical drilling speed increases, productivity and economic efficiency of drilling increase.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к техническим средствам, предназначенным для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно, к исполнению главного узла конструкций многоступенчатых турбобуров - осевой турбины. Обеспечивает высокий КПД. Турбина турбобура содержит статор, включающий лопаточный венец с внутренним и наружным диаметрами, ротор, включающий лопаточный венец с внутренним и наружным диаметрами, при этом лопатки статорного и роторного венцов имеют конструктивные углы, измеренные от плоскости, перпендикулярной продольной оси турбины, до касательных к профилям лопаток на входе (α2 -статора и βt - ротора) и выходе (α1 - статора и β2 - ротора) потока. Лопатки турбины выполнены с переменными по их длине конструктивными углами на выходе из статора - αi и на выходе из ротора β2, при этом углы лопаток α 1 и β2 на наружном диаметре лопаточного венца меньше, чем те же углы на внутреннем диаметре лопаточного венца.
Description
Турбина турбобура
Область техники.
Изобретение относится к техническим средствам, предназначенным для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно, к исполнению главного узла конструкций многоступенчатых турбобуров - осевой турбины.
Предшествующий уровень техники.
Известна турбина турбобура (Касьянов В.М., Турбобуры, М., 1959 г. рис.14, с.21), каждый диск которой имеет профилированные лопатки, сечения которых по длине одинаковые, а сами лопатки цилиндрические, т.е. все образующие профиля параллельны между собой. Поскольку углы входа и выхода профиля постоянны по длине лопаток, а линейная скорость перемещения лопатки изменяется в зависимости от расстояния рассматриваемого сечения от оси вращения турбины, то при разных линейных скоростях в различных поперечных сечениях лопаток возникает несоответствие направления струй рабочей жидкости и углов входа лопаток. Это приводит к излому траектории движения потока рабочей жидкости на входе в межлопаточное пространство. По этой причине данная турбина обеспечивает безударный режим только в одном сечении и не обеспечивает его в остальных слоях потока, что приводит к повышению гидравлических потерь и снижает КПД турбины.
Известна турбина турбобура (Труды ВНИИБТ Nel , М., 2006 г. Симонянц СЛ., Разработка и применение турбины с несимметричными профилями статора и ротора, рис.1 , с.261).
Исполнение турбины с несимметричными профилями статора и ротора позволяет в процессе работы снизить гидравлическую нагрузку на вал турбобура, что облегчает работу осевой опоры. Рабочий профиль турбины постоянный по длине лопаток. При
5 разных линейных скоростях и одинаковых углах входа и выхода профиля, в различных поперечных сечениях лопаток так же возникает несоответствие направления струй рабочей жидкости и углов входа лопаток, что приводит к излому траектории движения рабочей жидкости, повышению гидравлических потерь и снижению j Q КПД турбины.
Известна турбина турбобура (патент РФ 2322563, от 21.09.2006 Турбина турбобура. Авт. Шумилов В. П., Литвяк В. А., Симонянц СЛ.) Турбина содержит статоры и роторы с лопаточными венцами, осевая высота которых на 25-30% ниже, чем у турбин с решетками
15 профиля того же типа и быстроходности, относительный шаг которых (отношение шага решетки профилей к хорде лопатки) не выходит за пределы диапазона оптимальных величин 0,65...0,9 , при величинах относительного шага решетки профилей статора и ротора до 0,92...0,98 и более. Внутренние поверхности лопаточных венцов у 0
статора - большего, у ротора - меньшего диаметров выполнены коническими так, что отношение радиальных высот лопаток на выходе из статора и из ротора к радиальным высотам этих же лопаток на входе в них находится в пределах 0,9-0,65 и тем меньше, чем больше величина относительного шага турбины с пониженной 5 осевой высотой. Турбина обеспечивает повышенную отдачу энергии с единицы осевой длины турбобура, позволяя уменьшить осевую длину турбобура и увеличить его вращающий момент. К недостаткам данной турбины относится, постоянный профиль
лопаток по их длине, который обеспечивает безударный режим работы турбины только в каком-либо одном сечении лопаток и не обеспечивает безударный режим в остальных сечениях профиля лопаток, что приводит к повышению гидравлических потерь и снижает КПД турбины.
Известна турбина турбобура, патент РФ 2269631 от 19.08.2004, Авт. Шумилов В. П., Мартынов В.Н. (прототип), которая содержит статор с лопаточным венцом и внутренним ободом, ротор с лопаточным венцом и ступицей, при этом лопатки статорного и роторного венцов с конструктивными углами входа и выхода потока соответственно для статора а2 и а а для ротора βι и β2, связаны с окружными скоростями на холостом и оптимальном (безударном) режиме работы турбины. Турбины выполнены таким образом, что режимы безударного обтекания статора и ротора имеют место при различных окружных скоростях, причем для статора - в области тормозного режима, для ротора - в области разгонных оборотов. При этом для углов лопаток статора выдерживается соотношение αι< α2 < ττ/2, для ротора возможно как β2< β(< π/2 (положительно-реактивная турбина), так и βι< β2 < π/2 (отрицательно-реактивная). Обод статора имеет поверхность меньшего диаметра, выполненную коноидальной формы с сужением к нижнему сечению так, что минимальный кольцевой зазор со ступицей ротора находится в пределах 0,05...0,3 от радиальной высоты лопатки статора. Внутренняя поверхность меньшего диаметра роторного венца выполнена коноидальной формы с сужением к верхнему сечению так, что соотношение радиальных высот лопаток ротора в нижнем и верхнем сечениях находится в пределах 0,7...0,95. Изобретение обеспечивает повышение стойкости осевых опор за счет снижения
гидравлической составляющей осевой силы на валу турбины.
Недостатком данной турбины является то, что сечение профиля неизменно по длине лопатки, т.е. все образующие профиля параллельны между собой. Поскольку углы входа и выхода профиля постоянны по длине лопаток, то при разных линейных скоростях в различных поперечных сечениях лопаток возникает f
несоответствие направления векторов скоростей рабочей жидкости и углов входа лопаток, что приводит к излому траектории движения рабочей жидкости. Поэтому безударный вход рабочей жидкости в межлопаточное пространство осуществляется только в одном сечении турбины турбобура. В других слоях потока рабочей жидкости линейные скорости поперечных сечений профиля лопаток отличаются, т.к. они пропорциональны диаметру рассматриваемого секущего цилиндра (ось которого совпадает с осью вращения турбины). По этой причине данная турбина не обеспечивает безударного режима во всех слоях потока, кроме расчетного, что приводит к повышению гидравлических потерь и снижает КПД турбины.
Раскрытие изобретения.
Технической задачей настоящего изобретения является создание турбины турбобура с высоким КПД.
Поставленная задача решается за счет того, что в известной турбине турбобура, содержащей статор, включающий лопаточный венец статора, ротор, включающий лопаточный венец ротора, при этом лопатки венцов статора и ротора имеют конструктивные углы, измеренные от плоскости, перпендикулярной продольной оси турбины, до касательных к профилям лопаток на входе (а2 -статора и βι - ротора) и выходе (αι - статора и β2 - ротора) потока рабочей
жидкости, согласно изобретению, лопатки турбины выполнены с переменными по их длине конструктивными углами на выходе из статора - αι и из ротора β2 , при этом углы лопаток α ι и β2 на наружном диаметре лопаточного венца меньше, чем те же углы на внутреннем диаметре лопаточного венца.
Кроме того, в известной турбине турбобура, согласно изобретению, профиль лопаток на роторах и статорах
выполнен симметричным в каждом цилиндрическом сечении, соосном с осью турбины, при этом углы входа профиля на статорах а 2 и роторах pt одинаковы по длине каждой лопатки и равны а2 = i = 90°, а углы выхода профиля каждой лопатки статора изменяются по её длине в соответствии с уравнением
D, * tg a n = D2 * tg а]2 = D3 * tg al3 , где
Dj - внутренний диаметр лопаточного венца,
D2 - средний диаметр лопаточного венца,
D3 - наружный диаметр лопаточного венца,
а / / - угол выхода профиля лопатки статора, по внутреннему диаметру лопаточного венца,
а.12 - угол выхода профиля лопатки статора, по среднему диаметру лопаточного венца, а.13 - угол выхода профиля лопатки статора, по наружному диаметру лопаточного венца, при этом углы выхода профиля каждой лопатки ротора изменяются по её длине в соответствии с уравнением
D, * tgfi2] = D2 * tgfi22 = D3 * tg fi23 , где
β2ι - угол выхода профиля лопатки ротора, по внутреннему диаметру лопаточного венца, β22 - угол выхода профиля лопатки ротора, по среднему диаметру
лопаточного венца,
βα ~ угол выхода профиля лопатки ротора, по наружному диаметру лопаточного венца.
Преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом является то, что рабочий профиль лопаток имеет переменную форму по длине лопатки, причем углы лопаток α ι и β2 на наружном диаметре лопаточного венца меньше, чем те же углы на внутреннем диаметре лопаточного венца, что позволяет оптимизировать траектории движения потока рабочей жидкости, приводить в соответствие направление потока с углами входа профиля лопаток и снижать гидравлические потери в турбине.
Выполнение профилей лопаток на роторах и статорах симметричными в каждом цилиндрическом сечении, соосном с осью турбины, углов входа профиля каждой лопатки одинаковыми по её длине на роторах и статорах и равными 2 ~ β \= 90°, а углов выхода профиля каждой лопатки статора и ротора изменяющимися по её длине в соответствии с уравнениями
Di * tg u = D2 * tg а12 = D3 * tg а,3 ,
* tgfi2, = D2 * tgfi22 = D3 * tgfi23 ,
упрощает изготовление турбины с переменными конструктивными углами и обеспечивает, при работе турбины в оптимальном режиме, равенство тангенциальной скорости потока рабочей жидкости и линейной скорости на всех участках лопатки, что устраняет излом траектории движения рабочей жидкости. Рабочая жидкость, выходя из каждого предыдущего венца лопаток, входит в последующий венец без изменения направления движения не только в среднем сечении лопаток, но и в других сечениях. Плавный переход и отсутствие излома траектории движения рабочей жидкости во всех
слоях потока и называется безударным режимом работы турбины, который обеспечивает снижение гидравлических потерь до минимума и повышение КПД турбины до максимума.
Краткое описание чертежей.
5 На фиг.1 показан разрез турбины турбобура, содержащий набор статоров 1 и роторов 2 турбины, фрагмент корпуса 3 и вала 4 турбобура. Cz - вектор осевой скорости потока рабочей жидкости.
На фиг.2 показан вид сверху турбины турбобура с сечениями а- а по внутреннему диаметру D Ь-Ъ по среднему диаметру D2 и с-с по
^ наружному диаметру D3 лопаточного венца. U; , U2 и \J3 - векторы тангенциальных скоростей лопаточного венца ротора по внутреннему Dj, среднему D2 n наружному D3 диаметрам, соответственно.
На фиг.З показан в разрезе профиль лопаток турбины турбобура, выполненной согласно изобретению, с углами входа
15 лопаток статора 21 = 22 = о-23 = 90° и ротора /?/ / = βπ = β!3 = 90°, а также с переменными углами выхода лопаток статора а ц > а !2 > а 13 и ротора β2ι > β22 > β23, в сечениях а-а по внутреннему, Ъ-Ъ по среднему и с-с по наружному диаметрам (фиг.2) лопаточных венцов, соответственно. Линией 1-1 обозначена зона перехода рабочей
^ жидкости из статора в ротор, линией 2-2 обозначена зона перехода рабочей жидкости из ротора в статор, Cz - вектор осевой скорости потока рабочей жидкости. CU // , CU/2 , CU/j - векторы тангенциальных скоростей рабочей жидкости по внутреннему D/, среднему D2 и наружному диаметрам лопаточного венца, соответственно. U/ , ]2 ,
25 U3 - векторы тангенциальных скоростей лопаток ротора по внутреннему D}, среднему D2 и наружному D3 диаметрам, соответственно .
Вариант осуществления изобретения.
Турбина (фиг.1) турбобура состоит из набора статоров 1 и роторов 2. Статоры 1 установлены в корпусе 3 турбобура, роторы 2 установлены на валу 4 турбобура.
Промышленная применимость.
5 Турбина работает следующим образом.
Рабочая жидкость подается с буровой установки через бурильные трубы (на фиг. не показаны) входит в статор 1 и выходит из него в зону 1-1 (фиг.З) по сечениям а-а (по внутреннему диаметру), Ъ-Ъ (по среднему диаметру) и с-с (по наружному
^ ^ диаметру) лопаточного венца статора 1 под переменными углами и , а 12 , an- При этом угол лопаток на выходе из статора αί3 на наружном диаметре лопаточного венца меньше, чем угол ац на внутреннем диаметре лопаточного венца, что позволяет оптимизировать траектории движения потока рабочей жидкости, приводить в
15 соответствие с углами входа профиля лопаток направление движения всех слоев потока. Поскольку тангенциальная скорость Uj лопатки ротора на наружном диаметре D3 лопаточного венца больше, чем скорость U/ на внутреннем диаметре D\ (фиг.2 и фиг.З), то, тангенциальная скорость CU /j рабочей жидкости на наружном Q диаметре D3, также больше, чем тангенциальная скорость CU // на внутреннем диаметре £>/ лопаточного венца, благодаря изменению угла.
Для максимального повышения КПД и упрощения изготовления турбин с переменным сечением лопаток, профиль 5 лопаток на роторах и статорах выполнен симметричным в каждом цилиндрическом сечении, соосном с осью турбины, при этом углы входа профиля на статорах и роторах одинаковы по длине каждой лопатки и равны a 2i - Q-n ~ а 23 = 90° и β//— β/2 = β/3 = 90° (фиг.З) , a
углы выхода профиля каждой лопатки статора и ротора связаны уравнениями
* tg а и = D2 * tg а 12 = D3 * tg а ,3
D, * tg 21 = D2 * tgfi22 = D3 * tgfi23
5 Покажем пример исполнения лопаток переменного профиля для безударного режима при симметричном профиле лопаток статора и ротора и углах входа лопаток 90°.
Угловая скорость лопаток ротора равна
10 где U ι _ U2, U3- тангенциальные скорости лопаток ротора
по диаметрам Dj, D2, D3,
Dj/2, D2/2 , D 2 - радиусы вращения соответствующих точек ротора,
Для безударного режима работы турбины угловая скорость j ^ рабочей жидкости должна соответствовать угловой скорости лопаток ротора. Тогда тангенциальные скорости рабочей жидкости на выходе из статора должны быть связаны уравнением
ω= С,и/
С2 и/ (D2/2) = С3 и/(О /2) ,
где CjU, С2 и, С3 и- тангенциальные скорости жидкости на выходе из 0 статора по диаметрам Dj , D2 , D3 .
Тангенциальные скорости жидкости на выходе из статора (параллельно движению лопаток ротора) равны
где Cz- осевая скорость жидкости,
^ 2/ , а 22 , а23 - углы выхода лопатки статора в сечениях аа, bb, сс
(фиг.2 и 3).
После подстановки уравнений получаем
ω= Cz/ tg a
Cz/ tg a 2]* (D2/2) = Cz/ tg а 2,*(Оз/2) .
Проведя сокращение, получим равенство
Dj * tgau = D2 * tg а12 = D3 * tg a,3 .
Отсюда, углы выхода лопатки равны:
- на наружном диаметре лопаточного венца статора
5 а 23 = arctgi{D2 1 D3) * tg а22),
- на внутреннем диаметре лопаточного венца статора
a 2i= arctg({D2l D,) * tg а22) .
Аналогично углы выхода лопатки ротора равны
β23 = rctgi(D2 1 D3) * tg β22
10 βι arctg{{D2l Dj) * tg β22),
где D) , D 2 , D3- диаметры лопаточного венца (фиг. 1 и 2);
βιι > β22,β23 - углы выхода лопатки ротора в сечениях аа, bb, сс (фиг.2 и З).
При таком исполнении рабочая жидкость входит в статор 1 под ^ углом а 21 = &22 = а 23 ~ 90° (фиг.З) и выходит из статора 1 под переменным углом а ц < 12 < а /з , проходя по сечениям а-а, b-b и с- с лопаток статоров 1. Далее, с учетом переносного движения лопаточного венца ротора 2, рабочая жидкость без излома траектории входит в ротор 2 под углом β// = β/ = β/з = 90°, затем выходит из 20 ротора 2 под углами β2/ > β22 > 2з , проходя по сечениям а-а (по внутреннему диаметру Dj), b-b (по среднему диаметру D2) и с-с (по наружному диаметру D3). Затем, рабочая жидкость снова входит в следующий статор 1 под углом a 2ι - а22 = а 2з = 90° плавно без излома траектории. Проходя по пакету статоров 1 и роторов 2 турбины, Δ рабочая жидкость приводит во вращение вал 4 турбобура.
Таким образом, при работе турбины в оптимальном режиме рабочая жидкость, выходя из каждого предыдущего венца лопаток, входит в последующий венец (зоны 1- 1 и 2-2, фиг.З) без изменения
направления движения.
Использование заявляемого технического решения приводит к снижению гидравлических потерь и повышает КПД турбины. Мощность турбины повышается, повышается устойчивость работы турбобура на забое, механическая скорость бурения растет, производительность и экономическая эффективность бурения увеличиваются.
Claims
1. Турбина турбобура, содержащая статор, включающий
5
лопаточный венец с внутренним и наружным диаметрами, ротор, включающий лопаточный венец с внутренним и наружным диаметрами, при этом лопатки статорного и роторного венцов имеют конструктивные углы, измеренные от плоскости, перпендикулярной продольной оси турбины, до касательных к профилям лопаток на
10 входе (а2 -статора и βι - ротора) и выходе (α,ι - статора и β2 - ротора) потока, отличающаяся тем, что лопатки турбины выполнены с переменными по их длине конструктивными углами на выходе из статора - а] и на выходе из ротора β2 , при этом углы лопаток α ι и β2 на наружном диаметре лопаточного венца меньше, чем те же углы на
^ <. внутреннем диаметре лопаточного венца.
2. Турбина турбобура по п. 1, отличающаяся тем, что профиль лопаток на роторах и статорах выполнен симметричным в каждом цилиндрическом сечении, соосном с осью турбины, при этом углы входа профиля на статорах α 2 и роторах βι одинаковы по длине 0 каждой лопатки и равны 2 = β ι = 90°, а углы выхода профиля каждой лопатки статора изменяются по её длине в соответствии с уравнением
D, * tg а и = D2 * tg а, 2 = D3 * tg ,3 , где
Di - внутренний диаметр канала лопатки,
D2 - средний диаметр канала лопатки,
5 D3 - наружный диаметр канала лопатки,
а / / - угол выхода профиля лопатки статора, по внутреннему диаметру лопаточного венца, a i2 ~ угол выхода профиля лопатки статора, по среднему диаметру лопаточного венца,
а и - угол выхода профиля лопатки статора, по наружному диаметру лопаточного венца,
5 при этом углы выхода профиля каждой лопатки ротора изменяются по её длине в соответствии с уравнением
D] * tgfi2i = D2 * tgfi22 = D3 * tgfi23 , где
A?/ - угол выхода профиля лопатки ротора, по внутреннему диаметру лопаточного венца,
I о β22 — угол выхода профиля лопатки ротора, по среднему диаметру лопаточного венца,
β23— угол выхода профиля лопатки ротора, по наружному диаметру лопаточного венца.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009141646/03A RU2403366C1 (ru) | 2009-11-10 | 2009-11-10 | Турбина турбобура |
| RU2009141646 | 2009-11-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2011059362A1 true WO2011059362A1 (ru) | 2011-05-19 |
Family
ID=43991828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2010/000408 Ceased WO2011059362A1 (ru) | 2009-11-10 | 2010-07-23 | Турбина турбобура |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2403366C1 (ru) |
| WO (1) | WO2011059362A1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103015889A (zh) * | 2012-12-20 | 2013-04-03 | 中国船舶重工集团公司第七�三研究所 | 大功率高速高效涡轮钻具定子和转子组合件 |
| WO2015106419A1 (zh) * | 2014-01-16 | 2015-07-23 | 中国石油大学(北京) | 线投影叶片涡轮定转子组合件及涡轮马达 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4676716A (en) * | 1984-02-17 | 1987-06-30 | Vsesojuzny Nauchno-Issle-Dovatelsky Institut Burovoi Tekhniki | Hydraulic multistage turbine of turbodrill |
| RU2032063C1 (ru) * | 1992-04-09 | 1995-03-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "ДиСиДи" | Способ турбинного бурения, устройство для бурения скважин и турбина турбобура (ее варианты) |
| RU2052065C1 (ru) * | 1992-07-27 | 1996-01-10 | Акционерное общество "Земвест" | Турбобур |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4340334A (en) * | 1980-01-30 | 1982-07-20 | Maurer Engineering, Inc. | Turbodrill with rubber rotor bearings |
| RU2111335C1 (ru) * | 1997-06-20 | 1998-05-20 | Закрытое акционерное общество "Инвестиционно-трастовая компания "Спецпромстрой" | Устройство для непрерывного отбора керна с морского дна |
| RU2198994C1 (ru) * | 2002-02-19 | 2003-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Велл Процессинг" | Турбобур-редуктор |
| RU2203380C1 (ru) * | 2002-05-15 | 2003-04-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Буровая техника" | Винтовой героторный двигатель с турбинным активатором |
| RU2202043C1 (ru) * | 2002-05-30 | 2003-04-10 | Василенко Станислав Ефимович | Лопаточная решетка турбомашины |
| RU2269631C1 (ru) * | 2004-08-19 | 2006-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная Компания "РАНКО" | Турбина турбобура |
| RU2322563C1 (ru) * | 2006-09-21 | 2008-04-20 | ООО "ГЗД Технология" | Турбина турбобура |
-
2009
- 2009-11-10 RU RU2009141646/03A patent/RU2403366C1/ru active IP Right Revival
-
2010
- 2010-07-23 WO PCT/RU2010/000408 patent/WO2011059362A1/ru not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4676716A (en) * | 1984-02-17 | 1987-06-30 | Vsesojuzny Nauchno-Issle-Dovatelsky Institut Burovoi Tekhniki | Hydraulic multistage turbine of turbodrill |
| RU2032063C1 (ru) * | 1992-04-09 | 1995-03-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "ДиСиДи" | Способ турбинного бурения, устройство для бурения скважин и турбина турбобура (ее варианты) |
| RU2052065C1 (ru) * | 1992-07-27 | 1996-01-10 | Акционерное общество "Земвест" | Турбобур |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| R. A. LOANNESYAN: "Osnovy teorii i tekhniki turbinnogo bureniya.", GOSUDARSTVENNOE NAUCHNO-TEKHNICHESKOE IZDATELSTVO NEFTYANOY I GORNO-TOPLIVNOY LITERATURY, 1953, MOSCOW, LENINGRAD., pages 31 - 36, 63-69 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103015889A (zh) * | 2012-12-20 | 2013-04-03 | 中国船舶重工集团公司第七�三研究所 | 大功率高速高效涡轮钻具定子和转子组合件 |
| WO2015106419A1 (zh) * | 2014-01-16 | 2015-07-23 | 中国石油大学(北京) | 线投影叶片涡轮定转子组合件及涡轮马达 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2403366C1 (ru) | 2010-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2011216558B2 (en) | Turbine with radial inlet and outlet rotor for use in bidirectional flows | |
| US20100166591A1 (en) | Positive displacement rotary components having main and gate rotors with axial flow inlets and outlets | |
| CN101595276A (zh) | 用于双向流的冲击式涡轮 | |
| CN104066971B (zh) | 水力机械 | |
| CN1840857A (zh) | 轴流式涡轮机 | |
| EP3249157B1 (en) | Steam turbine | |
| JP6496010B2 (ja) | 熱エネルギーを変換する装置及び方法 | |
| CN109779530B (zh) | 油田井下用水力振荡器 | |
| RU2403366C1 (ru) | Турбина турбобура | |
| EP2997252B1 (en) | Air turbine for applications in wave energy conversion | |
| WO2001075275A1 (en) | Dual pressure euler turbine | |
| US4606700A (en) | Turbodrill multistage turbine | |
| CN103939339A (zh) | 螺旋泵级以及包含这种泵级的真空泵 | |
| EP2573383A2 (en) | Impulse air turbine arrangement for use with a reversing bi-directional air flow in a wave power plant | |
| CN103939008B (zh) | 线投影叶片制动级定转子组合件 | |
| CA2560589C (en) | Turbodrill with asymmetric stator and rotor vanes | |
| CN205977280U (zh) | 一种离心径流透平 | |
| US11401947B2 (en) | Hydrogen centrifugal compressor | |
| RU2322563C1 (ru) | Турбина турбобура | |
| RU102662U1 (ru) | Турбина турбобура | |
| RU2831040C1 (ru) | Ротор турбины трения | |
| RU2285103C1 (ru) | Турбобур | |
| RU2265141C1 (ru) | Многоступенчатый компрессор | |
| CN204140257U (zh) | 点投影楔子形叶片制动级定转子组合件 | |
| CN203769645U (zh) | 线投影叶片制动级定转子组合件 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 10830258 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 10830258 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |