Турбина турбобура

Турбина турбобура

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: забойные двигатели для бурения нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретения: турбина включает статор и ротор с ребордой и опорным выступом ступицы. Реборда выполнена на выходной стороне ротора на одном уровне с опорным выступом ступицы. Параметры турбины выбирают в соответствии с выражением 0,5fT (Gr + GP) (bi. + b2D2cp2)/(bvD CP1 + +b2DCp2) /o Мет, где fr - коэффициент трения пары материалов реборды и статора; ;0 потери КПД одной ступени турбины без реборды; Мет - крутящий момент одной ступени; Gr - гидравлическая нагрузка на одну ступень турбины; Gp - масса ротора; bi, b2 - ширина колец опорных поверхностей опорного выступа и реборды ротора; DCpi, DCp2 - средние диаметры колец опорных поверхностей выступа и реборды ротора. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (я)ю Е 21 В 4/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4832315/03 (22) 25.04.90 (46) 23.05.92. Бюл. ¹ 19 (71) Конструкторско-технологическое бюро технических средств бурения скважин (72) В.В.Шайдаков,А.И.Кравцов,M,Р,Мавлютов, X.È.Àê÷óðèí, И.Н.Конюхов,l0.M.Руденко и А А,Волошин (53) 622.243.95(088.8) (56) Любимов Г.А,и др. Теория и расчет осевых многоступенчатых турбин турбобуров. — Л.:

Гостоптехиздат, 1963, с, 61 — 62, фиг. 46, (54) ТУРБИНА ТУРБОБУРА (57) Использование: забойные двигатели для бурения нефтяных и газовых скважин.

Сущность изобретения: турбина включает статор 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 пом ступицы. Реборда выполнена на выходной стороне ротора на одном уровне с опорным выступом ступицы. Параметры турбины выбирают в соответствии с выражением

0,5тт (Gr + Gp) (b1 1-) cp1+ Ь2О ср2)/(Ь1 l-) cpt +

+Ь20ср2) < )р М т, ГдЕ fr — КОЭффИцИЕНт трЕния пары материалов реборды и статора; )р— потери КПД одной ступени турбины без реборды; Mc> — крутящий момент одной ступени; G — гидравлическая нагрузка на одну ступень турбины; Ор — масса ротора: Ь1, Ь2— ширина колец опорных поверхностей опорного выступа и реборды ротора; Dcp1, Оср2 сРеДние ДиаметРы колеЦ опоРных поверхностей выступа и реборды ротора.

2 ил, имеет в поперечном сечении скос, а внутренние поверхности роторов снабжены ответными выступами.

Недостатком этого турбобура является низкий КПД, обусловленный значительными объемными потерями в радиальном зазоре между ступицей ротора и лопатками статора. с

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 ро1735560 тора на одном уровне с опорным выступом ступицы, причем параметры турбины выбираются в соответствии с выражением: (6г + Gp ) (b1 Dcp) + Ь2 Dcp2 )

0,5 fT <

Ьс Dcp + Ь2 Оса т!о Мст ° где fT — коэффициент трения пары материалов реборды и статора;

no — потери КПД одной ступени без реборды;

Мст — крутящий момент одной ступени;

6г — гидравлическая нагрузка на одну ступень турбины;

Gp — масса ротора;

Ь1, b2 — ширина колец опорных поверхностей опорного выступа и реборды ротора соответственно;

Dcp1, Dcp2 — сРеДние ДиаметРы колеЦ опорных поверхностей выступа и реборды ротора соответственно, Параметры турбины определяются из условия, чтобы момент трения в реборде и .выступе не превышал объемных потерь

Мтр < go Мст, (1) где Мтр — момент трения для одной ступени турбины; — падение КПД одной ступени турбины за счет объемных потерь (при отсутствии реборды на выходной стороне ротора).

Мтр = Мтр1 + Мтр2 (2) где Мтр — момент трения от контакта опорного выступа ротора и статора;

М,рг — момент трения от контакта реборды ротора и статора

X Bcpl

М„1 = «Руд ° Ь1, (3} +cp1

Мтр2 = тт Руд Ь2

2 где fT — коэффициент трения;

Dcp>, Dcp г — средние диаметры колец опорных колец выступа и реборды ротора соответственно;

Ь1, Ь2 — ширина колец опорных поверхностей выступа и реборды ротора соответственно;

Руд — удельные нагрузки на упорные поверхности выступа и реборды ротора.

Р G+G, (4) где Gr — гидравлическая нагрузка на одну ступень турбины;

Gð — масса ротора.

Преобразуем соотношение (1) с учетом (2), (3) и (4) и получим

{Gr+6ð) (Ь1 0ср1+ Ь2 Осрг )

0,5 1т, °

Ь Dcp1+ Ь2 срг

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 стороне оснащен ребордой 6, На выходной стороне реборда выполнена заподлицо с опорным выступом. Параметры турбины выполнены удовлетворяющими условию (5).

Пример конкретного выполнения тур. бины для турбобура диаметром 172 мм с лопаточным аппаратом ЗТСШ1-172. Турби. на включает металлический статор и ротор

2 из полимерного материала. Статор закрепляется в Kîðïóñå 3, ротор на валу.

0ср1 = 95 мм

Dcp2 = 138,8 мм

1т = 0,04

Ьт =5мм

Ьг = 1,75 мм

Gp=2,8 Н

Gr = 147,4 Н

Крутящий момент одной турбины

Мкр1 = — = 1600/336 = 4,76 Н-м, Mr

30 где Мт — крутящий момент турбобура; и — число турбин в турбобуре.

Контакт по реборде исключает объемные потери в паре ротор-статор, Левая часть

35. выражения (5) равна Мтр — моменту трения в опорной поверхности.

Для данных условий Мтр = 0,2 Н м.

Мтр< Qo Мкр1

0,2 < 0,07 4,76;

0,2 < 0,33.

Таким образом, общий КПД турбины за счет применения предложенной конструкции повысится на 0,7(1 — 0,2/0,33) 100 = 3 ф (.

При подаче в турбобур промывочной

45 жидкости в турбине происходит преобразование гидродинамической энергии потока во вращательное движение ротора турбобура на выходной стороне турбины ротор опирается на статор реборды и опорным

5р выступом, Контакт по реборде снижает объемные потери в паре статор-ротор.

Применение данной турбины позволяет повысить КПД турбобура, применять более энергоемкие долота, сократить цикл строи55 тельства скважин.

Формул а из о 6рете ни я

Турбина турбобура, включающая статор и ротор с ребордой и опорным выступом ступицы, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД турбины путем сни1735560 жения объемных потерь, реборда выполнена на выходной стороне ротора на одном уровне с опорным выступом ступицы, причем параметры турбины выбираются в соответствии с выражением (От + Gp ) (b1 Dcp1 + b2 Dcp2 ) г

0,5 1т <

1 0ср1 + b2 Dcp2 1 о Мст где fT — коэффициент трения пары материалов реборды и статора;

rΠ— потери КПД одной ступени турбины без реборды;

Мст — крутящий момент одной ступени;

6т — гидравлическая нагрузка на одну

5 ступень турбины;

Gp — масса ротора;

b1, b2 — ширина колец опорных поверхностей опорного выступа и реборды ротора соответственно;

10 Оср1, Dc 2 — средние диаметры колец опорных поверхностей выступа и реборды ротора соответственно.

Составитель В Шайдаков

Редактор В.Бугренкова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И.Муска

Заказ 1802 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уигород, ул.Гегвринв, 101