Многоступенчатая реактивная турбина

Многоступенчатая реактивная турбина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СССР

Ж 59831

Класс 5 а, 14.„;

88а, 5;

49 а, 40„, 54„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегистрировано в Бюро изобретений Госплана при СНК СССР

П. П. Шумилов, P. А. Иоаннесян, Э. М. Тагиев, М. T. Гусман и П. С. Дроботов.

Многоступенчатая реактивная турбина.

Заявлено 21 января 1989 года в НКНП за № 21270.

Опубликовано 30 апреля 1941 года.

Изобретение имеет в виду многосту- пенчатую реактивную турбину для гидравлического привода, например, для вращения инструмента, непосредственно, без участия редуктора, соединенного с ротором турбины.

Предлагаемая турбина состоит из нескольких реактивных турбинных колес, насаженных на общий вал, одновременно служащий шпинделем для рабочего инструмента или непосредственно соединенный с этим инструментом. В целях удобства изготовления и для создания по возможности одинаковых усилий во всех частях механизма рабочие колеса всех ступеней делаются одинаковыми, Более того, в целях упрощения изготовления турбинного привода, его неподвижные венцы, составляющие по отношению к рабочему колесу направляющую решетку (наяра вляющи и айпара т), делаются подобными рабочим колесам.

Предлагаемый турбинный привод от остальных известных, а также от всех подобных предлагавшихся ранее отличается особыми соотношениями основных гидравлических элементов лопаток рабочего колеса и направляющего аппарата турбины. В целях достижения наилучших показателей в работе, изобретатели на основании многочисленных теоретических и опытных изысканий, предлагают выработанные ими соотношения, в результате применения которых получается наибольший вращающийся момент рабочего колеса (ротора турбинного привода), наибольшая мощность, передаваемая на инструмент, и наилучший коэфициент полезного действия. При использовании выработанных изобретателями соотношений для гидравлических элементов турбины, последняя получается с минима льными габаритными размера ми.

Если в отношении обычных машинорудий сокращение габаритных размеров двигателя является вопросом экономии металла и уменьшения стоимости привода, то в отношении приводного двигателя для буровых инструментов, особенно для нефтяного бурения, вопрос сокращения диаметра приводного двигателя является первостепенным и решающим. В целях возможного снижения стоимости буровых работ и для ускорения проходки скважин их диаметр делается ограниченн ых размеров. По мере углубления диаметр скважин убывает. Поэтому от

5983I приводного двигателя, соединенного с долотом, шарошкой и тому подобным буровым инструментом, требуется, в первую очередь, чтобы двигатель вписывался в габариты обсадной трубы скважины. Этому требованию полностью удовлетворяет двигательный привод, гидравлическая часть которого построена по соотношениям, выработанным изобретателями.

Одним из наиболее важных элементов турбинного колеса является входной угол лопатки, т. е. угол между направлением касательной к профилю решетки и вертикалью. При правильно выбранном угле в колесе должны получиться возможно совершенное обтекание потоком лопатки и возможное уменьшение потерь на завихрениях, удары и тому подобные гидравлические явления в решетке.

Изобретатели нашли, что для безредукторных гидравлических турбинных приводов, где требуется получение рабочих колес со скоростью вращения, дающей наилучшие результаты в отношении работы инструмента, наилучшее значение для величины входного угла лежит в пределах от 25 до

35 . При этих значениях двигатель получается наиболее мощным при данных радиальных размерах. Углы, лежащие в вышеуказанных пределах, позволяют осуществить двигательный привод без необходимости применения редуктора.

Не меньшее значение для конструкции привода имеют и его продольные размеры. В виду весьма большой ограниченности радиальных размеров двигателя величина мощности, получающейся в отдельных колесах (ступенях) двигателя, получается относительно маиой. Вместе с тем на шпинделе инструмента обычно требуется иметь большую суммарную мощность. Особенно большое значение это имеет для буровых двигателей, где при мощности одного колеса 0,5 — 1,0 л. с. мощность на забое требуется порядка нескольких десятков л. с. В этом случае приходится применять несколько десятков и даже сотен (до 150 — 200 и больше) рабочих колес с соответствующими направляющими аппаратами. Подобные двигатели сильно вырастают в продольном направлении, что ведет к удлинению их общего вала и к удалению точки цодвеса (пята) и опоры (направляющий подшипник). Поэтому, в целях возможного уменьшения продольных размеров двигателя, высота отдельных его венцов (колес) должна быть возможно малой. На основании теоретических и экспериментальных исследований изобретатели нашли, что наиболее выгодное решение получается при величине отношения длины хорды лопатки к шагу, лежащей в пределах между 0,62 и 0,85.

На чертеже показано примерное устройство предлагаемой турбины как при во дного двигателя. На фиг. 1 по казан продольный разрез двигателя в целом, на фиг. 2 изображена развертка цилиндрического сечения рабочего колеса и направляющего аппарата.

Изображенный на фиг. 1 двигатель состоит из ротора 5, составленного из нескольких отдельных венцов (колес), тем или иным способом закрепленных на теле шпинделя (вала) 1. Лопатки ротора образуют решетку, закрепленную между ободом ротора 5 и внешним ободом 6. Подобно этому, на неподвижном корпусе 2 закреплены венцы статора 8, образующие направляющий аппарат. Вал 1 через гайку 17 опирается на верхнюю обойму 13 шариковой пяты 25, которая через нижнюю обойму 14 и через подушку 26 передает давление на кольцо подшипника 24 и на заплечик корпуса 12 подшипника, а отсюда на корпус 2. Радиальный подшипник 24 воспринимает поперечные движения вала наверху, а внизу, ниже двигательной части, поперечные движения воспринимаются подшипником 23.

Опыт показал, что хорошие результаты получаются при применении подшипника 23 из резины, запрессованной или иным образом заделанной во втулке 22, заводимой в ниппель 4. Этот последний служит для зажатия венцов 8 статора между торцем ниппеля 4 и заплечиком корпуса 2. Аналогичным образом венцы 5 ротора зажимаются между заплечиком вала 1 и торцем айки 9.

Полость, заключающая осевую пяту и радиальный подшипник, заполнена

59831 фиг. Е маслом. Сверху эта полость закрыта поршнем компенсатора 19, перемеща|ощимся в лубрикаторе 18. Снизу полость ограничена манжетным сальником 31. По мере убыли масла через сальник 31 компенсатор 19 под влиянием давления рабочей среды опускается, вследствие чего давление масла в лубрикаторе 18 остается постоянным.

Рабочая жидкость поступает в турбину из канала А, проходя через кольцевое пространство между трубой (переводником) 3 и стенкой лубрикатора 18. Рабочая жидкость поступает на первый венец статора (направляющего аппарата); выйдя оттуда под определенным углом, она вступает на лопатки первого венца ротора, откуда входит в статор второй ступени и т. д.

Выйдя из ротора последней ступени, рабочая жидкость через окна Б проходит через канал В в валу к выходу.

Двигательная часть турбины (фиг. 2) состоит из вращающихся роторных решеток I лопаток и неподвижных решеток II лопаток статора направляющего аппарата.

Поток, проходя через лопатки направляющего аппарата, приобретает такое направление, что, действуя на лопатки ротора (рабочего келеса), поток создает в роторе наибольший вращающий момент относительно оси вращения. Для этого входной угол лопаток ротора, согласно изобретению, выбирается в пределах от 25 до 35, считая между направлением касательной или хорды лопатки и вертикалью (линией, параллельной оси вращения турбины).

В целях возможного уменьшения продольных размеров турбины высота отдельных венцов (колес) должна быть возможно малой. Однако, при значительном уменьшении высоты колеса длина лопаток б получается недостаточной по отношению к зазору а между лопатками, В целях возможного увеличения коэфициента полезного действия всей турбины в целом, предлагается лопатки делать такой длины и расставлять их на таком расстоянии одна от другой, чтобы отношение b:а было заключено в пределах от 0,62 до 0,85.

Устройство вышеописанной турбины может быть изменяемо в отдельных своих частях или в их соединении, однако не выходя за пределы сущности предмета изобретения. В равной степени изобретение может быть применено в любой области, где требуется непо. средственное безредукторное соединение ротора турбинного привода с приводимым инструментом.

Предмет изобретения.

Многоступенчатая реактивная турбина для непосредственного безредукторного соединения ротора турбины с приводимым инструментом (турбобур, шпиндель станка и т. п.), ступени которой устроены и профилированы одинаково (однообразно) для лопаток статорных и роторных венцов, о т л ича ющаяся тем, что, с целью получения наибольшего вращающего момента и наибольшей отдачи при минимуме габаритных размеров, входной угол лопатки ротора выполнен в пределах от 25 до 35 и отношение длины хорды лопатки к шагу взято в пределах от 0,62 до 0,85.

K авторскому свидетельству N 59831

Госпланиздат

Цена 35 коп.

Отв. редактор П. В. Никитин

Тип. «Сов. печ,», iV! 66519. Зак. № 3916 †О