Многоступенчатая турбина турбобура

 

1. МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ТУРБИНА ТУРБОБУРА, содержащая металлические статоры, проточные части и ободы которых установлены на ступицах, роторы с проточными частями, установленными на металлических ступицах и внутренние диаметры которых не менее внутренних диаметров проточных частей статоров, отличающаяс я тем, что, с целью повышения ее эксплуатационной надежности и снижения металлоемкости, проточные части роторов выполнены из полимерного материала и снабжены полимерной ступицей , при этом площадь торцовой поверхности обода статора составляет не менее 0,16 гшощади кольца, ограниченного наружным и внутренним диаметрами проточной части статора, а § радиальный зазор между ротором и ступицей статора больше радиального . (Л зазора между статором и металлической ступицей ротора. ч 4 9 :

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (II) (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3692929/22-03 (22) 17.01.84 (46) 07.09.85. Бюл. В 33 (72) И.Я.Вальдман, P.À.Êîìì, Б.Г.любимов, Б.Д.Малкин, А.М.Самойлов В.П.Шумилов и Г.М.Никитин (53) 622.243.92(088.8) (56) Гусман М.Т. и др. Расчет, конструирование и эксплуатация турбобуров. - М: Недра,1976, с. 189-190 ° . Там же, с. 191-192. (54) (57) I . МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ТУРБИНА ТУРБОБУРА, содержащая металлические статоры, проточные части и ободы которых установлены на ступицах, роторы с проточными частями, установленными на металлических ступицах и внутренние диаметры которых не менее внутренних диаметров проточных частей статоров, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения ее эксплуатационной надежности и снижения металлоемкости, проточные части роторов выполнены из полимерного материала и снабжены полимерной Ступицей, при этом площадь торцовой поверхности обода статора составляет не менее 0,16 площади кольца, ограниченного наружным и внутренним диаметрами проточной части статора, а радиальный зазор между ротором и ступицей статора больше радиального зазора между статором и металлической ступицей ротора.!

177433

2. Турбина по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что входные и выходные кромки проточных частей роторов

Изобретение относится к буровой технике и может быть. использовано в конструкциях турбобуров для бурения нефтяных и газовых скважин.

Цель изобретения — повьппение эксплуатационной надежности турбины турбобура при снижении металлоемкости.

На фиг.1 изображена многоступенчатая турбина турбобура, продольное се!

О чение; на фиг.2 — ступени турбины при плоском расположении входных и выходных кромок проточных гаек ротора; на фиг.3 — ступень турбины при койическом расположении входных и выходных кромок проточных частей ро тора, Полимерная проточная часть 1 ротора вместе с полимерной ступицей 2 укреплена на металлической ступице 3, устанавливаемой на валу 4 турбобура.

Металлический статор, проточная часть 5 и обод 6 которого установлены на ступице 7, закреплен в корпусе

8. Корневой диаметр D (внутренний

Г диаметр проточной части) ротора определяет торцовые поверхности его полимерной ступицы, которые в случае осевого контакта ротора и статора взаимодействуют с торцовыми поверхностями ободов 6 соседних статоров.

Внутренний диаметр D проточной части статора при этом выбран так, что площадь торцовой поверхности обода статора составляет величину, апре- 3S деляемую исходя из максимально допустимого напряжения на поверхности соприкасающейся с ним полимерной ступицы ротора и с учетом минимального влияния на гидромеханичоские пара- метры проточной части статора. Радиальный зазор между ротором и ступицей статора выполнен по величине большим радиального зазора между статором и металлической ступицей ротора. Входные 9 и выходные 10 кромки . расположены между плоскостями торцовых поверхностей полимерных ступиц роторов. проточных частей ротора расположены либо в плоскостях торцовых поверхностей полимерной ступицы ротора, либо между ними (фиг,2). Входные и выходные кромки проточной части ротора расположены на поверхностях условных конусов с вершинами,,находящимися на оси турбины или близко к ней (фиг.3).

Многоступенчатая турбина работает аналогично известным металлическим или пластмассовым турбинам, однако при этом она обеспечивает возможность повьппения надежности при сохранении высокого КПД и снижении металлоемкости и трудоемкости ее изготовления.

В процессе работы при выработке осевого люфта опоры до величин, пре— вьппающих осевой люфт турбины, соприкосновение статора и ротора происходит не по проточным частям, как это имеет место в известных конструкциях турбобуров, а по торцовым поверхностям обода 6 статора и ступицы 2 проточной части 1 ротора.

Увеличение Вс (обеспечивающее увеличение площади контакта) ограничено требованиями сохранения энергетической характеристики турбины, уменьшение D (уменьшение контактной поверхности) приводит к росту контактных напряжений и опасности поломки полимерной проточной части ро.тора. Наибольшая опасность такой поломки возникает при монтаже и демон,таже турбинных секций, когда усилия, действующие на систему, составляют величины порядка 15 — 25 т. Для материала проточной части ротора (например, полиамида-12) разрушающие напряжения при сжатии составляют 600—

630 кгс/см .

Учитывая, что количества ступеней, одновременно вступающих в контакт, может составить (наихудший вариант) около 10 от общего количества ступеней в секции, величина D, обес"!

177433 печивающая условие сохранности проточной части ротора, должна быть такой, чтобы площадь торцовой поверхности обода статора составила не менее 0,16 площади кольца, ограниченного наружным и внутренним диаметром проточной части статора. При указанном соотношении гидравлические характеристики ступени (и ее КПД) сохраняются еще на высоком уровне.

Дальнейшее увеличение этого соотношения ведет к росту гидравлических потерь и снижению КПД.

Указанное соприкосновение статора и ротора не ло лопаткам, а по торцовым поверхностям обода статора и полимерной ступицы ротора, которое может происходить как во время работы турбобура, так и в процессе монтажа и демонтажа турбинных секций, обеспечивается конструкцией проточных частей, а именно расположением входных и выходных кромок проточных частей.

При возникновении контакта по торцоЪ вым поверхностям проточные части статора и ротора не контактируют одна с другой, так как входные 9 и выходные 10 кромки проточных частей ротора расположены между плоскостями торцовых поверхностей полимерной ступицы ротора (фиг.2) . Аналогичным образом исключается контакт между проточными частями статора и ротора при расположении входных и выходных кромок проточных частей ротора по варианту, изображенному на фиг.З.

В процессе работы турбобура в ре15 зультате износа радиальных опор искривление вала статора и ротора происходит не по полимерным проточным частям ротора, как это имеет место в известных конструкциях турбобуров, 20 а по металлическим кольцевым поверхностям внутреннего обода 5 статора и ступицы 3 ротора, так как радиальный зазор 5 выполнен большим радиально1 го зазора бсг

1177433

Составитель А.Сергачев

Редактор С.Саенко Техред О.Ващишина Корректор В.Синицкая

Заказ 548)/29 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4