Узел статора и ротора турбины и турбинный двигатель

Группа изобретений относится к глубинному приводному буру для вращательного бурения. Узел статора и ротора турбины содержит размещенные соосно статор (1) и ротор (2). Статор (1) содержит корпус, лопатку и обод. Ротор (2) содержит корпус, лопатку и обод. Внутренняя стенка обода статора соосно размещена с внешней стенкой корпуса ротора. Линия пересечения каждой точки на внешнем контуре лопатки статора с меридиональной плоскостью, соответствующей ей, представляет собой первую линию пересечения, которая перпендикулярно пересекается с первой прямой линией проекции, продолжающейся через обод статора. Линия пересечения каждой точки на внешнем контуре лопатки ротора с меридиональной плоскостью, соответствующей ей, представляет собой вторую линию пересечения, которая перпендикулярно пересекается со второй прямой линией проекции, продолжающейся через корпус ротора. Группа изобретений направлена на обеспечение высокой гидравлической эффективности, простой конструкции, высокого крутящего момента и пригодности для бурения ствола скважины различных размеров. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к глубинному приводному буру для вращательного бурения в областях разработки нефти, природного газа, газа из угольных пластов, сланцевого газа и т.п. или бурения ствола скважины или перфораторного бурения в областях геологии, железнодорожной отрасли, электроэнергетики, коммуникации и т.п., в частности, узлу статора и ротора турбобура с высоким крутящим моментом и турбинному двигателю, принадлежащим к области машиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Технология турбобурения представляет значительный экономический и социальный интерес и является одной из передовых технологий в нефтяной промышленности. Турбобурение может уменьшать потребление и снижать расходы. Турбобур представляет собой глубинный приводной бур в самых ранних промышленных применениях, состоящий из трех частей, таких как турбинный двигатель, карданный вал и приводной вал, функционирующий с возможностью преобразования энергии давления текучей среды рабочей текучей среды во вращательную механическую энергию выходного вала и с возможностью приведения во вращение бурильного сверла так, чтобы раздроблять глубинные горные породы в пластах. Турбинный двигатель представляет собой силовую секцию турбобура, и проектирование статора и ротора турбины имеет крайне большое значение для проектирования турбинного двигателя.

Исторически турбобур всегда служил в качестве одного из традиционных глубинных приводных буров в нефтяных областях после его изобретения, но он медленно развивался и не мог должным образом применяться, главные причины этого состоят в следующем: существующий турбобур имеет высокую скорость вращения, маленький крутящий момент, одну модель, короткий срок службы, несовместимые с уровнем развития существующего бурового оборудования и измерительных приборов.

В уровне техники (CN203308640U) раскрыт узел статора и ротора турбины, содержащий статор и ротор, которые размещены соосно, причем ротор содержит цилиндрический корпус ротора, множество лопаток ротора и круговой венец лопаток ротора, причем на периферии одного конца корпуса ротора расположена втулка, выступающая в радиальном направлении; статор содержит цилиндрический корпус статора, множество лопаток статора и круговой венец лопаток статора; причем внутренняя стенка венца лопаток статора размещена соосно с внешней стенкой корпуса ротора; лопатки ротора и лопатки статора расположены под наклоном относительно центральных валов ротора и статора, причем направление наклона лопаток ротора и лопаток статора противоположно. Кроме того, в уровне техники раскрыт турбинный двигатель, снабженный небольшим по размеру узлом статора и ротора турбины.

С учетом недостатков существующего турбобура, отмеченных выше, изобретатель фактически выполнил улучшение и инновацию в существующей турбинной технологии на основе участия в соответствующем научно-практическом исследовании в течение длительного времени так, чтобы реализовать узел статора и ротора турбины и турбинный двигатель с высоким крутящим моментом и высокой эффективностью.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является обеспечение узла статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией, имеющего высокий крутящий момент, высокую эффективность и пригодного для бурения ствола скважины различных размеров.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение турбинного двигателя, имеющего высокий крутящий момент, высокую эффективность и пригодного для бурения ствола скважины различных размеров.

Для того чтобы решать вышеупомянутые задачи, настоящее изобретение предлагает узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией, содержащий статор и ротор, которые соосно размещены, центральные оси статора и ротора лежат на одной линии; статор содержит цилиндрический корпус статора, несколько лопаток статора и круговой обод статора, и лопатки статора расположены в окружном направлении между корпусом статора и ободом статора; ротор содержит цилиндрический корпус ротора, несколько лопаток ротора и круговой обод ротора, и лопатки ротора расположены в окружном направлении между корпусом ротора и ободом ротора; внутренняя стенка обода статора соосно размещена с внешней стенкой корпуса ротора; линия пересечения каждой точки на внешнем контуре лопатки статора с меридиональной плоскостью, соответствующей ей, представляет собой первую линию пересечения, которая перпендикулярно пересекается с первой прямой линией проекции, продолжающейся через обод статора; линия пересечения каждой точки на внешнем контуре лопатки ротора с меридиональной плоскостью, соответствующей ей, представляет собой вторую линию пересечения, которая перпендикулярно пересекается со второй прямой линией проекции, продолжающейся через корпус ротора.

Узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией, который отмечен выше, в котором первая прямая линия проекции представляет собой центральную ось статора, и вторая прямая линия проекции представляет собой центральную ось ротора.

Узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией, который отмечен выше, в котором каждая из лопаток статора расположена на одинаковой высоте в осевом направлении статора и расположена с одинаковыми интервалами в окружном направлении статора; каждая из лопаток ротора расположена на одинаковой высоте в осевом направлении ротора и расположена с одинаковыми интервалами в окружном направлении ротора.

Узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией, который отмечен выше, в котором направление угла установки лопатки статора противоположно направлению угла установки лопатки ротора; угол установки лопатки статора постепенно уменьшается изнутри наружу в радиальном направлении статора, и угол установки лопатки ротора также постепенно уменьшается изнутри наружу в радиальном направлении ротора; и значение котангенса угла установки лопатки статора, и значение котангенса угла установки лопатки ротора прямо пропорциональны радиусу соответствующей изодиаметрической цилиндрической поверхности.

Узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией, который отмечен выше, в котором толщина лопатки статора постепенно увеличивается изнутри наружу в радиальном направлении статора и прямо пропорциональна радиусу соответствующей изодиаметрической цилиндрической поверхности; толщина лопатки ротора также постепенно увеличивается изнутри наружу в радиальном направлении ротора и прямо пропорциональна радиусу соответствующей изодиаметрической цилиндрической поверхности.

Узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией, который отмечен выше, в котором расширяющийся контур лопатки статора вдоль изодиаметрической цилиндрической поверхности содержит переднюю кромку лопатки статора, заднюю кромку лопатки статора, нагнетающую поверхность лопатки статора и засасывающую поверхность лопатки статора; линия пересечения передней кромки лопатки статора, задней кромки лопатки статора, нагнетающей поверхности лопатки статора и засасывающей поверхности лопатки статора с меридиональной плоскостью представляет собой прямую линию, и линия пересечения лопатки статора перпендикулярно пересекается с центральной осью статора; расширяющийся контур лопатки ротора вдоль изодиаметрической цилиндрической поверхности содержит переднюю кромку лопатки ротора, заднюю кромку лопатки ротора, нагнетающую поверхность лопатки ротора и засасывающую поверхность лопатки ротора; линия пересечения передней кромки лопатки ротора, задней кромки лопатки ротора, нагнетающей поверхности лопатки ротора и засасывающей поверхности лопатки ротора с меридиональной плоскостью представляет собой прямую линию, и линия пересечения лопатки ротора перпендикулярно пересекается с центральной осью ротора.

Узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией, который отмечен выше, в котором первая прямая линия проекции и центральная ось статора представляют собой прямые линии, параллельные друг другу, и первая прямая линия проекции отстоит от центральной оси статора на расстоянии, меньшем или равном 50 мм; вторая прямая линия проекции и центральная ось ротора представляют собой прямые линии, параллельные друг другу, и вторая прямая линия проекции отстоит от центральной оси ротора на расстоянии, меньшем или равном 50 мм.

Настоящее изобретение также обеспечивает турбинный двигатель, содержащий шпиндель турбинного двигателя и кожух двигателя, причем узел статора и ротора турбины, который отмечен выше, установлен на шпинделе турбинного двигателя.

Турбинный двигатель, который отмечен выше, в котором узел статора и ротора турбины уложен в 50-300 ступенях в осевом направлении шпинделя турбинного двигателя так, чтобы образовывать турбинный двигатель с высоким крутящим моментом с 50-300 ступенями статора и ротора турбины.

По сравнению с известным уровнем техники настоящее изобретение имеет следующие признаки и преимущества:

1. Узел статора и ротора турбины настоящего изобретения имеет высокую гидравлическую эффективность;

2. Турбинный двигатель настоящего изобретения имеет простую конструкцию, высокий крутящий момент и пригоден для бурения ствола скважины различных размеров.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Чертежи, описанные здесь, представлены исключительно в целях иллюстрации и не предназначены для ограничения объема охраны настоящего раскрытия каким-либо образом. В дополнение, формы и пропорциональные размеры каждой части на Фигурах являются исключительно иллюстративными для содействия пониманию настоящего изобретения и не предназначены для особенного ограничения форм и пропорциональных размеров каждой части настоящего изобретения. Специалист в данной области техники, имеющий преимущество замыслов здесь, может выбирать различные возможные формы и пропорциональные размеры согласно конкретному условию так, чтобы осуществлять настоящее изобретение.

Фиг. 1 представляет собой схематический вид в поперечном сечении конструкции узла статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией настоящего изобретения;

Фиг. 2 представляет собой схематический вид с частичным разрезом конструкции узла статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией настоящего изобретения;

Фиг. 3 представляет собой схематический вид в поперечном сечении конструкции статора настоящего изобретения;

Фиг. 4 представляет собой схематический вид в перспективе конструкции статора настоящего изобретения;

Фиг. 5 представляет собой схематический вид лопаток статора настоящего изобретения, расширяющихся вдоль изодиаметрической цилиндрической поверхности (S=1) вершины лопатки;

Фиг. 6 представляет собой схематический вид с разрезом статора настоящего изобретения вдоль изовременной меридиональной плоскости (I=0,5);

Фиг. 7 представляет собой схематический вид в поперечном сечении конструкции ротора настоящего изобретения;

Фиг. 8 представляет собой схематический вид в перспективе конструкции ротора настоящего изобретения;

Фиг. 9 представляет собой схематический вид лопаток ротора настоящего изобретения, расширяющихся вдоль изодиаметрической цилиндрической поверхности (S=1) вершины лопатки;

Фиг. 10 представляет собой схематический вид с разрезом ротора настоящего изобретения вдоль изовременной меридиональной плоскости (I=0,5); и

Фиг. 11 представляет собой схематический вид в поперечном сечении конструкции турбинного двигателя настоящего изобретения.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ:

1 - статор; 11 - корпус статора; 12 - лопатка статора; 121 - вершина лопатки статора; 122 - нижняя часть лопатки статора; 123 - передняя кромка лопатки статора; 124 - задняя кромка лопатки статора; 125 - нагнетающая поверхность лопатки статора; 126 - засасывающая поверхность лопатки статора; 13 - обод статора;

2 - ротор; 21 - корпус ротора; 22 - лопатка ротора; 221 - вершина лопатки ротора; 222 - нижняя часть лопатки ротора; 223 - передняя кромка лопатки ротора; 224 - задняя кромка лопатки ротора; 225 - нагнетающая поверхность лопатки ротора; 226 - засасывающая поверхность лопатки ротора; 23 - обод ротора; 24 - втулка;

3 - изодиаметрическая цилиндрическая поверхность; 4 - изовременная меридиональная плоскость; 41 - первая линия пересечения; 42 - вторая линия пересечения; 51 - первая прямая линия проекции; 52 - вторая прямая линия проекции; 6 - шпиндель турбинного двигателя; 7 - кожух двигателя.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Подробности настоящего изобретения станут более ясными со ссылкой на сопровождающие чертежи и подробное описание изобретения. Однако подробное описание изобретения, описанное здесь, представлено исключительно в целях объяснения изобретения, и его не следует истолковывать как ограничивающее изобретение каким-либо образом. Любое возможное изменение на основе настоящего изобретения может быть предусмотрено специалистом в данной области техники, имеющим преимущества замыслов здесь, и его следует рассматривать как находящееся в пределах объема охраны изобретения.

Обратимся к Фиг. 1-11, Фиг. 1 представляет собой схематический вид в поперечном сечении конструкции узла статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией настоящего изобретения; Фиг. 2 представляет собой схематический вид с частичным разрезом конструкции узла статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией настоящего изобретения; Фиг. 3 представляет собой схематический вид в поперечном сечении конструкции статора настоящего изобретения; Фиг. 4 представляет собой схематический вид в перспективе конструкции статора настоящего изобретения; Фиг. 5 представляет собой схематический вид лопаток статора настоящего изобретения, расширяющихся вдоль изодиаметрической цилиндрической поверхности (S=1) вершины лопатки; Фиг. 6 представляет собой схематический вид с разрезом статора настоящего изобретения вдоль изовременной меридиональной плоскости (I=0,5); Фиг. 7 представляет собой схематический вид в поперечном сечении конструкции ротора настоящего изобретения; Фиг. 8 представляет собой схематический вид в перспективе конструкции ротора настоящего изобретения; Фиг. 9 представляет собой схематический вид лопаток ротора настоящего изобретения, расширяющихся вдоль изодиаметрической цилиндрической поверхности (S=1) вершины лопатки; Фиг. 10 представляет собой схематический вид с разрезом ротора настоящего изобретения вдоль изовременной меридиональной плоскости (I=0,5); и Фиг. 11 представляет собой схематический вид в поперечном сечении конструкции турбинного двигателя настоящего изобретения.

Как показано на Фиг. 1-10, настоящее изобретение предлагает узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией, содержащий статор 1 и ротор 2, которые соосно размещены, центральные оси OO’ статора 1 и ротора 2 лежат на одной линии, статор 1 содержит цилиндрический корпус 11 статора, несколько лопаток 12 статора и круговой обод 13 статора, и лопатки 12 статора расположены в окружном направлении между корпусом 11 статора и ободом 13 статора (как показано на Фиг. 4). Лопатки 12 статора равномерно разнесены вдоль внутренней окружной поверхности корпуса 11 статора, и внешняя стенка обода 13 статора соединена с нижней частью 122 лопатки лопатки 12 статора. Ротор 2 содержит цилиндрический корпус 21 ротора, несколько лопаток 22 ротора и круговой обод 23 ротора, и лопатки 22 ротора расположены в окружном направлении между корпусом 21 ротора и ободом 23 ротора. Как показано на Фиг. 8, втулка 24, выступающая радиально, обеспечена на внешней окружности одного конца корпуса 21 ротора, лопатки 22 ротора равномерно разнесены вдоль внешней окружной поверхности втулки 24, обод 23 ротора установлен на вершине 221 лопатки лопаток 22 ротора так, что корпус 21 ротора, лопатки 22 ротора и обод 23 ротора образуют ротор 2 в единой конструкции, которая может позволять шпинделю турбинного двигателя продолжаться через корпус 21 ротора и вращаться синхронно с ротором 2. Внутренняя стенка обода 13 статора и внешняя стенка корпуса 21 ротора соосно размещены так, что статор 1 установлен в роторе 2.

В настоящем изобретении профили лопаток 12 статора и лопаток 22 ротора образованы линейной проекцией. Сторона, где лопатки 12 статора примыкают к корпусу 11 статора, представляет собой вершину 121 лопатки статора, а сторона, где они примыкают к ободу 13 статора, представляет собой нижнюю часть 122 лопатки статора. Имеется множество цилиндрических поверхностей с их центральной осью, соосной корпусу 11 статора и ободу 13 статора между вершиной 121 лопатки статора и нижней частью 122 лопатки статора, каждая цилиндрическая поверхность называется изодиаметрической цилиндрической поверхностью 3. Положение любой изодиаметрической цилиндрической поверхности 3 между вершиной 121 лопатки статора и нижней частью 122 лопатки статора относительно вершины 121 лопатки статора и нижней части 122 лопатки статора обозначено S, причем 0≤S≤1,0, когда изодиаметрическая цилиндрическая поверхность 3 совпадает с цилиндрической поверхностью, где расположена нижняя часть 122 лопатки статора, то S=0, а когда изодиаметрическая цилиндрическая поверхность 3 совпадает с цилиндрической поверхностью, где расположена вершина 121 лопатки статора, то S=1,0. Соответственно, сторона, где лопатки 22 ротора примыкают к корпусу 21 ротора, представляет собой нижнюю часть 222 лопатки ротора, а сторона, где они примыкают к ободу 23 ротора, представляет собой вершину 221 лопатки ротора. Имеется множество цилиндрических поверхностей с их центральной осью, соосной корпусу 21 ротора и ободу 23 ротора между вершиной 221 лопатки ротора и нижней частью 222 лопатки ротора, каждая цилиндрическая поверхность также называется изодиаметрической цилиндрической поверхностью 3. Положение любой изодиаметрической цилиндрической поверхности 3 между вершиной 221 лопатки ротора и нижней частью 222 лопатки ротора относительно вершины 221 лопатки ротора и нижней части 222 лопатки ротора обозначено S, причем 0≤S≤1,0; когда изодиаметрическая цилиндрическая поверхность 3 совпадает с цилиндрической поверхностью, где расположена нижняя часть 222 лопатки ротора, то S=0, а когда изодиаметрическая цилиндрическая поверхность 3 совпадает с цилиндрической поверхностью, где расположена вершина 221 лопатки ротора, то S=1,0. Статор 1 расположен путем размещения и наложения с ротором 2 один поверх другого, при этом их центральные оси являются соосными, и в связи с этим изодиаметрическая цилиндрическая поверхность на статоре 1 и изодиаметрическая цилиндрическая поверхность на роторе 2 с одинаковым значением S являются одной и той же изодиаметрической цилиндрической поверхностью.

В настоящем изобретении плоскость, перпендикулярно пересекающаяся с центральными осями статора 1 и ротора 2, называется меридиональной плоскостью. Как показано на Фиг. 5, положение меридиональной плоскости между верхним концом (входом) и нижним концом (выходом) лопаток 12 статора относительно верхнего и нижнего концов представлено I, причем 0≤I≤1,0. Причем меридиональная плоскость с одинаковым значением I называется изовременной меридиональной плоскостью 4; когда изовременная меридиональная плоскость 4 тангенциальна верхнему концу лопаток 12 статора, то I=0; когда изовременная меридиональная плоскость 4 тангенциальна нижнему концу лопаток 12 статора, то I=1. Соответственно, как показано на Фиг. 9, положение меридиональной плоскости между верхним концом (входом) и нижним концом (выходом) лопаток 22 ротора относительно верхнего и нижнего концов представлено I, причем 0≤I≤1,0. Причем меридиональная плоскость с одинаковым значением I называется изовременной меридиональной плоскостью 4; когда изовременная меридиональная плоскость 4 тангенциальна верхнему концу лопаток 22 ротора, то I=0, а когда изовременная меридиональная плоскость 4 тангенциальна нижнему концу лопаток 12 ротора, то I=1.

В настоящем изобретении, как показано на Фиг. 6, линия пересечения каждой точки на внешнем контуре лопатки 12 статора с изовременной меридиональной плоскостью 4, соответствующей ей, представляет собой первую линию 41 пересечения, которая перпендикулярно пересекается с первой прямой линией 51 проекции, продолжающейся через обод 13 статора; и линия пересечения каждой точки на внешнем контуре лопатки 22 ротора с изовременной меридиональной плоскостью 4, соответствующей ей, представляет собой вторую линию 42 пересечения, которая перпендикулярно пересекается со второй прямой линией 52 проекции, продолжающейся через корпус 21 ротора. В настоящем изобретении первая прямая линия 51 проекции и вторая прямая линия 52 проекции могут представлять собой прямые линии, совпадающие друг с другом, или прямые линии, не совпадающие друг с другом, при условии, что это обеспечивает, что первая прямая линия 51 проекции продолжается через обод 13 статора, а вторая прямая линия проекции продолжает через корпус 21 ротора. Эксперимент предполагает, что узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией настоящего изобретения имеет высокий крутящий момент, высокую гидравлическую эффективность и пригоден для бурения ствола скважины различных размеров.

В настоящем варианте выполнения предпочтительно, что первая прямая линия 51 проекции представляет собой центральную ось статора 1, а вторая прямая линия 52 проекции представляет собой центральную ось ротора 2.

Дополнительно, каждая из лопаток 12 статора расположена на одинаковой высоте в осевом направлении статора 1 и расположена с одинаковыми интервалами в окружном направлении статора 1; каждая из лопаток 22 ротора расположена на одинаковой высоте в осевом направлении ротора 2 и расположена с одинаковыми интервалами в окружном направлении ротора 2.

Дополнительно, как показано на Фиг. 5 и 9, лопатки 22 ротора и лопатки 12 статора наклонно расположены относительно центральной оси ротора 2 и статора 1, и лопатки 22 ротора наклонены в противоположном направлении от лопаток 12 статора. Направление угла установки лопатки 12 статора противоположно направлению угла установки лопатки 22 ротора, что соответствует правилу правого винта, т.е. лопатки 12 статора испытывают правостороннее вращение, а лопатки 22 ротора испытывают левостороннее вращение, угол установки лопатки 12 статора постепенно уменьшается изнутри наружу в радиальном направлении статора 1, и угол установки лопатки 22 ротора также постепенно уменьшается изнутри наружу в радиальном направлении ротора 2; и значение котангенса углов и установки и лопатки статора, и лопатки ротора прямо пропорционально радиусу соответствующей изодиаметрической цилиндрической поверхности.

Дополнительно, как показано на Фиг. 5 и 9, толщина лопаток 12 статора постепенно увеличивается изнутри наружу в радиальном направлении статора 1 и прямо пропорциональна радиусу соответствующей изодиаметрической цилиндрической поверхности 3; толщина лопаток ротора также постепенно увеличивается изнутри наружу в радиальном направлении ротора и также прямо пропорциональна радиусу соответствующей изодиаметрической цилиндрической поверхности 3.

В настоящем изобретении, как показано на Фиг. 5 и 9, расширяющийся контур лопатки 12 статора вдоль изодиаметрической цилиндрической поверхности 3 содержит переднюю кромку 123 лопатки статора, заднюю кромку 124 лопатки статора, нагнетающую поверхность 125 лопатки статора и засасывающую поверхность 126 лопатки статора. Линия пересечения передней кромки 123 лопатки статора, задней кромки 124 лопатки статора, нагнетающей поверхности 125 лопатки статора и засасывающей поверхности 126 лопатки статора с изовременной меридиональной плоскостью 4 представляет собой прямую линию, и линия пересечения лопатки 12 статора перпендикулярно пересекается с центральной осью статора; расширяющийся контур лопатки 22 ротора вдоль изодиаметрической цилиндрической поверхности 3 содержит переднюю кромку 223 лопатки ротора, заднюю кромку 224 лопатки ротора, нагнетающую поверхность 225 лопатки ротора и засасывающую поверхность 226 лопатки ротора. Линия пересечения передней кромки 223 лопатки ротора, задней кромки 224 лопатки ротора, нагнетающей поверхности 225 лопатки ротора и засасывающей поверхности 226 лопатки ротора с изовременной меридиональной плоскостью 4 также представляет собой прямую линию, и линия пересечения лопатки 22 ротора также перпендикулярно пересекается с центральной осью ротора.

Дополнительно, первая прямая линия 51 проекции и центральная ось статора 1 представляют собой прямые линии, параллельные друг другу, и первая прямая линия 51 проекции отстоит от центральной оси статора 1 на расстоянии, меньшем или равном 50 мм; и вторая прямая линия 52 проекции и центральная ось ротора 2 представляют собой прямые линии, параллельные друг другу, и вторая прямая линия 52 проекции отстоит от центральной оси ротора 2 на расстоянии, меньшем или равном 50 мм.

Дополнительно, как показано на Фиг. 1, 3 и 7, осевая высота статора 1 и ротора 2 составляет ==2060 мм, и внешний диаметр статора 1 составляет =50300 мм, а внутренний диаметр ротора 2 составляет =20200 мм.

Дополнительно, как показано на Фиг. 1, 3 и 7, осевая высота обода 13 статора составляет =720 мм, осевая высота обода 23 ротора составляет =720 мм; осевая высота лопатки 12 статора составляет =720 мм, и осевая высота лопатки 22 ротора составляет =720 мм.

Дополнительно, как показано на Фиг. 1, 2, 3 и 7, внутренний окружной диаметр обода 23 ротора составляет , и внутренний окружной диаметр корпуса 11 статора составляет , то есть внешний диаметр проточного канала этого узла статора и ротора составляет с отношением ===40280 мм; внешний окружной диаметр втулки 24 корпуса 21 ротора составляет , и внешний окружной диаметр обода 13 статора составляет , то есть внутренний диаметр проточного канала этого узла статора и ротора составляет с отношением ===30220 мм; среднее арифметическое значение внешнего диаметра пропускного канала и внутреннего диаметра пропускного канала представляет собой усредненный диаметр пропускного канала с отношением =35250 мм; половина разности внешнего диаметра пропускного канала и внутреннего диаметра пропускного канала представляет собой ширину пропускного канала с отношением ==,==5125 мм (примечание: и =, и также могут иметь различные значения, если необходимо).

Дополнительно, как показано на Фиг. 4 и 8, количество лопаток 12 статора и количество лопаток 22 ротора составляют =1060, =1060 соответственно так, чтобы удовлетворять требованиям различных рабочих условий.

Дополнительно, как показано на Фиг. 5 и 9, шаг между двумя смежными лопатками 12 статора составляет , =5,015,0 мм; шаг между двумя смежными лопатками 22 ротора составляет , =5,015,0 мм. Входной угол лопатки 12 статора составляет , =30°150°; входной угол лопатки 22 ротора составляет , =30°150°. Выходной угол лопатки 12 статора составляет , =5°85°; выходной угол лопатки 22 ротора составляет , =5°85°. Радиус передней кромки лопатки 12 статора составляет , =0,13,0 мм; радиус задней кромки составляет , =0,13,0 мм. Радиус передней кромки лопатки 22 ротора составляет , =0,13,0 мм; радиус задней кромки составляет , =0,13,0 мм. Угол сужения передней кромки лопатки 12 статора составляет 1°≤≤75°; угол сужения передней кромки лопатки 22 ротора составляет , 1°≤≤75°. Угол сужения задней кромки лопатки 12 статора составляет , 1°≤≤75°; угол сужения задней кромки лопатки 22 ротора составляет , 1°≤≤75°. Угол установки лопатки 12 статора составляет , =20°90°; угол установки лопатки 22 ротора составляет , =20°90°.

Дополнительно, как показано на Фиг. 6 и 10, лопатки 12 статора или лопатки 22 ротора пересекаются с изовременной меридиональной плоскостью 4 со значением I, равным 0,5, обе прямые линии 41, 42 пересечения нагнетающей поверхности 125 лопатки статора и засасывающей поверхности 126 лопатки статора или нагнетающей поверхности 225 лопатки ротора и засасывающей поверхности 226 лопатки ротора с соответствующей изовременной меридиональной плоскостью 4 указывают в направлении радиуса, окружная толщина лопаток 12 статора и окружная толщина лопаток 22 ротора постепенно увеличиваются (изнутри наружу) в радиальном направлении прямо пропорционально радиусу изодиаметрической цилиндрической поверхности 3.

Отметим, что определения входного угла, выходного угла, радиуса передней кромки, радиуса задней кромки, угла сужения передней кромки, угла сужения задней кромки, угла установки лопаток вышеупомянутых лопаток 12 статора и лопаток 22 ротора турбины общеизвестны в уровне техники и в связи с этим дополнительно не описаны здесь.

Таким образом, вследствие вышеотмеченного конструктивного проектирования настоящее изобретение имеет преимущества простой конструкции, низкого перепада давления, высокого крутящего момента и высокой гидравлической эффективности.

Как показано на Фиг. 11, изобретение дополнительно предлагает турбинный двигатель, содержащий шпиндель 6 турбинного двигателя и кожух 7 двигателя, шпиндель 6 турбинного двигателя соединен с узлом статора и ротора турбины, который отмечен выше. Турбинный двигатель настоящего изобретения имеет простую конструкцию, высокий крутящий момент и пригоден для бурения ствола скважины различных размеров.

Дополнительно, узел статора и ротора турбины уложен в 50-300 ступенях вдоль осевого направления шпинделя 6 турбинного двигателя так, чтобы образовывать турбинный двигатель с высоким крутящим моментом с 50-300 ступенями статора и ротора турбины, турбинный двигатель настоящего изобретения применим к турбобуру и узлу забойного оборудования для бурения ствола скважины или перфорирования с диаметром Φ60-Φ600 мм.

Для подробного объяснения каждого варианта выполнения, отмеченного выше, задачей является только объяснение изобретения для облегчения лучшего понимания настоящего изобретения. Однако эти описания никоим образом не могут истолковываться как ограничивающие настоящее изобретение, в особенности, каждый признак, описанный в различных вариантах выполнения, также может быть объединен с другим признаком в любом сочетании для образования других вариантов выполнения, если ясно не описано обратное, следует понимать, что эти признаки могут быть применены к любому варианту выполнения, и они не ограничены исключительно вышеописанными вариантами выполнения.

1. Узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией, содержащий статор и ротор, которые размещены соосно, центральные оси статора и ротора лежат на одной линии; статор содержит цилиндрический корпус статора, множество лопаток статора и круговой обод статора, причем лопатки статора расположены в окружном направлении между корпусом статора и ободом статора; ротор содержит цилиндрический корпус ротора, множество лопаток ротора и круговой обод ротора, причем лопатки ротора расположены в окружном направлении между корпусом ротора и ободом ротора; внутренняя стенка обода статора размещена соосно с внешней стенкой корпуса ротора, причем линия пересечения каждой точки на внешнем контуре лопатки статора с меридиональной плоскостью, соответствующей ей, представляет собой первую линию пересечения, которая перпендикулярно пересекается с первой прямой линией проекции, продолжающейся через обод статора; линия пересечения каждой точки на внешнем контуре лопатки ротора с меридиональной плоскостью, соответствующей ей, представляет собой вторую линию пересечения, которая перпендикулярно пересекается со второй прямой линией проекции, продолжающейся через корпус ротора.

2. Узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией по п. 1, в котором первая прямая линия проекции представляет собой центральную ось статора, а вторая прямая линия проекции представляет собой центральную ось ротора.

3. Узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией по п. 1 или 2, в котором каждая из лопаток статора расположена на одинаковой высоте в осевом направлении статора и расположена с одинаковыми интервалами в окружном направлении статора; каждая из лопаток ротора расположена на одинаковой высоте в осевом направлении ротора и расположена с одинаковыми интервалами в окружном направлении ротора.

4. Узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией по п. 1 или 2, в котором направление угла установки лопатки статора противоположно направлению угла установки лопатки ротора; угол установки лопатки статора постепенно уменьшается изнутри наружу в радиальном направлении статора, и угол установки лопатки ротора также постепенно уменьшается изнутри наружу в радиальном направлении ротора; причем как значение котангенса угла установки лопатки статора, так и значение котангенса угла установки лопатки ротора прямо пропорциональны радиусу соответствующей изодиаметрической цилиндрической поверхности.

5. Узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией по п. 1 или 2, в котором толщина лопатки статора постепенно увеличивается изнутри наружу в радиальном направлении статора и прямо пропорциональна радиусу соответствующей изодиаметрической цилиндрической поверхности; толщина лопатки ротора также постепенно увеличивается изнутри наружу в радиальном направлении ротора и прямо пропорциональна радиусу соответствующей изодиаметрической цилиндрической поверхности.

6. Узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией по п. 1 или 2, в котором расширяющийся контур лопатки статора вдоль изодиаметрической цилиндрической поверхности содержит переднюю кромку лопатки статора, заднюю кромку лопатки статора, нагнетающую поверхность лопатки статора и засасывающую поверхность лопатки статора; линия пересечения передней кромки лопатки статора, задней кромки лопатки статора, нагнетающей поверхности лопатки статора и засасывающей поверхности лопатки статора с меридиональной плоскостью представляет собой прямую линию, и линия пересечения лопатки статора перпендикулярно пересекается с центральной осью статора; расширяющийся контур лопатки ротора вдоль изодиаметрической цилиндрической поверхности содержит переднюю кромку лопатки ротора, заднюю кромку лопатки ротора, нагнетающую поверхность лопатки ротора и засасывающую поверхность лопатки ротора; линия пересечения передней кромки лопатки ротора, задней кромки лопатки ротора, нагнетающей поверхности лопатки ротора и засасывающей поверхности лопатки ротора с меридиональной плоскостью представляет собой прямую линию, и линия пересечения лопатки ротора также перпендикулярно пересекается с центральной осью ротора.

7. Узел статора и ротора турбины с лопатками с линейной проекцией по п. 1, в котором первая прямая линия проекции и центральная ось статора представляют собой прямые линии, параллельные друг другу, и первая прямая линия проекции отстоит от центральной оси статора на расстоянии, меньшем или равном 50 мм; вторая прямая линия проекции и центральная ось ротора представляют собой прямые линии, параллельные друг другу, и вторая прямая линия проекции отстоит от центральной оси ротора на расстоянии, меньшем или равном 50 мм.

8. Турбинный двигатель, содержащий шпиндель турбинного двигателя и кожух двигателя, причем узел статора и ротора турбины по любому из пп. 1-7 установлен на шпинделе турбинного двигателя.

9. Турбинный двигатель по п. 8, в котором узел статора и ротора турбины уложен в 50-300 ступенях в осевом направлении шпинделя турбинного двигателя с образованием турбинного двигателя с высоким крутящим моментом с 50-300 ступенями статора и ротора турбины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидравлической машине, в частности к водяной турбине, насосной турбине или насосу. .

Изобретение относится к технологии монтажа гидромашинного оборудования и может быть использовано при монтаже закладных частей в гидротурбинных блоках (ГТБ) ГЭС, ГАЭС и насосных станций с вертикальными гидромашинами, имеющими сварную металлическую спиральную камеру.

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в статорных частях гидромашин. .

Изобретение относится к гидроэнергетическому строительству После установки # /7 грузонесущего конуса 2 гидротурбины 1 производят обетонирование его нижней части Статор (С) 4, спиральную камеру 5, нижнее кольцо б направляющего аппарата 7 и грузонесущую шахту 9 устанавливают на наклонные опоры 3 конуса 2 Лопатки монтируют на кольце б и опирают на него рабочее колесо 11 с валом 12.

Изобретение относится к гидромашиностроению . .

Группа изобретений относится к гидравлическим турбинам. Узел гидравлической турбины 50 содержит ступицу 54, выполненную с возможностью вращения вокруг центральной оси 71 и с возможностью установки в водяном канале, и по меньшей мере три лопасти 52 рабочего колеса.

Группа изобретений относится к форме лопатки для гидротурбины Френсиса и, в частности, к выходному углу и толщине лопатки. Лопатка 20 для рабочего колеса 18 турбины Френсиса, имеющего диаметр (Dth) критического сечения, имеет максимальную толщину не менее 0,03 диаметра (Dth) критического сечения.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в гидроэнергетике, но может быть использовано и в других отраслях техники. Способ придания вращательного движения рабочему колесу состоит в том, что образуют основной крутящий момент, используя реакцию втекающей жидкости при взаимодействии потока с основными лопастями 5, расположенными выпуклой стороной к потоку и максимально изменяющими его радиальное направление, и дополнительный крутящий момент, используя реакцию вытекающей жидкости при дальнейшем взаимодействии потока с дополнительными лопастями, расположенными вогнутыми сторонами к потоку.

Изобретение относится к области ветрогидроэнергетики. Ветрогидроэнергетическая установка с составными лопастями, использующая в потоке эффект Магнуса, содержит ветрогидроколесо с горизонтальной осью вращения, на которой закреплен электрогенератор, и радиально установленные на махах цилиндры с приводом, каждый из цилиндров имеет на одном конце невращающуюся корневую часть, на другом - вращающуюся концевую часть, оснащенную шайбой, усеченным конусом, и содержит на своей поверхности и на поверхности конуса спиральные ребра-шнеки, при этом основание конуса обращено к цилиндру, диаметр которого больше диаметра цилиндра.

Изобретение относится к лопасти гидротурбины. Лопасть (1.1) включает в себя тело из стального листа или стального литья, которое при эксплуатации имеет соприкасающиеся с водой противолежащие друг другу наружные поверхности, по меньшей мере одну разгрузочную канавку, которая находится в краевой области лопасти (1.1) и которая проходит через противолежащие друг другу области наружных поверхностей, отверждаемую наполнительную массу, которая заполняет полость канавки.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в гидроэнергетике, но может быть использовано и в других отраслях техники. Способ придания движения рабочему колесу состоит в том, что крутящий момент образуют с максимальным использованием реакции втекающей жидкости.

Группа изобретений касается винта для гидравлической машины, в частности типа турбины, а также гидравлической машины, снабженной таким винтом, и способа соединения такого винта.

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к конструкции свободнопоточных микрогидроэлектростанций, преобразующих кинетическую энергию свободного потока воды в электрическую.

Группа изобретений относится к устройству генерирования энергии из текучей среды и лопасти, использующейся в нем, и может быть использована, в частности, в ветровых генераторах.

Универсальный ротор относится к отрасли машиностроения, в частности к производству роторов для ветродвигателей, гидротурбин, гребных винтов, вентиляторов и летательных аппаратов.

Изобретение относится к внутрискважинному генератору вращающегося магнитного поля. Внутрискважинный генератор вращающегося магнитного поля содержит статорный узел, включающий неподвижный цилиндрический корпус (1) и обмотку (20), размещенную в первой области (L1) корпуса (1), и роторный узел, включающий постоянный магнит (10), размещенный в радиальном направлении снаружи обмотки, и турбинный ротор (8), размещенный во второй области (L2) корпуса (1), которая в осевом направлении примыкает к первой области (L1).

Группа изобретений относится к глубинному приводному буру для вращательного бурения. Узел статора и ротора турбины содержит размещенные соосно статор и ротор. Статор содержит корпус, лопатку и обод. Ротор содержит корпус, лопатку и обод. Внутренняя стенка обода статора соосно размещена с внешней стенкой корпуса ротора. Линия пересечения каждой точки на внешнем контуре лопатки статора с меридиональной плоскостью, соответствующей ей, представляет собой первую линию пересечения, которая перпендикулярно пересекается с первой прямой линией проекции, продолжающейся через обод статора. Линия пересечения каждой точки на внешнем контуре лопатки ротора с меридиональной плоскостью, соответствующей ей, представляет собой вторую линию пересечения, которая перпендикулярно пересекается со второй прямой линией проекции, продолжающейся через корпус ротора. Группа изобретений направлена на обеспечение высокой гидравлической эффективности, простой конструкции, высокого крутящего момента и пригодности для бурения ствола скважины различных размеров. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Наверх