Турбобур

1 Турбобур, що складається із корпусу, турбіни, насадженої на вал, причому турбіна включає ступені, які мають ґрати лопаток ротора і статора та вихідного вала з отвором для протікання промивної рідини, який відрізняється тим, що площа поперечного перерізу отвору вихідного вала мен ша сумарної площі вільного простору між лопатками в поперечному перерізі ґрат лопаток ротора, причому ґрати лопаток ротора встановлені під ґратами лопаток статора одна за одною в осьовому напрямку таким чином, що увігнуті поверхні лопаток, які чергуються, в розгорнутому циліндричному перерізі утворюють дугу кола, і співвідношення КІЛЬКОСТІ ґрат лопаток статора до ґрат лопаток ротора в одному ступені турбіни складає 2^-25 2 Турбобур за п 1 , який відрізняється тим, що лопатка ґрат ротора виконана так, що кут між дотичними до випуклої і увігнутої сторін и на вході потоку промивної рідини складає 60° Винахід відноситься до бурової техніки, а саме до вибійних двигунів, призначених для буріння нафтових і газових свердловин Відомий турбобур (а с СРСР №625430 МПК Е21В 3/12, Бюл №29, від 081978), який складається із робочих органів багатоступінчастої турбіни, (ротори, статори), які установлені на валу Статори зафіксовані відносно корпуса, а кожний ротор має кільцевий виступ для взаємодії із статором Основним недоліком таких турбобурів є недостатньо високі енергетичні характеристики ступенів турбіни, що, в кінцевому підсумку приводять до великої довжини турбобура Відомий спосіб використання робочої рідини в гідравлічному двигуні для приводу бурового інструменту (а с СРСР №850867 МПК З Е 21 В 3/08, Бюл №28, від 07 1981), який включає корпус, розташований в ньому робочий елемент у вигляді двох порожнистих пружин з різним кутом нахилу витків Пружини установлені коаксіальне одна до другої Також є розподільний пристрій, який складається із поворотного диску з вікнами Принцип дії відомого пдродвигуна оснований на використанні підвищеного тиску промивної рідини, що протікає по гвинтовій пружині, внаслідок зменшення витрати рідини через розподільний пристрій двигуна є невисокий ККД двигуна, який обумовлений ЦИКЛІЧНІСТЮ роботи його робочого органу, а також залежністю твердості пружини від товщини и стінок Найбільш близьким технічним рішенням до запропонованого є турбобур (а с СРСР №832014 МПК З Е 21 В 3/12, Бюл №19, від 05 1981), який має корпус, турбіну і сполучну муфту, що складається із двох півмуфт, які встановлені між валом турбіни і вихідним валом Півмуфти виконані з гідравлічним демпфером Основним недоліком вказаного турбобура є велика довжина турбобура, яка обумовлена невисокими енергетичними характеристиками кожної ступені турбіни, внаслідок чого для створення необхідного крутного моменту на долоті потрібно встановити в турбіні велику КІЛЬКІСТЬ таких ступенів Задачею передбачуваного винаходу являється збільшення крутного моменту, який розвивається кожною ступінню турбіни, шляхом використання підвищеного тиску промивної рідини, яка протікає крізь ґрати лопаток турбіни, і шляхом використання різниці тиску промивної рідини на увігнуту І випуклу сторони лопаток ґрат ротора турбіни, а також зменшення габаритів турбобура по довжині Для вирішення поставленої задачі у відомому Основним недоліком вказаного гідравлічного О (О 1^ (О ю 56760 турбобурі, що складається із корпуса, турбіни напотоку із грати статора і входу його в грату ротора садженої на вал, причому турбіна включає ступені, і далі ВІДПОВІДНІСТЬ кутів виходу із першої грати які мають грати лопаток ротора і статора, та вихідлопаток ротора і входу його на другу грату лопаток ного вала з отвором для протоки промивної рідиротора і т д до кінця ступеня ни, стосовно винаходу площа поперечного переріНеобхідні також умови ВІДПОВІДНОСТІ кута визу отвору вихідного валу менша сумарної площі ходу потоку промивної рідини із останньої грати вільного простору між лопатками в поперечному ротора в ступені із кутом входу грати статора наперерізу ґрат лопаток ротора, при цьому грати ступної ступені лопаток ротора встановлені під ґратами лопаток Радіус кола увігнутих поверхонь лопаток, які статора одна за другою в осьовому напрямку тачергуються, визначає довжину ротора по осі турбіким чином, що увігнуті поверхні лопаток, які черни і КІЛЬКІСТЬ ґрат лопаток ротора в одній ступені, а гуються, в розгорнутому циліндричному перетині також визначає швидкість обертання турбіни, так утворюють дугу кола, і співвідношення КІЛЬКОСТІ як відношення величини відхилення потоку до чаґрат лопаток статора до ґрат лопаток ротора в су, за який промивна рідина протікає крізь ротор, одній ступені турбіни складає 2-ь25 Турбобур відпропорційно ЛІНІЙНІЙ швидкості обертання турбіни різняється тим, що, лопатка ґрат ротора виконана КІЛЬКІСТЬ ґрат лопаток ротора в одній ступені так, що кут між дотичними до випуклої і увігнутої також визначається відстанню від вхідної до вихісторін її на вході потоку промивної рідини складає дної кромок лопатки, тобто и хордою Оскільки 60 хорда лопатки вибирається із умов МІЦНОСТІ, ДОВГОВІЧНОСТІ І інших умов, і, практично, складає 15-30 Кожна ступінь турбіни має одну грату лопаток мм, то максимальна КІЛЬКІСТЬ ґрат ротора в одній статора і не менше, ніж дві грати лопаток ротора ступені не перевищує 25 Грати лопаток ротора встановлені під гратою лопаток статора одна за другою в осьовому напрямі Для того, щоб повніше використати явище різтаким чином, щоб увігнуті поверхні лопаток, які ниці тиску на випуклій і увігнутій сторонах лопаток чергуються, в ґратах ротора утворили дугу окруждля збільшення крутного моменту, доцільно застоності (І_і) в розгорнутому циліндричному перетині, совувати в ґратах ротора стовщені лопатки, у яких який рівновіддалений від ВІСІ турбіни кут між дотичною до випуклої і увігнутої сторін на вході потоку складає 60° При вказаному куті входу Ця дуга кола обмежена, з однієї сторони, вхідрідини спостерігається максимальна різниця тиску ною кромкою увігнутої поверхні першої із лопаток на випуклій і увігнутій сторонах лопатки ґрат ротора, які чергуються, і, з другої сторони, вихідною кромкою останньої із лопаток ґрат ротоЗменшення площі поперечного перетину осьора, які чергуються При цьому дотична до вказаної вого отвору вихідного вала по відношенню до судуги кола на ВХІДНІЙ кромці першої із лопаток, які марної площі між лопатками в поперечному перечергуються, повинна бути паралельна напрямку тині грати лопаток ротора підвищує тиск в зоні виходу промивної рідини із грати лопаток статора роботи лопаток ротора і надає потоку рідини додацієї ж ступені, а дотична до вказаної дуги кола на ткову енергію ВИХІДНІЙ кромці останньої із лопаток ротора, які Збільшення КІЛЬКОСТІ ґрат лопаток ротора в чергуються, повинна бути паралельна напрямку одній ступені і їх розташування дозволило збільвходу промивної рідини в грату лопаток статора шити площу контакту ґрат лопаток ротора з потонижченаведеної ступені ком рідини, що рухається, і збільшити крутний момент ґрат ротора ступені Доцільно застосовувати активні лопатки грати Використання стовщених лопаток, у яких кут статора, при цьому статор повертає потік промивміж дотичними до випуклої і увігнутої сторін на ної рідини на необхідний кут Завдяки вищевказавході потоку складає 60°, дозволяє отримати макному розміщенню лопаток грати ротора, на таку ж симальну різницю тиску на згаданих статорах і величину повертають потік рідини всі грати лопазбільшити крутний момент ґрат ротора ступені ток ротора однієї ступені, але в зворотному напрямку Турбобур пояснюється прикладеними кресленнями, де на фіг 1 представлено подовжній розПотік промивної рідини, пройшовши крізь граріз турбобура, на фіг 2 - поперечний розріз по А-А ти лопаток ротора однієї ступені, перемістить рофіг1, на фіг 3 - розгорнення подовжнього розрізу тор на кут, пропорційний відстані між дотичною ступені циліндричним перетином, рівновіддаленим вищезгаданої дуги кола на ВХІДНІЙ кромці першої із від ВІСІ турбіни лопаток ґрат ротора, які чергуються, і ЛІНІЄЮ, паралельною їй, проведеною через вихідну кромку Турбобур містить корпус 1 із осьовим отвором останньої із лопаток ґрат ротора (І_2), які чергують2 вхідного валу для протоку промивної рідини, ся Ця відстань, а також швидкість потоку промивякий має дифузорну частину ної рідини, направленої паралельно осі турбіни, В корпус установлена турбіна, що має шість яка пропорційна витратам промивної рідини, одноступіней 3, змонтованих на валу 4 турбіни В кожзначно визначає лінійну швидкість обертання турній ступені є ротор і статор з лопатками, які утвобіни рюють грати Ступінь 3 має одну грату лопаток статора 5 і шість ґрат лопаток ротора 6 Лопатка Довжину дуги кола, а, отже і КІЛЬКІСТЬ фат в грати статора 5 активна, а лопатка ґрат ротора 6 роторі і вказану вище відстань вибирають в залереактивна, з кутом в 60° між дотичними до випукжності від необхідної швидкості обертання долота лої і увігнутої сторонами на початку лопатки рототурбобура ра 6 В першій граті лопаток ротора 6, що встановЗазначене розташування грати лопаток ротолена безпосередньо під статором 5, передня ра забезпечує необхідні умови оптимального рекромка закруглена, а на виході потоку всі лопатки жиму роботи турбіни - ВІДПОВІДНІСТЬ кутів виходу ґрат ротора 6 по випуклій стороні мають зменшену по відношенню до вхідної частини випуклої сторони лопатки ротора 6 кривизну для забезпечення безвідривного протікання потоку промивної рідини Лопатки ґрат ротора 6 встановлені в ступіні таким чином, що увігнуті поверхні в циліндричному перетині, рівновіддаленому від ВІСІ турбіни, утворюють дугу кола 3 турбіною твердо зв'язаний вихідний вал 7 з осьовим отвором 8 вихідного валу для протоку промивної рідини, площа перетину якого в 8 разів менша площі вільного простору між лопатками ротора 6 грати ротора на вході потоку промивної рідини в згадану грату Для гасіння подовжніх коливань турбіни відносно корпусу 1 передбачена порожнина 9, обмежуюча подовжні коливання з верхньої сторони З нижньої сторони ці переміщення обмежуються ніпелем 10 Зазначені особливості конструкції дозволили максимально використати енергію промивної рідини, що дозволяє зменшити довжину і вагу турбобура Заявлений турбобур працює наступним чином Промивна рідина, яка нагнітається насосом, надходить в турбобур через отвір 2 корпусу 1, розширюється без втрат енергії, внаслідок наявності дифузорної частини отвору 2, далі попадає на грати лопаток статора 5 1-і ступіні, які направляють його на грати лопаток ротора 6 Із першої ступені потік попадає в другу і т д Всього є шість ступенів в турбіні турбобура Далі потік промивної рідини попадає в отвір 8 вихідного валу 7 і, так як площа його поперечного 56760 перетину менше площі вільного простору між лопатками в граті ротора 6, то в області роботи лопаток роторів 6 створюється тиск, пропорційний квадрату відношення площ поперечного перетину отвору 8 вихідного валу вільного простору між лопатками ротора 6 Цей підвищений тиск перетвориться лопатками ротора 6 турбіни в крутний момент за рахунок збільшення площі контакту лопаток з потоком рідини, що рухається в ступені, і за рахунок розміщення згаданих лопаток ступені таким чином, що в циліндричному перетині, рівновіддаленому від осі турбіни, утворюють окружність, що забезпечує оптимальний режим роботи турбіни, а також за рахунок застосування лопаток ґрат ротора з кутом між дотичними до випуклої І увігнутої сторін 60°, які дають максимальну різницю тиску між зазначеними сторонами лопаток ґрат ротора Турбіна турбобура може переміщатися в осьовому напрямку в межах порожнини 9, утвореною корпусом і турбіною Подовжні коливання із сторони долота, яке угвинчується в вихідний вал, обмежується ніпелем 10 Економічний ефект від використання може бути отриманий за рахунок економи матеріалів в результаті зменшення довжини турбобура Довжина турбобура зменшена внаслідок збільшення крутного моменту на одній ступіні турбіни і зменшення КІЛЬКОСТІ цих ступенів Запропонований турбобур може застосовуватись при ліквідації глинисто-сольових пробок в НКГГ, цементних мостів в обсадних колонах, а також при бурінні свердловин 56760 Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24