[发明专利]用于涡轮钻具的涡轮组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油钻具配件，具体是一种用于涡轮钻具的涡轮组件，属石油机械领域。

背景技术

 涡轮钻具在井下工作条件比较恶劣，钻井泥浆流直接高速冲击涡轮组合件的涡轮转子叶片，使其获得能量，从而带动与之相连的钻头旋转钻井，涡轮钻具主要包括有涡轮定子、涡轮转子、主轴、止推轴承、中部轴承、下部轴承以及外壳组成。钻井时钻杆不动，靠涡轮转子带动主轴转动，从而具有高钻速、高效率及钻时短等诸多优点，且减少了钻杆、套管等的磨损以及事故的发生。

现如今的涡轮钻具的涡轮在使用时受到较大的冲击力，其易出现断裂的现象，从而损坏叶片，不仅成本增加，拆卸麻烦，且不能充分利用高压泥浆流的势能。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种用于涡轮钻具的涡轮组件，用于解决以往的涡轮组件的液体势能利用不充分、叶片易断裂的问题。

本发明提供的技术方案是：用于涡轮钻具的涡轮组件，包括涡轮转子和涡轮定子，所述涡轮转子包括环形的叶轮盘毂，叶轮盘毂一侧端面向外延伸形成导向套环，所述叶轮盘毂在导向套环外侧的端面形成定位台阶，所述叶轮盘毂和导向套环内侧圆周面设有键槽，所述叶轮盘毂外侧圆周面设有若干个转子叶片；所述涡轮定子包括内套环和外套环，所述内套环和外套环通过若干个定子叶片固定连接；所述导向套环套合在内套环内并通过定位台阶将涡轮转子和涡轮定子配合套叠。涡轮定子的外套环固定在钻具的外壳上，涡轮转子通过键槽与钻具钻杆连接，工作时涡轮定子不动，涡轮转子带动钻具钻杆转动，液体通过并冲击涡轮转子和涡轮定子的转子叶片及定子叶片，转子叶片和定子叶片承受来自液体的冲击动力，将液体势能转换成机械能并传递涡轮的输出扭矩，通过转子和定子的交替冲击增大液体势能的利用率。

所述转子叶片和定子叶片结构相同且横截面呈月牙型，所述转子叶片和定子叶片的内侧圆弧面为工作面；所述转子叶片和定子叶片以相反方向并上、下重合排列。转子叶片和定子叶片结构相同且横截面呈月牙型使得液体能以一定角度击打在叶片上从而增大液体势能的利用率，增大转子的横向推力，而转子叶片和定子叶片以相反方向并上、下重合排列使得液体能被多次转向利用，有效的提高了液体势能转换，转子的转动效率提高。

所述工作面的弧度为80°-100°。定子叶片的弧度决定着液体从工作面反弹后输出的液体角度和冲击面积，液体角度和冲击面积决定着液体势能的转化率，当定子叶片的工作面的弧度为80°-100°时，液体输出的液体角度为40°-50°，此时定子叶片受力面积最大，液体击打在转子上转换的势能最大，效率最高。

所述转子叶片和定子叶片分别设有16-32个。定子叶片的作用即利用液体的冲击力将液体势能转化为机械能，定子叶片的多少不仅决定和影响势能的利用率以及输出扭矩，还决定了输出扭矩的分布情况，根据不同工况定子叶片的数量可任意取值，但是定子叶片的数量取在16-32个之间的某值时，液体势能的利用率最高，同时输出转矩最大也最均匀，不仅效率高，同时也减少了每个叶片受到的冲击力，涡轮定子能够稳定、持久的工作；而转子叶片的作用即将定子的输出扭矩转换成转子的机械推力，其数量过少则受力较大易损坏，而数量过多则易造成液体乱流现象，所以其数量取16-32个既能很好的避免以上问题的同时达到最大的转动效率。

所述转子叶片和定子叶片彼此呈圆周均匀且水平间距等距分布。转子叶片和定子叶片彼此呈圆周均匀且水平间距等距分布使得定子和转子受力均匀，其转换的机械能和输出扭矩也更加平衡，避免涡轮组件受力不均而出现震动或移位。

所述任意相邻两个转子叶片或任意相邻两个定子叶片之间的水平间距大于12毫米小于21毫米。任意相邻两个转子叶片或任意相邻两个定子叶片之间的水平间距过小则击打在叶片并反弹到下方的液体会打在叶片背面上，从而降低了势能，减少了输出转矩，效率降低；而水平间距过大则液体直接通过间隙，不会击打叶片，减少了势能和输出转矩，液体利用率低，效率降低。

根所述工作面的弧长为水平间距的1-1.2倍。工作面的弧长过短则液体势能只能打在工作面下部，其输出扭矩的角度偏大从而打击在下方叶片上的角度偏大，从而降低了势能转换，还有可能导致液体无法打击在下方叶片上，所以工作面的弧长为水平间距的1-1.2倍不仅能避免以上问题，还能最大的利用液体势能。