[实用新型]一种井下水轮马达

说明书

本实用新型涉及油田修井作业中，用来带动井下旋转工作机具的一种井下水轮马达。特别适用于修井钻塞之用。

油田现有井下马达有涡轮式和螺杆式两种。前者的基本原理是：利用流体流动阻力推动叶轮作功，每一级的能量转换率低，要达到适用扭矩，需要配置上百级的叶轮，结构复杂，长度很长，使用不便，制造成本高；后者是一种容积式马达，其基本原理为：转子与定子形成的一齿差密封空间，在流体压差下推动转子作功。这种马达制造难度大，生产成本高，长度也比较长，转子振动大，使用条件受限制。本实用新型的目的就是要克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单，制造容易，长度很短，运转平稳，经济适用的一种井下水轮马达。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：参照水轮机的工作原理，由若干级顺流叶轮单元与一级横流叶轮单元串接，构成能量转换系统，每一级顺流叶轮单元将流体螺旋节流喷射，横流叶轮单元将流体切向节流喷射，提高压差，增大流速，将势能充分转换成动能，使流体形成高速流体束，以强劲的冲击力推动叶轮旋转作功，从而以较少的级数取得较大的扭矩。由于各转动零件的重心都在回转中心线上，运转将十分平稳。

为实现上述技术方案，本实用新型所采用的技术构成是：每一级顺流叶轮单元由一节壳体、一个节流体及一个径向叶轮构成，节流体的外圆周上分布有螺旋槽与壳体紧固后形成螺旋节流通道，通道的进口为扩口，可减少流动阻力损失，通道的出口正对径向叶轮叶片。横流叶轮单元由一节壳体（即主体）及轴向叶轮组成，主体横断面上的切向节流通道，正对轴向叶轮的叶片。各级顺流叶轮单元的叶轮由轴套相间隔紧固于芯轴上，芯轴的上部有滑动轴承支持，下部与轴向叶轮相联，轴向叶轮再与中心管紧固，中心管外部由密封轴承支持，下部与下接头相接。在实施本实用新型时，如采用下述具体结构方案，将取得结构简单，制造容易，长度很短，成本低廉，经济适用的效果。

下面结合附图对本实用新型作详细说明。

图1为本实用新型的总体结构图。

图2为图1的A－A断面图。

图3为节流体（12）的结构示意图。

图4为节流体（12）的局部外圆展示图。

图5为图4的B－B断面图。

图6为径向叶轮（11）的结构示意图。

图7为图6的C－C断面图。

由图1所示，一节壳体（10或14）、一个节流体（12）及一个径向叶轮（11）构成一级顺流叶轮单元，各顺流叶轮单元的叶轮由轴套（13）相间隔紧固在芯轴（15）上，节流体（12）处在径向叶轮（11）之上，紧固于壳体（10或14）内。横流叶轮单元由主体（9）及轴向叶轮（8）组成。芯轴（15）上部有滑动轴承（16）支持，下部与轴向叶轮（8）紧固。如上所述，若干个顺流叶轮单元与一个横流叶轮单元构成能量转换系统，经节流通道节流的高速流体，以强劲的冲力冲击叶轮，产生旋转力矩，从而将流体的势能充分转换成动能。轴向叶轮（8）与中心管（4）紧固为一体，旋转力矩由中心管（4）输出，中心管外部有密封轴承支持，密封轴承由下轴承座（2）、主体（9）、向心轴承（5）、双向推力轴承（6）、衬套（7）及平衡活塞（3）组成。通过平衡活塞的平衡作用，使轴承油腔内压与外压平衡，避免油腔进水。本总体结构的上部有上接头（19）、筛管（18）、上轴承座（17）及滑动轴承（16），由滑动轴承（16）支持芯轴（15）的上部。

由图2所示，主体（9）的A－A横断面上，有圆周切向分布的若干个节流通道（21），与其对应的是轴向叶轮（8），轴向叶轮（8）有若干个轴向分布的叶片（20），叶片的断面形状为一面凸，一面凹，凹面朝向节流通道（21），流体经节流通道形成高速流体束喷射，冲击轴向叶轮（8）的叶片作功，然后随中心管向下排出。

由图3～5所示，节流体（12）的外圆周上均布有若干个螺旋升角α为20～40°的槽，槽的上部有扩口（22），当节流体（12）装入壳体（14）后，即形成扩口螺旋节流通道（23），引导流体形成螺旋喷射，冲击径向叶轮（11）的叶片作功。

由图6～7所示，径向叶轮（11）有径向分布的叶片（24），叶片断面形状为一面凸，一面凹，凹面朝向节流体（12）的螺旋节流通道（23）。

工作时，水轮马达接在油井管柱的末端，地面从油管打入流体，每经过一级顺流叶轮单元产生一次压力降，取得一定旋转力矩，最后通过横流叶轮单元再产生一次压力降，取得一定旋转力矩，各旋转力矩叠加，通过中心管输出，驱动井下工作机具转动作功。流体通过工作机具上的排液孔从油套环空排至地面。