點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)，包括同軸套裝的定子和轉(zhuǎn)子，所述定子葉片的軸向高度沿所述定子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，并與所述定子的等徑圓柱面半徑成正比；所述轉(zhuǎn)子葉片的軸向高度沿所述轉(zhuǎn)子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，并與所述轉(zhuǎn)子的等徑圓柱面半徑成正比。本發(fā)明水力損失小、扭矩大、結(jié)構(gòu)簡單，適用各類尺寸井眼鉆進。
【專利說明】點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油、天然氣、煤層氣、頁巖氣開采等領(lǐng)域的旋轉(zhuǎn)鉆井或地質(zhì)、鐵路、電力、通訊等領(lǐng)域的小井眼或孔眼鉆進用井下動力鉆具，尤其是一種大扭矩渦輪鉆具的定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)，屬于機械制造【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]渦輪鉆井技術(shù)具有良好的經(jīng)濟及社會利益，是石油工業(yè)的一項前沿技術(shù)。渦輪鉆井可以減少消耗，降低成本。渦輪鉆具是工業(yè)應(yīng)用最早的一種井下動力鉆具，由渦輪馬達(dá)、萬向軸和傳動軸三部分構(gòu)成，其作用是將工作流體的流體壓力能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能量，驅(qū)動鉆頭轉(zhuǎn)動以破碎井底巖石。從歷史上看，渦輪鉆具從被發(fā)明發(fā)展至今一直作為俄羅斯及西方發(fā)達(dá)國家石油礦場常用的一種井下動力鉆具。我國20世紀(jì)50年代從前蘇聯(lián)引進渦輪鉆具生產(chǎn)技術(shù)后，發(fā)展緩慢，未能在工礦現(xiàn)場得到很好應(yīng)用，其重要原因之一是:由于渦輪鉆具具有轉(zhuǎn)速高、扭矩小、型號單一、工作壽命短等缺陷，與我國鉆井裝備與工具發(fā)展水平不相適應(yīng)。
[0003]目前國內(nèi)沒有可用于石油鉆進的大扭矩渦輪馬達(dá)，而且隨著渦輪馬達(dá)外徑尺寸的減小，轉(zhuǎn)速增大，扭矩變小。渦輪馬達(dá)是渦輪鉆具的動力部分，渦輪定子和轉(zhuǎn)子的設(shè)計是渦輪馬達(dá)設(shè)計的核心。
[0004]有鑒于上述現(xiàn)有渦輪鉆井技術(shù)存在的缺點，本設(shè)計人基于長期從事相關(guān)科研及現(xiàn)場試驗，對現(xiàn)有技術(shù)積極加以改進和創(chuàng)新，以期實現(xiàn)一種大扭矩、高效率的渦輪定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種大扭矩、高效率、適于各類尺寸井眼鉆進的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括同軸套裝的定子和轉(zhuǎn)子，所述定子與所述轉(zhuǎn)子的中心線共線；所述定子包括同軸設(shè)置的圓筒狀定子本體、若干個定子葉片和圓環(huán)狀定子葉冠，所述轉(zhuǎn)子包括同軸設(shè)置的圓筒狀轉(zhuǎn)子本體、若干個轉(zhuǎn)子葉片和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠，所述定子葉冠的內(nèi)壁與所述轉(zhuǎn)子本體外壁同軸套裝，所述定子葉片的軸向高度沿所述定子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，并與所述定子的等徑圓柱面半徑成正比；所述轉(zhuǎn)子葉片的軸向高度沿所述轉(zhuǎn)子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，并與所述轉(zhuǎn)子的等徑圓柱面半徑成正比。
[0007]如上所述的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，每個所述轉(zhuǎn)子葉片的壓力面和吸力面與經(jīng)過該轉(zhuǎn)子葉片的等值子午面相交并形成兩條第一相貫直線，所述兩條第一相貫直線相交，其中，位于所述轉(zhuǎn)子中心線上的交點為第一交點，所述第一交點位于轉(zhuǎn)子葉片前緣最高點在轉(zhuǎn)子中心線上的垂直投影點和轉(zhuǎn)子葉片后緣最低點在轉(zhuǎn)子中心線上的垂直投影點之間，且所述第一交點是唯一的；每個所述定子葉片的壓力面和吸力面與經(jīng)過該定子葉片的等值子午面相交并形成兩條第二相貫直線，所述兩條第二相貫直線相交，其中，位于所述定子中心線上的交點為第二交點，所述第二交點位于定子葉片前緣最高點在定子中心線上的垂直投影點和定子葉片后緣最低點在定子中心線上的垂直投影點之間，且所述第二交點是唯一的。
[0008]如上所述的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，在同一所述等徑圓柱面上的定子葉片安裝角與轉(zhuǎn)子葉片安裝角，方向相反；在不同的所述等徑圓柱面上的定子葉片安裝角，沿徑向相等；在不同的所述等徑圓柱面上的轉(zhuǎn)子葉片安裝角，沿徑向相等。
[0009]如上所述的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中:所述定子葉片的周向厚度沿所述定子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，所述轉(zhuǎn)子葉片的周向厚度沿所述轉(zhuǎn)子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大。
[0010]如上所述的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，經(jīng)過所述第一交點的等值子午面與所述轉(zhuǎn)子葉片的壓力面或吸力面的相貫線相交于所述第一交點；經(jīng)過所述第二交點的等值子午面與所述定子葉片的壓力面或吸力面的相貫線相交于所述第二交點。
[0011]如上所述的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，所述定子葉片與任意兩個等徑圓柱面相交，所述定子葉片的前緣與所述兩個等徑圓柱面相交形成的兩條定子葉片的前緣相貫線形狀相同，所述定子葉片的后緣與所述兩個等徑圓柱面相交形成的兩條定子葉片的后緣相貫線形狀也相同；所述轉(zhuǎn)子葉片與任意兩個等徑圓柱面相交，所述轉(zhuǎn)子葉片的前緣與所述兩個等徑圓柱面相交形成的兩條轉(zhuǎn)子葉片前緣相貫線形狀相同，所述轉(zhuǎn)子葉片的后緣與所述兩個等徑圓柱面相交形成的兩條轉(zhuǎn)子葉片后緣相貫線形狀也相同。
[0012]本發(fā)明還提供了一種渦輪馬達(dá)，所述渦輪馬達(dá)包括渦輪馬達(dá)主軸和渦輪馬達(dá)殼體，在所述渦輪馬達(dá)主軸上套接有如上所述的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。
[0013]如上所述的渦輪馬達(dá)，其中，所述的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件沿所述渦輪馬達(dá)主軸的軸向疊置有50?300個，形成具有50?300級渦輪定轉(zhuǎn)子的大扭矩渦輪馬達(dá)。
[0014]本發(fā)明點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括同軸套裝的轉(zhuǎn)子和定子，所述轉(zhuǎn)子包括圓筒狀的轉(zhuǎn)子本體、若干個轉(zhuǎn)子葉片和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠，在所述轉(zhuǎn)子本體一端外周設(shè)有徑向凸出的凸臺，所述若干個轉(zhuǎn)子葉片沿所述凸臺的外圓周面均勻布設(shè)，所述轉(zhuǎn)子葉冠套接于所述轉(zhuǎn)子葉片的葉頂；所述定子包括圓筒狀的定子本體、若干個定子葉片和圓環(huán)狀定子葉冠，所述若干個定子葉片沿所述定子本體的內(nèi)圓周表面均勻布設(shè)，所述定子葉冠的外壁與所述定子葉片的葉底相連接；所述定子葉冠的內(nèi)壁與所述轉(zhuǎn)子本體外壁同軸套合；所述定子葉片及所述轉(zhuǎn)子葉片的葉型均為點投影形成，葉片前緣與葉頂厚、葉片后緣與葉底薄，即定子葉片為由在定子某特定S值(OS SS 1.0)等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計曲面投影到定子軸線上一特定點所形成的無限高實心錐體，經(jīng)葉底等徑圓柱面(S = O)和葉頂?shù)葟綀A柱面(S = I)切割形成；轉(zhuǎn)子葉片為由在轉(zhuǎn)子某特定S值(O < S < 1.0)等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計曲面投影到轉(zhuǎn)子軸線上一特定點所形成的無限高實心錐體，經(jīng)葉底等徑圓柱面(S = O)和葉頂?shù)葟綀A柱面(S = I)切割形成。該特定點位于軸線與葉片入口端面的交點和軸線與葉片出口端面的交點之間。
[0015]所述定子或轉(zhuǎn)子葉片的軸向高度，沿徑向(由內(nèi)向外)逐漸增大，與等徑圓柱面半徑成正比。等徑圓柱面上的定子葉片安裝角與轉(zhuǎn)子葉片安裝角，方向相反(右手法則:定子葉片右旋，轉(zhuǎn)子葉片左旋)；等徑圓柱面上的定子葉片安裝角，沿徑向相等；等徑圓柱面上的轉(zhuǎn)子葉片安裝角，沿徑向相等。所述定子葉片或轉(zhuǎn)子葉片的周向厚度沿徑向(由內(nèi)向外)逐漸增大。所述定子葉片或轉(zhuǎn)子葉片與任一等值子午面相交，葉片壓力面和吸力面與子午面相交形成兩條直線，即定子或轉(zhuǎn)子葉片壓力面和吸力面與等值子午面的相貫線為直線；當(dāng)子午面經(jīng)過特定點時，兩條相貫直線的延長線與定子或轉(zhuǎn)子軸線相交于同一點，且指向半徑方向。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點和優(yōu)點:
[0017]1、本發(fā)明專利渦輪定轉(zhuǎn)子組合件水力效率高。
[0018]2、本發(fā)明專利渦輪馬達(dá)結(jié)構(gòu)簡單、扭矩大，適用各類尺寸井眼鉆進。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式來限制本發(fā)明公開的范圍。另外，圖中各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的，用于幫助對本發(fā)明的理解，并不是具體限定本發(fā)明各部件的形狀和比例尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以根據(jù)具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來實施本發(fā)明。
[0020]圖1為本發(fā)明點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件實施例(特定點為I = 0.5時的等值子午面與定子或轉(zhuǎn)子軸線的交點)的二維平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實施例的定子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實施例的定子立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實施例的定子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面S=LO展開示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明實施例的定子沿I = 0.5的等值子午面剖切示意圖；
[0025]圖6為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖8為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面S=LO展開示意圖；
[0028]圖9為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子沿I = 0.5的等值子午面剖切示意圖；
[0029]圖10為本發(fā)明點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件實施例的三維立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖11為本發(fā)明渦輪馬達(dá)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]附圖標(biāo)記說明:
[0032]1-轉(zhuǎn)子；101-轉(zhuǎn)子本體；102_轉(zhuǎn)子葉片；103_轉(zhuǎn)子葉冠;104_凸臺;105_轉(zhuǎn)子葉片吸力面；106_轉(zhuǎn)子葉片壓力面；107_轉(zhuǎn)子葉頂；108_轉(zhuǎn)子葉底；109_轉(zhuǎn)子葉片前緣；110-轉(zhuǎn)子葉片后緣；111-第一相貫線；112-第一交點；113-轉(zhuǎn)子中心線；
[0033]2-定子；201-定子本體；202_定子葉片；203_定子葉冠；204_定子葉片壓力面；205-定子葉片吸力面；207_定子葉頂；208_定子葉底；209_定子葉片前緣；210_定子葉片后緣；211_第二相貫線；212_第二交點；213_定子中心線；
[0034]31-渦輪馬達(dá)主軸；41_渦輪馬達(dá)殼體。

【具體實施方式】
[0035]結(jié)合附圖和本發(fā)明【具體實施方式】的描述，能夠更加清楚地了解本發(fā)明的細(xì)節(jié)。但是，在此描述的本發(fā)明的【具體實施方式】，僅用于解釋本發(fā)明的目的，而不能以任何方式理解成是對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的教導(dǎo)下，技術(shù)人員可以構(gòu)想基于本發(fā)明的任意可能的變形，這些都應(yīng)被視為屬于本發(fā)明的范圍。
[0036]請參考圖1至圖10，圖1為本發(fā)明點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件實施例(特定點為I = 0.5時的等值子午面與定子或轉(zhuǎn)子軸線的交點)的二維平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例的定子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例的定子立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實施例的定子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面S=LO展開示意圖；圖5為本發(fā)明實施例的定子沿I =0.5的等值子午面剖切示意圖；圖6為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面S = 1.0展開示意圖；圖9為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子沿I = 0.5的等值子午面剖切示意圖；圖10為本發(fā)明點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件實施例的三維立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]如圖1至圖10所示，本發(fā)明點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括同軸套裝的定子2和轉(zhuǎn)子1，定子2與轉(zhuǎn)子I的中心線共線；定子2包括同軸設(shè)置的圓筒狀定子本體201、若干個定子葉片202和圓環(huán)狀定子葉冠203，轉(zhuǎn)子I包括同軸設(shè)置的圓筒狀轉(zhuǎn)子本體101、若干個轉(zhuǎn)子葉片102和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠103，在轉(zhuǎn)子本體101的一端外周設(shè)有徑向凸出的凸臺104，若干個轉(zhuǎn)子葉片102沿轉(zhuǎn)子本體101的凸臺104外圓周表面均勻布設(shè)，轉(zhuǎn)子葉冠103套接于轉(zhuǎn)子葉片102的葉頂，使得轉(zhuǎn)子本體101、葉片102、轉(zhuǎn)子葉冠103形成一體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子I。
[0038]如圖2至圖5所示，定子2包括圓筒狀的定子本體201、若干個定子葉片202和圓環(huán)狀定子葉冠203，若干個定子葉片202沿定子本體201的內(nèi)圓周表面均勻布設(shè)，定子葉冠203的外壁與定子葉片202的葉底相連接，使得定子本體201、若干個定子葉片202和定子葉冠203形成一體結(jié)構(gòu)的定子2。 如圖1所示，定子葉冠203的內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子本體101外壁相套合，且定子本體201中心線213與轉(zhuǎn)子本體101中心線113共軸，即定子葉冠203的內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子本體101外壁同軸套合，使得定子2與轉(zhuǎn)子I配合安裝。
[0039]在本發(fā)明中，定子葉片202及轉(zhuǎn)子葉片102均為點投影形成的葉片。如圖3所示，定子葉片202鄰接定子本體201的一側(cè)為定子葉頂207，而其鄰接定子葉冠203的一側(cè)為定子葉底208。在定子葉頂207與定子葉底208之間具有任意多個與定子本體201和定子葉冠203共中心軸線的圓柱面，每個圓柱面稱之為等徑圓柱面。定子葉頂207與定子葉底208之間的任一等徑圓柱面與定子葉頂207及定子葉底208的相對位置用S值表示，O SSS 1.0:當(dāng)?shù)葟綀A柱面與定子葉底208所在圓柱面重合時S = 0.0,當(dāng)?shù)葟綀A柱面與定子葉頂207所在圓柱面重合時S = 1.0。相應(yīng)的，如圖7所示，轉(zhuǎn)子葉片102鄰接轉(zhuǎn)子本體101的一側(cè)為轉(zhuǎn)子葉底108，而其鄰接轉(zhuǎn)子葉冠103的一側(cè)為轉(zhuǎn)子葉頂107，在轉(zhuǎn)子葉頂107與轉(zhuǎn)子葉底108之間具有任意多個與轉(zhuǎn)子本體101和轉(zhuǎn)子葉冠103共中心軸線的圓柱面，每個圓柱面也稱之為等徑圓柱面。轉(zhuǎn)子葉頂107與轉(zhuǎn)子葉底108之間的任一等徑圓柱面與轉(zhuǎn)子葉頂107及轉(zhuǎn)子葉底108的相對位置用S值表示，O ^ 1.0:當(dāng)?shù)葟綀A柱面與轉(zhuǎn)子葉底108所在圓柱面重合時S = 0.0，當(dāng)?shù)葟綀A柱面與轉(zhuǎn)子葉頂107所在圓柱面重合時S = 1.0。由于定子2與轉(zhuǎn)子I上下共中心軸線套裝疊合設(shè)置，因此在等S值的定子2上的等徑圓柱面與轉(zhuǎn)子I上的等徑圓柱面為同一等徑圓柱面。
[0040]在本發(fā)明中，與定子2和轉(zhuǎn)子I的中心線(軸線)垂直相交的平面稱之為子午面。如圖5所示，在定子葉片202的上端(入口)和下端(出口)之間的子午面與上端及下端的相對位置用I值表示，O ^ I ^ LO0其中，等I值的子午面稱為等值子午面:當(dāng)?shù)戎底游缑媾c定子葉片202的上端相切時I = 0.0，當(dāng)?shù)戎底游缑媾c定子葉片202的下端相切時I=1.0。相應(yīng)的，如圖9所示，在轉(zhuǎn)子葉片102的上端(入口)和下端(出口)之間的子午面與上端及下端的相對位置用I值表示，0.1 ^ 1.0o其中，等I值的子午面也稱為等值子午面:當(dāng)?shù)戎底游缑媾c轉(zhuǎn)子葉片102的上端相切時I = 0.0，當(dāng)?shù)戎底游缑媾c轉(zhuǎn)子葉片102的下端相切時I = 1.0。
[0041]在本發(fā)明中，如圖2和圖6所示，定子葉片202的軸向高度沿定子2的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，且定子葉片202的軸向高度與等徑圓柱面半徑成正比。轉(zhuǎn)子葉片102的軸向高度沿轉(zhuǎn)子I的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，且轉(zhuǎn)子葉片102的軸向高度與等徑圓柱面半徑成正比。
[0042]如圖1、圖5和圖9所示，定子葉片202及轉(zhuǎn)子葉片102均為點投影形成的葉片，每個所述轉(zhuǎn)子葉片的壓力面106和吸力面105與經(jīng)過該轉(zhuǎn)子葉片的等值子午面相交并形成兩條第一相貫直線111，所述兩條第一相貫直線111相交，其中，位于所述轉(zhuǎn)子中心線113上的交點為第一交點112，所述第一交點112位于轉(zhuǎn)子葉片前緣最高點在轉(zhuǎn)子中心線上的垂直投影點和轉(zhuǎn)子葉片后緣最低點在轉(zhuǎn)子中心線上的垂直投影點之間，且第一交點112是唯一的；每個所述定子葉片的壓力面204和吸力面205與經(jīng)過該定子葉片的等值子午面相交并形成兩條第二相貫直線211，所述兩條第二相貫直線211相交，其中，位于所述定子中心線213上的交點為第二交點212，所述第二交點212位于定子葉片前緣最高點在定子中心線上的垂直投影點和定子葉片后緣最低點在定子中心線上的垂直投影點之間，且第二交點212是唯一的。
[0043]進一步的，如圖5和圖9所示，經(jīng)過第一交點112的等值子午面與轉(zhuǎn)子葉片102的壓力面104或吸力面105的兩條相貫線111相交于第一交點112 ;經(jīng)過第二交點212的等值子午面與定子葉片20 的壓力面206或吸力面205的兩條相貫線211相交于第二交點212。
[0044]進一步的，如圖4和圖8所示，轉(zhuǎn)子葉片102與定子葉片202相對于轉(zhuǎn)子I和定子2的中心軸傾斜設(shè)置，且轉(zhuǎn)子葉片102與定子葉片202的傾斜方向相反，即在同一等徑圓柱面上的定子葉片安裝角與轉(zhuǎn)子葉片安裝角，方向相反；在不同的等徑圓柱面上的定子葉片安裝角，沿徑向相等；在不同的所述等徑圓柱面上的轉(zhuǎn)子葉片安裝角，沿徑向相等。
[0045]進一步的，如圖3和圖7所示，定子葉片202的周向厚度沿定子2的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，轉(zhuǎn)子葉片102的周向厚度沿轉(zhuǎn)子I的徑向由內(nèi)向外逐漸增大。
[0046]進一步的，如圖1、圖2和圖6所示，定子及轉(zhuǎn)子的軸向高度為L = 20~60mm，定子外徑為Dse = 50~300mm，轉(zhuǎn)子內(nèi)徑為Dh = 20~200臟。
[0047]進一步的,如圖1、圖2和圖6所示,轉(zhuǎn)子葉冠103的軸向高度L1 = 7~20mm,定子葉冠203軸向高度L2 = 7~20mm ;轉(zhuǎn)子葉片102的軸向高度H1 = 5~20mm，定子葉片202的軸向高度H2 = 5~20_。
[0048]進一步的，如圖1、圖2和圖6所示，轉(zhuǎn)子葉冠103的內(nèi)圓周直徑為Drt，定子本體201的內(nèi)圓周直徑為Dsl，即該定轉(zhuǎn)子組合的流道外徑D1 = Drl = Dsl = 40~280mm ;轉(zhuǎn)子本體101的凸臺104外圓周直徑為Drf，定子葉冠203的外圓周直徑為Ds2,即該定轉(zhuǎn)子組合體的流道內(nèi)徑D2 = Dr2 = Ds2 = 30~220mm ;流道外徑D1與流道內(nèi)徑D2的算術(shù)平均值為平均流道直徑D，D = (D^D2)/2 = 35~250mm ;流道外徑D1與流道內(nèi)徑D2之差的一半為流道寬度 h = hr = hs,h = (D「D2)/2 = 5 ~100mm。(注:根據(jù)需要，Drl 與 Dsl、Dr2 與 Ds2 可取不同值。)
[0049]進一步的，如圖3和圖7所示，定子葉片202的葉片個數(shù)n2與轉(zhuǎn)子葉片102的葉片個數(shù)Ii1分別為II1 = 10~60個，n2 = 10~60個,從而滿足不同工況需求。
[0050]進一步的，定子葉片202與任意兩個等徑圓柱面相切，定子葉片的前緣209與兩個等徑圓柱面相交形成的兩條定子葉片202的前緣相貫線形狀相同，定子葉片的后緣210與兩個等徑圓柱面相交形成的兩條定子葉片202的后緣相貫線形狀也相同；轉(zhuǎn)子葉片102與任意兩個等徑圓柱面相切，轉(zhuǎn)子葉片102的前緣與兩個等徑圓柱面相交形成的兩條轉(zhuǎn)子葉片前緣相貫線形狀相同，轉(zhuǎn)子葉片102的后緣與兩個等徑圓柱面相交形成的兩條轉(zhuǎn)子葉片后緣相貫線形狀也相同。如圖4和圖8所示，定子葉片202之間的節(jié)距為t2，t2 = 5.0~
15.0mm ;轉(zhuǎn)子葉片102之間的節(jié)距為t1; & = 5.0~15.0mm0定子葉片202的進口角為a 2k,a2k = 30°~150° ;轉(zhuǎn)子葉片102的進口角為β11;，Plk = 30°~150°。定子葉片202的出口角為a lk，a lk = 5°~85° ;轉(zhuǎn)子葉片102的出口角為β 2k，β a = 5°~85°。定子葉片202的前緣半徑為r21, r21 = 0.1~3.0mm ;后緣半徑為r22,r22 = 0.1~3.0mm。轉(zhuǎn)子葉片102的前緣半徑為F1^r11 = 0.1~3.0mm ;后緣半徑為r12,r12 = 0.1~3.0mm。定子葉片
202的前緣錐角為,≤75。;轉(zhuǎn)子葉片102的前緣錐角為&，1°^ <75°。定子葉片202的后緣錐角為R2，1°≤φ2≤75°;轉(zhuǎn)子葉片102的后緣錐角為，1°≤φ2≤75°。
定子葉片202的安裝角為 β 12，β 12 = 20°~90° ;轉(zhuǎn)子葉片102的安裝角為β η, β η =20。~90°。
[0051]進一步的，如圖5和圖9所示，所述定子葉片或轉(zhuǎn)子葉片與I = 0.5的等值子午面相交，定子或轉(zhuǎn)子葉片壓力面和吸力面與等值子午面的兩條相貫直線均指向半徑方向，定子葉片的周向厚度與轉(zhuǎn)子葉片的周向厚度沿徑向(由內(nèi)向外)逐漸增大。
[0052]值得指出的是，前述渦輪定子葉片和轉(zhuǎn)子葉片的進口角、出口角、前緣半徑、后緣半徑、前緣錐角、后緣錐角、葉片安裝角、等徑圓柱面、等值子午面的定義為本領(lǐng)域的公知技術(shù)，在此不再進行說明。
[0053]綜上所述，本發(fā)明通過上述的結(jié)構(gòu)設(shè)計，新型渦輪定轉(zhuǎn)子組合件具有結(jié)構(gòu)簡單、壓降低、扭矩大、水力效率高的優(yōu)點。
[0054]如圖11所示，為本發(fā)明渦輪馬達(dá)實施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明提供了一種渦輪馬達(dá)，該渦輪馬達(dá)包括渦輪馬達(dá)主軸31和渦輪馬達(dá)殼體41，在渦輪馬達(dá)主軸31上套接有50~300級如上所述的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，形成具有50~300級渦輪定轉(zhuǎn)子的大扭矩渦輪馬達(dá)。渦輪馬達(dá)，適用于直徑Φ60~Φ600_井眼或孔眼鉆進用渦輪鉆具及底部鉆具組合。
[0055]以上所述僅為本發(fā)明示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括同軸套裝的定子和轉(zhuǎn)子，所述定子與所述轉(zhuǎn)子的中心線共線；所述定子包括同軸設(shè)置的圓筒狀定子本體、若干個定子葉片和圓環(huán)狀定子葉冠，所述轉(zhuǎn)子包括同軸設(shè)置的圓筒狀轉(zhuǎn)子本體、若干個轉(zhuǎn)子葉片和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠，所述定子葉冠的內(nèi)壁與所述轉(zhuǎn)子本體外壁同軸套裝，其特征在于:所述定子葉片的軸向高度沿所述定子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，并與所述定子的等徑圓柱面半徑成正比；所述轉(zhuǎn)子葉片的軸向高度沿所述轉(zhuǎn)子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，并與所述轉(zhuǎn)子的等徑圓柱面半徑成正比。
2.如權(quán)利要求1所述的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于:每個所述轉(zhuǎn)子葉片的壓力面和吸力面與經(jīng)過該轉(zhuǎn)子葉片的等值子午面相交并形成兩條第一相貫直線，所述兩條第一相貫直線相交，其中，位于所述轉(zhuǎn)子中心線上的交點為第一交點，所述第一交點位于轉(zhuǎn)子葉片前緣最高點在轉(zhuǎn)子中心線上的垂直投影點和轉(zhuǎn)子葉片后緣最低點在轉(zhuǎn)子中心線上的垂直投影點之間，且所述第一交點是唯一的；每個所述定子葉片的壓力面和吸力面與經(jīng)過該定子葉片的等值子午面相交并形成兩條第二相貫直線，所述兩條第二相貫直線相交，其中，位于所述定子中心線上的交點為第二交點，所述第二交點位于定子葉片前緣最高點在定子中心線上的垂直投影點和定子葉片后緣最低點在定子中心線上的垂直投影點之間，且所述第二交點是唯一的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于:在同一所述等徑圓柱面上的定子葉片安裝角與轉(zhuǎn)子葉片安裝角，方向相反；在不同的所述等徑圓柱面上的定子葉片安裝角，沿徑向相等；在不同的所述等徑圓柱面上的轉(zhuǎn)子葉片安裝角，沿徑向相等。
4.如權(quán)利要 求1或2所述的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于:所述定子葉片的周向厚度沿所述定子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，所述轉(zhuǎn)子葉片的周向厚度沿所述轉(zhuǎn)子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大。
5.如權(quán)利要求2所述的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于:經(jīng)過所述第一交點的等值子午面與所述轉(zhuǎn)子葉片的壓力面或吸力面的相貫線相交于所述第一交點；經(jīng)過所述第二交點的等值子午面與所述定子葉片的壓力面或吸力面的相貫線相交于所述第二交點。
6.如權(quán)利要求1或2所述的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于:所述定子葉片與任意兩個等徑圓柱面相交，所述定子葉片的前緣與所述兩個等徑圓柱面相交形成的兩條定子葉片的前緣相貫線形狀相同，所述定子葉片的后緣與所述兩個等徑圓柱面相交形成的兩條定子葉片的后緣相貫線形狀也相同；所述轉(zhuǎn)子葉片與任意兩個等徑圓柱面相交，所述轉(zhuǎn)子葉片的前緣與所述兩個等徑圓柱面相交形成的兩條轉(zhuǎn)子葉片前緣相貫線形狀相同，所述轉(zhuǎn)子葉片的后緣與所述兩個等徑圓柱面相交形成的兩條轉(zhuǎn)子葉片后緣相貫線形狀也相同。
7.一種渦輪馬達(dá)，其特征在于:所述渦輪馬達(dá)包括渦輪馬達(dá)主軸和渦輪馬達(dá)殼體，在所述渦輪馬達(dá)主軸上套接有如權(quán)利要求1至6中任一項所述的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。
8.如權(quán)利要求7所述的渦輪馬達(dá)，其特征在于:所述的點投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件沿所述渦輪馬達(dá)主軸的軸向疊置有50~300個，形成具有50~300級渦輪定轉(zhuǎn)子的大扭矩渦輪馬達(dá) 。
【文檔編號】F03B3/18GK104074667SQ201410315784
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】譚春飛 申請人:中國石油大學(xué)(北京)