CN103437714A - 用于涡轮钻具的涡轮定子 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于涡轮钻具的涡轮定子，包括内环（2）和套在内环（2）外端的外环（1），所述内环（2）和外环（1）之间通过定子叶片组连接，所述定子叶片组由若干个横截面呈月牙型的定子叶片（3）组成，所述定子叶片（3）以内环（2）中轴为对称轴均匀分布在内环（2）和外环（1）之间，所述定子叶片（3）的内侧圆弧面为工作面（4）。本发明设计的这种涡轮钻具的涡轮定子，不仅势能利用率高，强度高，而且耐磨损，使用寿命长，效率高。
Description
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定子，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定子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定子，用于解决以往的涡轮钻具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定子，包括内环和套在内环外端的外环，所述内环和外环之间通过定子叶片组连接，所述定子叶片组由若干个横截面呈月牙型的定子叶片组成，所述定子叶片以内环中轴为对称轴均匀分布在内环和外环之间，所述定子叶片的内侧圆弧面为工作面。定子叶片采用月牙型结构使得冲击在叶片上的液体的冲击力传递到下方的涡轮转子上的力增大，即增大了叶片的输出扭矩，有效提高了液体势能的利用。
进一步地，所述定子叶片设有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。
进一步地，所述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。任意相邻两个定子叶片之间的水平间距过小则击打在定子叶片并反弹到涡轮转子的液体会打在定子叶片上，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打到涡轮定子上，减少了势能和输出转矩，液体利用率低，效率降低。
进一步地，所述定子叶片的工作面的弧长为水平间距的1-1.2倍。定子叶片的弧长过短则液体势能只能打在叶片下部，其输出扭矩的角度偏大从而打击在定子叶片上的角度偏大，从而降低了势能转换，还有可能导致液体无法打击在定子叶片上，所以定子叶片的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。
进一步地，所述定子叶片的工作面的弧度为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。
进一步地，所述外环、内环和定子叶片均采用WC硬质合金或40Cr钢。WC硬质合金由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，WC硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性；而40Cr是机械制造业使用最广泛的钢之一，调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性，这种钢除调质处理外还适于氰化和高频淬火处理，该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。外环、内环和定子叶片在液体冲击下不仅容易断裂，还可能被液体内的颗粒磨损，所以采用WC硬质合金或40Cr钢不仅能减少其的磨损量，还能延长其使用寿命，降低其成本。
本发明的优点在于：本发明设计的这种涡轮钻具的涡轮定子，不仅势能利用率高，强度高，而且耐磨损，使用寿命长，效率高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明定子叶片的结构示意图。
图3为本发明定子叶片的横截面图。
图中的标号分别表示为：1、外环；2、内环；3、定子叶片；4、工作面。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
参见图1、图2和图3，用于涡轮钻具的涡轮定子，包括内环2和套在内环2外端的外环1，所述内环2和外环1之间通过定子叶片组连接，所述定子叶片组由若干个横截面呈月牙型的定子叶片3组成，所述定子叶片3以内环2中轴为对称轴均匀分布在内环2和外环1之间，所述定子叶片3的内侧圆弧面为工作面4。
所述定子叶片3设有16-32个。
所述任意相邻两个定子叶片3之间的水平间距大于12毫米小于21毫米。
所述定子叶片3的工作面4的弧长为水平间距的1-1.2倍。
所述定子叶片3的工作面4的弧度为80°-100°。
所述外环1、内环2和定子叶片3均采用WC硬质合金或40Cr钢。
在使用时，涡轮定子固定在钻具的外壳上，其与涡轮转子套叠组成涡轮组件，液体通过定子叶片3将液体势能转换成机械能输出到涡轮转子上，涡轮转子再带动钻杆转动从而完成钻井，整个结构简单合理，能有效的利用液体势能钻井，效率高。
本发明的定子叶片3的结构优化后不仅提高了液体势能的转换率，最大的提高了转动效率，同时定子叶片3采用采用WC硬质合金或40Cr钢使得定子叶片3结构强化，更具耐磨性和抗冲击性，使用寿命大大延长。
如上所述即可很好的实现本发明。
Claims (6)
1.用于涡轮钻具的涡轮定子，其特征在于：包括内环（2）和套在内环（2）外端的外环（1），所述内环（2）和外环（1）之间通过定子叶片组连接，所述定子叶片组由若干个横截面呈月牙型的定子叶片（3）组成，所述定子叶片（3）以内环（2）中轴为对称轴均匀分布在内环（2）和外环（1）之间，所述定子叶片（3）的内侧圆弧面为工作面（4）。
2.根据权利要求1所述的用于涡轮钻具的涡轮定子，其特征在于：所述定子叶片（3）设有16-32个。
3.根据权利要求1或2所述的用于涡轮钻具的涡轮定子，其特征在于：所述任意相邻两个定子叶片（3）之间的水平间距大于12毫米小于21毫米。
4.根据权利要求3所述的用于涡轮钻具的涡轮定子，其特征在于：所述定子叶片（3）的工作面（4）的弧长为水平间距的1-1.2倍。
5.根据权利要求1或4所述的用于涡轮钻具的涡轮定子，其特征在于：所述定子叶片（3）的工作面（4）的弧度为80°-100°。
6.根据权利要求1所述的用于涡轮钻具的涡轮定子，其特征在于：所述外环（1）、内环（2）和定子叶片（3）均采用WC硬质合金或40Cr钢。
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