CN115773065B - 一种转子盘片及具有其的旋喷涡轮结构和井底动力钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转子盘片及具有其的旋喷涡轮结构和井底动力钻具，转子盘片包括盘片本体，盘片本体边缘开设有多个涡轮流道孔；旋喷涡轮结构包括多个上述的转子盘片；多个盘片本体罗叠布置，并通过连接件紧固形成涡轮转子副；多个盘片本体上的涡轮流道孔的开设位置自上而下产生偏移，使得多个盘片本体的涡轮流道孔在涡轮转子副内形成多条自上而下的螺旋通道；井底动力钻具包括外壳，以及分别连接在外壳两端的上支承节和下支承节，上支承节顶端具有钻井液进口，下支承节内侧具有钻井液出口；还包括：上述的旋喷涡轮结构、上传动节和下传动节。本发明解决了传统涡轮叶片加工精度要求高所导致的加工困难的缺陷，打破了国外的技术垄断。

Description

一种转子盘片及具有其的旋喷涡轮结构和井底动力钻具

技术领域

本实用新型涉及地质资源与地质工程领域，更具体的说是涉及一种转子盘片及具有其的旋喷涡轮结构和井底动力钻具。

背景技术

涡轮钻具是一种井底液动马达，它以钻井泵泵出的高压钻井液为动力，通过涡轮定子和转子的作用将钻井液的能量转变为转动涡轮轴的机械能，驱动钻头破岩，实施钻井作业。涡轮钻具钻井具有能量利用充分、机械钻速较高、井身质量好和耐高温环境的优点，使其在硬岩地层和高温钻进过程中发挥着重要作用。

涡轮钻具是由定子和转子组成，其定子和转子的涡轮叶片形状直接影响涡轮钻具整体性能，同时现有涡轮钻具受自身结构、性能的限制，其转速高扭矩小、工具压降相对于载荷变化不大；最重要的是传统的涡轮叶片加工十分困难，加工精度要求高。涡轮钻具市场由俄国和欧美国家垄断。

因此，如何提供一种易于加工的旋喷涡轮井底动力钻具，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种转子盘片及具有其的旋喷涡轮结构和井底动力钻具，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种转子盘片，包括盘片本体，所述盘片本体边缘开设有多个涡轮流道孔。

通过上述技术方案，本发明提供了一种新的转子盘片结构，通过在盘片本体边缘开设涡轮流道孔即可满足整体的组装需求，解决了传统涡轮叶片加工精度要求高所导致的加工困难的缺陷，打破了国外的技术垄断。

本发明还提供了一种旋喷涡轮结构，包括多个上述的转子盘片；所述盘片本体的数量为多个，且多个所述盘片本体罗叠布置，并通过连接件紧固形成涡轮转子副；多个所述盘片本体上的所述涡轮流道孔的开设位置自上而下产生偏移，使得多个所述盘片本体的涡轮流道孔在所述涡轮转子副内形成多条自上而下的螺旋通道。

通过上述技术方案，本发明采用多个转子盘片进行组装，通过将每个盘片本体上的涡轮流道孔进行错位，使得涡轮转子副内形成多条自上而下的螺旋通道，当泥浆通过涡轮流道孔时形成偏转，产生径向力和轴向力，径向力驱动涡轮转子副旋转，能够提供钻具扭矩输出，由该转子盘片形成的旋喷涡轮结构解决了现有技术中涡轮叶片加工十分困难，加工精度要求高的问题，打破了国外的技术垄断。

优选的，在上述一种旋喷涡轮结构中，所述连接件包括：紧固螺杆和紧固螺母，所述盘片本体上开设有多个螺杆孔，多个所述紧固螺杆分别穿过所述涡轮转子副上的多组所述螺杆孔，且两端通过所述紧固螺母螺纹锁紧。通过紧固螺杆和紧固螺母的连接方式能够使得多个盘片本体能够快速连接和拆卸，而且通过紧固螺杆和紧固螺母的连接方式可以仅在调整螺杆孔的情况下，即可实现螺旋通道的形成，这样组装更加方便快捷，只需要控制螺杆孔的加工精度即可对螺旋通道的具体形状进行控制调节，将加工难点转移到容易加工的螺杆孔上，克服了现有技术的加工难题。

本发明还提供了一种井底动力钻具，包括：外壳，以及分别连接在所述外壳两端的上支承节和下支承节，所述上支承节顶端具有钻井液进口，所述下支承节内侧具有钻井液出口；还包括：上述的旋喷涡轮结构、上传动节和下传动节；

所述涡轮转子副的多条所述螺旋通道两端分别与所述钻井液进口和所述钻井液出口连通；

所述上传动节底端与所述涡轮转子副顶端固定连接，所述上传动节顶端和所述上支承节顶端转动连接；

所述下传动节顶端与所述涡轮转子副底端固定连接，所述下传动节中下部和所述下支承节内侧转动连接。

通过上述技术方案，本发明提供一种新结构旋喷涡轮井底动力钻具，采用了以上提供的新的旋喷涡轮结构，整体钻具能有效降低涡轮叶片加工困难，易于组装和维修更换，有效克服了传统结构的技术缺陷。

优选的，在上述一种井底动力钻具中，所述上传动节顶端通过上轴承部与所述上支承节顶端连接；所述下传动节中下部通过下轴承部与所述下支承节内侧连接。上传动节和下支承节都采用轴承部实现与相应的上传动节和下传动节进行连接，用于支承和平衡自重轴向力。

优选的，在上述一种井底动力钻具中，所述上轴承部具有与所述钻井液进口对应的上进液孔，所述下轴承部具有与所述钻井液出口对应的下出液孔。通过在上轴承部和下轴承部上开设相应的孔道，可以使得泥浆能够按照需求方向流动。

优选的，在上述一种井底动力钻具中，所述下传动节外侧连接有静压轴承节，所述静压轴承节顶紧在所述涡轮转子副和所述下轴承部之间。当泥浆通过涡轮流道孔时形成偏转，产生径向力和轴向力，径向力驱动涡轮转子副旋转，轴向力由静压轴承节抵消，静压轴承节由多组静压轴承组成，用于平衡转子副产生轴向力。

优选的，在上述一种井底动力钻具中，所述上传动节内部开设有上流道，所述下传动节内部开设有下流道，所述盘片本体上开设有与所述上流道和所述下流道对应的静压支承流道孔；所述下传动节上开设有连通所述下流道和所述静压轴承节的可变节流孔。通过设置上流道、下流道和静压支承流道孔，使得上传动节、下传动节和涡轮转子副形成另一条独立的泥浆通道，泥浆由上流道进入，经过静压支承流道孔和下流道，并从可变节流孔喷出，为静压轴承节提供轴向支撑力，进入静压轴承节的泥浆最后从缝隙流出，汇入到外壳的内侧泥浆间隙中。

优选的，在上述一种井底动力钻具中，所述下传动节底端固定有封堵所述下流道的传动花键。传动花键将下流道底部封堵，一方面用于传动连接，另一方面用于封堵下流道，使得泥浆能够从可变节流孔喷出。

优选的，在上述一种井底动力钻具中，所述上传动节底端和所述下传动节顶端均具有用于与所述涡轮转子副连接的法兰。采用法兰结构能够方便上传动节和下传动节与涡轮转子副的连接，当采用紧固螺杆和紧固螺母对盘片本体进行紧固时，可以直接将上传动节和下传动节的法兰与盘片本体通过紧固螺杆和紧固螺母进行紧固，结构简单，连接稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的转子盘片的结构示意图；

图2附图为本发明提供的井底动力钻具的结构示意图；

图3附图为本发明提供的图2中局部A的放大图；

图4附图为本发明提供的图2中局部B的放大图；

图5附图为本发明提供的井底动力钻具的零件装配图。

其中：

100-上支承节；200-涡轮转子副；300-外壳；400-静压轴承节；500-下支承节；

1-锁固螺母；2-上轴承压垫；3-第一轴承；4-上轴承支承盘；5-上支承座；6-下轴承压垫；7-第二轴承；8-上传动节；9-静压支承流道孔；10-紧固螺杆；11-紧固螺母；12-盘片本体；13-卡环；14-下托压盘；15-上托压盘；16-可变节流孔；17-密封圈；18-静压轴承垫；19-第三轴承；20-下轴承支承盘；21-轴承顶垫；22-第四轴承；23-下支承座；24-下传动节；25-传动花键；26-涡轮流道孔；27-螺杆孔；28-钻井液进口；29-钻井液出口；30-上轴承部；31-下轴承部；32-上进液孔；33-下出液孔；34-上流道；35-下流道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参见附图1，本发明实施例公开了一种转子盘片，包括盘片本体12，盘片本体12边缘开设有多个涡轮流道孔26。

在本实施例中，涡轮流道孔26开设成长条的等腰梯形形状，如图1所示，这样可以为错位布置提供更好的基础。

实施例2：

参见附图5，本发明实施例公开了一种旋喷涡轮结构，包括多个实施例1的转子盘片；盘片本体12的数量为多个，且多个盘片本体12罗叠布置，并通过连接件紧固形成涡轮转子副200；多个盘片本体12上的涡轮流道孔26的开设位置自上而下产生偏移，使得多个盘片本体12的涡轮流道孔26在涡轮转子副200内形成多条自上而下的螺旋通道。

在本实施例中，连接件包括：紧固螺杆10和紧固螺母11，盘片本体12上开设有多个螺杆孔27，多个紧固螺杆10分别穿过涡轮转子副200上的多组螺杆孔27，且两端通过紧固螺母11螺纹锁紧。

实施例3：

参见附图2至附图5，本发明实施例公开了一种井底动力钻具，包括：外壳300，以及分别连接在外壳300两端的上支承节100和下支承节500，上支承节100顶端具有钻井液进口28，下支承节500内侧具有钻井液出口29；还包括：实施例2的旋喷涡轮结构、上传动节8和下传动节24；

涡轮转子副200转动连接在外壳300内侧，涡轮转子副200的多条螺旋通道两端分别与钻井液进口28和钻井液出口29连通；

上传动节8底端与涡轮转子副200顶端固定连接，上传动节8顶端和上支承节100顶端转动连接；

下传动节24顶端与涡轮转子副200底端固定连接，下传动节8中下部和下支承节500内侧转动连接。

参见附图3和附图4，上传动节8顶端通过上轴承部30与上支承节100顶端连接；下传动节24中下部通过下轴承部31与下支承节500内侧连接。

在本实施例中，上支承节100包括上支承座5和上轴承部30，上轴承部30包括第二轴承7、下轴承压垫6、第一轴承3、上轴承压垫2、上轴承支承盘4和锁固螺母1；

上支承座5底端与外壳300螺纹连接；上支承座5顶端开口内侧通过第二轴承7和下轴承压垫6与上传动节8转动连接，如图3和图5所示，上支承座5顶端开口内侧形成阶梯孔，且开设有钻井液进口28；上传动节8上套设有第一轴承3，第一轴承3上端面相邻设置有上轴承压垫2，第一轴承3下端面卡接在上轴承支承盘4内，上轴承支承盘4上开设有和第一轴承3相应的凹槽，上传动节8顶部螺纹连接有锁固螺母1。

上轴承部30具有与钻井液进口28对应的上进液孔32，在本实施例中，上进液孔32开设在上轴承压垫2上。

在本实施例中，下支承节500包括下支承座和下轴承部31，下轴承部31包括第四轴承22、轴承顶垫21、第三轴承19、下轴承支承盘20和传动花键25；

下支承座23与顶端外壳300螺纹连接；下支承座23顶端开口内侧通过第四轴承22和轴承顶垫21与下传动节24转动连接，如图4和图5所示，下支承座23顶端开口内侧形成阶梯孔，且开设有钻井液出口29；下传动节24上套设有第三轴承19，第三轴承19下端面卡接在下轴承支承盘20内，下轴承支承盘20上开设有和第三轴承19相应的凹槽；下传动节24底端螺纹连接有传动花键25。

下轴承部31具有与钻井液出口29对应的下出液孔33，在本实施例中，下出液孔33开设在下轴承支承盘20上。

为了进一步优化上述技术方案，下传动节24外侧连接有静压轴承节400，静压轴承节400顶紧在涡轮转子副200和下轴承部31之间。

为了进一步优化上述技术方案，上传动节8内部开设有上流道34，下传动节24内部开设有下流道35，盘片本体12上开设有与上流道34和下流道35对应的静压支承流道孔9；下传动节24上开设有连通下流道35和静压轴承节400的可变节流孔16。

在本实施例中，静压轴承节400与外壳300间隙配合；静压轴承节400包括：卡环13、下托压盘14、上托压盘15、静压轴承垫18和密封圈17；卡环13、下托压盘14、上托压盘15自上而下过渡配合组成一个连接整体，若干个连接整体同轴套设在下传动节24上，卡环13与下传动节24固定连接；最底部的连接整体的下方安装有静压轴承垫18，静压轴承垫18与下传动节24螺纹连接；下托压盘14内侧壁上开设有密封槽，密封圈安装在密封槽内；传动节24内部的下流道35上开设有可变节流孔16。

为了进一步优化上述技术方案，下传动节24底端固定有封堵下流道35的传动花键25。

为了进一步优化上述技术方案，上传动节8底端和下传动节24顶端均具有用于与涡轮转子副200连接的法兰。采用法兰结构能够方便上传动节8和下传动节24与涡轮转子副200的连接，当采用紧固螺杆10和紧固螺母11对盘片本体12进行紧固时，可以直接将上传动节8和下传动节24的法兰与盘片本体12通过紧固螺杆10和紧固螺母11进行紧固。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种旋喷涡轮结构，其特征在于，包括盘片本体(12)；所述盘片本体(12)边缘开设有多个涡轮流道孔(26)；所述盘片本体(12)的数量为多个，且多个所述盘片本体(12)罗叠布置，并通过连接件紧固形成涡轮转子副(200)；多个所述盘片本体(12)上的所述涡轮流道孔(26)的开设位置自上而下产生偏移，使得多个所述盘片本体(12)的所述涡轮流道孔(26)在所述涡轮转子副(200)内形成多条自上而下的螺旋通道。

2.根据权利要求1所述的一种旋喷涡轮结构，其特征在于，所述连接件包括：紧固螺杆(10)和紧固螺母(11)，所述盘片本体(12)上开设有多个螺杆孔(27)，多个所述紧固螺杆(10)分别穿过所述涡轮转子副(200)上的多组所述螺杆孔(27)，且两端通过所述紧固螺母(11)螺纹锁紧。

3.一种井底动力钻具，包括：外壳(300)，以及分别连接在所述外壳(300)两端的上支承节(100)和下支承节(500)，所述上支承节(100)顶端具有钻井液进口(28)，所述下支承节(500)内侧具有钻井液出口(29)；其特征在于，还包括：权利要求1或2所述的旋喷涡轮结构、上传动节(8)和下传动节(24)；

所述涡轮转子副(200)转动连接在所述外壳(300)内侧，所述涡轮转子副(200)的多条所述螺旋通道两端分别与所述钻井液进口(28)和所述钻井液出口(29)连通；

所述上传动节(8)底端与所述涡轮转子副(200)顶端固定连接，所述上传动节(8)顶端和所述上支承节(100)顶端转动连接；

所述下传动节(24)顶端与所述涡轮转子副(200)底端固定连接，所述下传动节(24)中下部和所述下支承节(500)内侧转动连接。

4.根据权利要求3所述的一种井底动力钻具，其特征在于，所述上传动节(8)顶端通过上轴承部(30)与所述上支承节(100)顶端连接；所述下传动节(24)中下部通过下轴承部(31)与所述下支承节(500)内侧连接。

5.根据权利要求4所述的一种井底动力钻具，其特征在于，所述上轴承部(30)具有与所述钻井液进口(28)对应的上进液孔(32)，所述下轴承部(31)具有与所述钻井液出口(29)对应的下出液孔(33)。

6.根据权利要求4所述的一种井底动力钻具，其特征在于，所述下传动节(24)外侧连接有静压轴承节(400)，所述静压轴承节(400)顶紧在所述涡轮转子副(200)和所述下轴承部(31)之间。

7.根据权利要求6所述的一种井底动力钻具，其特征在于，所述上传动节(8)内部开设有上流道(34)，所述下传动节(24)内部开设有下流道(35)，所述盘片本体(12)上开设有与所述上流道(34)和所述下流道(35)对应的静压支承流道孔(9)；所述下传动节(24)上开设有连通所述下流道(35)和所述静压轴承节(400)的可变节流孔(16)。

8.根据权利要求7所述的一种井底动力钻具，其特征在于，所述下传动节(24)底端固定有封堵所述下流道(35)的传动花键(25)。

9.根据权利要求3所述的一种井底动力钻具，其特征在于，所述上传动节(8)底端和所述下传动节(24)顶端均具有用于与所述涡轮转子副(200)连接的法兰。

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