CN203584467U - 一种涡轮钻具的涡轮转子 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种涡轮钻具的涡轮转子，包括转子动环（2），转子动环（2）一侧端面向外延伸形成导向套环（4），所述转子动环（2）在导向套环（4）外侧的端面形成定位台阶（3），所述转子动环（2）和导向套环（4）内侧圆周面设有键槽（5），所述转子动环（2）外侧圆周面设有一圈转子叶片组，转子叶片组由若干个呈圆周均匀分布且横截面呈月牙型的转子叶片（1）组成，转子叶片（1）的内侧圆弧面为工作面（6）。实用新型设计的这种涡轮钻具的涡轮转子，不仅势能利用率高，强度高，而且耐磨损，使用寿命长，转动效率高。

Description

一种涡轮钻具的涡轮转子

技术领域

本实用新型涉及一种石油钻具配件，具体是一种涡轮钻具的涡轮转子，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转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。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是：提供一种涡轮钻具的涡轮转子，用于解决以往的涡轮转子的液体势能利用不充分、叶片易断裂的问题。 

本实用新型提供的技术方案是：一种涡轮钻具的涡轮转子，包括转子动环，转子动环一侧端面向外延伸形成导向套环，所述转子动环在导向套环外侧的端面形成定位台阶，所述转子动环和导向套环内侧圆周面设有键槽，所述转子动环外侧圆周面设有一圈转子叶片组，转子叶片组由若干个呈圆周均匀分布且横截面呈月牙型的转子叶片组成，转子叶片的内侧圆弧面为工作面。转子叶片采用月牙型结构使得冲击在叶片上的液体冲击力的横向分力变大，液体势能转换成的叶片推力增大，有效提高了液体势能的利用；同时转子叶片的输出扭矩也增大，则传递到下方的涡轮组的输出扭矩也大，多次提高液体势能的利用率。 

进一步地，所述转子叶片设有16-32个。转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，转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，根据不同工况转子叶片的数量可任意取值，但是转子叶片的数量取在16-32个之间时，液体势能能达到较高的利用率，同时输出转矩较大也较均匀，不仅效率高，同时也减少了每个叶片受到的冲击力，转子能够稳定、持久的工作。 

进一步地，所述任意相邻两个转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之间的水平间距过小则击打在转子叶片并反弹到下方的液体会打在转子叶片上，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大多直接通过叶片之间的间隙流向下方，不会击打叶片产生机械能，减少了势能和输出转矩，液体利用率低，转子效率降低。 

进一步地，所述工作面的弧长为水平间距的1-1.2倍。转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转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转子叶片上，所以转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，所述工作面的弧度为80°-100°。转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，当转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°，此时转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，所述转子动环、导向套环和转子叶片均采用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。转子动环、导向套环和转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。 

本实用新型的优点在于：本实用新型设计的这种涡轮钻具的涡轮转子，不仅势能利用率高，强度高，而且耐磨损，使用寿命长，转动效率高。 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。 

图2为本实用新型转子叶片的结构示意图。 

图3为本实用新型转子叶片的横截面图。 

图中的标号分别表示为：1、转子叶片；2、转子动环；3、定位台阶；4、导向套环；5、键槽；6、工作面。 

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。 

参见图1、图2和图3，一种涡轮钻具的涡轮转子，包括转子动环2，转子动环2一侧端面向外延伸形成导向套环4，所述转子动环2在导向套环4外侧的端面形成定位台阶3，所述转子动环2和导向套环4内侧圆周面设有键槽5，所述转子动环2外侧圆周面设有一圈转子叶片组，转子叶片组由若干个呈圆周均匀分布且横截面呈月牙型的转子叶片1组成，转子叶片1的内侧圆弧面为工作面6。 

所述转子叶片1设有16-32个。 

所述任意相邻两个转子叶片1之间的水平间距大于12毫米小于21毫米。 

所述转子叶片1的工作面6的弧长为水平间距的1-1.2倍。 

所述转子叶片1的工作面6的弧度为80°-100°。 

所述转子动环2、导向套环4和转子叶片1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，涡轮转子的导向套环4套合在涡轮定子上，二者通过定位台阶3配合定位，其内的键槽5与钻具的钻杆的键结构配合，涡轮定子上设有与转子叶片组相同结构的定子叶片组，且转子叶片组内的转子叶片1排向与定子叶片组内的定子叶片排向相反，当液体通过定子叶片组内的定子叶片转换后以40-50度的角度击打在转子叶片1的工作面6上，转子叶片1在液体击打下将液体势能转换成机械能并转动，同时通过键连接带动钻杆转动，从而完成钻井。 

本实用新型的转子叶片1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，同时转子叶片1采用采用WC硬质合金或40Cr钢使得转子叶片1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实用新型。 

Claims (6)

1.一种涡轮钻具的涡轮转子，其特征在于：包括转子动环（2），转子动环（2）一侧端面向外延伸形成导向套环（4），所述转子动环（2）在导向套环（4）外侧的端面形成定位台阶（3），所述转子动环（2）和导向套环（4）内侧圆周面设有键槽（5），所述转子动环（2）外侧圆周面设有一圈转子叶片组，转子叶片组由若干个呈圆周均匀分布且横截面呈月牙型的转子叶片（1）组成，转子叶片（1）的内侧圆弧面为工作面（6）。

2.根据权利要求1所述的一种涡轮钻具的涡轮转子，其特征在于：所述转子叶片（1）设有16-32个。

3.根据权利要求1或2所述的一种涡轮钻具的涡轮转子，其特征在于：所述任意相邻两个转子叶片（1）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所述的一种涡轮钻具的涡轮转子，其特征在于：所述工作面（6）的弧长为水平间距的1-1.2倍。

5.根据权利要求1或4所述的一种涡轮钻具的涡轮转子，其特征在于：所述工作面（6）的弧度为80°-100°。

6.根据权利要求1所述的一种涡轮钻具的涡轮转子，其特征在于：所述转子动环（2）、导向套环（4）和转子叶片（1）均采用WC硬质合金或40Cr钢。

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