SU1177433A1

SU1177433A1 - Multistage turbine of turbo-drill

Info

Publication number: SU1177433A1
Application number: SU843692929A
Authority: SU
Inventors: Исаак Яковлевич Вальдман; Раиса Александровна Комм; Борис Георгиевич Любимов; Борис Давыдович Малкин; Анатолий Михайлович Самойлов; Валериан Петрович Шумилов; Гелий Мейерович Никитин
Original assignee: Valdman Isaak Ya; Komm Raisa A; Lyubimov Boris G; Malkin Boris D; Samojlov Anatolij M; Shumilov Valerian P; Nikitin Gelij M
Priority date: 1984-01-17
Filing date: 1984-01-17
Publication date: 1985-09-07

Abstract

1. МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ТУРБИНА ТУРБОБУРА, содержаща металлические статоры, проточные части и ободы которых установлены на ступицах, роторы с проточными част ми, установленными на металлических ступицах и внутренние диаметры которых не менее внутренних диаметров проточных частей статоров, отличающа с тем, что, с целью повышени ее эксплуатационной надежности и снижени металлоемкости, проточные части роторов выполнены из полимерного материала и снабжены полимерной ступицей , при этом площадь торцовой поверхности обода статора составл ет не менее 0,16 гшощади кольца, ограниченного наружным и внутренним диаметрами проточной части статора, а § радиальный зазор между ротором и ступицей статора больше радиального . (Л зазора между статором и металлической ступицей ротора. ч 4 9 :1. MULTIPLE TURBINE TURBO-ROOM, containing metal stators, whose flow-through parts and rims are mounted on hubs, rotors with flow-through parts mounted on metal hubs and whose inner diameters are not less than the inside diameters of the stator flow-through parts, which is its operational reliability and reduction of metal consumption, the flow-through parts of the rotors are made of polymer material and equipped with a polymer hub, while the area of the end surface of the stator rim with leaves no less than 0.16 g of the ring of the ring bounded by the outer and inner diameters of the stator flow part, and the radial clearance between the rotor and the stator hub is greater than the radial. (L gap between the stator and the metal hub of the rotor. H 4 9:

Description

2. Турбина по П.1, отличающа с тем, что входные и выходные кромки проточных частей роторов2. Turbine according to claim 1, characterized in that the input and output edges of the flow parts of the rotors

расположены между плоскост ми торцовых поверхностей полимерных ступиц роторов.are located between the planes of the end surfaces of the polymer hubs of the rotors.

1one

Изобретение относитс к буровой технике и может быть, использовано в конструкци х турбобуров дл бурени нефт ных и газовых скважин.The invention relates to a drilling technique and may be used in the construction of turbo-drills for drilling oil and gas wells.

Цель изобретени - повышение эксплуатационной надежности турбины турбобура при снижении металлоемкости .The purpose of the invention is to increase the operational reliability of the turbine of the turbodrill while reducing metal consumption.

На фиг.1 изображена многоступенчата турбина турбобура, продольное сечение; на фиг.2 - ступени турбины при плоском расположении входных и выходных кромок проточных гаек ротора; на фиг.З - ступень турбины при коническом расположении входньпс и выходных кромок проточных частей ротора .1 shows a multi-stage turbine of a turbo-drill, a longitudinal section; figure 2 - turbine stage with a flat arrangement of the input and output edges of the flow nuts of the rotor; on fig.Z - turbine stage with a conical arrangement of the input and output edges of the flow-through parts of the rotor.

Полимерна проточна часть 1 ротора вместе с полимерной ступицей 2 укреплена на металлической ступице 3, устанавливаемой на валу 4 турбобура. Металлический статор, проточна часть 5 и обод 6 которого установлены на ступице 7, закреплен в корпусе 8. Корневой диаметр Dp (внутренний диаметр проточной части) ротора определ ет торцовые поверхности его полимерной ступицы, которые в случае осевого контакта ротора и статора взаимодействуют с торцовыми поверхност ми ободов 6 соседних статоров. Внутренний диаметр D проточной части статора при зтом выбран так, что площадь торцовой поверхности обода статора составл ет величину, определ емую исход из максимально допустимого напр жени на поверхности соприкасающейс с ним полимерной ступицы ротора и с учетом минимального вли ни на гидромеханические параметры проточной части статора. Радиальный зазор между ротором и ступицей статора выполнен по величине большим радиального зазора между статором и металлической ступицей ротора . Входные 9 и выходные 10 кромкиPolymer flow-through part 1 of the rotor together with a polymer hub 2 is mounted on a metal hub 3 mounted on the shaft 4 of the turbo-drill. The metal stator, the flow-through part 5 and the rim 6 of which are mounted on the hub 7, is fixed in the housing 8. The root diameter Dp (internal diameter of the flow-through part) of the rotor determines the end surfaces of its polymer hub, which, in the case of axial contact of the rotor and stator, interact with the end surfaces E rims 6 neighboring stators. The internal diameter D of the stator flow part is selected so that the surface area of the stator rim is determined based on the maximum allowable stress on the surface of the polymer hub of the stator in contact with it and taking into account the minimum effect on the hydromechanical parameters of the stator flow part. The radial clearance between the rotor and the stator hub is made according to the large radial clearance between the stator and the metal hub of the rotor. Input 9 and output 10 edges

проточных частей ротора расположены либо в плоскост х торцовых поверхностей полимерной ступицы ротора, либо между ними (фиг.2). Входные и выходные кромки проточной части ротора расположены на поверхност х условных конусов с вершинами, наход щимис на оси турбины или близко к ней (фиг.З). Многоступенчата турбина работаетthe flow-through parts of the rotor are located either in the planes of the end surfaces of the polymer hub of the rotor, or between them (Fig. 2). The inlet and outlet edges of the flow-through part of the rotor are located on the surfaces of conditional cones with vertices located on or close to the turbine axis (Fig. 3). Multiple Turbine Works

ансшогично известным металлическим или пластмассовым турбинам, однако при этом она обеспечивает возможность повьш1ени надежности при сохранении высокого КПД и снижении металлоемкости и трудоемкости ее изготовлени . В процессе работы при выработке осевого люфта опоры до величин, превьшающих осевой люфт турбины, соприкосновение статора и ротора происходит не по проточным част м, как зто имеет место в известных конструкци х турбобуров, а по торцовым поверхност м обода 6 статора и ступицы 2 проточной части 1 ротора.However, at the same time, it provides an opportunity to increase reliability while maintaining high efficiency and reducing metal consumption and laboriousness of its manufacture. During operation, the axial backlash of the bearing is developed to values exceeding the axial play of the turbine; the stator and the rotor do not contact the flow parts, as is the case in known turbo drills, but on the end surfaces of the rim 6 of the stator and hub 2 of the flow part 1 rotor.

Увеличение D,. (обеспечивающееIncrease D ,. (providing

увеличение площади контакта) ограничено требовани ми сохранени энергетической характеристики турбины, уменьшение В (уменьшение контактной поверхности) приводит к ростуthe increase in the contact area is limited by the requirements for maintaining the turbine’s energy performance; a decrease in B (decrease in the contact surface) leads to an increase in

контактных напр жений и опасности поломки полимерной проточной части ротора . Наибольша опасность такой поломки возникает при монтаже и демон ,таже турбинных секций, когда усили , действующие на систему, составл ют величины пор дка 15 - 25 т. Дп материала проточной части ротора (например , полиамида-I2j .разрушающие напр жени при сжатии составл ют 600 630 кгс/см.contact stresses and danger of breakage of the polymer flow part of the rotor. The greatest danger of such a breakdown occurs during installation and the demon, as well as the turbine sections, when the forces acting on the system are in the order of 15 to 25 tons. Dp of the material of the rotor flow part (for example, polyamide-I2j. 600 630 kgf / cm.

Учитыва , что количество ступеней, одновременно вступающих в контакт, может составить (наихудший вариант)Considering that the number of steps that simultaneously come into contact can be (the worst option)

около 10% от общего количества ступеней в секции, величина D , обес3I печивающа условие сохранности проточной части ротора, должна быть такой , чтобы площадь торцовой поверхности обода статора составила не менее О,16 площади кольца, ограниченного наружным и внутренним диаметром проточной части статора. При указанном соотношении гидравлические характеристики ступени (и ее КПД) сохран ютс еще на высоком уровне. Дальнейшее увеличение этого соотноше ни ведет к росту гидравлических потерь и снижению КПД. Указанное соприкосновение статора и ротора не ло лопаткам, а по торцовым поверхност м обода статора и полимерной ступицы ротора, которое может П1юисходить как во врем работы турбобура, так и в процессе монтажа и демонтажа турбинных секций, обеспе чиваетс конструкцией проточных частей , а именно расположением входньпс и выходных кромок проточных частей. При возникновении контакта по торцоФиг . 2 34 вь1м поверхност м проточные части статора и ротора не контактируют одна с другой, так как входные 9 и выходные 10 кромки проточных частей ротора расположены между плоскост ми торцовых поверхностей полимерной ступицы ротора (фиг.2). Аналогичным образом исключаетс контакт между проточньми част ми статора и ротора при расположении входных и выходных кромок проточных частей ротора по варианту , изображенному на фиг.З. В процессе работы турбобура в результате износа радиальных опор искривление вала статора и ротора происходит не по полимерным проточным част м ротора, как это имеет место в известных конструкци х турбобуров, а по металлическим кольцевым поверхност м внутреннего обода 5 статора и ступицы 3 ротора, так как радиальный зазор SP выполнен большим радиального зазора 8 .about 10% of the total number of steps in the section, the value of D, which ensures the safety condition of the flow section of the rotor, must be such that the area of the end surface of the stator rim is at least O, 16 area of the ring bounded by the external and internal diameter of the flow section of the stator. At this ratio, the hydraulic characteristics of the stage (and its efficiency) are still at a high level. A further increase in this ratio does not lead to an increase in hydraulic losses and a decrease in efficiency. The specified contact between the stator and the rotor is not on the blade blades, but on the end surfaces of the rim of the stator and the polymer hub of the rotor, which can occur both during the turbo-drill and during installation and dismantling of the turbine sections, namely, the arrangement of the flow parts and output edges of flow parts. When contact occurs at the end face. 2 34 along the surfaces of the flow-through parts of the stator and the rotor do not contact one another, since the input 9 and output 10 edges of the flow-through parts of the rotor are located between the planes of the end surfaces of the polymer hub of the rotor (Fig. 2). Similarly, contact between the flow-through parts of the stator and the rotor is eliminated when the input and output edges of the flow-through parts of the rotor are located according to the variant shown in FIG. During operation of the turbodrill as a result of wear of the radial bearings, the curvature of the stator shaft and rotor does not occur along the polymer flow parts of the rotor, as is the case in known turbodrill designs, but over the metal annular surfaces of the inner rim 5 of the stator and the hub 3 of the rotor, since radial clearance SP is made large radial clearance 8.

Claims

1. MULTI-STAGE TURBINE TURBOISTER, containing metal stators, flow parts and rims of which are mounted on hubs, rotors with flow parts mounted on metal hubs and whose inner diameters are not less than the internal diameters of the flow parts of stators, characterized in that, for the purpose of increase its operational reliability and reduce metal consumption, the flow parts of the rotors are made of polymer material and equipped with a polymer hub, while the area of the end surface of the stator rim was It has at least 0.16 ring area, limited by the outer and inner diameters of the stator flow part, and the radial clearance between the rotor and stator hub is greater than the radial clearance between the stator and the metal rotor hub.

Sen

2. Turbine pop. 1, characterized in that the input and output edges of the flow parts of the rotors are located between the planes of the end surfaces of the polymer hubs of the rotors.