SU59831A1

SU59831A1 - Multistage jet turbine

Info

Publication number: SU59831A1
Application number: SU21270K
Authority: SU
Inventors: М.Т. Гусман; П.С. Дроботов; Р.А. Иоанесян; н Р.А. Иоанес; Э.М. Тагиев; П.П. Шумилов
Original assignee: М.Т. Гусман; П.С. Дроботов; Р.А. Иоанесян; н Р.А. Иоанес; Э.М. Тагиев; П.П. Шумилов
Priority date: 1939-01-21
Filing date: 1939-01-21
Publication date: 1940-11-30
Also published as: SU59755A1

Description

Изобретение имеет в виду многоступенчатую реактивную турбину дл гидравлического привода, например, дл вращени инструмента, непосредственно , без участи редуктора, соединенного с ротором турбины.The invention has in mind a multistage jet turbine for a hydraulic drive, for example, for rotating an instrument, directly, without the part of a gearbox connected to a turbine rotor.

Предлагаема турбина состоит из нескольких реактивных турбинных колес , насаженных на общий вал, одновременно служащий щпинделем дл рабочего инструмента или непосредственно соединенный с этим инструментом . В цел х удобства изготовлени и дл создани по возможности одинаковых усилий во всех част х механизма рабочие колеса всех ступеней делаютс одинаковыми. Более того, в цел х упрощени изготовлени турбинного привода, его неподвижные венцы, составл ющие по отнощению к рабочему колесу направл ющую рещетку (направл ющий ап1парат), делаютс подобными рабочим колесам.The proposed turbine consists of several jet turbine wheels mounted on a common shaft, simultaneously serving as a pinch for the working tool or directly connected to this tool. For the convenience of manufacturing and to create as much as possible effort in all parts of the mechanism, the impellers of all stages are made the same. Moreover, in order to simplify the manufacture of a turbine drive, its fixed rims, which constitute a guide lattice (guide apparatus) with respect to the impeller, are made similar to impellers.

Предлагаемый турбинный привод от остальных известных, а также от всех подобных предлагавшихс ранее отличаетс особыми соотнощени ми основных гидравлических элементов лопаток рабочего колеса и направл ющего аппарата турбины. В цел х достижен|и наилучшв-х показате лей в работе, изобретатели на основании многочисленных теоретических и опытных изысканий, предлагают выработанные ими соотнощени , в результате применени которых получаетс наибольщий вращающийс момент рабочего колеса (ротора турбинного привода), наибольща мощность, передаваема на инструмент , и наилучщий коэфициент полезного действи . При использовании выработанных изобретател ми соотнощений дл гидравлических элементов турбины, последн получаетс с ми1Н1Има1Льнъ1М1И габаритными разме,ра1М1и.The proposed turbine drive from the other known ones, as well as from all the similar ones proposed earlier, is distinguished by special ratios of the main hydraulic elements of the impeller blades and the turbine guide vanes. In order to achieve | and the best indicators of work, the inventors, based on numerous theoretical and experimental studies, propose the ratios developed by them, which result in the application of the greatest torque of the impeller (turbine drive rotor), the greatest power transmitted to the tool , and the best efficiency. When using the ratio developed by the inventors for the hydraulic elements of the turbine, the latter is obtained with mi1H1Ima1Ln1M1I and overall dimensions, pa1M1i.

Если в отнощении обычных мащинорудий сокращение габаритных размеров двигател вл етс вопросом экономии металла и уменьщени стоимости привода, то в отнощении приводного двигател дл буровых инструментов , особенно дл нефт ного бурени , вопрос сокращени диаметра приводного двигател вл етс первостепенным и рещающим. В цел х возможного снижени стоимости буровых работ и дл ускорени проходки скважин их диаметр делаетс ограниченных размеров. По мере углублени диаметр скважин убывает. Поэтому отWith respect to conventional machines, reducing engine size is a matter of metal saving and drive cost reduction, with respect to a drive motor for drilling tools, especially for oil drilling, the issue of reducing the diameter of a drive engine is paramount and decisive. In order to reduce the cost of drilling and to accelerate the drilling of wells, their diameter is made of limited sizes. As the wells deepen, the diameter of the wells decreases. Therefore, from

приводного двигател , соединенного с долотом, шарошкой и тому подобным буровым инструментом, требуетс , в первую очередь, чтобы двигатель вписывалс в габариты обсадной трубы скважины. Этому требованию полностью удовлетвор ет двигательный привод , гидравлическа часть которого построена по соотношени м, выработанным изобретател ми.a drive motor connected to a bit, a roller cutter and the like drilling tool requires, first of all, that the engine fit into the dimensions of the well casing. This requirement is fully satisfied by the motor drive, the hydraulic part of which is built on the ratios developed by the inventors.

Одним из наиболее важных элементов турбинного колеса вл етс входной угол лопатки, т. е. угол между направлением касательной к профилю решетки и вертикалью. При правильно выбранном угле в колесе должны получитьс возможно совершенное обтекание потоком лопатки и возможное уменьшение потерь на завихрени х , удары и тому подобные гидравлические влени в решетке. Изобретатели нашли, что дл безредукторных гидравлических турбинных приводов, где требуетс получение рабочих колес со скоростью враш ,ени , дающей наилучшие результаты в отношении работы инструмента, наилучшее значение дл величины входного угла лежит в пределах от 25 до 35°. При этих значени х двигатель получаетс наиболее мош;ньш при данных радиальных размерах. Углы, лежаш ,ие в вышеуказанных пределах, позвол ют осуществить двигательный привод без необходимости применени редуктора.One of the most important elements of the turbine wheel is the entrance angle of the blade, i.e. the angle between the direction of the tangent to the grating profile and the vertical. With a correctly selected angle in the wheel, a perfect flow of the blades should be possible, and a possible reduction in losses due to eddies, shocks and similar hydraulic phenomena in the grid. The inventors have found that for gearless hydraulic turbine drives, where it is necessary to obtain impellers with a speed of drive, yielding the best results in terms of tool operation, the best value for the input angle is between 25 and 35 °. With these values, the engine is the most mosh; at the given radial dimensions. The angles, lying within the above limits, allow the motor drive to be performed without the need for a gearbox.

Не меньшее значение дл конструкции привода имеют и его продольные размеры. В виду весьма большой ограниченности радиальных размеров двигател величина мощности, получающейс Б отдельных колесах (ступен х) двигател , получаетс относительно малой. Вместе с тем «а шпИНделе; инструмента обычно требуетс иметь большую суммарную мощность. Особенно большое значение это имеет дл буровых двигателей, где при мощности одного колеса 0,5-1,0 л. с. мощность на забое требуетс пор дка нескольких дес тков л. с. В этом случае приходитс примен ть несколько дес тков и даже сотен (до 150-200 и больше) рабочих колес с соответствующими направл ющими аппаратами. Подобные двигатели сильно вырастают в No less important for the design of the drive and have its longitudinal dimensions. In view of the very large limitation of the radial dimensions of the engine, the amount of power received by the B of the individual wheels (steps) of the engine is relatively small. However, “the spindle; the tool usually needs to have a larger total power. This is especially important for drilling engines, where, at a power of one wheel, 0.5-1.0 liters. with. bottomhole power is required in the order of several tens of liters. with. In this case, several dozens and even hundreds (up to 150-200 and more) of impellers with appropriate guide vanes should be used. Similar engines grow strongly in

продольном направлении, что ведет к удлинению их общего вала и к удалению точки цодвеса (п та) и опоры (направл ющий подшипник). Поэтому, в цел х возможного уменьшени продольных размеров двигател , высота отдельных его венцов (колес) должна быть возможно малой. На основании теоретических и экспериментальных исследований изобретатели нашли, что наиболее выгодное решение получаетс при величине отнощени длины хорды лопатки к шагу, лежащей в пределах между 0,62 и 0,85.the longitudinal direction, which leads to the elongation of their common shaft and to the removal of the codwick point (nth) and the support (guide bearing). Therefore, in order to reduce the possible longitudinal dimensions of the engine, the height of its individual rims (wheels) should be as small as possible. On the basis of theoretical and experimental studies, the inventors have found that the most advantageous solution is obtained when the ratio of the length of the chord of the blade to the pitch lies between 0.62 and 0.85.

На чертеже показано примерное устройство предлагаемой турбииы как Првводиоро дзигател . На фиг. 1 показан продольный разрез двигател в целом, на фиг. 2 изображена- разве1рт1ка цилиндрического сечейи рабочего колеса и направл ющего аппарата.The drawing shows an exemplary device proposed turbiii as Prvviorio Jigatel. FIG. 1 shows a longitudinal section of the engine as a whole; FIG. 2 shows a cylindrical section of the impeller and guiding apparatus.

Изображенный на фиг. 1 двигатель состоит из ротора 5, составленного из нескольких отдельных венцов (колес), тем или иным способом закреплепных на теле шпиндел (вала) 1. Лопатки ротора образуют решетку, закрепленную между ободом ротора 5 и внешним ободом 6. Подобно этому, на неподвижном корпусе 2 закреплены венцы статора 8, образующие направл ющий аппарат. Вал 1 через гайку 17 опираетс на верхнюю обойму 13 шариковой п ты 25, котора через нижнюю обойму 14 и через подушку 26 передает давление на кольцо подшипника 24 и на заплечик корпуса 12 подшипника , а отсюда на корпус 2. Радиальный подшипник 24 воспринимает поперечные движени вала наверху, а внизу, ниже двигательной части, поперечные движени воспринимаютс подшипником 23.Depicted in FIG. 1 engine consists of a rotor 5 composed of several individual rims (wheels), in one way or another fixed on the body of the spindle (shaft) 1. The rotor blades form a grid fixed between the rim of the rotor 5 and the outer rim 6. Similarly, on a fixed housing 2, the rims of the stator 8 are fixed, forming a guide apparatus. The shaft 1, through the nut 17, is supported on the upper holder 13 of the ballpoint 25, which through the lower holder 14 and through the cushion 26 transmits pressure to the bearing ring 24 and to the shoulder of the bearing housing 12, and from here to the housing 2. The radial bearing 24 senses the transverse movements of the shaft at the top and at the bottom, below the motor part, the transverse movements are perceived by the bearing 23.

Опыт показал, что хорошие результаты получаютс при применении подшипника 23 из резины, запрессованной или иным образом заделанной во втулке 22, заводимой в ниппель 4. Этот последний служит дл зажати венцов 8 статора между торцем ниппел 4 и заплечиком корпуса 2. Аналогичным образом венцы 5 ротора зажимаютс между заплечиком вала 1 и торцем гайки 9.Experience has shown that good results are obtained when using a bearing 23 made of rubber, pressed in or otherwise embedded in sleeve 22, inserted into nipple 4. This latter serves to clamp the rims 8 of the stator between the end of the nipple 4 and the shoulder of the body 2. Similarly, the rims 5 of the rotor clamped between the shoulder of the shaft 1 and the end of the nut 9.

Полость, заключающа осевую п ту и радиальный подшипник, заполненаThe cavity enclosing the axial seal and the radial bearing is filled

тчаслом. Сверху эта полость закрыта поршнем компенсатора 19, перемещающимс в лубрикаторе 18. Снизу полость ограничена манжетным сальником 31. По мере убыли масла через сальник 31 компенсатор 19 под вли нием давлени рабочей среды опускаетс , вследствие чего давление масла в лубрикаторе 18 остаетс посто нным .in an hour. From above, this cavity is closed by a piston of the compensator 19 moving in the lubricator 18. From the bottom, the cavity is limited by a lip seal 31. As the oil decreases through the seal 31, the compensator 19 is lowered due to the pressure of the working medium, and the oil pressure in the lubricator 18 remains constant.

Рабоча жидкость поступает в турбину из канала А, проход через кольцевое пространство между трубой (переводником ) 3 и стенкой лубрикатора 18. Рабоча жидкость поступает на первый венец статора (направл ющего аппарата); выйд оттуда под определенным углом, она вступает на лопатки первого венца ротора, откуда входит в статор второй ступени и т. д. Выйд из ротора последней ступени, рабоча жидкость через окна Б проходит через канал В в валу к выходу.The working fluid enters the turbine from channel A, the passage through the annular space between the pipe (sub) 3 and the lubricator wall 18. The working fluid enters the first crown of the stator (guiding device); coming out from there at a certain angle, it enters the blades of the first rim of the rotor, from where it enters the stator of the second stage, etc. Exit the rotor of the last stage, the working fluid through the window B passes through the channel B in the shaft to the exit.

Двигательна часть турбины (фиг. 2) состоит из вращающихс роторных решеток I лопаток и неподвижных решеток II лопаток статора направл ющего аппарата.The motor part of the turbine (Fig. 2) consists of rotating rotor grids of I blades and fixed grids of II blades of the stator of the guide vane.

Поток, проход через лопатки направл ющего аппарата, приобретает такое направление, что, действу на лопатки ротора (рабочего келеса), поток создает в роторе наибольший вращающий момент относительно оси вращени . Дл этого входной угол а лопаток ротора, согласно изобретению, выбираетс в пределах от 25 до 35°,счита направлением касательной или хсрды лопатки и ве рти:кайью (линией , параллельной оси вращени турбины ).The flow, the passage through the guide vanes, takes such a direction that, acting on the rotor blades (working wheel), the flow creates the greatest torque in the rotor relative to the axis of rotation. For this, the input angle a of the rotor blades, according to the invention, is chosen in the range of 25 to 35 °, considering the direction of the tangent or hinge of the blade and the vertex: kayu (a line parallel to the axis of rotation of the turbine).

В цел х возможного уменьшени продольных размеров турбины высотаIn order to reduce the possible longitudinal dimensions of the turbine height

отдельных венцов (колес) должна быть возможно малой. Однако, при значительном уменьшении высоты колеса длина лопаток Ъ получаетс недостаточной по отношению к зазору а между лопатками. В цел х возможного увеличени коэфициента полезного действи всей турбины в целом, предлагаетс лопатки делать такой длины и расставл ть их на таком рассто нии от другой, чтобы отношение b : а было заключено в пределах от 0,62 до 0,85.individual crowns (wheels) should be as small as possible. However, with a significant decrease in the height of the wheel, the length of the blades b is insufficient with respect to the gap a between the blades. In order to increase the efficiency of the entire turbine as a whole, it is proposed to make the blades of such a length and place them at such a distance from the other that the ratio b: a lies in the range from 0.62 to 0.85.

Устройство вышеописанной турбины может быть измен емо в отдельных своих част х или в их соединении, однако не выход за пределы сушности предмета изобретени . В равной степени изобретение может быть применено в любой области, где требуетс непо средственное безредукторное соединение ротора турбинного привода с прив:одимым . инструментом.The device of the turbine described above can be varied in its individual parts or in their connection, but not beyond the limits of the drying of the subject matter of the invention. Equally, the invention can be applied in any area where a direct gearless connection of a rotor of a turbine drive with a lead is required. tool.

Предмет изобретени .The subject matter of the invention.

Многоступенчата реактивна турбина дл непосредственного безредукторногсТ соединени ротора турбины с приводимым инструментом (турбобур, ининдель станка и т. п.), ступени которой устроены и профилированы одинаково (однообразно) дл лопаток статорных и роторных венцов, отличающа с тем, что, с целью получени наибольшего вращающего момента и наибольшей отдачи при минимуме габаритных размеров, входной угол лопатки ротора выполнен в пределах от 25 до 35° и отношение длины хорды лопатки к шагу вз то в пределах от 0,62 до 0,85.A multistage reactive turbine for direct gearless connection of the turbine rotor with a driven tool (turbo-drill, machine tool, etc.), the steps of which are arranged and shaped in the same way (uniformly) for stator and rotor blades, so that torque and maximum recoil with a minimum of overall dimensions, the input angle of the rotor blade is 25 to 35 °, and the ratio of the chord length of the blade to the step is taken from 0.62 to 0.85.

сЬмг: gsmg: g