點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)，包括同軸套裝的定子和轉(zhuǎn)子，所述定子葉片的軸向高度沿所述定子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，并與所述定子的等徑圓柱面半徑成正比；所述轉(zhuǎn)子葉片的軸向高度沿所述轉(zhuǎn)子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，并與所述轉(zhuǎn)子的等徑圓柱面半徑成正比。本實(shí)用新型水力損失小、扭矩大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用各類(lèi)尺寸井眼鉆進(jìn)。
【專利說(shuō)明】點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及石油、天然氣、煤層氣、頁(yè)巖氣開(kāi)采等領(lǐng)域的旋轉(zhuǎn)鉆井或地質(zhì)、鐵 路、電力、通訊等領(lǐng)域的小井眼或孔眼鉆進(jìn)用井下動(dòng)力鉆具，尤其是一種大扭矩渦輪鉆具的 定轉(zhuǎn)子組合件及渦輪馬達(dá)，屬于機(jī)械制造【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 渦輪鉆井技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)利益，是石油工業(yè)的一項(xiàng)前沿技術(shù)。渦輪鉆 井可以減少消耗，降低成本。渦輪鉆具是工業(yè)應(yīng)用最早的一種井下動(dòng)力鉆具，由渦輪馬達(dá)、 萬(wàn)向軸和傳動(dòng)軸三部分構(gòu)成，其作用是將工作流體的流體壓力能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能量，驅(qū)動(dòng) 鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)以破碎井底巖石。從歷史上看，渦輪鉆具從被實(shí)用新型發(fā)展至今一直作為俄羅斯 及西方發(fā)達(dá)國(guó)家石油礦場(chǎng)常用的一種井下動(dòng)力鉆具。我國(guó)20世紀(jì)50年代從前蘇聯(lián)引進(jìn)渦 輪鉆具生產(chǎn)技術(shù)后，發(fā)展緩慢，未能在工礦現(xiàn)場(chǎng)得到很好應(yīng)用，其重要原因之一是：由于渦 輪鉆具具有轉(zhuǎn)速高、扭矩小、型號(hào)單一、工作壽命短等缺陷，與我國(guó)鉆井裝備與工具發(fā)展水 平不相適應(yīng)。
[0003] 目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有可用于石油鉆進(jìn)的大扭矩渦輪馬達(dá)，而且隨著渦輪馬達(dá)外徑尺寸的 減小，轉(zhuǎn)速增大，扭矩變小。渦輪馬達(dá)是渦輪鉆具的動(dòng)力部分，渦輪定子和轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)是渦 輪馬達(dá)設(shè)計(jì)的核心。
[0004] 有鑒于上述現(xiàn)有渦輪鉆井技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)人基于長(zhǎng)期從事相關(guān)科研及現(xiàn) 場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)積極加以改進(jìn)和創(chuàng)新，以期實(shí)現(xiàn)一種大扭矩、高效率的渦輪定轉(zhuǎn)子組合 件及渦輪馬達(dá)。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型的目的是提供一種大扭矩、高效率、適于各類(lèi)尺寸井眼鉆進(jìn)的點(diǎn)投影 葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提出了一種點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括同 軸套裝的定子和轉(zhuǎn)子，所述定子與所述轉(zhuǎn)子的中心線共線；所述定子包括同軸設(shè)置的圓筒 狀定子本體、若干個(gè)定子葉片和圓環(huán)狀定子葉冠，所述轉(zhuǎn)子包括同軸設(shè)置的圓筒狀轉(zhuǎn)子本 體、若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠，所述定子葉冠的內(nèi)壁與所述轉(zhuǎn)子本體外壁同軸套 裝，所述定子葉片的軸向高度沿所述定子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，并與所述定子的等徑 圓柱面半徑成正比；所述轉(zhuǎn)子葉片的軸向高度沿所述轉(zhuǎn)子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，并與 所述轉(zhuǎn)子的等徑圓柱面半徑成正比。
[0007] 如上所述的點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，每個(gè)所述轉(zhuǎn)子葉片的壓力面和 吸力面與經(jīng)過(guò)該轉(zhuǎn)子葉片的等值子午面相交并形成兩條第一相貫直線，所述兩條第一相貫 直線相交，其中，位于所述轉(zhuǎn)子中心線上的交點(diǎn)為第一交點(diǎn)，所述第一交點(diǎn)位于轉(zhuǎn)子葉片前 緣最高點(diǎn)在轉(zhuǎn)子中心線上的垂直投影點(diǎn)和轉(zhuǎn)子葉片后緣最低點(diǎn)在轉(zhuǎn)子中心線上的垂直投 影點(diǎn)之間，且所述第一交點(diǎn)是唯一的；每個(gè)所述定子葉片的壓力面和吸力面與經(jīng)過(guò)該定子 葉片的等值子午面相交并形成兩條第二相貫直線，所述兩條第二相貫直線相交，其中，位于 所述定子中心線上的交點(diǎn)為第二交點(diǎn)，所述第二交點(diǎn)位于定子葉片前緣最高點(diǎn)在定子中心 線上的垂直投影點(diǎn)和定子葉片后緣最低點(diǎn)在定子中心線上的垂直投影點(diǎn)之間，且所述第二 交點(diǎn)是唯一的。
[0008] 如上所述的點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，在同一所述等徑圓柱面上的定 子葉片安裝角與轉(zhuǎn)子葉片安裝角，方向相反；在不同的所述等徑圓柱面上的定子葉片安裝 角，沿徑向相等；在不同的所述等徑圓柱面上的轉(zhuǎn)子葉片安裝角，沿徑向相等。
[0009] 如上所述的點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中：所述定子葉片的周向厚度沿所 述定子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，所述轉(zhuǎn)子葉片的周向厚度沿所述轉(zhuǎn)子的徑向由內(nèi)向外逐 漸增大。
[0010] 如上所述的點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，經(jīng)過(guò)所述第一交點(diǎn)的等值子午 面與所述轉(zhuǎn)子葉片的壓力面或吸力面的相貫線相交于所述第一交點(diǎn)；經(jīng)過(guò)所述第二交點(diǎn)的 等值子午面與所述定子葉片的壓力面或吸力面的相貫線相交于所述第二交點(diǎn)。
[0011] 如上所述的點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其中，所述定子葉片與任意兩個(gè)等徑 圓柱面相交，所述定子葉片的前緣與所述兩個(gè)等徑圓柱面相交形成的兩條定子葉片的前緣 相貫線形狀相同，所述定子葉片的后緣與所述兩個(gè)等徑圓柱面相交形成的兩條定子葉片的 后緣相貫線形狀也相同；所述轉(zhuǎn)子葉片與任意兩個(gè)等徑圓柱面相交，所述轉(zhuǎn)子葉片的前緣 與所述兩個(gè)等徑圓柱面相交形成的兩條轉(zhuǎn)子葉片前緣相貫線形狀相同，所述轉(zhuǎn)子葉片的后 緣與所述兩個(gè)等徑圓柱面相交形成的兩條轉(zhuǎn)子葉片后緣相貫線形狀也相同。
[0012] 本實(shí)用新型還提供了一種渦輪馬達(dá)，所述渦輪馬達(dá)包括渦輪馬達(dá)主軸和渦輪馬達(dá) 殼體，在所述渦輪馬達(dá)主軸上套接有如上所述的點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件。
[0013] 如上所述的渦輪馬達(dá)，其中，所述的點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件沿所述渦輪馬 達(dá)主軸的軸向疊置有50?300個(gè)，形成具有50?300級(jí)渦輪定轉(zhuǎn)子的大扭矩渦輪馬達(dá)。
[0014] 本實(shí)用新型點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括同軸套裝的轉(zhuǎn)子和定子，所述轉(zhuǎn) 子包括圓筒狀的轉(zhuǎn)子本體、若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠，在所述轉(zhuǎn)子本體一端外周 設(shè)有徑向凸出的凸臺(tái)，所述若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片沿所述凸臺(tái)的外圓周面均勻布設(shè)，所述轉(zhuǎn)子葉 冠套接于所述轉(zhuǎn)子葉片的葉頂；所述定子包括圓筒狀的定子本體、若干個(gè)定子葉片和圓環(huán) 狀定子葉冠，所述若干個(gè)定子葉片沿所述定子本體的內(nèi)圓周表面均勻布設(shè)，所述定子葉冠 的外壁與所述定子葉片的葉底相連接；所述定子葉冠的內(nèi)壁與所述轉(zhuǎn)子本體外壁同軸套 合；所述定子葉片及所述轉(zhuǎn)子葉片的葉型均為點(diǎn)投影形成，葉片前緣與葉頂厚、葉片后緣與 葉底薄，即定子葉片為由在定子某特定S值（0 < S < 1. 0)等徑圓柱面上的葉片三維設(shè)計(jì) 曲面投影到定子軸線上一特定點(diǎn)所形成的無(wú)限高實(shí)心錐體，經(jīng)葉底等徑圓柱面（S = 0)和 葉頂?shù)葟綀A柱面（S = 1)切割形成；轉(zhuǎn)子葉片為由在轉(zhuǎn)子某特定S值（0 < S < 1. 0)等徑 圓柱面上的葉片三維設(shè)計(jì)曲面投影到轉(zhuǎn)子軸線上一特定點(diǎn)所形成的無(wú)限高實(shí)心錐體，經(jīng)葉 底等徑圓柱面（S = 0)和葉頂?shù)葟綀A柱面（S = 1)切割形成。該特定點(diǎn)位于軸線與葉片入 口端面的交點(diǎn)和軸線與葉片出口端面的交點(diǎn)之間。
[0015] 所述定子或轉(zhuǎn)子葉片的軸向高度，沿徑向（由內(nèi)向外）逐漸增大，與等徑圓柱面半 徑成正比。等徑圓柱面上的定子葉片安裝角與轉(zhuǎn)子葉片安裝角，方向相反（右手法則：定 子葉片右旋，轉(zhuǎn)子葉片左旋）；等徑圓柱面上的定子葉片安裝角，沿徑向相等；等徑圓柱面 上的轉(zhuǎn)子葉片安裝角，沿徑向相等。所述定子葉片或轉(zhuǎn)子葉片的周向厚度沿徑向（由內(nèi)向 外）逐漸增大。所述定子葉片或轉(zhuǎn)子葉片與任一等值子午面相交，葉片壓力面和吸力面與 子午面相交形成兩條直線，即定子或轉(zhuǎn)子葉片壓力面和吸力面與等值子午面的相貫線為直 線；當(dāng)子午面經(jīng)過(guò)特定點(diǎn)時(shí)，兩條相貫直線的延長(zhǎng)線與定子或轉(zhuǎn)子軸線相交于同一點(diǎn)，且指 向半徑方向。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 1、本實(shí)用新型專利渦輪定轉(zhuǎn)子組合件水力效率高。
[0018] 2、本實(shí)用新型專利渦輪馬達(dá)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、扭矩大，適用各類(lèi)尺寸井眼鉆進(jìn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式來(lái)限制本實(shí)用新型公開(kāi)的 范圍。另外，圖中各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的，用于幫助對(duì)本實(shí)用新型的理 解，并不是具體限定本實(shí)用新型各部件的形狀和比例尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新 型的教導(dǎo)下，可以根據(jù)具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來(lái)實(shí)施本實(shí)用新型。
[0020] 圖1為本實(shí)用新型點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件實(shí)施例（特定點(diǎn)為I = 0. 5時(shí)的 等值子午面與定子或轉(zhuǎn)子軸線的交點(diǎn)）的二維平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的定子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的定子立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的定子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面S = I. 0展開(kāi)示意圖；
[0024] 圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的定子沿I = 0. 5的等值子午面剖切示意圖；
[0025] 圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例的轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例的轉(zhuǎn)子立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面S = I. 0展開(kāi)示意圖；
[0028] 圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例的轉(zhuǎn)子沿I = 0. 5的等值子午面剖切示意圖；
[0029] 圖10為本實(shí)用新型點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件實(shí)施例的三維立體結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0030] 圖11為本實(shí)用新型渦輪馬達(dá)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 附圖標(biāo)記說(shuō)明：
[0032] 1-轉(zhuǎn)子；101-轉(zhuǎn)子本體；102-轉(zhuǎn)子葉片；103-轉(zhuǎn)子葉冠；104-凸臺(tái)；105-轉(zhuǎn)子 葉片吸力面；106-轉(zhuǎn)子葉片壓力面；107-轉(zhuǎn)子葉頂；108-轉(zhuǎn)子葉底；109-轉(zhuǎn)子葉片前緣； 110-轉(zhuǎn)子葉片后緣；111-第一相貫線；112-第一交點(diǎn)；113-轉(zhuǎn)子中心線；
[0033] 2-定子；201-定子本體；202-定子葉片；203-定子葉冠；204-定子葉片壓力面； 205-定子葉片吸力面；207-定子葉頂；208-定子葉底；209-定子葉片前緣；210-定子葉片 后緣；211-第二相貫線；212-第二交點(diǎn)；213-定子中心線；
[0034] 31-渦輪馬達(dá)主軸；41-渦輪馬達(dá)殼體。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 結(jié)合附圖和本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】的描述，能夠更加清楚地了解本實(shí)用新型的 細(xì)節(jié)。但是，在此描述的本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，僅用于解釋本實(shí)用新型的目的，而不 能以任何方式理解成是對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本實(shí)用新型的教導(dǎo)下，技術(shù)人員可以構(gòu)想 基于本實(shí)用新型的任意可能的變形，這些都應(yīng)被視為屬于本實(shí)用新型的范圍。
[0036] 請(qǐng)參考圖1至圖10,圖1為本實(shí)用新型點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件實(shí)施例（特 定點(diǎn)為I = 〇. 5時(shí)的等值子午面與定子或轉(zhuǎn)子軸線的交點(diǎn)）的二維平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 為本實(shí)用新型實(shí)施例的定子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的定子立體結(jié)構(gòu)示 意圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的定子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面S = 1.0展開(kāi)示意圖；圖5為 本實(shí)用新型實(shí)施例的定子沿I = 〇. 5的等值子午面剖切示意圖；圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例 的轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例的轉(zhuǎn)子立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本實(shí)用 新型實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片沿葉頂?shù)葟綀A柱面S = I. 0展開(kāi)示意圖；圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例 的轉(zhuǎn)子沿I = 〇. 5的等值子午面剖切示意圖；圖10為本實(shí)用新型點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組 合件實(shí)施例的三維立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 如圖1至圖10所示，本實(shí)用新型點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括同軸套裝的 定子2和轉(zhuǎn)子1，定子2與轉(zhuǎn)子1的中心線共線；定子2包括同軸設(shè)置的圓筒狀定子本體 201、若干個(gè)定子葉片202和圓環(huán)狀定子葉冠203,轉(zhuǎn)子1包括同軸設(shè)置的圓筒狀轉(zhuǎn)子本體 101、若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片102和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠103,在轉(zhuǎn)子本體101的一端外周設(shè)有徑向凸出 的凸臺(tái)104,若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片102沿轉(zhuǎn)子本體101的凸臺(tái)104外圓周表面均勻布設(shè)，轉(zhuǎn)子葉 冠103套接于轉(zhuǎn)子葉片102的葉頂，使得轉(zhuǎn)子本體101、葉片102、轉(zhuǎn)子葉冠103形成一體結(jié) 構(gòu)的轉(zhuǎn)子1。
[0038] 如圖2至圖5所示，定子2包括圓筒狀的定子本體201、若干個(gè)定子葉片202和圓 環(huán)狀定子葉冠203,若干個(gè)定子葉片202沿定子本體201的內(nèi)圓周表面均勻布設(shè)，定子葉冠 203的外壁與定子葉片202的葉底相連接，使得定子本體201、若干個(gè)定子葉片202和定子 葉冠203形成一體結(jié)構(gòu)的定子2。如圖1所示，定子葉冠203的內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子本體101外壁相 套合，且定子本體201中心線213與轉(zhuǎn)子本體101中心線113共軸，即定子葉冠203的內(nèi)壁 與轉(zhuǎn)子本體101外壁同軸套合，使得定子2與轉(zhuǎn)子1配合安裝。
[0039] 在本實(shí)用新型中，定子葉片202及轉(zhuǎn)子葉片102均為點(diǎn)投影形成的葉片。如圖3 所示，定子葉片202鄰接定子本體201的一側(cè)為定子葉頂207,而其鄰接定子葉冠203的一 側(cè)為定子葉底208。在定子葉頂207與定子葉底208之間具有任意多個(gè)與定子本體201和 定子葉冠203共中心軸線的圓柱面，每個(gè)圓柱面稱之為等徑圓柱面。定子葉頂207與定子 葉底208之間的任一等徑圓柱面與定子葉頂207及定子葉底208的相對(duì)位置用S值表示， 0彡S彡I. 0 :當(dāng)?shù)葟綀A柱面與定子葉底208所在圓柱面重合時(shí)S = 0. 0,當(dāng)?shù)葟綀A柱面與 定子葉頂207所在圓柱面重合時(shí)S = 1.0。相應(yīng)的，如圖7所示，轉(zhuǎn)子葉片102鄰接轉(zhuǎn)子本 體101的一側(cè)為轉(zhuǎn)子葉底108,而其鄰接轉(zhuǎn)子葉冠103的一側(cè)為轉(zhuǎn)子葉頂107,在轉(zhuǎn)子葉頂 107與轉(zhuǎn)子葉底108之間具有任意多個(gè)與轉(zhuǎn)子本體101和轉(zhuǎn)子葉冠103共中心軸線的圓柱 面，每個(gè)圓柱面也稱之為等徑圓柱面。轉(zhuǎn)子葉頂107與轉(zhuǎn)子葉底108之間的任一等徑圓柱 面與轉(zhuǎn)子葉頂107及轉(zhuǎn)子葉底108的相對(duì)位置用S值表示，0彡S彡I. 0 :當(dāng)?shù)葟綀A柱面與 轉(zhuǎn)子葉底108所在圓柱面重合時(shí)S = 0. 0,當(dāng)?shù)葟綀A柱面與轉(zhuǎn)子葉頂107所在圓柱面重合時(shí) S = 1. 0。由于定子2與轉(zhuǎn)子1上下共中心軸線套裝疊合設(shè)置，因此在等S值的定子2上的 等徑圓柱面與轉(zhuǎn)子1上的等徑圓柱面為同一等徑圓柱面。
[0040] 在本實(shí)用新型中，與定子2和轉(zhuǎn)子1的中心線（軸線）垂直相交的平面稱之為子 午面。如圖5所示，在定子葉片202的上端（入口）和下端（出口）之間的子午面與上端 及下端的相對(duì)位置用I值表示，〇 < I < 1. 0。其中，等I值的子午面稱為等值子午面：當(dāng)?shù)?值子午面與定子葉片202的上端相切時(shí)I = 0. 0,當(dāng)?shù)戎底游缑媾c定子葉片202的下端相切 時(shí)I = 1.0。相應(yīng)的，如圖9所示，在轉(zhuǎn)子葉片102的上端（入口）和下端（出口）之間的 子午面與上端及下端的相對(duì)位置用I值表示，0. 0 < I < 1. 0。其中，等I值的子午面也稱 為等值子午面：當(dāng)?shù)戎底游缑媾c轉(zhuǎn)子葉片102的上端相切時(shí)I = 0. 0,當(dāng)?shù)戎底游缑媾c轉(zhuǎn)子 葉片102的下端相切時(shí)I = 1. 0。
[0041] 在本實(shí)用新型中，如圖2和圖6所示，定子葉片202的軸向高度沿定子2的徑向由 內(nèi)向外逐漸增大，且定子葉片202的軸向高度與等徑圓柱面半徑成正比。轉(zhuǎn)子葉片102的 軸向高度沿轉(zhuǎn)子1的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，且轉(zhuǎn)子葉片102的軸向高度與等徑圓柱面半 徑成正比。
[0042] 如圖1、圖5和圖9所示，定子葉片202及轉(zhuǎn)子葉片102均為點(diǎn)投影形成的葉片，每 個(gè)所述轉(zhuǎn)子葉片的壓力面106和吸力面105與經(jīng)過(guò)該轉(zhuǎn)子葉片的等值子午面相交并形成兩 條第一相貫直線111，所述兩條第一相貫直線111相交，其中，位于所述轉(zhuǎn)子中心線113上的 交點(diǎn)為第一交點(diǎn)112,所述第一交點(diǎn)112位于轉(zhuǎn)子葉片前緣最高點(diǎn)在轉(zhuǎn)子中心線上的垂直 投影點(diǎn)和轉(zhuǎn)子葉片后緣最低點(diǎn)在轉(zhuǎn)子中心線上的垂直投影點(diǎn)之間，且第一交點(diǎn)112是唯一 的；每個(gè)所述定子葉片的壓力面204和吸力面205與經(jīng)過(guò)該定子葉片的等值子午面相交并 形成兩條第二相貫直線211，所述兩條第二相貫直線211相交，其中，位于所述定子中心線 213上的交點(diǎn)為第二交點(diǎn)212,所述第二交點(diǎn)212位于定子葉片前緣最高點(diǎn)在定子中心線上 的垂直投影點(diǎn)和定子葉片后緣最低點(diǎn)在定子中心線上的垂直投影點(diǎn)之間，且第二交點(diǎn)212 是唯一的。
[0043] 進(jìn)一步的，如圖5和圖9所示，經(jīng)過(guò)第一交點(diǎn)112的等值子午面與轉(zhuǎn)子葉片102 的壓力面104或吸力面105的兩條相貫線111相交于第一交點(diǎn)112 ;經(jīng)過(guò)第二交點(diǎn)212的 等值子午面與定子葉片202的壓力面206或吸力面205的兩條相貫線211相交于第二交點(diǎn) 212。
[0044] 進(jìn)一步的，如圖4和圖8所示，轉(zhuǎn)子葉片102與定子葉片202相對(duì)于轉(zhuǎn)子1和定子 2的中心軸傾斜設(shè)置，且轉(zhuǎn)子葉片102與定子葉片202的傾斜方向相反，即在同一等徑圓柱 面上的定子葉片安裝角與轉(zhuǎn)子葉片安裝角，方向相反；在不同的等徑圓柱面上的定子葉片 安裝角，沿徑向相等；在不同的所述等徑圓柱面上的轉(zhuǎn)子葉片安裝角，沿徑向相等。
[0045] 進(jìn)一步的，如圖3和圖7所示，定子葉片202的周向厚度沿定子2的徑向由內(nèi)向外 逐漸增大，轉(zhuǎn)子葉片102的周向厚度沿轉(zhuǎn)子1的徑向由內(nèi)向外逐漸增大。
[0046] 進(jìn)一步的，如圖1、圖2和圖6所示，定子及轉(zhuǎn)子的軸向高度為L(zhǎng) = 20?60mm，定 子外徑為Dse = 50?300mm，轉(zhuǎn)子內(nèi)徑為Dri = 20?200mm。
[0047] 進(jìn)一步的，如圖1、圖2和圖6所示，轉(zhuǎn)子葉冠103的軸向高度L1 = 7?20mm，定子 葉冠203軸向高度L2 = 7?20mm ;轉(zhuǎn)子葉片102的軸向高度H1 = 5?20mm，定子葉片202 的軸向高度H2 = 5?20mm。
[0048] 進(jìn)一步的，如圖1、圖2和圖6所示，轉(zhuǎn)子葉冠103的內(nèi)圓周直徑為Drt，定子本體 201的內(nèi)圓周直徑為D sl，即該定轉(zhuǎn)子組合的流道外SD1 = Drt = Dsl = 40?280mm ;轉(zhuǎn)子本 體101的凸臺(tái)104外圓周直徑為Di2，定子葉冠203的外圓周直徑為Ds2，即該定轉(zhuǎn)子組合體 的流道內(nèi)徑D2 = D,2 = Ds2 = 30?220mm ;流道外徑D1與流道內(nèi)徑D2的算術(shù)平均值為平均 流道直徑D，D = (DJD2)/2 = 35?250mm ;流道外SD1與流道內(nèi)徑D2之差的一半為流道寬 度 h = hr = hs，h = (D「D2)/2 = 5 ?100mm。（注：根據(jù)需要，Drl 與 Dsl、Dr2 與 Ds2 可取不同 值。）
[0049] 進(jìn)一步的，如圖3和圖7所示，定子葉片202的葉片個(gè)數(shù)n2與轉(zhuǎn)子葉片102的葉 片個(gè)數(shù)Ii 1分別為II1 = 10?60個(gè)，n2 = 10?60個(gè)，從而滿足不同工況需求。
[0050] 進(jìn)一步的，定子葉片202與任意兩個(gè)等徑圓柱面相切，定子葉片的前緣209與兩個(gè) 等徑圓柱面相交形成的兩條定子葉片202的前緣相貫線形狀相同，定子葉片的后緣210與 兩個(gè)等徑圓柱面相交形成的兩條定子葉片202的后緣相貫線形狀也相同；轉(zhuǎn)子葉片102與 任意兩個(gè)等徑圓柱面相切，轉(zhuǎn)子葉片102的前緣與兩個(gè)等徑圓柱面相交形成的兩條轉(zhuǎn)子葉 片前緣相貫線形狀相同，轉(zhuǎn)子葉片102的后緣與兩個(gè)等徑圓柱面相交形成的兩條轉(zhuǎn)子葉片 后緣相貫線形狀也相同。如圖4和圖8所示，定子葉片202之間的節(jié)距為t 2, t2 = 5. 0? 15. Omm ;轉(zhuǎn)子葉片102之間的節(jié)距為h = 5. 0?15. 0mm。定子葉片202的進(jìn)口角為a 2k， a2k = 30°?150° ;轉(zhuǎn)子葉片102的進(jìn)口角為β11;，Plk = 30°?150°。定子葉片202的 出口角為a lk，a lk = 5°?85° ;轉(zhuǎn)子葉片102的出口角為β 2k，β a = 5°?85°。定子 葉片202的前緣半徑為r21，:T21 = 0· 1?3. Omm ;后緣半徑為；T22，:T22 = 0· 1?3. 0mm。轉(zhuǎn)子葉 片102的前緣半徑為!T1^r11 = 0· 1?3. Omm ;后緣半徑為r12，r12 = 0· 1?3. 0mm。定子葉片 202的前緣錐角為^1，1°在^1彡75°;轉(zhuǎn)子葉片1〇2的前緣錐角為％ 1，1°5$%1彡75°。定子 葉片202的后緣錐角為％ , 1°彡死2彡75° ;轉(zhuǎn)子葉片102的后緣錐角為^2,1。彡外2彡75°。 定子葉片202的安裝角為β 12, β 12 = 20°?90° ;轉(zhuǎn)子葉片102的安裝角為β u，β u = 20。?90°。
[0051] 進(jìn)一步的，如圖5和圖9所示，所述定子葉片或轉(zhuǎn)子葉片與I = 0. 5的等值子午面 相交，定子或轉(zhuǎn)子葉片壓力面和吸力面與等值子午面的兩條相貫直線均指向半徑方向，定 子葉片的周向厚度與轉(zhuǎn)子葉片的周向厚度沿徑向（由內(nèi)向外）逐漸增大。
[0052] 值得指出的是，前述渦輪定子葉片和轉(zhuǎn)子葉片的進(jìn)口角、出口角、前緣半徑、后緣 半徑、前緣錐角、后緣錐角、葉片安裝角、等徑圓柱面、等值子午面的定義為本領(lǐng)域的公知技 術(shù)，在此不再進(jìn)行說(shuō)明。
[0053] 綜上所述，本實(shí)用新型通過(guò)上述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，新型渦輪定轉(zhuǎn)子組合件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、壓降低、扭矩大、水力效率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0054] 如圖11所示，為本實(shí)用新型渦輪馬達(dá)實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)用新型提供 了一種渦輪馬達(dá)，該渦輪馬達(dá)包括渦輪馬達(dá)主軸31和渦輪馬達(dá)殼體41，在渦輪馬達(dá)主軸31 上套接有50?300級(jí)如上所述的點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，形成具有50?300級(jí)渦 輪定轉(zhuǎn)子的大扭矩渦輪馬達(dá)。渦輪馬達(dá)，適用于直徑Φ60?Φ600_井眼或孔眼鉆進(jìn)用渦 輪鉆具及底部鉆具組合。
[0055] 以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的【具體實(shí)施方式】，并非用以限定本實(shí)用新型的范 圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變 化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，包括同軸套裝的定子和轉(zhuǎn)子，所述定子與所述 轉(zhuǎn)子的中心線共線；所述定子包括同軸設(shè)置的圓筒狀定子本體、若干個(gè)定子葉片和圓環(huán)狀 定子葉冠，所述轉(zhuǎn)子包括同軸設(shè)置的圓筒狀轉(zhuǎn)子本體、若干個(gè)轉(zhuǎn)子葉片和圓環(huán)狀轉(zhuǎn)子葉冠， 所述定子葉冠的內(nèi)壁與所述轉(zhuǎn)子本體外壁同軸套裝，其特征在于：所述定子葉片的軸向高 度沿所述定子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，并與所述定子的等徑圓柱面半徑成正比；所述轉(zhuǎn) 子葉片的軸向高度沿所述轉(zhuǎn)子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，并與所述轉(zhuǎn)子的等徑圓柱面半徑 成正比。
2. 如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于：每個(gè)所述轉(zhuǎn)子葉 片的壓力面和吸力面與經(jīng)過(guò)該轉(zhuǎn)子葉片的等值子午面相交并形成兩條第一相貫直線，所述 兩條第一相貫直線相交，其中，位于所述轉(zhuǎn)子中心線上的交點(diǎn)為第一交點(diǎn)，所述第一交點(diǎn)位 于轉(zhuǎn)子葉片前緣最高點(diǎn)在轉(zhuǎn)子中心線上的垂直投影點(diǎn)和轉(zhuǎn)子葉片后緣最低點(diǎn)在轉(zhuǎn)子中心 線上的垂直投影點(diǎn)之間，且所述第一交點(diǎn)是唯一的；每個(gè)所述定子葉片的壓力面和吸力面 與經(jīng)過(guò)該定子葉片的等值子午面相交并形成兩條第二相貫直線，所述兩條第二相貫直線相 交，其中，位于所述定子中心線上的交點(diǎn)為第二交點(diǎn)，所述第二交點(diǎn)位于定子葉片前緣最高 點(diǎn)在定子中心線上的垂直投影點(diǎn)和定子葉片后緣最低點(diǎn)在定子中心線上的垂直投影點(diǎn)之 間，且所述第二交點(diǎn)是唯一的。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于：在同一所述 等徑圓柱面上的定子葉片安裝角與轉(zhuǎn)子葉片安裝角，方向相反；在不同的所述等徑圓柱面 上的定子葉片安裝角，沿徑向相等；在不同的所述等徑圓柱面上的轉(zhuǎn)子葉片安裝角，沿徑向 相等。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于：所述定子葉 片的周向厚度沿所述定子的徑向由內(nèi)向外逐漸增大，所述轉(zhuǎn)子葉片的周向厚度沿所述轉(zhuǎn)子 的徑向由內(nèi)向外逐漸增大。
5. 如權(quán)利要求2所述的點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于：經(jīng)過(guò)所述第一交 點(diǎn)的等值子午面與所述轉(zhuǎn)子葉片的壓力面或吸力面的相貫線相交于所述第一交點(diǎn)；經(jīng)過(guò)所 述第二交點(diǎn)的等值子午面與所述定子葉片的壓力面或吸力面的相貫線相交于所述第二交 點(diǎn)。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件，其特征在于：所述定子葉 片與任意兩個(gè)等徑圓柱面相交，所述定子葉片的前緣與所述兩個(gè)等徑圓柱面相交形成的兩 條定子葉片的前緣相貫線形狀相同，所述定子葉片的后緣與所述兩個(gè)等徑圓柱面相交形成 的兩條定子葉片的后緣相貫線形狀也相同；所述轉(zhuǎn)子葉片與任意兩個(gè)等徑圓柱面相交，所 述轉(zhuǎn)子葉片的前緣與所述兩個(gè)等徑圓柱面相交形成的兩條轉(zhuǎn)子葉片前緣相貫線形狀相同， 所述轉(zhuǎn)子葉片的后緣與所述兩個(gè)等徑圓柱面相交形成的兩條轉(zhuǎn)子葉片后緣相貫線形狀也 相同。
7. -種渦輪馬達(dá)，其特征在于：所述渦輪馬達(dá)包括渦輪馬達(dá)主軸和渦輪馬達(dá)殼體，在 所述渦輪馬達(dá)主軸上套接有如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合 件。
8. 如權(quán)利要求7所述的渦輪馬達(dá)，其特征在于：所述的點(diǎn)投影葉片渦輪定轉(zhuǎn)子組合件 沿所述渦輪馬達(dá)主軸的軸向疊置有50?300個(gè)，形成具有50?300級(jí)渦輪定轉(zhuǎn)子的大扭 矩渦輪馬達(dá)。
【文檔編號(hào)】F03B3/12GK204140259SQ201420367009
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】譚春飛 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)