專利名稱：積木式組合渦輪節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油、礦山、煤田、氣田等領(lǐng)域用井下動力鉆具，尤其是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命較長的具有多級不同特性渦輪定子和轉(zhuǎn)子的積木式組合渦輪節(jié)，屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。
我國二十世紀(jì)五十年代從俄羅斯引進(jìn)渦輪鉆具生產(chǎn)技術(shù)后，發(fā)展緩慢，至今仍處于小批量生產(chǎn)試制階段，未能在工礦現(xiàn)場得到很好應(yīng)用，重要原因是渦輪鉆具轉(zhuǎn)速高、扭矩小，型號單一，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修麻煩，與我國鉆頭發(fā)展水平不相適應(yīng)。
而現(xiàn)有技術(shù)渦輪鉆具結(jié)構(gòu)的基本特征是在同一殼體內(nèi)的同一軸上只裝有一種型號的渦輪定子和轉(zhuǎn)子。渦輪鉆具整機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩、壓降等特性主要由渦輪鉆具定子和轉(zhuǎn)子的特性決定。由于同一尺寸渦輪鉆具定子和轉(zhuǎn)子的型號不可能太多，因此現(xiàn)有技術(shù)渦輪鉆具整機(jī)型號也就不可能太多。
按結(jié)構(gòu)形式，渦輪鉆具分為普通渦輪鉆具(單節(jié))、復(fù)式渦輪鉆具(兩節(jié)或三節(jié))和減速器渦輪鉆具(單節(jié)或兩節(jié))。通常，每節(jié)渦輪鉆具的定子、轉(zhuǎn)子、扶正軸承與推力軸承全部裝在同一殼體內(nèi)的同一軸上。在正常情況下，渦輪鉆具整機(jī)的使用壽命為800～1000小時，但需檢修5～15次。渦輪鉆具檢修的主要任務(wù)是更換渦輪鉆具易損件推力軸承。目前，檢修渦輪鉆具易損件推力軸承時必須將渦輪定子、轉(zhuǎn)子、扶正軸承與推力軸承全部從同一軸上拆下，然后用新的推力軸承更換掉舊的已磨損或損壞的推力軸承。由于每節(jié)渦輪鉆具至少具有60級以上渦輪定子和轉(zhuǎn)子，檢修時要將所有的渦輪定子和轉(zhuǎn)子先拆下，然后再裝上，這樣既費(fèi)時又費(fèi)力。
本發(fā)明的另一目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種積木式組合渦輪節(jié)，將渦輪鉆具中承擔(dān)水力載荷和軸上零件自重的推力軸承組從每節(jié)渦輪鉆具中分離出去，設(shè)計(jì)成一種獨(dú)立的無易損件推力軸承組的長壽命積木式組合渦輪節(jié)，使渦輪鉆具的安裝、維修更加方便和快捷。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種積木式組合渦輪節(jié)，它至少包括多級渦輪定子和轉(zhuǎn)子、軸和外殼，其中渦輪轉(zhuǎn)子設(shè)置在軸上，渦輪定子設(shè)置在外殼內(nèi)，多級渦輪定子和轉(zhuǎn)子為多級一種以上具有不同標(biāo)準(zhǔn)型號的渦輪定子和轉(zhuǎn)子組合而成的渦輪組，渦輪轉(zhuǎn)子順次安裝在軸上，定子順次設(shè)置在外殼內(nèi)，在渦輪節(jié)中還設(shè)置有多對扶正軸承。
扶正軸承由扶正軸承動環(huán)和扶正軸承靜環(huán)組成，扶正軸承動環(huán)設(shè)置在軸上，扶正軸承靜環(huán)設(shè)置在外殼內(nèi)，在扶正軸承動環(huán)外圓表面和靜環(huán)內(nèi)圓表面分別鑲嵌有耐磨硬質(zhì)合金或金剛石。扶正軸承總對數(shù)不小于兩對。扶正軸承的徑向間隙為0.1-1.0mm，每對扶正軸承工作面長度為50-200mm。
軸的上、下端部還分別設(shè)置有上半聯(lián)軸器和下半聯(lián)軸器，軸與上、下半聯(lián)軸器之間通過錐螺紋連接。上半聯(lián)軸器為花鍵公錐式半聯(lián)軸器或花鍵母錐式半聯(lián)軸器，下半聯(lián)軸器為花鍵母錐式半聯(lián)軸器或花鍵公錐式半聯(lián)軸器?；ㄦI公錐式半聯(lián)軸器錐螺紋小端底部設(shè)有用于測量、觀察或通氣的直徑為φ8-φ20mm的通孔。
渦輪節(jié)的外殼由上短接頭、殼體和下短接頭組成，三者自上而下順次連接，殼體與上、下短接頭之間通過錐螺紋連接。
綜上所述，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明提供一種積木式組合渦輪節(jié)，它具有多級兩種或兩種以上具有不同特性的渦輪定子和轉(zhuǎn)子，通過不同特性渦輪定子和轉(zhuǎn)子的組合，實(shí)現(xiàn)多種空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，其結(jié)構(gòu)簡單，且具有較長使用壽命。
2、本發(fā)明提供一種積木式組合渦輪節(jié)，為了檢修時方便，將渦輪鉆具中承擔(dān)水力載荷和軸上零件自重的推力軸承組從每節(jié)渦輪鉆具中分離出去，設(shè)計(jì)成一種獨(dú)立的無易損件推力軸承組的長壽命積木式組合渦輪節(jié)，在渦輪鉆具常規(guī)檢修時只需要檢修中間支承節(jié)，使渦輪鉆具的安裝、維修更加方便和快捷。
圖6為本發(fā)明渦輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明a型渦輪定子結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明b型渦輪定子結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明c型渦輪定子結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)施例1如

圖1所示為本發(fā)明一種具有a、b兩種類型渦輪定轉(zhuǎn)子的積木式組合渦輪節(jié)。它主要包括上短接頭1、上半聯(lián)軸器2、殼體3、扶正軸承動環(huán)4a、扶正軸承靜環(huán)4b、na級a型號渦輪轉(zhuǎn)子6a、na級a型號渦輪定子6b、nb級b型號渦輪轉(zhuǎn)子7a、nb級b型號渦輪定子7b、扶正軸承動環(huán)9a、扶正軸承靜環(huán)9b、軸10、下短接頭11、下半聯(lián)軸器12等組件。其中，扶正軸承動環(huán)9a、nb級b型號渦輪轉(zhuǎn)子7a、na級a型號渦輪轉(zhuǎn)子6a、扶正軸承動環(huán)4a等依次裝在軸10上，由上半聯(lián)軸器2壓緊在軸10上；下半聯(lián)軸器12裝在軸10下部。以上零部件構(gòu)成積木式組合渦輪節(jié)的轉(zhuǎn)動部分。扶正軸承靜環(huán)9b、mb級b型號渦輪定子7b、na級a型號渦輪定子6b、扶正軸承靜環(huán)4b等依次裝在殼體3內(nèi)，由上短接頭1和下短接頭11壓緊在殼體3內(nèi)。以上零部件構(gòu)成積木式組合渦輪節(jié)的靜止部分。定子、轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)如圖5、圖6所示。
假設(shè)某種尺寸渦輪鉆具的定子和轉(zhuǎn)子目前只有a和b兩種型號可供選擇，每級a型號渦輪定子和轉(zhuǎn)子在額定排量條件下(工作液密度一定)的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和制動扭矩分別為Na和Ma，每級b型號渦輪定子和轉(zhuǎn)子在額定排量條件下(工作液密度一定)的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和制動扭矩分別為Nb和Mb，則na級a型號渦輪定子和轉(zhuǎn)子與nb級b型號渦輪定子和轉(zhuǎn)子就可象小孩子搭積木式地組合在一起而形成一系列新的具有不同特性的渦輪節(jié)，新型渦輪節(jié)在額定排量條件下的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速N和制動扭矩M的計(jì)算公式分別為N=naMa+nbMbnaMaNa+nbMbNb]]>和 M＝naMa+nbMb從上述分析可知，通過不同特性的定子和轉(zhuǎn)子的組合，可以實(shí)現(xiàn)多種空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速或工作轉(zhuǎn)速。
實(shí)施例2圖2所示為本發(fā)明一種具有a、b、c三種類型渦輪定轉(zhuǎn)子的積木式組合渦輪節(jié)。它主要包括上短接頭1、上半聯(lián)軸器2、殼體3、扶正軸承動環(huán)4a、扶正軸承靜環(huán)4b、na級a型號渦輪轉(zhuǎn)子6a、na級a型號渦輪定子6b、nb級b型號渦輪轉(zhuǎn)子7a、nb級b型號渦輪定子7b、nc級c型號渦輪轉(zhuǎn)子8a、nc級c型號渦輪定子8b、扶正軸承動環(huán)9a、扶正軸承靜環(huán)9b、軸10、下短接頭11、下半聯(lián)軸器12等組件。
本實(shí)施例與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)基本相同，不同的是本實(shí)施例含有a、b、c三種類型渦輪定子和轉(zhuǎn)子，實(shí)施例1只含有a、b兩種類型渦輪定子和轉(zhuǎn)子。
假設(shè)每級a型號渦輪定子和轉(zhuǎn)子在額定排量條件下(工作液密度一定)的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和制動扭矩分別為Na和Ma，每級b型號渦輪定子和轉(zhuǎn)子在額定排量條件下的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和制動扭矩分別為Nb和Mb，每級c型號渦輪定子和轉(zhuǎn)子在額定排量條件下的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和制動扭矩分別為Nc和Mc，則本實(shí)施例渦輪節(jié)在額定排量條件下的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速N和制動扭矩M的計(jì)算公式分別為N=naMa+nbMb+ncMcnaMaNa+nbMbNb+ncMcNc]]>和 M＝naMa+nbMb+ncMc如果渦輪節(jié)含有更多種類型渦輪定子和轉(zhuǎn)子，渦輪節(jié)在額定排量條件下的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速N和制動扭矩M的計(jì)算公式可以依此類推。
其中a、b、c型的渦輪定子的結(jié)構(gòu)形狀如圖7、圖8、圖9所示。
綜上所述，本發(fā)明所提供的積木式組合渦輪節(jié)，與現(xiàn)有技術(shù)最大的不同之處在于本發(fā)明是在一個獨(dú)立的渦輪節(jié)的同一殼體內(nèi)的同一軸上裝配有多級兩種或兩種以上不同型號具有不同特性的渦輪定子和轉(zhuǎn)子。如前所述，我國某廠生產(chǎn)的172渦輪鉆具定子和轉(zhuǎn)子目前只有兩種型號，因此該廠渦輪鉆具整機(jī)也只有兩種型號，其空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速在額定排量條件下分別為1000轉(zhuǎn)/分和1800轉(zhuǎn)/分。采用本發(fā)明技術(shù)后，即使該廠生產(chǎn)的渦輪鉆具定子和轉(zhuǎn)子型號仍然只有原來的兩種，但通過積木式組合就可以得到空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速在額定排量條件下分別為1200轉(zhuǎn)/分、1400轉(zhuǎn)/分、1600轉(zhuǎn)/分等若干種不同型號系列的172渦輪鉆具所需要的渦輪節(jié)。
本發(fā)明還可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要將多級兩種以上不同型號的渦輪定子和轉(zhuǎn)子組合到一起形成更多規(guī)格的積木式組合渦輪節(jié)。
本發(fā)明積木式組合渦輪節(jié)中起扶正作用的扶正軸承的徑向間隙為0.1～1.0mm，每對扶正軸承工作面長度為50～200mm。每個渦輪節(jié)中扶正軸承總對數(shù)在兩對以上。扶正軸承動環(huán)外圓表面和靜環(huán)內(nèi)圓表面均鑲嵌有耐磨硬質(zhì)合金或金剛石，耐磨性好，能在惡劣工況條件下良好工作，壽命較長。
本發(fā)明渦輪節(jié)軸上端的上半聯(lián)軸器為花鍵公錐式半聯(lián)軸器或花鍵母錐式半聯(lián)軸器，軸下端的下半聯(lián)軸器為牙嵌式半聯(lián)軸器或方軸式半聯(lián)軸器或方孔式半聯(lián)軸器。其形狀結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。上半聯(lián)軸器或下半聯(lián)軸器通過錐螺紋與軸相連接。在花鍵公錐式半聯(lián)軸器錐螺紋小端底部設(shè)置有一個Φ8～Φ20mm的測量、觀察孔或通氣孔。上短接頭或下短接頭通過錐螺紋與殼體相連接。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種積木式組合渦輪節(jié)，它至少包括多級渦輪定子和轉(zhuǎn)子、軸和外殼，其中渦輪轉(zhuǎn)子設(shè)置在軸上，渦輪定子設(shè)置在外殼內(nèi)，其特征在于所述的多級渦輪定子和轉(zhuǎn)子為多級一種以上具有不同標(biāo)準(zhǔn)型號的渦輪定子和轉(zhuǎn)子組合而成的渦輪組，實(shí)現(xiàn)多種空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，渦輪轉(zhuǎn)子順次安裝在軸上，定子順次設(shè)置在外殼內(nèi)，在渦輪節(jié)中還設(shè)置有多對扶正軸承。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的積木式組合渦輪節(jié)，其特征在于所述的扶正軸承由扶正軸承動環(huán)和扶正軸承靜環(huán)組成，扶正軸承動環(huán)設(shè)置在軸上，扶正軸承靜環(huán)設(shè)置在外殼內(nèi)，在扶正軸承動環(huán)外圓表面和靜環(huán)內(nèi)圓表面分別鑲嵌有耐磨硬質(zhì)合金或金剛石。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的積木式組合渦輪節(jié)，其特征在于所述的扶正軸承總對數(shù)不小于兩對。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的積木式組合渦輪節(jié)，其特征在于所述的扶正軸承的徑向間隙為0.1-1.0mm，每對扶正軸承工作面長度為50-200mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的積木式組合渦輪節(jié)，其特征在于軸的上、下端部還分別設(shè)置有上半聯(lián)軸器和下半聯(lián)軸器，軸與上、下半聯(lián)軸器之間通過錐螺紋連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的積木式組合渦輪節(jié)，其特征在于所述的上半聯(lián)軸器為花鍵公錐式半聯(lián)軸器或花鍵母錐式半聯(lián)軸器，下半聯(lián)軸器為花鍵母錐式半聯(lián)軸器或花鍵公錐式半聯(lián)軸器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的積木式組合渦輪節(jié)，其特征在于在所述的花鍵公錐式半聯(lián)軸器錐螺紋小端底部設(shè)有用于測量、觀察或通氣的直徑為φ8-φ20mm的通孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的積木式組合渦輪節(jié)，其特征在于所述的外殼由上短接頭、殼體和下短接頭組成，三者自上而下順次連接，殼體與上、下短接頭之間通過錐螺紋連接。
全文摘要
一種積木式組合渦輪節(jié)，它至少包括多級渦輪定子和轉(zhuǎn)子、軸和外殼，其中渦輪定子設(shè)置在外殼內(nèi)，渦輪轉(zhuǎn)子設(shè)置在軸上，多級渦輪定子和轉(zhuǎn)子為多級兩種或兩種以上具有不同特性的渦輪定子和轉(zhuǎn)子，在渦輪節(jié)中還設(shè)置有扶正軸承。本發(fā)明通過不同特性的渦輪定子和轉(zhuǎn)子的組合，實(shí)現(xiàn)多種空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，同時將渦輪鉆具中承擔(dān)水力載荷和軸上零件自重的推力軸承組從每節(jié)渦輪鉆具中分離出去，設(shè)計(jì)成獨(dú)立的無易損件推力軸承組的積木式組合渦輪節(jié)，使渦輪鉆具的安裝、維修更加方便和快捷，并延長了渦輪鉆具的使用壽命。
文檔編號E21B4/00GK1477290SQ0212947
公開日2004年2月25日 申請日期2002年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月22日
發(fā)明者譚春飛, 蔡鏡侖 申請人:石油大學(xué)(北京)