专利名称：积木式组合涡轮节的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种石油、矿山、煤田、气田等领域用井下动力钻具，尤其是一种结构简单、使用寿命较长的具有多级不同特性涡轮定子和转子的积木式组合涡轮节，属于机械制造技术领域。
我国二十世纪五十年代从俄罗斯引进涡轮钻具生产技术后，发展缓慢，至今仍处于小批量生产试制阶段，未能在工矿现场得到很好应用，重要原因是涡轮钻具转速高、扭矩小，型号单一，结构复杂，维修麻烦，与我国钻头发展水平不相适应。
而现有技术涡轮钻具结构的基本特征是在同一壳体内的同一轴上只装有一种型号的涡轮定子和转子。涡轮钻具整机的转速、扭矩、压降等特性主要由涡轮钻具定子和转子的特性决定。由于同一尺寸涡轮钻具定子和转子的型号不可能太多，因此现有技术涡轮钻具整机型号也就不可能太多。
按结构形式，涡轮钻具分为普通涡轮钻具(单节)、复式涡轮钻具(两节或三节)和减速器涡轮钻具(单节或两节)。通常情况下，每节涡轮钻具的定子、转子、扶正轴承与推力轴承全部装在同一壳体内的同一轴上。在正常情况下，涡轮钻具整机的使用寿命为800～1000小时，但需检修5～15次。涡轮钻具检修的主要任务是更换涡轮钻具易损件推力轴承。目前，检修涡轮钻具易损件推力轴承时必须将涡轮定子、转子、扶正轴承与推力轴承全部从同一轴上拆下，然后用新的推力轴承更换掉旧的已磨损或损坏的推力轴承。由于每节涡轮钻具至少具有60级以上涡轮定子和转子，检修时要将所有的涡轮定子和转子先拆下，然后再装上，这样既费时又费力。
本实用新型的另一目的在于针对现有技术之不足，提供一种积木式组合涡轮节，将涡轮钻具中承担水力载荷和轴上零件自重的推力轴承组从每节涡轮钻具中分离出去，设计成一种独立的无易损件推力轴承组的长寿命积木式组合涡轮节，使涡轮钻具的安装、维修更加方便和快捷。
本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的一种积木式组合涡轮节，它至少包括多级涡轮定子和转子、轴和外壳，其中涡轮转子设置在轴上，涡轮定子设置在外壳内，多级涡轮定子和转子为多级一种以上具有不同标准型号的涡轮定子和转子组合而成的涡轮组，涡轮的转子顺次安装在轴上，定子顺次设置在外壳内，在涡轮节中还设置有多对扶正轴承。
扶正轴承由扶正轴承动环和扶正轴承静环组成，扶正轴承动环设置在轴上，扶正轴承静环设置在外壳内，在扶正轴承动环外圆表面和静环内圆表面分别镶嵌有耐磨硬质合金或金刚石。扶正轴承总对数不小于两对。扶正轴承的径向间隙为0.1-1.0mm，每对扶正轴承工作面长度为50-200mm。
轴的上、下端部还分别设置有上半联轴器和下半联轴器，轴与上、下半联轴器之间通过锥螺纹连接。上半联轴器为花键公锥式半联轴器或花键母锥式半联轴器，下半联轴器为花键母锥式半联轴器或花键公锥式半联轴器。花键公锥式半联轴器锥螺纹小端底部设置有用于测量、观察或通气的直径为φ8-φ20mm的通孔。
涡轮节的外壳由上短接头、壳体和下短接头组成，三者自上而下顺次连接，壳体与上、下短接头之间通过锥螺纹连接。
综上所述，本实用新型具有如下优点1、本实用新型提供一种积木式组合涡轮节，它具有多级两种或两种以上具有不同特性的涡轮定子和转子，通过不同特性涡轮定子和转子的组合，实现多种空转转速，其结构简单，且具有较长使用寿命。
2、本实用新型提供一种积木式组合涡轮节，为了检修时方便，将涡轮钻具中承担水力载荷和轴上零件自重的推力轴承组从每节涡轮钻具中分离出去，设计成一种独立的无易损件推力轴承组的长寿命积木式组合涡轮节，在涡轮钻具常规检修时只需要检修中间支承节，使涡轮钻具的安装、维修更加方便和快捷。
图3为本实用新型花键公锥式半联轴器结构示意图；图4为本实用新型花键母锥式半联轴器结构示意图；图5为本实用新型涡轮定子结构示意图；图6为本实用新型涡轮转子结构示意图；图7为本实用新型a型涡轮定子结构示意图；图8为本实用新型b型涡轮定子结构示意图；图9为本实用新型c型涡轮定子结构示意图。
实施例1如
图1所示为本实用新型一种具有a、b两种类型涡轮定转子的积木式组合涡轮节。它主要包括上短接头1、上半联轴器2、壳体3、扶正轴承动环4a、扶正轴承静环4b、na级a型号涡轮转子6a、na级a型号涡轮定子6b、nb级b型号涡轮转子7a、nb级b型号涡轮定子7b、扶正轴承动环9a、扶正轴承静环9b、轴10、下短接头11、下半联轴器12等组件。其中，扶正轴承动环9a、nb级b型号涡轮转子7a、na级a型号涡轮转子6a、扶正轴承动环4a等依次装在轴10上，由上半联轴器2压紧在轴10上；下半联轴器12装在轴10下部。以上零部件构成积木式组合涡轮节的转动部分。扶正轴承静环9b、nb级b型号涡轮定子7b、na级a型号涡轮定子6b、扶正轴承静环4b等依次装在壳体3内，由上短接头1和下短接头11压紧在壳体3内。以上零部件构成积木式组合涡轮节的静止部分。定子、转子的结构如图5、图6所示。
假设某种尺寸涡轮钻具的定子和转子目前只有a和b两种型号可供选择，每级a型号涡轮定子和转子在额定排量条件下(工作液密度一定)的空转转速和制动扭矩分别为Na和Ma，每级b型号涡轮定子和转子在额定排量条件下(工作液密度一定)的空转转速和制动扭矩分别为Nb和Mb，则na级a型号涡轮定子和转子与nb级b型号涡轮定子和转子就可象小孩子搭积木式地组合在一起而形成一系列新的具有不同特性的涡轮节，新型涡轮节在额定排量条件下的空转转速N和制动扭矩M的计算公式分别为N=naMa+nbMbnaMaNa+nbMbNb]]>和M＝naMa+nbMb从上述分析可知，通过不同特性的定子和转子的组合，可以实现多种空转转速或工作转速。
实施例2图2所示为本实用新型一种具有a、b、c三种类型涡轮定转子的积木式组合涡轮节。它主要包括上短接头1、上半联轴器2、壳体3、扶正轴承动环4a、扶正轴承静环4b、na级a型号涡轮转子6a、na级a型号涡轮定子6b、nb级b型号涡轮转子7a、nb级b型号涡轮定子7b、nc级c型号涡轮转子8a、nc级c型号涡轮定子8b、扶正轴承动环9a、扶正轴承静环9b、轴10、下短接头11、下半联轴器12等组件。
本实施例与实施例1结构基本相同，不同的是本实施例含有a、b、c三种类型涡轮定子和转子，实施例1只含有a、b两种类型涡轮定子和转子。
假设每级a型号涡轮定子和转子在额定排量条件下(工作液密度一定)的空转转速和制动扭矩分别为Na和Ma，每级b型号涡轮定子和转子在额定排量条件下的空转转速和制动扭矩分别为Nb和Mb，每级c型号涡轮定子和转子在额定排量条件下的空转转速和制动扭矩分别为Nc和Mc，则本实施例涡轮节在额定排量条件下的空转转速N和制动扭矩M的计算公式分别为N=naMa+nbMb+ncMcnaMaNa+nbMbNb+ncMcNc]]>和M＝naMa+nbMb+ncMc如果涡轮节含有更多种类型涡轮定子和转子，涡轮节在额定排量条件下的空转转速N和制动扭矩M的计算公式可以依此类推。
其中a、b、c型的涡轮定子的结构如图7、图8、图9所示。
综上所述，本实用新型所提供的积木式组合涡轮节，与现有技术最大的不同之处在于本实用新型是在一个独立的涡轮节的同一壳体内的同一轴上装配有多级两种或两种以上不同型号具有不同特性的涡轮定子和转子。如前所述，我国某厂生产的172涡轮钻具定子和转子目前只有两种型号，因此该厂涡轮钻具整机也只有两种型号，其空转转速在额定排量条件下分别为1000转/分和1800转/分。采用本实用新型技术后，即使该厂生产的涡轮钻具定子和转子型号仍然只有原来的两种，但通过积木式组合就可以得到空转转速在额定排量条件下分别为1200转/分、1400转/分、1600转/分等若干种不同型号系列的172涡轮钻具所需要的涡轮节。
本实用新型还可以根据生产实际需要将多级两种以上不同型号的涡轮定子和转子组合到一起形成更多规格的积木式组合涡轮节。
本实用新型积木式组合涡轮节中起扶正作用的扶正轴承的径向间隙为0.1～1.0mm，每对扶正轴承工作面长度为50～200mm。每个涡轮节中扶正轴承总对数在两对以上。扶正轴承动环外圆表面和静环内圆表面均镶嵌有耐磨硬质合金或金刚石，耐磨性好，能在恶劣工况条件下良好工作，寿命较长。
本实用新型涡轮节轴上端的上半联轴器为花键公锥式半联轴器或花键母锥式半联轴器，轴下端的下半联轴器为牙嵌式半联轴器或方轴式半联轴器或方孔式半联轴器。其结构形状如图3、图4所示。上半联轴器或下半联轴器通过锥螺纹与轴相连接。在花键公锥式半联轴器锥螺纹小端底部设置有一个Φ8～Φ20mm的测量观察孔或通气孔。上短接头或下短接头通过锥螺纹与壳体相连接。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种积木式组合涡轮节，它至少包括多级涡轮定子和转子、轴和外壳，其中涡轮转子设置在轴上，涡轮定子设置在外壳内，其特征在于所述的多级涡轮定子和转子为多级一种以上具有不同标准型号的涡轮定子和转子组合而成的涡轮组，涡轮转子顺次安装在轴上，定子顺次设置在外壳内，在涡轮节中还设置有多对扶正轴承。
2.根据权利要求1所述的积木式组合涡轮节，其特征在于所述的扶正轴承由扶正轴承动环和扶正轴承静环组成，扶正轴承动环设置在轴上，扶正轴承静环设置在外壳内，在扶正轴承动环外圆表面和静环内圆表面分别镶嵌有耐磨硬质合金或金刚石。
3.根据权利要求1所述的积木式组合涡轮节，其特征在于所述的扶正轴承总对数不小于两对。
4.根据权利要求2或3所述的积木式组合涡轮节，其特征在于所述的扶正轴承的径向间隙为0.1-1.0mm，每对扶正轴承工作面长度为50-200mm。
5.根据权利要求1所述的积木式组合涡轮节，其特征在于在轴的上、下端部还分别设置有上半联轴器和下半联轴器，轴与上、下半联轴器之间通过锥形螺纹连接。
6.根据权利要求5所述的积木式组合涡轮节，其特征在于所述的上半联轴器为花键公锥式半联轴器或花键母锥式半联轴器，下半联轴器为花键母锥式半联轴器或花键公锥式半联轴器。
7.根据权利要求5所述的积木式组合涡轮节，其特征在于在所述的花键公锥式半联轴器锥螺纹小端底部设置有用于测量、观察或通气的直径为φ8-φ20mm的通孔。
8.根据权利要求1所述的积木式组合涡轮节，其特征在于所述的外壳由上短接头、壳体和下短接头组成，三者自上而下顺次连接，壳体与上、下短接头之间通过锥螺纹连接。
专利摘要一种积木式组合涡轮节，它至少包括多级涡轮定子和转子、轴和外壳，其中涡轮转子设置在轴上，涡轮定子设置在外壳内，多级涡轮定子和转子为多级一种以上具有不同标准型号的涡轮定子和转子组合而成的涡轮组，涡轮转子顺次安装在轴上，定子顺次设置在外壳内，在涡轮节中还设置有多对扶正轴承。本实用新型通过不同特性的涡轮定子和转子的组合，实现多种空转转速，同时将涡轮钻具中承担水力载荷和轴上零件自重的推力轴承组从每节涡轮钻具中分离出去，设计成独立的无易损件推力轴承组的积木式组合涡轮节，使涡轮钻具的安装、维修更加方便和快捷，并延长了涡轮钻具的使用寿命。
文档编号E21B4/00GK2567332SQ0224668
公开日2003年8月20日 申请日期2002年8月22日 优先权日2002年8月22日
发明者谭春飞, 蔡镜仑 申请人:石油大学(北京)