渦輪鉆具葉片徑向厚度分布對(duì)其性能的影響

摘要：目前針對(duì)渦輪鉆具葉片徑向厚度分布的研究較為欠缺。為此，基于CFD方法，以貝塞爾曲線造型方法生成的葉片型線為基礎(chǔ)，設(shè)置葉片頂部至葉根處2種厚度變化不同的葉型，采用等比例縮放的形式進(jìn)行葉片造型，通過(guò)數(shù)值模擬并與普通彎扭葉片的渦輪鉆具進(jìn)行對(duì)比分析，研究變截面葉片對(duì)渦輪鉆具性能的影響。研究結(jié)果表明：改進(jìn)后的葉片1結(jié)構(gòu)在100-2 000 r/min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)所能承受的扭矩相比于等厚葉片結(jié)構(gòu)增大了21%，但壓降總體高出等厚葉片結(jié)構(gòu)6.6%；葉片2結(jié)構(gòu)相比于等厚葉片所能承受的扭矩增大了18.3%，但壓降升高了12.3%；改進(jìn)后的2種葉片結(jié)構(gòu)最高效率可達(dá)71.75%和71.83%，相比等厚葉片結(jié)構(gòu)有顯著提升。研究結(jié)論可為高性能渦輪鉆具葉片的設(shè)計(jì)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：渦輪鉆具；葉片型線；水力特性；流場(chǎng)分析；湍流度

中圖分類號(hào)：TE921

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

202402021

Influence of Radial Thickness Distribution of

Turbodrill Blades on Their Performance

Liu Shujie1 Ma Chuanhua1 Chen Mi2 Feng Jin2 Zhou Sizhu2 Zeng Yun2

（1.CNOOC Hainan Energy Co.， Ltd.;2.School of Mechanical Engineering， Yangtze University）

The radial thickness distribution of turbodrill blades has been rarely studied. Based on the computational fluid dynamics （CFD） method and the blade profile generated from Bessel curve modeling method， two blade profiles with different thickness variations from the top to the root of the blade were set. Then， blade modeling was carried out in an equally scaled form. Finally， numerical simulation was conducted and the modelled blades were compared with conventional twisted blade turbodrill to identify the effect of tapered blades on the performance of turbodrill. The study results show that the improved blade 1 structure can withstand 21% more torque than the equally thick blade structure in the speed range of 100 to 2 000 r/min， but the overall pressure drop is 6.6% higher. The improved blade 2 structure can withstand 18.3% more torque than the equally thick blade structure， but the pressure drop is increased by 12.3%. The highest efficiency of the improved two blade structures can reach 71.75% and 71.83% respectively， which is significantly higher than that of the equally thick blade structure. The conclusions provide theoretical reference for the design of high performance turbodrill blades.

turbodrill;blade profile;hydraulic characteristic;flow field analysis;turbulivity

0 引 言

隨著全球深層油氣藏的勘探和開采，油氣資源開采逐漸由淺井轉(zhuǎn)向復(fù)雜的陸地和深海，鉆井難度也隨之增加［1-3］。渦輪鉆具作為一種重要的井下動(dòng)力鉆具，其特點(diǎn)為轉(zhuǎn)速高、耐高溫、扭矩小，適用于深井和超深井作業(yè)［4］。在對(duì)渦輪鉆具的設(shè)計(jì)中，定、轉(zhuǎn)子作為渦輪鉆具的能量轉(zhuǎn)化核心，定、轉(zhuǎn)子葉片往往直接決定了渦輪鉆具的性能。在渦輪性能優(yōu)化中，研究者重點(diǎn)關(guān)注葉片造型的設(shè)計(jì)。周思柱等［5］基于貝塞爾曲線理論和流體動(dòng)力學(xué)理論，全面研究了渦輪葉片參數(shù)的設(shè)計(jì)對(duì)渦輪性能的影響，分析結(jié)果表明，提出的數(shù)值模擬方法能系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)渦輪葉片的全面分析，可為高性能渦輪葉片型線的設(shè)計(jì)提供參考；張曉東等［6］以φ127 mm渦輪鉆具葉片為研究對(duì)象，采用基于儒可夫斯基變換法完成了5種翼型的造型設(shè)計(jì)，研究表明，NACA-0012翼型加厚葉片整體性能顯著提升；張宇航等［7］利用多截面造型方法建立了一種三維葉片渦輪，研究發(fā)現(xiàn)，三維葉片渦輪壓降更低，單幅渦輪壓降減小約12%，且在最佳工況點(diǎn)處效率比直葉片渦輪高出約10%；龔盼等［8］建立了一種簡(jiǎn)化的渦輪液流模型，設(shè)計(jì)了一種扭曲葉片渦輪，結(jié)果表明，扭曲葉片渦輪較直葉片渦輪轉(zhuǎn)化扭矩減小19.4%，效率提高10.5%，綜合水力性能得到了提升；譚春飛等［9］基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳基因算法對(duì)φ178 mm渦輪鉆具轉(zhuǎn)子葉型安裝角進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，單級(jí)渦輪輸出扭矩增大了3.06 N·m，水力效率提高了8.29%；何順等［10］采用4階貝塞爾曲線對(duì)渦輪葉片造型進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并建立三維模型，研究表明，采用該方法得到的葉片型線連續(xù)且光滑、水力性能良好，同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，能有效提高設(shè)計(jì)效率；HE Y.G.等［11］提出了一種準(zhǔn)三維葉片設(shè)計(jì)方法，建立了葉片轉(zhuǎn)矩的數(shù)學(xué)模型并構(gòu)建了不同的葉片，利用CFD對(duì)葉片進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明：以φ178 mm渦輪鉆具為例，葉片扭矩增大了31.4%；ZHANG D.L.等［12］提出了一種單級(jí)葉片性能預(yù)測(cè)模型，并將其推廣到多級(jí)葉片，研究表明，在高黏度和高密度工況下，渦輪鉆具扭矩增大24.2%，峰值功率提高19.8%；Wang等［13］基于無(wú)量綱參數(shù)法和貝塞爾曲線，研制了φ89 mm葉片并建立了多級(jí)渦輪鉆具模型，研究表明，該設(shè)計(jì)能夠滿足渦輪鉆具的性能要求，多級(jí)模型能有效提高預(yù)測(cè)精度。

現(xiàn)代渦輪鉆具葉片以彎扭葉片為主，而在實(shí)際工作中渦輪鉆具考慮到壓力損耗，需要對(duì)葉片形狀進(jìn)行改進(jìn)［14-19］。上述各學(xué)者對(duì)渦輪鉆具葉片的彎曲、扭轉(zhuǎn)和傾斜設(shè)計(jì)等復(fù)雜流線曲面研究較多，而對(duì)葉片徑向厚度分布的研究較為欠缺。本文基于CFD方法，以貝塞爾曲線造型方法生成的葉片型線為基礎(chǔ)，設(shè)置葉片頂部至葉根處2種厚度變化不同的葉型。采用等比例縮放的形式進(jìn)行葉片造型，并與普通彎扭葉片的渦輪鉆具進(jìn)行對(duì)比分析，研究葉片厚度分布對(duì)渦輪鉆具性能的影響。通過(guò)數(shù)值模擬以及對(duì)比分析，研究變截面葉片對(duì)渦輪鉆具性能的影響，以期為高性能渦輪鉆具葉片的設(shè)計(jì)提供參考。

1 計(jì)算模型和計(jì)算方法

1.1 模型設(shè)計(jì)

根據(jù)貝塞爾曲線確定渦輪鉆具葉片型線。工程應(yīng)用的貝塞爾曲線一般采用的是適用性較強(qiáng)的三次貝塞爾曲線，其吸力面曲線和壓力面曲線需要分別采用4個(gè)控制點(diǎn)。首先確定葉片前緣半徑R1為0.7 mm，后緣半徑R2為0.5 mm；前緣錐角φ1為20°，后緣錐角φ2為11°。同時(shí)，由于定、轉(zhuǎn)子為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所以沖擊度系數(shù)ma為0.5。根據(jù)渦輪無(wú)因次系數(shù)的定義，可得渦輪鉆具葉片軸向速度系數(shù)和環(huán)流系數(shù)分別為：

根據(jù)式（9）、式（10）作出2曲線的曲率及曲率導(dǎo)數(shù)圖，如圖2所示。從圖2可知：葉片吸力面和壓力面型線具有連續(xù)曲率。同時(shí)，吸力面曲率同號(hào)且曲率導(dǎo)數(shù)只存在一次符號(hào)變化，壓力面曲率及曲率導(dǎo)數(shù)均只有一次符號(hào)變化。因此根據(jù)貝塞爾曲線進(jìn)行造型的葉片型線滿足曲率要求［18］。

由于葉型表面具有一定的表面粗糙度，導(dǎo)致流體流動(dòng)時(shí)存在摩擦現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生附面層摩擦損失。為減小葉型損失，葉片造型時(shí)盡量設(shè)計(jì)為收縮型流道，如圖3所示。根據(jù)上述計(jì)算得出葉柵節(jié)距為13.356 mm，在此節(jié)距下葉片之間的流道寬度使用截取的內(nèi)切圓與曲線切點(diǎn)連線寬度表示，如圖3a所示［15］。葉片間的流道寬度沿軸向逐漸下降，符合設(shè)計(jì)要求，如圖3b所示。

下面針對(duì)葉片徑向厚度分布進(jìn)行研究，采用不同的前緣、后緣半徑對(duì)不同截面的葉片造型進(jìn)行設(shè)計(jì)?？紤]到渦輪定、轉(zhuǎn)子的尺寸和簡(jiǎn)化后續(xù)數(shù)值模擬計(jì)算，將流道分為5個(gè)圓柱層斷面對(duì)葉片進(jìn)行造型［7］。同時(shí)考慮到加工以及曲線曲率要求，不同的圓柱層斷面采用等比例縮放的方式進(jìn)行造型。參考φ175 mm渦輪鉆具結(jié)構(gòu)參數(shù)，前緣半徑取值范圍為0.6～1.0 mm，后緣半徑取值范圍為0.3～1.0 mm。

采取2種不同的葉片造型方式：一是葉片頂部至葉根處厚度逐漸增加，二是葉片頂部至葉根處厚度逐漸減小。以上述計(jì)算得出的前緣半徑0.7 mm為中間斷面，第1種葉片造型方式以前緣半徑分別為0.80、0.75、0.70、0.65和0.60 mm進(jìn)行等比例縮放，第2種葉片造型以前緣半徑分別為0.60、0.65、0.70、0.75和0.80 mm進(jìn)行縮放。斷面構(gòu)造完成后，以葉型重心點(diǎn)的連線作為積疊線進(jìn)行葉片造型［19］。通過(guò)上述方法構(gòu)造出的2種葉片與傳統(tǒng)等厚葉片進(jìn)行對(duì)比分析，研究葉片徑向厚度分布對(duì)渦輪鉆具的性能影響。葉片造型方式如圖4所示。下面2種葉片造型分別用葉片1和葉片2表示。

1.2 邊界條件設(shè)置

基于建立的流道模型，將渦輪定子的進(jìn)口設(shè)置為速度進(jìn)口（velocity-inlet），轉(zhuǎn)子出口設(shè)置為壓力出口（pressure-outlet）。同時(shí)，將轉(zhuǎn)子流道的上、下接觸面設(shè)置為網(wǎng)格交接面。轉(zhuǎn)子葉片壁面隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，其余壁面靜止，可設(shè)置為無(wú)滑移壁面?？紤]到渦輪鉆具中的流動(dòng)具有較復(fù)雜的剪切流動(dòng)和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，因此湍流模型采用Standard k-ε模型，采用SIMPLEC算法，對(duì)速度和壓力進(jìn)行耦合，使用二階迎風(fēng)差分離散格式求得收斂解。

1.3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證

針對(duì)渦輪結(jié)構(gòu)和流動(dòng)情況抽出流體域，得到計(jì)算域的三維模型。對(duì)其進(jìn)行劃分網(wǎng)格，并對(duì)定、轉(zhuǎn)子葉片部分進(jìn)行局部網(wǎng)格加密。在轉(zhuǎn)速為200 r/min下進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，其結(jié)果如圖5所示。

從圖5可知，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量從8 408 632增大到10 033 595時(shí)，渦輪鉆具的壓降和扭矩均隨網(wǎng)格數(shù)量的增加呈上升趨勢(shì)。而當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量為10 380 031時(shí)，渦輪鉆具壓降出現(xiàn)明顯下降，并且隨網(wǎng)格數(shù)量的增大其扭矩的上升明顯變緩，因此可以認(rèn)為網(wǎng)格數(shù)量為10 033 595已達(dá)到計(jì)算要求。具體網(wǎng)格劃分如圖6所示。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

本次試驗(yàn)主要針對(duì)上述3種葉片對(duì)渦輪鉆具的性能影響進(jìn)行研究。研究不同形式葉片下渦輪鉆具壓降、力矩及效率隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化。

2.1 水力特性分析

將進(jìn)口流量設(shè)置為30 L/s，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速設(shè)置為100～2 000 r/min，隨著轉(zhuǎn)速增加，觀察其扭矩不斷減小直至負(fù)數(shù)時(shí)則停止試驗(yàn)［14］。與改進(jìn)前的等厚葉片進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1.1 扭矩對(duì)比

圖7為等比例縮放葉片結(jié)構(gòu)與等厚葉片結(jié)構(gòu)在不同轉(zhuǎn)速下的扭矩對(duì)比。

從圖7可以看出，改進(jìn)后的葉片結(jié)構(gòu)扭矩有明顯的提升，其中改進(jìn)葉片1扭矩的提升尤為明顯，相比于等厚葉片提升了21%。而葉片2在轉(zhuǎn)速小于400 r/min時(shí)扭矩要小于等厚葉片。改進(jìn)后的葉片由于體積相對(duì)于等厚葉片減小，其工作時(shí)需要帶動(dòng)更多的流體運(yùn)動(dòng)，這就導(dǎo)致扭矩增大，其扭矩相比于等厚葉片在1 600和1 700 r/min轉(zhuǎn)速時(shí)的扭矩提升了18.3%。同時(shí)2種改進(jìn)后的葉片相比，葉片2在轉(zhuǎn)速小于1 000 r/min時(shí)扭矩小于葉片1，直到轉(zhuǎn)速達(dá)到1 000 r/min以上時(shí)葉片2扭矩才大于葉片1。這是因?yàn)槿~片1造型從頂部至葉片根部厚度逐漸增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速較小時(shí)葉片1相對(duì)于葉片2更能抵消邊界層的影響，所以扭矩更大。同時(shí)葉片2由于受到邊界層的影響，在轉(zhuǎn)速較小時(shí)扭矩小于等厚葉片與葉片1。隨著轉(zhuǎn)速逐漸增加，在相同轉(zhuǎn)速下所能承受的扭矩相比于其他2種葉片顯著提升。

2.1.2 壓降對(duì)比

圖8為葉片改進(jìn)前后的壓降對(duì)比。由圖8可知，葉片改進(jìn)后的壓降要明顯高于等厚葉片壓降。其中葉片1相比于等厚葉片壓降總體上升了6.6%，葉片2相比于等厚葉片壓降總體上升了12.3%。這是因?yàn)楦倪M(jìn)后的葉片相比于等厚葉片與流體的接觸面積更大，其過(guò)流通道相比于等厚葉片流過(guò)更多的流體，在葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)流體在其側(cè)面引起摩擦，導(dǎo)致壓降上升。但改進(jìn)后葉片與等厚葉片相比壓降提升最高仍不超過(guò)0.01 MPa。

2.1.3 效率對(duì)比

圖9為葉片改進(jìn)前后的效率對(duì)比。由圖9可以看出，等比例縮放葉片結(jié)構(gòu)效率總體上高于等厚葉片結(jié)構(gòu)效率。其中，當(dāng)轉(zhuǎn)速為100～900 r/min時(shí)，2種葉片結(jié)構(gòu)的效率差距并不明顯。隨著轉(zhuǎn)速的增加，渦輪鉆具效率的差距越發(fā)顯著，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1 500～1 800 r/min時(shí)葉片1效率提升了18%，而葉片2則提升了30%以上。根據(jù)渦輪鉆具的效率計(jì)算公式可知：改進(jìn)后的葉片結(jié)構(gòu)效率雖然壓降相比于之前有所升高，但葉片比改進(jìn)前能承受更大的扭矩，承載能力有大幅度提升。因此改進(jìn)后的葉片結(jié)構(gòu)符合渦輪鉆具的優(yōu)化要求。使用origin軟件對(duì)效

率數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸處理，發(fā)現(xiàn)葉片1、葉片2和等厚葉片結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)速分別為928、1 134和838" r/min時(shí)效率達(dá)到最大，且葉片最高效率分別為71.75%、71.83%和64.35%。

2.2 內(nèi)部流場(chǎng)分析

通過(guò)上述分析發(fā)現(xiàn)：2種葉片結(jié)構(gòu)渦輪鉆具的最高效率均處在轉(zhuǎn)速為900" r/min左右。因此選擇轉(zhuǎn)速為900" r/min，通過(guò)2種結(jié)構(gòu)的渦輪鉆具壓力云圖、速度矢量圖以及流線圖對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析研究。

圖10為2種不同葉片結(jié)構(gòu)的渦輪鉆具壓力云圖對(duì)比。從圖10可以看出，等比例縮放葉片2在相同轉(zhuǎn)速下所受壓力明顯小于其他2種葉片，同時(shí)與其他葉片相比，葉片2只存在少量負(fù)壓區(qū)。而葉片1與等厚葉片相比，雖然所受壓力更高，但其負(fù)壓區(qū)更少，且壓力分布更加均勻。這是因?yàn)楦倪M(jìn)葉片所生成的更長(zhǎng)的積疊線導(dǎo)致流體與葉片的接觸面積增大，從而壓力分布更均勻。這與上面水力特性分析中壓降變化分析結(jié)果相符合。

圖11為2種不同葉片結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子切向速度云圖。從圖11可以看出，葉片1下的轉(zhuǎn)子切向速度明顯高于葉片2和等厚葉片結(jié)構(gòu)，而葉片2在相同轉(zhuǎn)速下切向速度則略小于等厚葉片切向速度。這是因?yàn)槿~片1的結(jié)構(gòu)能在一定程度上抵消流體邊界層的影響，致使切向速度更大，而葉片2的結(jié)構(gòu)相比于等厚葉片受流體邊界層影響更明顯，導(dǎo)致切向速度減小。

圖12為3種葉片結(jié)構(gòu)的流體跡線圖。以轉(zhuǎn)子處跡線作為參考，可以看出，葉片1結(jié)構(gòu)相比于等厚葉片與葉片2結(jié)構(gòu)出現(xiàn)更多的回流。尤其當(dāng)流體經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子流向出口端后這種現(xiàn)象更為明顯。這是因?yàn)槿~片1與等厚葉片相比具有更大的流體域，且相比于葉片2切向速度更大，進(jìn)而導(dǎo)致流體在其中運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性增加，流體的湍流度上升。這會(huì)造成渦輪鉆具內(nèi)部所受壓力增大，并且在相同轉(zhuǎn)速下導(dǎo)致扭矩增加，這一結(jié)果與上面水力特性分析所得結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

3 結(jié) 論

（1）參考φ175 mm渦輪鉆具結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過(guò)設(shè)置不同的前、后緣半徑生成5個(gè)不同的葉型斷面，并以葉型重心點(diǎn)的連線作為積疊線，將斷面等比例縮放進(jìn)行葉片造型，生成2種新的葉片結(jié)構(gòu)。同時(shí)與傳統(tǒng)等厚葉片進(jìn)行對(duì)比分析。

（2）通過(guò)不同轉(zhuǎn)速下的水力特性分析可知，葉片1結(jié)構(gòu)相比于等厚葉片結(jié)構(gòu)扭矩增大了21%的同時(shí)壓降也升高了6.6%，并且在效率上最高可達(dá)71.75%，且此時(shí)轉(zhuǎn)速為928 r/min。而葉片2結(jié)構(gòu)相比于等厚葉片結(jié)構(gòu)扭矩增大了18.3%的同時(shí)壓降也升高了12.3%，同時(shí)在效率上最高可達(dá)71.83%，且此時(shí)轉(zhuǎn)速為1 134 r/min。這說(shuō)明改進(jìn)后的葉片結(jié)構(gòu)雖然壓降相比于之前有所升高，但承受扭矩的能力有更大幅度的提升，符合優(yōu)化設(shè)計(jì)要求。

（3）通過(guò)內(nèi)部流場(chǎng)分析可知：在相同轉(zhuǎn)速下，改進(jìn)后的葉片結(jié)構(gòu)所受壓力更大，但負(fù)壓區(qū)更少，且壓力分布更均勻。同時(shí)通過(guò)分析3種葉片結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)子處的切向速度分布及流體跡線得出：葉片1結(jié)構(gòu)相比于其他2種葉片結(jié)構(gòu)在相同轉(zhuǎn)速下切向速度更高，同時(shí)，在其轉(zhuǎn)子處存在更多的回流，湍流度更強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

［1］

孫文斌．渦輪鉆具彎扭葉型設(shè)計(jì)及其水力性能研究［D］．荊州：長(zhǎng)江大學(xué)，2018．

SUN W B. Design and hydraulic performance study of bent and twisted blade shapes for turbodrill tools［D］. Jingzhou：Yangtze University， 2018.

［2］ 馮定，劉統(tǒng)亮，王健剛，等．國(guó)外渦輪鉆具技術(shù)新進(jìn)展［J］．石油機(jī)械，2020，48（11）：1-9．

FENG D， LIU T L， WANG J G， et al. Advances in foreign turbodrill technology［J］. China Petroleum Machinery， 2020， 48（11）：1-9.

［3］ 黃芳飛，常友君，孫明遠(yuǎn)，等．渦輪鉆具發(fā)展趨勢(shì)［J］．石化技術(shù)，2023，30（4）：144-146．

HUANG F F， CHANG Y J， SUN M Y， et al. Development trend of turbodrill［J］. Petrochemical Industry Technology， 2023， 30（4）：144-146.

［4］ 趙柳東，李立鑫，王瑜，等．渦輪鉆具的研究進(jìn)展［J］．探礦工程（巖土鉆掘工程），2016，43（10）：269-274．

ZHAO L D， LI L X， WANG Y， et al. Summary of research progress in turbodrill［J］. Exploration Engineering（Rock amp; Soil Drilling and Tunneling）， 2016， 43（10）：269-274.

［5］ 周思柱，何詩(shī)堯，黃天成，等．調(diào)控參數(shù)對(duì)渦輪鉆具葉片性能的影響［J］．石油機(jī)械，2019，47（6）：33-37．

ZHOU S Z， HE S Y， HUANG T C， et al. Effect of control parameters on turbine blade performance［J］. China Petroleum Machinery， 2019， 47（6）：33-37.

［6］ 張曉東，林夢(mèng)，龔彥，等．基于儒可夫斯基變換的渦輪鉆具葉片設(shè)計(jì)及性能分析［J］．中國(guó)機(jī)械工程，2020，31（8）：968-974．

ZHANG X D， LIN M， GONG Y， et al. Design and performance analysis of turbodrill blade based on Joukowski transformation［J］. China Mechanical Engineering， 2020， 31（8）：968-974.

［7］ 張宇航，張強(qiáng)，辛永安，等．54mm渦輪鉆具三維葉片造型設(shè)計(jì)與研究［J］．石油機(jī)械，2023，51（3）：61-67．

ZHANG Y H， ZHANG Q， XIN Y A， et al. Modeling design and research of three-dimensional blades of 54 mm turbodrill［J］. China Petroleum Machinery， 2023， 51（3）：61-67.

［8］ 龔盼，王鵬，張晨，等．渦輪鉆具渦輪扭曲葉片造型設(shè)計(jì)與研究［J］．機(jī)床與液壓，2019，47（19）：153-158．

GONG P， WANG P， ZHANG C， et al. Research on modeling design of twisted blade for a turbodrill［J］. Machine Tool amp; Hydraulics， 2019， 47（19）：153-158.

［9］ 譚春飛，于瑞豐，郝明釗，等．基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法的渦輪安裝角優(yōu)化［J］．石油機(jī)械，2018，46（2）：1-4．

TAN C F， YU R F， HAO M Z， et al. Optimization design for installation angle of turbodrill blades based on BP neural network and genetic algorithms［J］. China Petroleum Machinery， 2018， 46（2）：1-4.

［10］ 何順，馮進(jìn)，陳斌，等．基于Bezier曲線的渦輪葉片造型方法［J］．長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2017，14（21）：45-50．

HE S， FENG J， CHEN B， et al. Turbine blade modeling method based on bezier curve［J］. Journal of Yangtze University （Natural Science Edition）， 2017， 14（21）：45-50.

［11］ HE Y G， WANG Y， ZHANG D L， et al. Optimization design for turbodrill blades based on a twisting method［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering， 2021， 205：108892.

［12］ ZHANG D L， YU W， SHA J J， et al. Performance prediction of a turbodrill based on the properties of the drilling fluid［J］. Machines， 2021， 9（4）：76.

［13］ YU W， XIA B R， WANG Z Q， et al. Design and output performance model of turbodrill blade used in a slim borehole［J］. Energies， 2016， 9（12）：1035.

［14］ 姚本春，張仕民，談建平，等.井下渦輪發(fā)電機(jī)軸系減振阻尼器設(shè)計(jì)與分析［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2024，48（2）：186-193.

YAO B C，ZHANG S M，TAN J P，et al.Design and analysis of a damper for vibration attenuation of rotor bearing system in downhole turbine generator［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science），2024，48（2）：186-193.

［15］ 王磊，竇修榮，滕鑫淼，等.氣體鉆井發(fā)電機(jī)渦輪設(shè)計(jì)與性能試驗(yàn)［J］.鉆采工藝，2023，46（6）：94- 99.

WANG L，DOU X R，TENG X M，et al.Generator turbine design and performance test of gas drilling［J］.Drilling and Production Technology，2023，46（6）：94- 99.

［16］ 張曉剛，黨晨悅，何順，等.近鉆頭自發(fā)電脈沖發(fā)生器渦輪動(dòng)力仿真及優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.鉆采工藝，2023，46（6）：113-119.

ZHANG X G，DANG C Y，HE S，et al.Dynamic simulation and optimal design of turbine for near-bit selfgenerating pulse generator［J］.Drilling and Production Technology，2023，46（6）：113- 119.

［17］ 侯學(xué)軍，鐘文建，王居賀，等.單彎雙扶渦輪鉆具造斜能力預(yù)測(cè)方法研究［J］.石油機(jī)械，2023，51（2）：33-41.

HOU X J，ZHONG W J，WANG J H，et al.Prediction of build-up capacity of the single-bend double-stabilizer turbodrill［J］.China Petroleum Machinery，2023，51（2）：33-41.

［18］ 馮進(jìn)，符達(dá)良．渦輪鉆具渦輪葉片造型設(shè)計(jì)新方法［J］．石油機(jī)械，2000，28（11）：9-13．

FENG J， FU D L. New design method of turbine blade shape of turbodrill［J］. China Petroleum Machinery， 2000， 28（11）：9-13.

［19］ 桂幸民，金東海．航空葉輪機(jī)原理及設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］．北京：科學(xué)出版社，2022．

GUI X M， JIN D H. Principles and design basics of aeroengine turbomachines［M］. Beijing：Science Press， 2022.

第一劉書杰，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士生導(dǎo)師，生于1966年，2016年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京） 安全技術(shù)與工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事鉆完井技術(shù)研究工作。地址：（57010）?？谑行阌^(qū)。email：liushj@cnooc.com.cn。

通信作者：曾云，副教授。email：mechanicszy@163.com。

2024-02-202024-08-10楊曉峰