涡轮钻具动态力矩特性计算新方法

针对传统的欧拉方程计算涡轮钻具动态特性存在的局限性，采用质点系动量矩定理和叶栅实验分析理论，导出了涡轮钻具动态力矩特性的实用计算公式，有效地解决了欧拉方程难以解决的问题，从而深入研究涡轮钻具的动态性能提供了理论依据。     

涡轮叶栅密度对叶栅内流场的影响

为研究涡轮钻具叶栅密度（即叶栅相对节距）对叶栅内流场的影响，应用粒子成象测速技术对环流系数、流量、叶片进出口结构角和叶片安装角均相同而叶栅密度不同情况下的涡轮叶栅进行了内流场测试，获得了不同叶栅密度下的叶栅内流体的速度场和相应的速度矢量图。对测试结果的分析表明，叶栅密度过大或过小均会使叶栅内流体的速度分布状态变差。在设计涡轮钻具时，应选取合适的叶栅密度，叶栅相对节距取０．７４２为宜。     

涡轮钻具内部流场的三元流计算与研究

根据叶轮机械三元流动的普遍理论和涡轮钻具叶轮具体边界问题，建立了三元流动计算的数学模型，推导出了适用于叶轮机械三元流动计算的流函数方程，将三元流动计算流函数法成功地运用于涡轮钻具叶栅的数值计算。编制了计算SI流面（叶片到叶片间回转面）速度分布的计算机程序，并对几种涡轮钻具实例进行了数值计算和流动分析，同时进行了涡轮钻具台架性能试验。通过对理论计算和试验结果对比分析，指出了几种涡轮钻具叶片的不足。     

涡轮钻具涡轮叶栅的CAD优化设计

分析了传统的涡轮钻具涡轮叶栅设计方法存在的问题,发展了一套适用于涡轮钻具涡轮叶栅自动化设计的实用计算软件包.它包括:涡轮叶栅进、出口角的优化设计;涡轮叶栅的解析法造型设计;涡轮叶栅设计质量的检验以及涡轮性能参数的预估等.实践验证表明,本软件包具有高效、灵活、简便、实用等优点.     

涡轮能量损失及流量对叶栅内流场的影响

分析了液体流经涡轮钻具涡轮叶栅时作用于涡轮轴的力矩大小和变化因素，以及涡轮级中能量损失的组成和影响因素，认为涡轮叶型损失占涡轮级能量损失的相当部分，而影响叶型损失的主要因素有叶栅入口液流角β１、叶栅出口液流角β２和叶栅相对节距ｔ，β１和β２又与流经叶栅的流量Ｑ有关。采用粒子成像测速（ＰＩＶ）技术对同一叶栅模型进行了４种不同流量的内流场测试，获得相应的速度矢量图，对结果分析得知，流量对叶栅内速度场有较大的影响。建议选择适当的涡轮级工作流量，以降低涡轮级的能量损失。     

环流系数对涡轮叶栅内流场的影响

应用ＰＩＶ技术对涡轮钻具涡轮叶型环流系数分别为３．３、７．７４、１１．６的三种涡轮叶栅模型进行了内流场测试。利用拓扑图论法经计算机对获得的ＰＩＶ图象信息进行处理，得到涡轮叶栅内流场某一时刻Ｓ１ｍ流面的速度矢量场和旋度场。分析表明，随着环流系数增大，液体流入涡轮转子叶栅的液流角有所减小，转子叶栅进出口液流转折角的有所增大，但叶栅内流场分布情况明显变差，使液体能量损失增大。     

环流系数对涡轮时栅内流场的影响

应用ＰＩＶ技术对涡轮钻具涡轮叶型环流系数分别为３．３、７．７４、１１．６的三种涡轮叶栅模型进行了内流场测试。利用拓扑图论法经计算机对获得的ＰＩＶ图象信息进行处理，得到涡轮叶栅内流场某一时刻Ｓ１ｍ流面的速度矢量场和旋度场。分析结果表明，随着环流系数增大，液体流入涡轮转子叶栅的液流角有所减小，转子叶栅进出口液流转折角有所增大，但叶栅内流场分布情况明显变差，使液体能量损失增大。建议不采用环流系数大于４的涡轮叶型。     

应用快速富里叶,汉克尔变换方法计算二维介质中的电磁场

本文应用快速富里叶和快速汉克尔变换方法正演计算二维介质中的电磁场。在计算过程中，采用格林函数法，对二维介质中的电磁场满足的方程，进接进行积分变换，建立起格林函数的积分方程。通过逐次逼近迭代的方法，计算上述方程的数值解。     

涡轮钻具涡轮中的能量损失分析

分析φ240型涡轮钻具的试验效率曲线表明，涡轮中的能量损失主要是水力损失。水力损失包括叶型损失、冲击损失和瑞壁损失等。为了减少和预防各种能量损失，应合理选择涡轮叶栅的相对节距、定转子的径向间隙和轴向间隙：叶栅相对节距（叶栅节距与叶型弦长之比）应为0．65－075；定转子径向间隙应为1mm；轴向间隙应为14－16mm。同时还应使涡轮在最佳工况下工作，并采用先扩张后收缩的叶片通道。铸造涡轮时，应尽量使叶片表面光滑。     

涡轮叶栅叶形的计算机辅助设计

石油钻井工程中,涡轮钻具已发展成为重要的井下动力钻具之一,使用它不仅可以解决定向井和丛式井开发的需要,而且在普通的直井中同样可以达到提高机械钻速、降低钻井成本的目的。在涡轮钻具的设计中,由于受井眼尺寸的限制,只能采用轴流式涡轮,而对涡轮副叶栅叶形的设计,传统的方法是试凑法,这样就需要较长时间的运算和绘图工作,且最后确定的叶形和计算结果也往往不是最佳的。本文详细地论述了涡轮叶栅的设计理论,并采用计算机编程的方法,根据设计给定的基本参数就可以优选出所需要的叶形数据,并通过打印机或自动绘图机输出叶形截面图。这样,就可以节省大量耗时的手工设计计算及绘图工作。