|
|
Турбобур с редуктором-вставкойТурбобуры с редуктором-вставкой типа РМ предназначены для эффективного использования шарошечных долот с маслонаполненными опорами при технологически необходимом расходе бурового раствора и уменьшенном по сравнению с другими гидравлическими двигателями перепаде давлений. Маслонаполненный редуктор-вставка (рис. 4.5) применяется в сочетании с турбинными секциями и шпинделем серийно выпускаемых турбобуров. Редуктор-вставка устанавливается между шпинделем и турбинными секциями, имеет планетарную передачу и систему маслозащиты передачи и опор. Планетарная передача двухрядная, зубчатая, с косозубым зацеплением системы Новикова. Система маслозащиты имеет уплотнения торцового типа. Выходной вал с помощью шлицевой муфты соединен с валом шпинделя, а входной вал с помощью полумуфты – с турбинными секциями. Редуктор-вставка является автономным узлом, который может быть заменен непосредственно на буровой. Энергетические характеристики турбобура с редуктором-вставкой и разными типами турбин приведены в табл.1.7.
Рис. 1.5.Герметизированный маслонаполненный шпиндель
Таблица 1.7
Турбина турбобура является преобразователем гидравлической энергии потока жидкости в механическую энергию вращения вала. Турбина современного турбобура является многоступенчатой, осевого типа и состоит из системы статоров и системы роторов. Как правило, система статоров связана с корпусом, а система роторов – с валом турбобура. При постоянном значении расхода бурового раствора через турбину развиваемый ею крутящий момент определяется по формуле Эйлера М = Qρr(C1u- C2u)z, (4.1) где Q – расход жидкости; ρ – плотность жидкости; r – средний радиус турбины; C1uC2u – проекции абсолютной скорости потока жидкости, протекающего соответственно через статор и ротор, на направление окружной скорости турбины; z – число ступеней турбины. Эффективный перепад давления на турбине определяется по формуле рэ= ρu2z, (4.2)
Развиваемый турбиной крутящий момент зависит от режима ее работы, т.е. от частоты вращения ротора турбины. Для большинства современных турбин эта зависимость линейна и определяется уравнением
где Мт – тормозной (предельный) крутящий момент; n– частота вращения ротора; nx– частота вращения ротора на холостом режиме (предельная). Совокупность зависимостей крутящего момента, перепада давления, мощности и коэффициента полезного действия (КПД) от частоты вращения называется энергетической характеристикой турбины. Энергетическая характеристика приведена на рис. 1.6. Как видно из графиков, характеристика турбины турбобура – сериесная. Однако это не означает, что работа турбобура может осуществляться на всех режимах от холостого до тормозного. Известно, что при увеличении осевой нагрузки частота вращения вала турбобура вначале уменьшается, затем турбобур начинает неустойчиво работать, а потом резко останавливается – «срывается».
Рис. 1.6. Энергетическая характеристика турбины турбобура: М – крутящий момент; Мт– тормозной момент; N – мощность; Nэ– максимальная мощность; р – перепад давления; л – частота вращения; nэ,nх,nо – частота вращения соответственно на экстремальном, холостом и оптимальном режимах; η – КПД; η0 – максимальный КПД
«Срыв» турбобура объясняется многими факторами, основными из которых являются нелинейный рост момента сопротивления на долоте и в пяте турбобура при увеличении осевой нагрузки и снижении частоты вращения, низкочастотные колебания момента сопротивления из-за вибраций и неравномерностей подачи бурильного инструмента, перемежаемость разбуриваемых горных пород по твердости. Все эти факторы приводят к тому, что устойчивая работа турбобура возможна только с определенным, как правило, не менее чем двукратным запасом крутящего момента, т.е. на режимах, располагающихся правее от режима максимальной мощности. Эти режимы в большинстве случаев характеризуются также и максимальным значением механической скорости проходки. Поэтому условно режим максимальной мощности можно считать рабочим режимом турбобура. Следует отметить, что, чем глубже забой скважины, чем больше искривлен ее ствол, чем более моментоемкое долото используется при бурении, чем выше вибрации бурильного инструмента и чем больше перемежаемость горных пород, тем ближе к холостому режиму должен приближаться рекомендуемый рабочий режим турбобура и тем ниже должна быть холостая частота его вращения. Для расчета характеристики турбины могут использоваться преобразованные формулы, определяющие крутящий момент, и перепад давления на режиме максимальной мощности:
где р – перепад давления на турбине; η –максимальный КПД. При пересчете параметров характеристики турбины на другие значения расхода, плотности жидкости и числа ее ступеней следует пользоваться выражениями N ~ Q; M ~ Q2; p ~ Q2; N ~ Q3; ηinv ~ Q; ninv ρ; М ~ ρ; р ~ р; N ~ ρ; ηinv ~ ρ; (1.6) ηinv z; M ~ z; p ~ z; N ~ z; ηinv z, где N –мощность турбины.
Таблица 1.8
Турбины турбобуров изготавливают из малолегированной стали преимущественно цельнолитыми в земляные формы и составными, когда лопаточный венец выплавляется точным литьем по моделям. Выпускаются также лопаточные венцы, изготовленные из пластмассы. Стойкость пластмассовых венцов, как правило, намного ниже стойкости стальных. Характеристики турбин определяются экспериментально при испытаниях на специальном турбинном стенде. В табл. 4.8 даны основные параметры стендовых энергетических характеристик серийных и некоторых опытных турбин турбобуров, выпускаемых промышленностью. 
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
1.10. Турбины современных турбобуров
(4.3)
M = 2π Qρr2nz; (1.4)
(1.5)
16,5-195АТЛ