Шегендеу тізбектері 7 глава

Турбобұрғының тиімді қуаты айдалатын сұйықтықтың кубына пропорционал, сондай әсерді көлемдік ПӘК те көрсетеді.

Бұрау моменті, М_бр=9545,2N/n.

N_т және n мәндерін қойсақ

М_бр= 0,159Q²rкh₀².hh_Мctga₁cosa₁. (6.9)

Қалақшалардың көлбеулік бұрышын (a₁) үлкейткенде турбина роторының айналу жиілігі азаяды, және М_бр азайып, квадратты тәуелділікте турбобұрғының қуаты азаяды.

(a₁) бұрышының үлкеюі ПӘК-ң азаюына алып келеді (6.9-сурет). Айналу жиілігі ерітіндінің тығыздығына байланысты емес, бірақ қуат, М_бр және қысымның өзгеруі ерітіндінің тығыздығына (r) тура пропорционал.

6.9-сурет. Турбобұрғының есептік сұлбасы

6.7. Түптік бұрандалы қозғалтқыштар

Гидравликалық винттік қозғалтқыш жоғарыдан бұрғылау сораптары арқылы берілетін жуу сұйығы ағынының көлемдік әсерінен қозғалысқа келетін түптік қозғалтқыш машина (6.10-сурет).

Ол статордан және оның ішкі бөлігінде эксцентрлі орналасқан, өзара бір-бірімен винттік тістері арқылы ілінісіп, тісті жұп құрайтын ротордан тұрады. Статор тістері ротордан бір тіске артық болуы, соңғысының статор тістері арқылы жылжып планетарлық қозғалыс жасауына әкеледі, оның өсі диаметрі екі эксцентриситетке е теңшеңбер сызады. Роторды шпиндель білігімен жалғау үшін, эксцентриситетті теңгеріп тұратын шарнирлі муфта қолданылады.

6.10-сурет, Д3-172 винттік түптік қозғалтқыш

1 – ротор мен шығатын біліктің жалғамасы; 2 – статор; 3 – ротор;

4, 5 – тұрқылық аудармалар; 6 – шпиндель секциясы тұрқы;

7 – өстік тірек; 8 – радиалды мойынтірек;

9 – білік; 10 – қашау жалғанатын аударма

Винттік гидробұрғының шпинделі құрылымы жағынан турбобұрғы шпинделіне ұқсас. Ол резина-металды радиалдық мойынтіректерге бекітілген және өстік жүктемені қабылдау үшін өкшемен жабдықталған. Шпиндель білігі қуыс етіліп жасалып, оның төменгі бөлігіне аударма арқылы жалғанған қашауға жуу сұйығын беру үшін жоғарғы жағы каналдармен жабдықталған. Винттік қозғалтқыш тұрқы аударма арқылы бұрғылау құбырлар тізбегіне жалғанған.

Жұмыс жасау принципі бойынша гидравликалық винттік қозғалтқыштар (6.11-сурет) көлемдік роторлы машиналарға жатады. Бұндай машиналардың негізгі жұмыс жасау мүшесі элементтеріне келесілер жатады:

- жоғарғы және төменгі бөліктерінде сәйкесінше жоғары және төмен қысымдағы камераларын құрайтын қуыстары бар статор тұрқы;

- шпиндель білігіне айналу моментін беретін жетек ротор-винт;

- жоғары қысымдағы камерадан төмен қысымдағы камераға сұйықтың ағып кетуін болдырмайтын винттік беттердің түйісетін қырлары.

6.11-сурет. Винттік гидравликалық қозғалтқыштың

жұмысшы мүшелері

1 – винтті ротор; 2 – статор; I-V – өстік қималар

Статор мен ротордың винттік беттері қозғалтқыштың жұмысшы көлемін бірнеше қуыстарға бөледі. Жоғары және төмен қысымдармен байланысқан қуыстар камералар деп, ал араларындағы жабық қуыстар шлюздер деп аталады. Көлденең қиындыда бір-бірінен түйісу сызықтарымен бөлінген камералар құралады. Әрбір камера айналыс барысында, әлсін-әлсін, өз уақытылы жоғары және төмен қысымдағы камераларды жалғастыратын шлюз қызметін атқарады. Теориялық тұрғыдан алғанда винттің бір қадам ұзындығында жұмысшы элементтерден жоғары және төмен бөлектенген қуыстар жасалады.

Статор мен ротордың винттік тістері бір-бірімен қиылып, жоғары қысымдағы аймақты төменгі қысымдағы аймақтан бөліп, сұйықтың еркін ағуына бөгет жасайды. Сұйық қысымының артуы әсерінен жетек винтінде айналдыру моменті туындап, шпиндель білігіне беріледі. Қозғалтқыштағы қысым мөлшері артқан сайын айналдыру моменті шамасы артады. Жұмыс принципі бойынша винттік қозғалтқышты, поршені винттік сызықпен ротор өсі бағытында қозғалатын поршеньді гидравликалық қозғалтқышпен салыстыруға болады. Поршень қызметін винттік ротордың қиылатын беттері атқарады.

Әрбір көлденең қимада жұмыс мүшелерінің кинематикасы екі басқы a және b атты шеңберлермен (6.12-сурет) сипатталады. Винттік машиналарда ротор планетарлық қозғалыс жасайды. Ротордың статор өсіне қатысты ығысып орналасуы қозғалтқыштың эксцентритеті е деп аталады.

Біркірісті қозғалтқыш роторы өзінің басқы шеңберіне қатысты симметриялы емес. Ротор қимасы центрі О₁ дөңгелек, ал статордың көлденең қимасы центрі О₂ - сопақ тесік. Біркірісті винттік роторлы қозғалтқыштар құрылымы қарапайым, сондықтан өндірістің әртүрлі салаларында кең қолданылады.

Винттік роторлы қозғалтқыштардың бірқатар артықшылықтарына байланысты оларды гидравликалық түптік қозғалтқыш ретінде қолдануға мол мүмкіндік береді. Ол артықшылықтары:

1) сұйық ағынын реттейтін клапандар немесе реттегіштер жоқтығы;

2) ротор-статор жұбының бір-біріне қатысты үйкеліссіз қозғалуы;

3) ротордың айналысы кезінде, жұмысшы мүшелері түйісу беттерінің үздіксіз өзгеруі салдарынан жуу сұйығы құрамындағы абразивті бөлшектердің қуыстар мен шлюздерден шығып кетуі.

6.12-сурет. Тістер саны әртүрлі винттік қозғалтқыштың

жұмысшы мүшелерінің кинематикасы

а - біркірісті; б - екікірісті; в - үшкірісті;

О₁, О₂ - ротор және статор өсі; е - эксцентритет;

а₁, а₂..., а₅ - түйісу нүктелері; a, b - бастапқы шеңберлер

Көлемдік винттік қозғалтқыштарда ротор-статор жұбының шлюздер жасау шарты төмендегідей:

– статордың тістер немесе кірістер саны z₁ ротор тістерінен z₂ бірге артық болуы керек;

– статор тістері адымының Т ротор тістері t қадамына қатынасы олардың санының қатынасына пропорционал болуы тиіс,

Т/ t= z₁/ z₂. (6.10)

Ротор мен статор тістері санының қатынасы берілістік қатынас деп аталады:

и= z₁/ z₂. (6.11)

Теориялық тұрғыдан алғанда винттік қозғалтқыш кез келген берілістік қатынасқа ие бола алады.

Аз кірісті винттік қозғалтқыштарда үлкен айналыс жиілігі бола тұра айналдыру моменті шамасы төмен болады. Ротордың кіріс санын көбейткен сайын айналдыру моменті өсіп, айналу жиілігі төмендейді. Бұл көпкірісті роторымен винттік механизм бір мезгілде қозғалтқыштың да, редуктордың да қызметін атқаратынымен түсіндіріледі, өйткені оның беріліс қатынасы кіріс санына пропорционал.

Қозғалтқыштың ротор қадамы ұзындығының әрбір көлденең қимасында ротордың айналу центріне әсер ететін теңгерілмеген гидравликалық күш R₁ туындайды (6.13-сурет).

6.13-сурет. Винттік қозғалтқыштың жұмысшы мүшелеріне әсер ететін күш сұлбасы

Штрихталған қуыстар жоғары қысымдағы сұйықпен толтырылған, штрихталмаған қуыстар төмен қысымды көрсетеді.

Көпкірісті роторлы қозғалтқыштарда гидравликалық күш әсер ететін бет қадам ұзындығында тұрақты емес. Егер қарастырып отырылған бөліктен басқа келесі көлденең қиманы қарастырсақ, жұмыс мүшесінің ұзындық бірлігінде гидравликалық күш туындайды. Ротордың қадамының ұзындығындағы айналдыру моменті (Н×м) былай есептеледі:

(6.12)

мұнда, р - қысым шамасы, Па;

D - ротордың есептік диаметрі, м;

t - ротор қадамы, м;

e - эксцентриситет, м;

z₁ - статордың тістер саны.

Ротор қадамының жарты ұзындығында туындайтын өздік көлденең күш мынаған тең:

(6.13)

Біркірісті роторлы винттік қозғалтқыштың айналдыру моментін анықтау үшін мына тәуелділікті қолданады:

(6.14)

Винттік қозғалтқыштардың айналдыру моментін мына формуламен есептейді:

M=M₀pDte (6.15)

мұнда, M₀ - винттік қозғалтқыштың өздік моменті,

(6.16)

С_е - эксцентритеттің е тіс радиусына r қатынасымен анықталатын өлшемсіз параметр.

Өздік момент ротордың кіріс саны мен өлшемсіз параметрге С_е тәуелді.

Өздік моменттің физикалық мағнасы өлшемдері (D, e және t) бір бірлікке, қысым шамасы бірге тең винттік механизмнің моменті болып табылады. Өздік момент біркірісті механизмдер үшін өте аз, кіріс саны көбейген сайын өсе береді.

Сұйықтың көлемдік әсерінен жасалатын қозғалтқыштар білігінің айналыс жиілігі келесі формуламен анықталады:

n=Q/V_к (6.17)

мұнда, Q - қозғалтқышқа берілетін сұйық мөлшері, м³/с:

V_к - қозғалтқыштың жұмысшы мүшесі камерасының көлемі, м³.

Винттік қозғалтқыштың жұмысшы көлемі, басқаша айтқанда білік бір айналғандағы сұйық шығыны,

V₀=F_шTz₂. (6.18)

мұнда F_ш - шлюздің көлденең қимасы ауданы, м²:

Т - статордың винттік бетінің қадамы, м;

z₂ - ротордың тістер саны.

Гипоциклоидальді центрлік іліністегі винттік қозғалтқыштардың шлюздерінің көлденең қимасы ауданы келесі формуламен анықталады:

F=2pe²(z²-1)+8er (6.19)

Қажетті өзгертулер мен орнына қоюларды қолданып винттік қозғалтқыштың білігінің айналу жиілігін есептеуге мүмкіндік беретін формуланы алуға болады:

(6.20)

мұнда n₀ - қозғалтқыш білігінің өздік айналу жиілігі, қозғалтқыштың жұмысшы мүшесінің кірістік санымен z₂ және С_е коэффициентімен анықталатын өлшемсіз параметр.

(6.21)

Біркірісті винттік қозғалтқыштар жоғарышапшаңдықты болғандықтан, қолданыста көпкірісті винттік механизмдер тиімді болып табылады. Нақты алғанда қозғалтқыш білігінің айналыс жиілігі 100-200 айн/мин болу үшін ротордың кірістік саны сегізден кем болмауы керек. Д2-172 қозғалтқышында ротордың кіріс саны тоғызға тең.

Гидравликалық винттік қозғалтқыштың энергетикалық параметрлері оның беріліс санымен, қысым мөлшерімен және сұйық шығынымен анықталады. Тұрақты сұйық шығыны Q кезінде, қозғалтқыштың айналдыру моменті М, қысымның өзгеру шамасына Dр, шпиндел білігі айналыс жиілігіне n, қуатқа N және ПӘКке h байланысты өзгеретін көрсеткішпен сипатталады.

6.14-суретте ДГ-155 винттік түптік қозғалтқыштың сынақ стендтінде алынған мінездемесі келтірілген.

6.14-сурет. ДГ-155 винттік түптік қозғалтқышқа

тән сынақтық көрсеткіштер

6.2-кесте

Бұрандалы түптік қозғалтқыштардың

салыстырмалы сипаттамасы

Турбиналы және электрлі қозғалтқыштарға қарағанда бұрандалы қозғалтқыштар ең үлкен қуатқа ие. Бұрандалы қозғалтқыштардың ПӘК-і турбобұрғыға қарағанда жоғары, бірақ бастапқы моменті кіші.

6.8. Электрбұрғылар

Қазіргі кезде электрбұрғының төмендегідей сұлбасы қабылданған. Электрбұрғының қашау жалғанатын білігіне керекті қашау бұрап жалғанып, одан берілетін реактивті моментті қабылдайтын, ұңғы түбіндегі бұрғыланған шламды жоғары көтеретін жуу сұйығын айдауға арналған бұрғылау құбырлар тізбегі көмегімен ұңғыға түсіріледі. Бұрғылау құбырлар тізбегінің ішіне ток өткізетін секциялы кабель монтаждалған. Ток өткізетін кабельдер жүйесінің бұрғылау құбырлар тізбегімен бірге айналып тұруына ұршық пен жетек құбыры арасында орнатылған токқабылдағыш мүмкіндік береді. Трансформатордан электрдің сенімді берілуін токқабылдағыштың жылжымалы үш түйіспесі қамтамасыз етеді.

Өндіріс электрбұрғының диаметрлері 290; 250; 240; 215; 185; 170; және 164 мм болатын түрлерін сериялы шығарады. Олар үлкен қуатқа ие (240 кВт дейін) және құрылымдық жағынан өте жетілдірілген. Электрбұрғы екі негізгі бөліктен: келте тұйықталған ротор мен ішіне май толтырылған асинхронды элтрқозғалтқыштан және май толтырылған шпинделді біліктен тұрады. Элетрқозғалтқыштың ішіне трансформаторлық май толтырылады, ал шпинделге авиациялық май құйылады. Екі түйін де тығыздағыш сальниктермен және ішкі артық май қысымына арналған компенсаторлармен жабдықталған. Қазіргі редукторлы электрбұрғыларда қозғалтқыш пен шпиндель аралығы конустық тіректік бұранда көмегімен қыстырма-редуктор арқылы жалғанады. Редуктордың қабылдайтын білігі қозғалтқыш білігімен жалғанып, одан шығатын білік тісті муфта арқылы шпинделмен жалғанады.

6.15-суретте редукторсыз электрбұрғы құрылымының сұлбасы келтірілген. Қозғалтқыш ротор мен статордан тұрады. Статор 8 тұрқына магнитөткізгіш беттік болаттан нығарлап жапсырылған пакеттер 7 орнатылған. Ұзындығы 400-550мм магнитөткізгіш пакеттер аралығына ұзындығы 40-50 мм магнитөткізгіштігі жоқ (тоттанбайтын болат немесе түсті металдар) қысқа пакеттер 9 орнатылған. Қысқа магнитөткізгіштігі жоқ пакеттер радиалды мойынтіректердің сыртқы құрсауларын орнатуға арналған. Нығарлап орнатылғаннан соң пакеттерді ГФ-95 деген лакпен жауып, жоғары температурада кептіреді. Сақина тәрізді етіп өз кезегімен нығарлап тұрқыға отырғызылған магнитөткізгіш және магнитөткізгіштігі жоқ пакеттер статор өзегін құрайды, оның тікбұрышты, ұзынабойғы қуыстарына электрқорғау беріктігі алдын ала тексерілген секция өзекшелері сұғылады. Өзекшелерді дәнекерлеп жалғағаннан кейін олардың маңдайлық бөлігі статор орамы катушкасын құрайды. Өзекшелерді электрден қорғау үшін бір қабаты слюдадан тұратын және сілтісіз шыныматадан, микалентті қағаздан глифател-май лагы жағылып желімдеп жасалады.

Қозғалтқыштың қысқа тұйықталған роторы секциялар түрінде орындалған.

Ротор секциялары 11 магнитөткізгіш ұзыншақ болаттардан алюмини құю арқылы жасалады. Секциялар шпонкалармен жуу сұйығы өтетін, сол арқылы қозғалтқышты суытатын қуыс білікке 6 бекітіледі. Ротор секциялары арасына роторды статорға қатысты центрлейтін радиалды мойынтіректер 10 орнатылған. Біліктің жоғарғы және төменгі шығатын ұштары 5 және 12 сальниктермен нығыздалып тұрады.

Электрбұрғының жоғарғы бөлігі элеватормен ұсталынатын мойынмен аяқталады. Электрбұрғының жоғарғы ұшында қозғалтқыштың май толтырылған бөлігімен жалғасып, тығыздағыштар арқылы май ағып кеткен жағдайда майды үстемелейтін, оның қорын сақтайтын компенсатор орналасқан.

6.15-сурет. Редукторсыз электрбұрғы

Электрқозғалтқыш қызған кезде май көлемі өсуіне байланысты компенсатор қысымды төмендетеді. Серіппенің 3, поршеньнің 2 көмегімен компенсатор қозғалтқыштың май толы бөлігінде, бұрғылау сұйығының гидродинамикалық қысымына қарсы тұратын, жуу сұйығының май қуысына кіріп кетпеуін қамтамасыз ететін артық қысым жасайды.

Электрбұрғының жоғарғы ұшында, өсі бойында кабель кіргізілетін нүктеде ток жүйесін автоматты түрде қосатын, үстіне кигізіліп бұралатын түйіспе өзекше 1 бекітілген. Электрбұрғының диаметрі аздығы себепті оның білігінің қабырға қалыңдығы жұқа болады және қашауға керекті өстік жүктемені қабылдау мүкіншілігі жоқ. Қозғалтқыш білігінде қашауға берілетін реактивті динамикалық жүктемелерді қабылдауға қабілетті көпқатарлы тіректік мойынтіректерді орналастыратын орын жоқ. Осындай және т.б. құрылымдық ерекшеліктер арнаулы жүкқабылдағыш құрылымды шпиндельді жасауға алып келді.

Шпиндель білігі 21 өстік 17 және радиалды 16, 20 тербеліс мойынтіректерінде тұрқыда 13 монтаждалған. Өстік жүктеме қозғалтқыш тұрқына бұралып жалғанған АБҚ салмағынан қашауға беріледі. Қозғалтқыш тұрқы конустық бұранда көмегімен шпиндель тұрқымен жалғанған, одан өстік жүктеме өз кезегінде тіректік мойынтіректер арқылы шпиндель білігіне беріледі және аударма 22 арқылы қашауға беріледі. Өстік өкше бірқалыпты жүктемені қамтамасыз ететін, құрсаулардағы 18, 19 резина төсемдерге орналасқан бірнеше тіректік мойынтіректерден тұрады.

Қозғалтқыш пен шпиндельдің тұрқылары бір-біріне бұралып жалғанған кезде, олардың біліктері тісті жалғағыш муфтаның 15 көмегімен кинематиқалық байланысқа түседі. Жалғанатын біліктердің гидравликалық тығыздалуын тығыздағыш төлке 14 қамтамасыз етеді.

6.3-кестеде келтірілген электрбұрғылардың техникалық көрсеткіштері турбобұрғы параметрлерімен шамаласады. Редукторсыз электрбұрғылар жоғары айналыс жиілігімен ерекшеленеді, олардың білік айналыс жиілігі статордың магнит өрісі айналыс жиілігімен n₁ сәйкес

n₁=60f/p, (6.22)

мұнда, f - анымалы ток жиілігі;

р - полюстер жұптарының саны.

Қозғалтқыш роторының айналыс жиілігі статор өрісі жиілігінен сырғанау S шамасына айырмасы бар.

n= n₁(1-S). (6.23)

Электрбұрғының қалыпты жүктелген жағдайында сырғанау мөлшері S 8-12% шамасында болады. Жүктеменің артуы немесе кемуі сырғанаудың артуына, не кемуіне алып келеді.

Асинхронды қозғалтқыштың айналдыру моментін (Н×м) төмендегі формула арқылы есептеуге болады:

(6.24)

мұнда m₁ - статор орамдары фазалар саны;

U₁ - қозғалтқыш электр жалғама ұштарындағы кернеу, В;

R^’₂ - ротордың келтірілген омдық кедергісі, Ом;

R₁ - статор орамдарындағы фазалар кедергісі, Ом;

x₁ - статор орамдарындағы индуктивтік кедергі, Ом;

x’₂ - ротордың келтірілген индуктивтік кедергісі, Ом;

c₁ - қозғалтқыш электр жалғама ұштарындағы кернеуге тәуелді коэффициент.

Түптік қозғалтқышқа электр энергиясы бұрғылау құбырлар тізбегі ішімен жүретін секциялық кабельдер арқылы беріледі. Токөткізу үш немесе екі тінді кабель арқылы жүзеге асуы мүмкін. Екі тінді кабель қолданылған жағдайда үшінші тін ретінде бұрғылау тізбегі қолданылады. Бұндай беріліс жүйесі «екі өткізгіш - жер» (два провода - земля), қысқаша ДПЗ деп аталады.

ДПЗ жүйесі бұрғылау тізбегінің жуу сұйығы өтетін каналы көлденең қимасының ауданын үлкейтуге мүмкіндік береді, сондықтан циркуляциялық жүйедегі қысым мөлшерін азайтады. Әрбір кабель секциясы бөлек, әрбір свечаға орналастырылып, ұштары құбырға тіректі төлкелермен құбырларды жалғау кезінде біраз бұрышқа бұрылуға мүмкіншілік беретін болып бекітіледі. Секциялар бір тізбекке түйіспе элементтері көмегімен, жоғарғы ұшында түйіспе өзекшесі арқылы, төменгі ұшында түйіспе муфта көмегімен жалғанады. Түйіспе элементтерінің жалғануы бұрғылау құбырларын жалғау кезінде автоматты түрде, түйіспе өзекшенің муфтаға нығыздалып енуі арқылы жүзеге асырылады.