Лабораторное занятие № 2

Устройство рассмотрим на примере односекционного турбобура типа Т12МЗ, конструкция которого является одной из первых моделей, послуживших базой для конструкций почти всех современных турбобуров. Причем двигатель Т12МЗ, в свою очередь, является результатом многолетних разработок, начатых в 1923 г. Капелюшниковым М.А. и интенсивно продолженных в 1935–1936 гг. Шумиловым П.П. и др.

Турбобур состоит из невращаемых и вращаемых деталей (узлов).

Невращаемые узлы и детали: корпус двигателя, в котором сверху вниз в осевом направлении закреплены: распорная втулка, регулировочное кольцо, подпятники осевой опоры (верхней), статоры (100 комплектов), радиальные (средние) опоры, которые ставятся через 33 ступени турбинок и нижний переводник (ниппель), поджимающий в корпусе все указанные детали.

Вращаемые детали: вал турбобура, на котором закреплены (снизу вверх): втулка нижней опоры, упор для колец роторов турбинок, втулок радиальных опор, дисков и колец осевой опоры. Сверху на валу есть резьба: на нее накручивают гайку и поджимают на валу названные вращаемые с валом детали. Верхняя часть гайки коническая и разрезная. На нее надевют обжимающий колпак, закрепляемый контрогайкой.

В радиальном направлении вращаемые и невращаемые детали имеют небольшой зазор, а осевая опора – люфт, отрегулированный на определенную величину. Таким образом, названные две группы деталей турбобура имеют степени свободы в осевом и радиальном направлении, а также вокруг оси, поэтому в общем случае выделяют статор и ротор турбины или турбобура. Так как осевая опора бывает расположенной вверху турбобура, например у Т12МЗ, то в этом случае опора сделана проточной.

Статор турбобура (рис. 2) через переводник крепится к бурильной колонне, а к нижней части вала ротора через переводник крепят долото, корпус которого совершает те же движения, что и нижняя часть вала турбобура. Когда между долотом и валом размещают калибраторы, маховики, удлинители, центраторы, амортизаторы, спецпереводники и др., характер движения долота меняется.

Другие типы турбобуров, в основном, отличаются количеством секций турбин и расположением осевых опор, поэтому работу турбобура, как машинного агрегата, работающего совместно со всем бурильным инструментом, можно рассматривать с применением схемы, приведенной на рис. 2, где показан секционный турбобур. Естественно, в турбобурах применяют разные типы турбин и др.

Турбобуры выпускают диаметром 240 мм, (215), 195, 172 и (127) мм. Разработаны конструкции турбобуров и с меньшими диаметрами для специальных работ, например, для забуривания новых скважин из обсаженных трубами скважин, но в последнем случае чаще применяют ВЗД.

Как отмечено выше, турбина турбобура включает несколько десятков (и сотен) отдельных турбинок, состоящих из статора и ротора.

Применяют пропеллерные турбинки лопастного типа. В роторе и статоре по окружности размещено одинаковое количество (до 30) лопаток с определенным изгибом (разные G_ц и m_а) и высотой. В этой связи турбинки часто имеют шифр, в котором указывают количество лопаток и их высот в мм, например, 24/16,5; 30/16,5; 28/16. В турбобуре А7ПЗ турбинка имеет это же обозначение. Турбинки обычно изготавливают полностью из стали путем кокильного или точного литья. В последнем случае присваивают обозначение "ТЛ", которое входит в шифр турбобура. Лопатки турбинок отливают отдельно или совместно с корпусом турбинки.

Разработаны безободные турбинки и пластмассовые, полностью или частично. Специальная конструкция турбинок разработана для турбобуров с плавающими статорами (обод статора разрезной, имеется стопорное устройство, торцы турбинки профильные). У турбины А7ПЗ лопатки имеют поджатие с боков. Лопатки ГТ ("гидрорешетки торможения") – прямые.

Турбина, как часть турбобура, выполняет функцию преобразователя энергии, тогда как турбобур представляет собой машинный агрегат, который имеет свою маховую массу (массу ротора с присоединенными к нему элементами), при этом определенная энергия турбины расходуется на сопротивление не связанные с работой долота непосредственно на забое скважины, причем только часть мощности ротора турбины (Nj) расходуема на преодоление Gд, поэтому характеристики турбобура и турбины различны. Необходимо помнить, что в основном на горизонтальном стенде мощность Nj можно почти полностью использовать для построения характеристики турбины и получить линейную зависимость момента на валу от частоты его вращения n, тогда как в скважине у турбобура такой полной зависимости нет.

Схемы лопаток турбинки представлены на рисунке 3.

Рис. 3. Схемы лопаток турбинки

G_ц – коэффициент циркулятивности