6.6 Жоғарғы шектік моментті турбиналы турбобұрғылар

А9К5С, А7Н4С және А6КЗС типті турбобұрғылар терең тік және көлденең ұңғыларды бұрғылауға арналған. Турбобұрғылардың жоғарғы энергетикалық көрсеткіштері ұңғыларды тек қарапайым шарошкамен ғана емес, сонымен қатар гидромониторлы және алмазды қашаулармен де бұрғылауға мүмкіндік береді.

Диаметрі 240, 195 және 164 мм А типті турбобұрғылар Кунгур машинажасау заводында шығарылады. Жоғарғы моментті турбобұрғылар екі секциялы түрде жасалады. Терең емес ұңғыларды бұрғылауда төменгі секцияны жекедара турбобұрғы ретінде қолдануға болады.

Турбобұрғы конструкциясы 6.6-суретте көрсетілген. Жоғарғы моментті турбобұрғылардың ерекшелігі болып оның статор 23 және ротордан 24 тұратын турбиналармен жабдықталуы және олардағы қысым ауысымы тұрақты сұйық шығыны кезінде, тежелу режимінде, бос жүрістен азаюы. Бұл жоғарғы моментті турбобұрғыларда жоғары циркуляциялы турбиналар қолданылуымен түсіндіріледі. Мұндай турбиналарда қысымның тұрақты ауытқуы сұйықтың жартысын турбобұрғыға соқпай құбырсырты кеңістігіне шығаратын өткізгіш қақпақша арқылы іске асады. Нәтижесінде сұйықтың ауыспалы шығыны кезінде турбинаның тұрақты режимде жұмыс жасауына қол жеткізіледі. Турбобұрғының төменгі секциясында турбинаның 110 сатысы, жоғарғы секциясында Э43-50-31/18 типті турбинаның 128 сатысы орнатылады.

6.6-сурет, А7Н4С турбобұрғысы

I, II – сәйкесінше жоғарғы және төменгі секциялар; 1 – тұрқының аудармасы;

2, 17 – контргайка; 3, 18 – қалпақ; 4 – бұранданың реттегіш сақинасы; 5, 19 – ротор гайкасы; 6, 21 – тұрқы; 7, 22 – ортаңғы шар тірек; 8, 23 – статор; 9, 24 – ротор; 10, 26 – білік төлкесі; 11 – турбинаның реттеуіш сақинасы; 12 – жалғағыш аударма; 13 – жоғарғы секцияның білігі; 14, 15 – жоғарғы және төменгі жартылаймуфталар; 16 – тұрқының аудармасы; 20, 25 – корпус төлкесі; 27 – шеттік сальник; 28 – радиалды-тіректік мойынтірек; 29 – тіректік төлке; 30 – тірек; 31 – реттеуіш сақина; 32 – ниппель; 33 – білік; 34 – білік аудармасы.

Жоғарғы моментті турбобұрғыларда шарлы тіреулер қолданылған. Турбобұрғының төменгі секциясында тербелмелі таған 28 радиалды-тіреуіші орналасқан және сепараторсыз құрылымды, 10-қатарлы шарикті мойынтірек түрінде жасалған. Өстік тіреуді абразивті бөлшектерден сақтау үшін турбобұрғы сальнигінің қызметін атқарушы шеттік жұппен 27 жабдықталған.

Қазіргі кездегі турбобұрғылар 50-350 сатыдан тұрады. Сыртқы диаметрі 104,5мм-ден 240мм-ге дейін жасалынады. Секциялы турбобұрғылардың ұзындығы (110 сатыдан жоғары) 26м-ге, ал бірсекциялыда 8м-ге жетеді. Турбобұрғылардың қуаты 14  220 кВт-ты құрайды. Қысымының өзгеруі 2,710 МПа-ға дейін. Барлық турбобұрғылар жұмыс принципі бірдей құрылғыдан тұрады, тек тіректерінің орналысуымен ерекшелінеді.

Турбобұрғы ротордан және статордан тұрады және ротордың айналу жиілігі бір секциялы турбобұрғыларда 800 айн/мин, және көп секциялыда 200 айн/мин жетеді. Ротордың сатылары статордың сатыларының араларында орналасқан және олар қозғалтқыш білігінде кілтектер арқылы орнатылады. Статордың сатылары айналып кетуден статор шетіндегі ниппельді тартудан болатын үйкеліс күшімен ұсталады. Ротордың секциялары бұрандамен және ротор білігіндегі контргайкамен тартылады.

Алдымен барлық секциялар мен тіреулер роторда, білікте жиналады, кейін олар статорға орнатылып, ниппельмен тартылады.

Тіректерінің орналасуына байланысты турбобұрғылардың үш сұлбасы болады (6.7сурет).

6.7-сурет. Турбобұрғының тіректері орналасуы бойынша сұлбалары

1–сұлба бірсекциялы турбобұрғыларда кеңінен тараған, онда 1 резинометалды өкшелік орнатылған.

Бұл сұлбаның артықшылығы, өкшелік жуу сұйығы бағанасынан шектік гидравликалық жүктемені қабылдайды.

Кемшілігі – ұзындығы 6м. және одан артық кезінде майысу қауіпі мен өкшелік пен ниппелдің арақашықтығы үлкендігі. Үлкен жүктеме кезінде қосымша үйкеліс моменті пайда болып, бұрау моменті 12-15%-ға азаяды.

ІІ – сұлбада ротор білігінің деформациялы майысуы болмайды, бірақ өкшеліктегі гидравликалық жүктеме турбинадағы қысымның шамасынан аз. Үйкеліс моменті тіректік өкшелікте ұлғаяды.

ІІІ – сұлбада төменгі бөлігінде тербелу мойынтіректерінде тірек орнатылады. Бұл сұлбада тіректі турбобұрғыны бұзбай-ақ ауыстыруға болады.

Турбобұрғылардың негізгі түрлері

Турбобұрғылардың 4 түрі болады

І. Т-12 и ТС түріндегі секциялы турбобұрғылар. С – секциялы турбобұрғылар. Турбобұрғылар бір, екі және үш секциялы болып шығарылады. Гидравликалық турбинаның ең аз саты саны 98, ең көбі 240.

Т12 турбобұрғысының бір секциясының ұзындығы 8 метр, олар аз габаритті  диаметрі 104,5 және 127мм етіп шығарылады.

ІІ. 3 ТСШ түріндегі шиндельді турбобұрғы

Төрт секциялы турбобұрғы, бір секциясы шпиндельдік. 3 секцияның 300-дей сатысы бар, қуаты 225 кВт-қа дейін, жиілігі 500600 айн/мин, жалпы ұзындығы 25м-ге дейін, ал массасы 3,5  6,2 т. ТР2Ш -195 ТО турбобұрғысы да осы түрге жатады.

ІІІ. А түріндегі иінді турбобұрғы. Екі негізгі турбиналар секциясында роторлар мен статорлар саны 200, егер қосымша шпиндельдік секциясы болса, шифрына қосымша Ш әріпі жазылады, мысалға А7Ш.

Кейбір турбобұрғыларда гидротежегіш секциясы болады, онда ГТ әріптері жазылып А7ГТШ деп аталады.

ІV. Арнайы тағайындалған турбобұрғылар. Оларға жататын турбобұрғылар – ТО түріндегі ауытқытушылар, КТД түріндегі тізбекті турбобұрғылар және КД түріндегі тізбекті снарядтар.

Ауытқытушы турбобұрғылар қисық-бағытталған ұңғыларда азимутты өзгертуге немесе көлбеу бұрышты реттеуге арналған.

Турбобұрғыдағы ағын жылдамдығының өстік құраушысын келесі формуламен анықтауға болады:

c_z=Q/pД_рhx, (6.1)

мұнда: Q – сұйықтық шығыны;

 – турбинаның көлемдік ПӘК-і;

Д_р – турбинаның өтпелі бөлігінің есептік диаметрі, ;

Д₁ – турбинаның ағынды каналының перифериялы диаметрі;

Д₂ – турбинаның ағынды каналының ішкі диаметрі;

h – турбинаның ағынды каналының радиалды ені;

x – турбинаның ағынды каналының қалақашалармен ығыстыру коэффициенті (₀ тәжірибелі берілгендердің негізінде есептелінеді).

C₁=c_zctga (6.2)

Турбинаның оңтайлы жағдайдағы білігінің айналу жиілігі мына формуламен анықаталады:

(6.3)

Ағынның айналмалы жылдамдығы u = c₁cos₁ теңдеуінен алынады.

Сұйықтың турбинадағы қозғалысының кинематикасы және турбобұрғы параметрлерінің есептік теңдеулері

6.8-сурет. Турбинаның өтпелі бөлігі диаметрі

Турбобұрғының білігінің айналу жиілігі айдалатын сұйықтықтың мөлшеріне тура пропорционал.

Турбинаның гидравликалық қуаты кВт, мына формуламен анықталады:

N_г=gQH/1000, (6.4)

мұнда: r – айдалатын сұйықтықтың тығыздығы; кг/м³;

g – еркін түсу үдеуі, м/с²;

H – турбобұрғыдағы қысым, м;

Турбобұрғының тиімді қуаты, мына формуламен анықталады:

N_т= N_г= gQH/1000, (6.5)

мұнда: =_г_о_м – турбобұрғының жалпы ПӘК-і;

_г – гидравликалық ПӘК сұйықтың құйындап ағуын ескереді;

_о – айналу бөлігінің көлемдік ПӘК;

_м – тіреулерде және мойынтіректердегі механикалық ПӘК.

Қысымның өзгеруін Н Эйлердің өстік турбиналарға арнаған теңдеуінен табуға болады:

u²=Hg_г/k, (6.6)

мұнда к – турбина сатыларының саны.

Содан

(6.7)

Турбинадағы қысым – p=Hg/1000 МПа

Сонда

(6.8)

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= 0,159Q²к₀²._Мctg₁cos₁. (6.9)

Қалақшалардың көлбеулік бұрышын (₁) үлкейткенде турбина роторының айналу жиілігі азаяды, және М_бр азайып, квадратты тәуелділікте турбобұрғының қуаты азаяды.

(₁) 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 () тура пропорционал.

6.9-сурет. Турбобұрғының есептік сұлбасы