8.5 Гидродинамикалық тежегіш

Бұрғылау шығырларының гидродинамикалық тежегіші – ұңғыға бұрғылау және шегендеу құбырларын түсіргенде олардың жылдамдығын шектеуге арналған, жұмыс қуысы сұйықтықпен толған, ротор мен жылжымайтын статордан тұратын қалақшалы гидравикалық қондырғы (8.9 – сурет). Ротордың радиалды қалақшаларының айналуы кезінде сұйықты центрден шетке лақтырып, статор қалақшаларына бағыттайды. Статор қалақшалары арасындағы арналардан өткен сұйық қайта ротор қалақшаларына соғылады, соның арқасында ротор мен статор арасында сұйықтың тұйық циркуляциясы пайда болады.

Құйынды аймақтардағы соққыдан қысымның өзгеруі әсерінен пайда болатын статор мен ротордың қалақшалары арасындағы арналардағы сұйықтың гидравликалық ілініс күштері тежегіш моментін тудырады, оның мөлшері ротордың диаметріне және айналу жиілігіне, гидродинамикалық тежегішке құйылған сұйықтың деңгейіне байланысты. Ротор білігі тіректері мен тығыздағыштарында пайда болатын механикалық қарсылықтар тежегіш моментіне айтарлықтай әсерін тигізбейді. Тежелу кезінде жойылатын механикалық энергия жылуға айналып, жұмыс сұйықтығы мен гидродинамикалық тежегіштің бөлшектерінің қызуына әкеледі.

Қыздырудың шектік температурасы жұмыс сұйықтығының физикалық қасиеттеріне байланысты. Суды қолданған жағдайда қыздыру температурасы 90⁰С градустан аспауы тиіс.

8.9-сурет. Бұрғылау шығырының бір роторлы гидродинамикалық тежегіші

Гидродинамикалық тежегіштің роторы біліктен 8 және қалақшалары түсіру кезіндегі шығыр барабаны айналу бағытына сәйкес келетін, радиалды жалпақ 45⁰ бұрышқа жантайтылған шойыннан құйылған екі жақты қалақшалы сораптық дөңгелектен 5 тұрады. Қалақшалардың қалыңдығы, құйылатын өндірістің шарттарына сай, ротор диаметріне байланысты 12 – 25 мм болады. Қалақшалар саны 2028ге тең болып қабылданады. Бұдан әрі қалақшалар санын көбейту тежегіш моментінің шамасына әсер етпейді және гидродинамикалық тежегіштің қажетсіз салмағын арттыруға алып келеді.

Ротор арқылы берілетін бұрау моменті әсерінен айналып кетуден сақтау үшін, қалақшалы дөңгелек ротор білігіне престік әдіспен кілтекпен бірге жалғанады.

Статор 6 симметриялы екі бөліктен тұрады, ол бұрғылау шығырының жақтауына гидродинамикалық тежегіштің тіреулерінен тұратын тұрқысын 1 құрайды. Статордың екі бөлігі де шойыннан құйылады. Олардың радиалды бағытта, сорап дөңгелегінің қалақшаларына қарама қарсы жантайтылған қалақшалары бар. Роликті 3, 9 мойынтіректердегі және 4, 7 фланецті стақандардағы білік 8 статордың екі жақтық ойықтарында орналастырылады. Статор ойықтары өстестігі оның беттесетін қабырғаларындағы қырымен қамтамасыз етіледі. Статордың түйісіп беттесетін бөлігі парониттік немесе картондық төсемемен 13 нығыздалады, бекіту болттармен 12 тартылады.

Келтірілген құрылымда ротордың бiлiгi роликтi радиалды және радиалды - сфералық екi катарлы мойынтіректерге бекiтiлген, ал көп таралған түрлерінде екi мойынтірегі де роликтi радиалды болып келеді. Бiлiктiң өстік жағдайы радиал сфералық мойынтірекпен, оның сыртқы сақинасы реттегіш төсемi бар шеткі қақпақпен, iшкiсi - бекiткiш төлкесiмен 2 бекiтiліп тартылады. Қарама-қарсы бiлiк ұшының еркін тұруы, мойынтiректің роликтерi iшкi құрсамасының жүгiру жолы бойынша орын ауыстыруымен қамтамасыз етiледi.

Ротор және статордың өстік саңылауы 4-4,5 мм құрайды және металл стақандар мен статордың сыртқы беті арасына орнатылған метал төсемдердiң жиынтығымен реттеледi. Бiлiктiң мойынтіректері консистеннті маймен майтесік арқылы қол сорап көмегімен майланады. Май ақпауын болдырмау үшiн фланецтік стақандар және қақпақ май тежегіш ойықтармен жабдықтаған. Біліктің шығарылған ұшы бұрғылау шығыры көтергіш білігін гидродинамикалық тежегішпен жалғастыратын ілінісу муфтасы үшiн қолданылады. Айналмалы бiлiктi май тамшылатпай нығыздау үшiн сальниктік және шеттік тығыздағыштар қолданылады.

Тоқылған асбестсымды тығыздағыш сальниктер В қарапайым және арзандықтарына байланысты кең таралған және аралық кергiш төлкелерден, грундбуксалардан, тартып бекітетін болттар мен контргайкалардан тұрады. Тығыздағыш сальниктердің тозуы жұмыс сұйығының арна 10 арқылы ағуы арқылы тексерiледі. Шамадан тыс сұйық ағу кезінде сальниктер қысқыш болттармен бiр қалыпты тартылады. Сальникті шамадан тыс тарту, оның қызып кетуіне және мерзімінен бұрын істен шығуына алып келедi.

Ротор бiлiгi сальниктерi ұзақтұрақтылығын жоғарылату үшiн майтесік арқылы берілетін графитті маймен майланады. Май үйкелес коэффициентін төмендетедi және осының нәтижесінде сальниктердің қызып тозуларын азайтады. Тығыздағыш сальниктерді фланецтік стақандарды алғаннан кейiн, тексереді және қажет болса алмастырады. Гидродинамикалық тежегiштердiң кейбір түрлерінде бiлiк мойынтіректері сыртқа шығып тұрған тiректерде орнатылады. Нәтижесінде бiлiк мойынтіректері жұмыс сұйықтарынан толық қорғалынады және оларды тексеру мен сальниктерін алмастыру оңайлайды. Бұндай құрылымдардың кемшiлiгі  бiлiктiң ұзаруы, соның салдарынан тежегiш қондырғысын орнату үшiн соған сәйкес шығыр рамасын ұзарту керек болады.

Жұмыс сұйығы ретiнде, әдетте, статордың сақиналық камераларына тоңазытқыш түтiгі арқылы 11 берілетін суды пайдаланады. Статор ішіндегі және қалақшаларындағы радиалды және тангенциалды арналар А бойынша су тежегiштiң қалақша аралық Б арналарына бағытталады. Тангенциалды бағытталған ағыс өзі соруға жағдай жасайды, сондықтан тоңазытқыштан келетiн су тежелу әсерінен тежегiш ішінде қыздырылған ыстық сумен тез араласады. Тежегiштiң ағындық қималарын молайту үшiн ротор қалақшаларының бiр бөлiгi қысқа етіп жасалған.

Гидродинамикалық тежегiштен тоназытқышқа су жоғарғы түтiк арқылы берiледi. Осыған қажеттi арын ротордың сыртқы цилиндрлiк бетiнде ойық болуымен немесе ротор мен статордың аралығындағы радиалдық саңылауын мойынтіректердің фланецтік стақандарын статор өсiне қатысты жылжытып тарылтумен жүзеге асады. Сұйық суығаннан кейiн тоңазытқыштан гидротежегiшке өз ағынымен құйылады. Пайда болатын тежегiш момент тоңазытқыштағы судың деңгейіне тәуелдi болады және ол сатылы және сатысыз реттегiштер көмегiмен жүзеге асады.

Гидродинамикалық тежегіш түсіру операциясы кезінде, бұрғылау құбырлар тізбегі салмағы 100-200кН асқан кезде қолданылады. Құбырларды көтеру және жүктелмеген элеваторды түсiру кезінде гидродинамикалық тежегішті ажыратуымыз керек, себебі ол бұл жағдайларда жұмысқа кері әсер етеді. Көтеру операцияларында гидродинамикалық тежегiштiң жұмысы артық шығындарға алып келеді, артық қуат жұмсалады, тығыздағыштар мен ротор бiлiгiнiң мойынтіректері тозуы тежегiштiң қызмет мерзiмiн қысқартады. Жүктелмеген элеваторды түсiру кезінде оның түсiру жылдамдығы азаяды және нәтижесінде КТО-ның жалпы жұмыс ұзақтығы өседi.

8.3-кестеде гидродинамикалық тежегіштерді есептеуге арналған көрсеткіштер берілген.

8.3-кесте. Гидродинамикалық тежегіштің техникалық көрсеткіштері

Көрсеткіштері	УТГ-1000	УТГ-1450	ТГ-1-1200	ШТГ-1-1200
Ротордың жұмысшы диаметрі, м	1000	1450	1200	1200
Роторлар саны	2	1	1	1
Ротордың шектік айналыс саны, айн/мин	500	400	400	400
Тежеу моменті, кНм: 250 айн/мин кезінде шектік	20 50	110 170	45 50	45 50
Тежегіш массасы, кг	3306	5200	3600	2730
Тежегіш өлшемдері, мм: биіктігі ені ұзындығы	1590 - 1435	1870 1680 1533	1750 1610 1090	1810 1575 1138
Толтыруды реттегіш	сатылы	сатылы	сатысыз	сатысыз
Су деңгейін реттегіштің пайдалы көлемі, м3	0,4	0,8	0,52	0,5
Реттегіш массасы, кг	245	426	328	215
Реттегіш өлшемдері, мм биіктігі ені ұзындығы	1950 478 -	2466 1094 1062	1925 950 1400	1750 910 1075
Ескерту. УТГ-Уралмаш зауыты тежегіштері; ТГ- ВЗБТ зауыты тежегіштері; ШТГ- лейт. Шмидт атындағы зауыт тежегіштері.

Әдеттегі қосу және ажырату жұмыстарына жұмсалатын уақытты қысқарту үшiн, шығырдың көтеру білігін гидродинамикалық тежегiштің білігімен ілінісу муфталары арқылы жалғастырады. Бұрғылау свечаларын түсірерде тежегішті шығырға жедел жалғауға мүмкіндік беретін, өте тиiмдi  фрикционды муфта болып табылады.

Гидродинамикалық тежегiштер iшкi және сыртқы көрсеткiштерімен танылады. Iшкi көрсеткiштерге гидродинамикалық тежегiштiң қалақша аралық арнасынан айналатын жұмыс сұйығының шығыны және арыны кіреді. Гидравликалық қуат, тежеу моменті және бұрыштық  жылдамдық - гидродинамикалық тежегiштiң сыртқы көрсеткiштерi.

Тежегіштің гидравликалық қуаты (Вт)

N = ρgQH (8.9)

мұндағы: ρ – жұмыс сұйықтығының тығыздығы, кг/м³;

g – ауырлық күші үдеуі, м/с²;

Q – уақыт бірлігінде қалақшалы жүйе арқылы ағатын жұмыс сұйықтығының көлеміне тең жұмыс сұйықтығының шығыны, м³/с;

Н – жұмыс сұйықтығының арыны, м.

Гидрадинамикалық тежегішпен жасалған, тежеу моменті (в Нм)

Мт = ρgH/ω, (8.10)

мұндағы ω – бұрыштық жылдамдық, с^–1.

Тәжірибелік есептеулер және гидродинамикалық тежегiштiң сыртқы мiнездемесін зерттеу үшiн, қалақты машиналардың теориясынан белгiлi, тежегiш моментiнің формулаларын пайдаланамыз:

М_т = λ′_м ρ(D⁵ – d⁵)ω²;

М_т = λ_м ρ(D⁵ – d⁵)ω² (8.11)

мұндағы λ_м ≈ 100λ′_м – гидравликалық момент коэффициенті;

D – ротор айналған кезде құралатын, сұйық сақинасының ротор диаметріне тең сыртқы диаметрі, м;

d – тежегіштің толтырылу деңгейіне байланысты сұйық сақинасының ішкі диаметрі, м;

n – ротордың айналу жиілігі, мин^-1.

Гидравликалық моменттiң коэффициентi λ, жұмыс арналарының формасына, гидродинамикалық тежегiштің геометриялық параметрлеріне және қалақшалар санына байланысты болып, тәжірибелік жолмен анықталатын және өлшемсiз шама болып табылады. λ өсуіне байланысты гидродинамикалық тежегiштiң тежеу моментi оның роторының бірдей диаметрі мен айналу жиілігінде өседі

Қаралатын тежегiштердiң толық толтырылған кездегі гидравликалық моментiнiң коэффициенттерi төменде келтiрiлген.

УТГ-1000.................................. 0,32

УТГ-1450.................................. 0,27

ТГ-1200 .................................... 0,29

ШТГ-1-1200............................. 0,29

Көріп отырғандай, тежегiш момент су сақинасының iшкi диаметрi және ротордың айналу жиiлiгiне байланысты өзгередi. Толық шамадағы толтырылуда α минимумға дейiн төмендейді және тежегiш момент ең үлкен мәндерге жетедi. Гидродинамикалық тежегiш сұйығының ортайу мөлшеріне байланысты сулы сақинаның iшкi диаметрi үлкейедi, ол  тежегiш моменттiң төмендетуiне алып келеді. Гидродинамикалық тежегiштердің ортақ кемшiлiктері – ротордың айналу жиiлiгi төмендеуiне байланысты тежегiш моментiнiң азайуы. Жылжымайтын роторда (n=0) тежегiш момент нөлге тең болады. Осыған байланысты гидродинамикалық тежегіш шығырды оның толық тежелуіне дейін тоқтата алмайды.

Гидродинамикалық тежегiштiң сыртқы мiнездемесі деп, тежегiш моментінің тұрақты толтырулы деңгейдегі ротордың айналу жиiлiгiне тәуелдiлiгiн айтады. Тежегiштiң сыртқы мiнездемесi график түрiнде координаталар басы арқылы өтетiн квадратты параболамен бейнеленедi.

Гидродинамикалық тежегiштер әртүрлi әдiстемелер бойынша есептелінеді. Өте қарапайым және түсiнiктi есептеу - ұқсастықтар әдісі, ол есептік және анық мiнездемелердiң нақты дәл сәйкес келуiн қамтамасыз ететiн әдіс. Ұқсастықтар әдiсi бойынша есептеулер гидродинамикалық тежегiштер құрылымын λ коэффициентінің белгiлi мәндерiмен салыстырып сынауға бағытталған. Гидродинамикалық тежегіштің мінездемелік өлшемдері ретінде ротор диаметрін таңдайды. Толық толтырылған тежегіш моментін нақты дәлдікпен мына формула бойынша анықтайды:

М_т = λ_м ρ D⁵ n². (8.12)

Ротор диаметрі өзгерген жағдайда осыған ұқсас тежегіштің тежеу моменті

M′ = M(D′/D)⁵, (8.13)

мұндағы М′ и D′ – жаңа тежегіштің тежеу моменті мен диаметрі;

М и D – түп тұлғаның тежегіш моменті мен диаметрі.

Жұмыс сұйықтығы тығыздығының өзгеруіне байланысты, ұқсастықтар әдісін пайдаланып, тежеу моментін былай есептесе болады:

M′ = M ρ′/ρ, (8.14)

мұндағы ρ′ – жұмыс сұйықтығының өзгерген тығыздығы.

Сатылы деңгей реттегішпен гидродинамикалық тежегiштi қолданған кезде, құбырлар тізбегі салмағы артқан сайын түсiру жылдамдығы үздiксiз - сатылы қисық бойынша төмендейдi. Гидродинамикалық тежегiштердi толығырақ қолдану үшiн тоңазытқыштағы құйылмалы клапандар санын көбейту керек. Сатысыз тоназытқыштар түсiру жылдамдығының бірқалыпты өзгерiсiн қамтамасыз етеді, және соның арқасында берілген тежеу қорымен құбырлар тізбегінің жiберу ұзақтығын ең аз шегіне дейiн қысқарады.