Характеристика турбины, способы изменения характеристики

Под характеристикой турбины (рис.17) понимают зависимость ее мощности N, вращающего момента М, КПД h, перепада давления Dр от частоты вращения п при заданном расходе Q перекачиваемого через нее бурового раствора. Частота враще­ния вала соответствует частоте вращения роторного колеса, а вра­щающий момент равен сумме моментов всех ступеней: М = z т (здесь т - момент одной ступени).

Мощность на валу N = z m n.

Мощность N можно также определить по расходу Q и перепаду давления Dр:

N = Dp Q h,

где Dр = z Dр_m; Dр_m - перепад в одной ступени; h- КПД.

С изменением подачи и качества бурового раствора, прокачиваемого через турбину, изменяются ее энергетические параметры согласно соотношениям, впервые предложенным П.П.Шумиловым:

; ; ; ; ; .

Здесь p₁ и р₂ - перепады давления в турбине при расходах Q₁ и Q₂ и плотностях бурового раствора r₁ и r₂.

Отношение М/п при роторном бурении значительно больше, чем при турбинном. Особенно четко это видно для турбобуров малых диаметров, поскольку

,

где D₁ и D₂ - диаметры турбобура.

Зная энергетические параметры при одном режиме промывки из стендовых исследований и пользуясь этими соотношениями, можно определить параметры турбины при различных значениях расхода и разном качестве бурового раствора.

Применение маховых масс приводит к смещению и расширению рабочей области турбобура.

С изменением осевой нагрузки и трения в опорах турбобура изменяются и передаваемые на долото мощность и момент.

Область устойчивой работы п_р – п_у для турбобуров с шаровой опорой шире, чем турбобуров с резино-металлической опорой. Частота вращения п_у соответствует предельно допустимому крутящему моменту (осевой нагрузке), при превышении которого вал турбобура перестает вращаться, и определяет устойчивую область работы турбобура слева, т.е. минимальную частоту вращения вала турбобура.

Кроме секционирования, улучшить моментную характеристику турбобура можно применением механических редукторов, которые снижают частоту вращения в 2-3 раза. Например, редукторный турбобур ТР2Ш-195 с многорядным планетарно-фрикционным редуктором имеет частоту вращения около 200 об/мин при КПД = 0,55.