4.2 Види турбобурів

В залежності від призначення турбобури розрізняють:

– для суцільного буріння шарошковими і алмазними долотами; колонкові турбодолота (КТД);

– спеціальні для буріння стовбурів великого діаметру методом реактивно-турбінного буріння (РТБ);

– для похило-скерованого буріння (турбінний відхилювач);

– для буріння вставними долотами.

Турбобури однакового призначення відрізняються за діаметром корпусу (240, 215, 195, 172, 164, 127, 104,5 мм) і за числом секцій:

односекційні типу Т12МЗ і Т12РТ з числом ступеней 100…120;
КТД з числом ступеней до 160;
двосекційні типу ТС і А; трисекційні типів ЗТС і А.

а – в зібраному вигляді; б – середня опора; в – осьова гумометалева опора; г – упорна радіально-кульова опора;

1 – перехідник; 2 – конусно-шліцева муфта; 3 – вал шпинделя; 4,5 – регулювальні кільця; 6 – сальникові ущільнення; 7 – підкладні втулки; 8 – втулки радіальних опор; 9 – середні опори; 10 – корпус; 11 – комплект опор; 12 – ніпель; 13 – диск п’яти; 14 – кільце п’яти; 15 – облицювальна гума; 16 – підп’ятник; 17 – втулка

Рисунок 4.3 – Схема шпинделя турбобура

За будовою нижня секція секційного турбобура аналогічна односекційному турбобуру і може застосовуватись самостійно. Верхні секції можуть мати власну підвіску вала на осьовій опорі (в турбобурах типу А6КЗС) або ж передавати осьове навантаження валу нижньої секції. Для з’єднання валів секцій служать конусно-шліцеві муфти.

За типом турбін:

– з нормальними турбінами (з горизонтальною лінією тиску);

– з похилою лінією тиску (типу А);

– з похилою лінією тиску і системою гідродинамічного гальмування (наприклад, А7ГТШ).

За конструкцією опор:

– з гумометалевими опорами;

– з опорами кочення.

Всі турбобури можуть бути безшпиндельними і шпиндельними (в шифрі шпиндельних турбобурів є буква Ш, наприклад, ЗТСШ1, А7Ш).

4.3 Однорозмірна теорія осьових турбін

Рух рідини в ступені турбіни (рис.4.4) описується складними закономірностями (рідина рухається в осьовому напрямку і в обертовому – разом з ротором). Для спрощення теорії турбіни турбобура, можна допустити, що рух рідини в каналах (між діаметрами D₁ і D₂) відбувається циліндричними шарами (див. рис.4.4).

Розріжемо циліндричну поверхню діаметром D по твірній і розгорнемо її на площину. На площині отримаємо профілі лопатей статора і ротора (рис.4.5).

Для спрощення дослідження руху рідини в ступені всі розрахунки ведуться по якійсь еквівалентній струминці, яка тече на розрахунковому діаметрі з якоюсь середньою швидкістю.

1 – корпус; 2 – вал; 3 – статор; 4 – ротор; 5 – регулювальне кільце

Рисунок 4.4 – Ступінь турбіни турбобура

α – кут нахилу середньої лінії профілю на виході статора до осі решітки; β_1л - кут нахилу середньої лінії профілю на вході ротора до осі решітки;

β₁ – кут між вектором швидкості і віссю решітки;

β_2л – кут нахилу середньої лінії профілю на виході ротора до осі решітки;

β₂– кут між вектором швидкості і віссю решітки; d – хорда профілю; f – прогин профілю

Рисунок 4.5 – Профілі лопатей статора і ротора

При виборі еквівалентної струминки повинні бути враховані наступні дві основні умови:

1) витрата рідини через турбіну, підрахована за середньою швидкістю еквівалентної струминки, повинна співпадати із фактичною;

2) характеристики турбіни підраховані за середніми швидкостями еквівалентної струминки і розрахунковому діаметру, повинні співпадати з фактичними (під розрахунковим діаметром розуміють діаметр тієї циліндричної поверхні, на якій лежить середня струминка).

Розрахунковий діаметр турбіни ділить площу каналу (між діаметром D₁ і D₂) на дві рівновеликі площі

, (4.1)