DZ8_Alyautdinov_R_T_RB-18-01

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина

Факультет	Инженерной механики
Кафедра	Машин и оборудования нефтяной и газовой
	промышленности

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ №8

по дисциплине

Гидравлические машины и гидропневмопривод

на тему	Определение основных геометрических размеров турбины
турбобура и оценка его показателей в рабочем режиме

«К ЗАЩИТЕ»		ВЫПОЛНИЛ:
		Студент группы	РБ-18-01
			(номер группы)
Доц, к.т.н.; Кривенков С. В.		Аляутдинов Руслан Тахирович
(должность, ученая степень; фамилия, и.о.)		(фамилия, имя, отчество)
(подпись)		(подпись)
		25.12.2021
(дата)		(дата)

Москва, 20

21

ДАНО

Диаметр долота , мм	190,5
Тип долота	с герметизированной опорой
Расход жидкости через турбину Q, л/с	25
Частота вращения долота n, об/мин	400
Удельный момент , Н∙м/кН	14
Нагрузка на долото G, кН	100
Частота вращения вала турбины на холостом режиме , об/мин	1000
Коэффициент активности	0,45
Коэффициент гидравлических потерь =	0,18
Относительный шаг	0,74
Осевая высота профиля = , мм	19
Высота ступени , мм	54
Плотность бурового раствора , кг/м3	1100

ЗАДАНИЕ

1. Рассчитать геометрические размеры турбины турбобура, включая средний диаметр турбины D и радиальную длину лопасти l.

2. Построить полигон скоростей для безударного режима работы турбины для случая, когда частота вращения турбины в оптимальном режиме соответствует заданной частоте вращения долота( и на базе этого полигона построить графики решетки лопастей турбобура.

3. Построить полигон скоростей для рабочего режима турбины и на базе этого полигона определить развиваемый ступенью турбины момент , перепад полного давления , число ступеней k, общую длину турбобура L.

4. Рассчитать мощность турбобура N, гидравлическую мощность турбобура и расчетный КПД турбобура .

РЕШЕНИЕ

1. Расчет геометрических элементов турбинной секции турбобура.

   1. Наружный диаметр турбобура.

Выбираем D = 164 мм

2. Внутренний диаметр корпуса турбобура.

Выбираем мм

3. Максимальный диаметр решетки статора (минимальный ротора) решетки турбины.

Выбираем мм

4. Минимальный диаметр решетки статора (максимальный ротора) решетки турбины.

Выбираем мм

5. Расчет среднего диаметра турбины.

6. Расчет радиальной длины лопасти.

2. Определение углов наклона лопастей.

   1. Определение кинематических коэффициентов турбины.

      1. Определение коэффициента циркуляции , обеспечивающий максимальный КПД ступени в заданном режиме работы долота.

Решение данного выражения:

а) определение относительной частоты вращения турбины

б) подготовка исходных данных

2. Определение частоты вращения турбины в безударном режиме.

3. Определение коэффициента осевой скорости турбины.

   1. Определение осевой скорости жидкости в турбине.

2. Определение окружной скорости лопаток турбины по среднему радиусу в безударном режиме.

3. Определение коэффициента осевой скорости.

4. Определение коэффициента активности

Данный коэффициент берется по заданию:

2. Построение полигона скоростей турбины для безударного режима.

Условно для облегчения процесса расчета примем и построим полигон скоростей для безразмерных скоростей (все скорости разделим на ) и тогда

В таком случае:

• Угол наклона абсолютной среднеквадратичной скорости в безударном режиме:

• Величина абсолютной среднеквадратичной скорости в безударном режиме:

• Угол наклона относительной среднеквадратической скорости в безударном режиме:

• Величина относительной среднеквадратической скорости в безударном режиме:

• Угол наклона абсолютной скорости в безударном режиме на входе в турбинную решетку:

• Величина абсолютной скорости в безударном режиме на входе в турбинную решетку:

• Угол наклона относительной скорости в безударном режиме на входе в турбинную решетку:

• Величина относительной скорости в безударном режиме на входе в турбинную решетку:

• Угол наклона абсолютной скорости в безударном режиме на выходе из турбинной решетки:

• Величина абсолютной скорости в безударном режиме на выходе из турбинной решетки:

• Угол наклона относительной скорости в безударном режиме на выходе из турбинной решетки:

• Величина относительной скорости в безударном режиме на выходе из турбинной решетки:

2. Далее строится полигон скоростей и форма профилей лопастей.

3. Построение полигона скоростей для рабочего режима.

   1. Расчет окружной скорости турбины турбобура на рабочем режиме

2. Расчет абсолютных скоростей турбины турбобура на рабочем режиме

   1. Расчет абсолютных скоростей на входе в ротор турбины турбобура

• Величина тангенциальной составляющей абсолютной скорости

• Величина абсолютной скорости

2. Расчет абсолютных скоростей на выходе из ротора турбины турбобура

• Величина тангенциальной составляющей абсолютной скорости

• Величина абсолютной скорости

• Угол наклона абсолютной скорости к оси решетки

3. Расчет относительных скоростей турбины турбобура на рабочем режиме.

   1. Расчет относительных скоростей на входе в ротор турбины турбобура.

• Величина тангенциальной составляющей относительной скорости

• Величина относительной скорости

• Угол наклона относительной скорости к оси решетки

2. Расчет относительных скоростей на выходе из ротора турбины турбобура:

Величина тангенциальной составляющей относительной скорости

Величина относительной скорости

4. Определение необходимого числа ступеней турбобура и её мощности.

   1. Определение момента, получаемого в одной ступени турбины турбобура.

2. Момент, необходимый для разрушения породы

3. Необходимый момент на валу турбобура

4. Число ступеней в турбине турбобура

Принимаем k=356

5. Общая длина турбинной части турбобура

6. Мощность турбобура

5. Определение полного перепада давления в турбине турбобура и её гидравлической мощности

   1. Перепад давления в статоре турбины турбобура

2. Перепад давления в роторе турбины турбобура

3. Эффективный перепад давления в ступени турбобура

4. Потери давления в статоре ступени турбобура

5. Потери давления в роторе ступени турбобура

6. Общий перепад давления в ступени турбобура в рабочем режиме

7. Общий перепад давления в турбине турбобура в рабочем режиме

8. Гидравлическая мощность турбины.

3. КПД турбины