новні робочі частини турбіни - нерухоме направляюче колесо (статор) і обертове робоче колесо (ротор). Рідина, потрапляючи на лопатки статора, набуває певну швидкість і напрямок руху і входить в ротор, віддаючи йому частину кінетичної енергії для передачі валу.
Ріс.1.3.1. Турбіна турбобура
Турбобур працює в свердловині в особливих умовах. Він повинен мати вкрай обмежені поперечні розміри. В якості робочої рідини використовується буровий розчин - структурована рідина, що містить абразивні частки породи. У зв'язку з безперервним зміною навантаження на валу турбіна працює у змінному режимі, тобто з різною частотою обертання ротора. При цьому технологія відпрацювання доліт вимагає, щоб турбобур працював в оптимальному режимі при мінімальній частоті обертання валу. Основи теорії малогабаритних гідравлічних турбін турбобуров були розроблені П. П. Шуміловим. У результаті сформульовані наступні основні положення:
для отримання необхідної потужності та необхідної для доліт частоти обертання вала турбіна повинна виконуватися багатоступінчастої;
всі щаблі турбіни повинні бути абсолютно однакові, щоб забезпечувалося рівномірний і пропорційний нарощування потужності й крутного моменту;
з метою зменшення гідроабразивного зносу турбінних лопаток ступені роторів повинні бути виконані як дзеркальне відображення ступенів статорів, при цьому абсолютна швидкість потоку рідини в статорі і відносна швидкість в роторі будуть рівні по модулю, величини цих швидкостей не повинні бути великими, щоб не викликати надмірного гідроабразивного зносу проточної частини турбіни, який виникає при швидкості потоку 10-12 м/с;
перепад тиску на турбіні щоб уникнути поштовхів тиску в системі не повинен суттєво змінюватися при зміні частотного режиму роботи турбобура.
Елементи конструкції
Ріс.1.3.2. Конструкція турбобура.
Всі турбобури мають принципово однакове пристрій (ріс.1.3.2). У циліндричному корпусі встановлені ступені статорів, підп'ятники і проміжні радіальні опори, які утримуються від провертання за рахунок тертя, що виникає на торцях при згвинчення ніпеля з корпусом. На валу в проміжках між ступенями статорів встановлені ступені роторів, кільця і ??диски п'яти, які також утримуються від провертання за рахунок моменту тертя, що виникає на торцях після затягування роторних гайки і контргайки. Спочатку всі деталі ротора і статора почергово збираються на валу з установкою деталей підшипникових опор, закріплюються роторними гайками і затягуються в корпус, де ступені статорів між собою і корпусом кріпляться шляхом затягування ніпеля.
Турбіна турбобура, як правило, складається з 100-400 ступенів (рис. 1.3.3). Кожна ступінь містить статор і ротор зі своїми лопаток апаратами. Між статорами і роторами є осьові і радіальні зазори. Величини зазначених зазорів встановлюються виходячи з умов монтажеспособності та експлуатаційної надійності багатоступінчастої турбіни. У процесі роботи ротори переміщуються відносно статорів внаслідок зносу осьової опори в межах встановленого осьового зазору.
Рис. 1.3.3. Схема ступені турбіни турбобура
Для мінімізації витоку рідини в турбіні доцільно виконувати малі радіальні зазори, що виключають торкання між собою роторів і статорів.
Осьові опори
Осьова опора (рис. 1.3.4, 1.3.5) в турбобурах багаторядна. Переважно опори виконуються резинометаллическими. Вони складаються з чергуються підп'ятників з обгумованими опорними поверхнями і дисків з зміцненими зносостійкими опорними поверхнями. У системах кріплення валу і корпусу між суміжними дисками і підп'ятниками встановлюються відповідні розпірні кільця. У більшості серійно випускаються промисловістю турбобуров застосовуються саме гумометалеві опори ковзання (ріс.1.3.4). Промислова практика показала, що вони володіють достатньою довговічністю при порівняно невеликих втратах на тертя. Так, коефіцієнт тертя в цих опорах при мастилі водою або глинистим розчином і швидкостях ковзання 3-5 м/с становить 0,015-0,030. Однак при зменшенні швидкостей ковзання різко зростають сили тертя в опорах і істотно змінюються характеристики турбобуров. Тому при конструюванні тихохідних турбобуров перевагу віддають опорам кочення спеціальної конструкції.
Рис. 1.3.4. Багаторядна резинометаллическая опора
резинометаллическим осьова опора виконується проточною, а кулькова опора може бути проточної і непроточной. Останні крім сприйняття осьового навантаження виконують також функцію ущільнення виходу валу.
Рис. 1.3.5. Багаторядна осьова опора кочення
