Учебный элемент урока № 26 Забойные двигатели. Турбобуры Учебной дисциплины ОП 7 Технологическое оборудование

МИНИСТЕРСТВО образования РеСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

Нефтекамский нефтяной колледж

Учебный элемент урока № 26

Забойные двигатели. Турбобуры

Учебной дисциплины ОП 7 Технологическое оборудование

Учебный элемент урока № 26

Забойные двигатели. Турбобуры

Инструкция:

1. Внимательно прочитать материал

2. Составить опорный конспект согласно задания.

1. Назначение, области применения, типы турбобуров

Гидравлический забойный двигатель - турбобур предназначен для вращения долота непосредственно на забое скважины.

2. Области применения: при бурении вертикальных и горизонтально-направленных скважин и для бурения скважин с отбором образцов породы.

3. Типы турбобуров

По конструкции делятся на:

- односекционные

-многосекционные

-высокомоментные

-шпиндельные и укороченные.

В зависимости от требований бурения применяют турбобуры диаметром от 127 до 240 мм с числом ступеней от 52 до 369, длиной от 2 до 26 м.

4. Устройство турбобура

Турбобур состоит из невращающихся и вращающихся деталей.

В корпусе закрепляются все неподвижные (невращающиеся) детали турбобура: переводник 1, при помощи которого турбобур соединяется с бу­рильной колонной, цилиндрический корпус 2 с кольцами пяты 4, дисками статора 6, средней опорой и ниппелем 8. Верхний конец корпуса через переводник при помощи конической резьбы присоединяется к колонне бурильных труб.

На валу крепятся все вращающиеся вместе с валом детали турбобура: вал 3 с насаженными на нем дисками роторов 7 и пяты 5, закрепленными на валу при по­мощи шпонки, гайки и контргайки.

Нижняя часть вала имеет отверстие внутри и боковые каналы для протока раствора к до­лоту и снабжено резьбой, которой через переводник присоеди­няется долото.

Пята, расположенная в верхней части турбобура, снабжается каналами для протока раствора, а пята, расположенная в нижней части вала, не имеет каналов и служит либиринтным уплотнением, препятствующим утечкам раствора в зазор между валом и ниппелем.

5. Принцип действия турбобура

Принцип действия турбобура заключается в преобразова­нии гидравлической энергии потока жидкости в механиче­скую энергию вращения вала с долотом.

Основной частью турбобура является турбина, которая состоит из большого числа от 52 до 369 абсолютно одинаковых гидравлических ступеней.

Каждая ступень состо­ит из ротора и статора.

Статором 2 называется невращающаяся часть гидравличе­ской ступени, закрепленная в корпусе турбобура.

Ротором - вращающаяся часть, соединенная с валом турбобура с помо­щью шпонки 4.

Рисунок Элемент рабочей пары турбобура (статор-ротор):

1 - корпус; 2 - статор; 3 - ротор; 4 - шпонка; 5 - вал

6. Турбина работает следующим образом. Поток промывочной жидкости через бурильную колонну подается в первую ступень турбобура. В статоре первой ступени происходит формирование направления потока жидкости, т.е. жидкость, пройдя каналы статора, приобретает направление, указанное стрелкой. Таким образом, статор является направляющим аппаратом турбины.

Потоки жидкости из каналов статора поступают на лопатки ротора под заданным углом и осуществляют силовое воздействие на ротор, в результате которого энергия движущейся жидкости создает силы, стремящиеся повернуть ротор, жестко связанный с валом турбины.

Поток жидкости из каналов ротора первой ступени поступает на лопатки направляющего аппарата второй ступени, где вновь происходят формирование направления движения потока жидкости и подача ее на лопатки ротора второй ступени.

На роторе второй ступени также возникает крутящий момент.

В результате жидкость под действием энергии давления, создаваемой поверхностным насосом, проходит все ступени турбины турбобура и через специальный канал подводится к долоту.

В многоступенчатых турбобурах крутящие моменты всех ступеней суммируются на валу.

Рисунок - Схема движения потока жидкости через ступени турбины

7. Опоры турбобура

Одним из важнейших узлов забойного двигателя в значительной степени определяющим его работоспособность, являются опоры.

По роду воспринимающих нагрузок опоры делятся на;

-осевые

-радиальные.

Опоры выполняются на подшипниках скольжения (резинометаллические опоры) и подшипниках качения (только осевые опоры).

На работоспособность осевых опор наибольшее влияние оказывает динамические нагрузки от продольных колебаний низа бурильной колонны. Источниками возбуждения этих нагрузок являются работающее на забое долото и неравномерная подача насосов. Опоры устанавливаются на валах турбобура и шпиндельной секции.

7.1) Осевая резинометаллическая опора, выполняемая как многоступенчатый подшипник, существую двух типов: пята открытого типа (проточная пята) и пята сальник (непроточная пята).

В пяте открытого типа в зависимости от типоразмера турбобура устанавливают 12-18 ступеней подшипников.

Подпятник 1 представляет собой стальной остов, на котором путем привулканизации закреплена резиновая обкладка.

В остове подпятника имеются окна для прохода жидкости.

Резиновая обкладка имеет три рабочие поверхности - две плоские торцовые, воспринимающие осевые нагрузки от диска 2, и внутреннюю цилиндрическую поверхность, воспринимающие радиальные нагрузки от кольца 3 (кольцо предохраняет вал от износа). Таким образом, открытая пята представляет собой упорно-радиальный подшипник.

На плоских торцовых поверхностях и внутренней цилиндрической поверхности резиновой обкладки имеются промывочные каналы.

Они обеспечивают лучшие условия смазки трущихся поверхностей деталей пяты и тем самым уменьшают потери на трение.

Рисунок 1 - Резинометаллический подшипник осевой опоры турбобура:

1. Подпятник; 2- диск; 3- кольцо

Рисунок 2- Многорядного осевая опора скольжения.

1-наружное кольцо; 2-диск; 3-внутреннее кольцо; 4-подпятник; 5-корпус шпинделя; 6-вал.

Эластичная резиновая облицовка одного из элементов пяты ил и подшипника обеспечивает его работу при смазке буровым раствором и распределяет нагрузку по поверхности трения.

Резинометаллические опоры в зависимости от условий эксплуатации имеют работоспособность в пределах 50-150 часов.

7.2) Радиальные опоры

Вал турбобура также снабжается радиальными опорами, предназначенными для центрирования вала, работающего при высоких осевых нагрузках и частотах вращения.

Радиальные опоры подразделяются на средние опоры. Ниппели и нижние опоры.

Средняя опора имеет сварной корпус, который состоит из наружной 1 и внутренней 2 втулок и соединяющих их ребер 3, приваренным к этим втулкам.

В выточке внутренней втулки завулканизована резиновая обкладка 4. Втулка средней опоры 5, являющаяся самостоятельной деталью, работает в паре с резиной и предохраняет вал от износа.

В резиновой обкладке средней опоры имеются продольные смазочные канавки 6. Средние опоры в турбобуре устанавливаются равномерно по всей длине вала через 1,5-2,5 м ( в зависимости от типа двигателя).

1-втулка наружная: 2- внутренняя втулка, 3-ребра,4-резиновая обкладка; 5- втулка средней опоры, 6- смазочные канавки

Нижняя опора несет основные радиальные нагрузки, действующие на нижнюю часть вала шпинделя. Нижняя опора представляет собой стальную втулку, на внутренней поверхности которой в выточке крепится резиновая обкладка. В резиновой обкладке имеются продольные смазочные канавки.

При работе резинометаллических опор турбобуров преобладает механический процесс разрушения трущихся поверхностей в результате воздействия на них абразивных частиц.

Роль нижней радиальной опоры выполняет ниппель турбобура. Резиновая обкладка ниппеля выполняет также функции сальникового уплотнения.

Осевая опора качения представляет собой радиально - упорный многорядный шарикоподшипник.

Одна ступень подшипника состоит из наружного и внутреннего 2 рабочих колец, между парами которых размещается шарик 3.

Задание

Нужно составить опорный конспект, ответив письменно на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Для чего предназначен турбобур?

2. Из каких деталей состоит турбобур?

3. Составить таблицу групп деталей:

Невращающиеся детали

Вращающиеся детали

1

1

2

2

3

3

4

5

6

4. В чем заключается принцип действия турбобура?

5. Из каких деталей состоит турбина?

6. Что такое ступень турбобура?

7. Что такое статор?

8. Что такое ротор?

9. На роторе второй ступени возникает что?

10. Где устанавливаются опоры турбобура?

11. Что выполняет роль нижней радиальной опоры турбобура?

12. Что из себя представляет радиально - упорный многорядный шарикоподшипник?