Основные параметры стендовых характеристик турбин турбобуров

Количество ступеней - 1. Плотность бурового раствора -1,0 г/см (тех. вода)

Тип турбины	Тормозной крутящий момент, Н.м. Мт	Холостая частота вращения, об/мин (с'¹)	Рабочий перепад давления, МПа	Максимальный перепад давления, МПа		Максимальный КПД
Диаметр турбобура - 240 мм. Расход бурового раствора - 40 л/с
30/16,5-240	24,58	1040 (17,3)	0,0262	0,0262	63,8
А9К5Са	22,02	840 (14,0)	0,0252	0,0324	40,4
Диаметр турбобура - 195 мм. Расход бурового раствора - 28 л/с
26/16,5-195	8,07	835 (13,9)	0,0113	0,0113	55,3
А7Н4С	12,59	1110 (18,5)	0,0287	0,0363	40,5
24/18-195ТЛ	4,74	490 (8,2)	0,0048	0,0048	47,4
24/18-195ТПК	5,63	485 (8,1)	0,0057	0,0057	42,3
А7ПЗ	16,77	1110 (18,3)	0,0320	0,0363	38,2
21/16,5-195 АТЛ	16,32	1395 (23,2)	0,0263	0,0341	70,6
А7ПЗБК	17,69	1190 (19,8)	0,0259	0,0296	52,8
ТВМ-195	11,25	1080 (18,0)	0,0170	0,0211	55,6
Диаметр турбобура - 172 мм. Расход бурового раствора - 24 л/с
28/16-172	8,22	1230 (20,5)	0,0239	0,239	44,2
Диаметр турбобура - 164 мм. Расход бурового раствора - 20 л/с
А6КЗС	6,22	1090 (18,1)	0,0194	0,0232	39,8

При пересчете параметров характеристики турбины на другие значения расхода, плотности жидкости и числа ее ступеней следует пользоваться выражениями табл.15.4:

Таблица 15.4.

M~Q²	n~Q	P~Q²	N~Q³	η inv Q
М~ ρ	n inv ρ	Р~ ρ	N~ ρ	ηinv ρ
M~Z	n inv Z	P~Z	N~Z	η inv Z

где N- мощность турбины; Q - расход промывочной жидкости; P - перепад давления на турбине; η - коэффициент полезного действия; ρ - плотность промывочной жидкости; n – частота вращения вала турбины; Z – число турбинных ступеней.

Если для какого-то типа турбины эти величины совпадают, то он признается оптимальным и выбирается для дальнейших расчетов. Частота вращения вала турбобура на рабочем (экстремальном) режиме в этом случае определяется по формуле:

n = 0,5 n_х, (15.19)

где n_х - частота холостого вращения вала турбины выбранного по табл. 15.3. типа, пересчитанная на принятые величины расхода и плотности бурового раствора по формулам табл.15.4.

Перепад давления на турбобуре с учетом потерь определяется согласно паспортной характеристике выбранного типа турбины, с учетом заданных величин расхода и плотности бурового раствора.

Если из имеющихся типов турбин ни один не является оптимальным, то используются сочетание наиболее высокомоментной турбины со ступенями ГТ или сочетание двух типов турбин, различающихся по быстроходности.

При использовании высокомоментной турбины со ступенями ГТ

необходимое количество ступеней турбины Z определяется по формуле:

Z = M_S/M_T_, (15.20)

где Мт - тормозной момент одной ступени высокомоментной турбины, пересчитанный на принятые величины расхода и плотности бурового раствора но формулам табл.15.4, а количество ступеней ГТ из выражения:

Z_ГТ = Z_s – Z, (15.21)

Если величина Z_ГТокажется меньше 0,1Z_S, то от использования ступеней ГТ можно отказаться.

Результирующая частота вращения вала турбобура на рабочем (экстремальном) режиме определяется по формуле:

n = 0,5 n_x/(l + φ Z_Г_T/Z), (15.22)

Гдеφ –коэффициент торможения; для серийно выпускаемых ГТ φ= 0,9-1,0.

Далее определяется общий перепад давления на турбобурес учетом потерь. При этом перепад давления на ступенях ГТ может быть определен по формуле:

Р_s = Р + Р_ГТ + Р_о_,(15.23)

Где: Р– перепад давления на рабочих турбинах; Р_ГТ- перепад давления на турбинах гидроторможения (с учетом пересчета по формулам табл.15.4; Р_о – потери в турбобуре.

Перепад давления на турбинах гидроторможения определяется по следующей формуле:

Р_ГТ = К_гт ρ z Q²,(15.24)

где Р_ГТ - перепад давления, МПа; К_гт - коэффициент гидравлического сопротивления одной ступени гидроторможения; Q- расход бурового раствора, м³/с; ρ - плотность бурового раствора, кг/см³; z - число ступеней гидротормоза.

Для турбобуров диаметрами 240 и 195 мм, значение К_гтсоставляет 0,003 и 0,0065 соответственно.

Потери давления в проточных каналах турбобура (без учета турбины) при расходе воды 20 л/с приведены в табл.15.5:

Таблица 15.5.

Диаметр турбобура, мм	164; 172
Потери давления Р_о, МПа	0,7	0,4	0,2

Использование данных табл. 15.5 требует пересчета на имеющийся расход и плотность раствора.

Рациональным вариантом энергетической характеристики турбобура признается тот, который обеспечивает минимальную величину перепада давления на турбобуре.

При использовании двух типов турбин, различающихся по быстроходности, количество ступеней быстроходной (высокомоментной) турбины определяется по формуле:

Z₁ = (M_S-Z_SM₂)/(M₁-M₂), (15.25)

где М₁, М₂ - тормозные моменты одной ступени турбины соответственно быстроходного и тихоходного типа, причем M₁>M₂.

Количество ступеней тихоходной турбины Z₂ определяется по формуле:

Z₂ = Z_S-Z, (15.26)

Если величина Z₂окажется меньше 0,1 Z_s, то от использования тихоходной турбины можно отказаться.

Результирующая частота вращения вала турбобура на экстремальном (рабочем) режиме определяется по формуле:

n = 0,5 n_s_р_, (15.27)

где n_s_р- результирующая частота вращения на холостом режиме с использованием двух типов турбин.

n_s_р= (Z₁n_х1+ Z₂n_х2) / (Z₁+ Z₂), (15.30)

Результирующий перепад давления на турбобуре с учетом потерь Р_s_р определяется по формуле:

Р_s_р= (Р_s₁Z₁+ Р_s₂ Z₂+ Р_о),(15.31)

Где Р_s_1,Р_s₂– перепад давления на быстроходной и тихоходной турбинах соответственно; Р_о – потери давления в турбобуре.

Перепады давления для данных типов турбин Р_s_1,Р_s₂, и потери в турбобуре Р_о определяются согласно их паспортной характеристики с учетом заданных величин расхода и плотности бурового раствора.

15.3.2. При заранее неограниченном количестве турбинных секций общее количество ступеней турбин и ГТ неизвестно и его требуется определить исходя из величин потребного тормозного крутящего момента, посчитанного по формуле (15.17) и заданного значения частоты вращения вала турбобура на холостом режиме, которое определяется по формуле:

n_s = 2 n ,(15.32)

n- частота вращения вала турбобура на рабочем режиме, определенная в соответствии с технологическими рекомендациями (ГТН).

Величины осевой нагрузки на долото G, расхода Q и плотности ρ бурового раствора, также принимаются в соответствии с технологическими рекомендациями (ГТН).

Величина n_s определенная по формуле (15.32), сравнивается со значениями n_х для имеющихся в наличии типов турбин (см. табл. 15.3), с учетом пересчета табличных значений по формулам табл.15.4 для принятых величин расхода и плотности бурового раствора. Если для какого-то тина турбины эти величины совпадают, то далее определяется необходимое количество ступеней турбин этого типа по формуле:

Z_s = M_s/M_t (15.33)

где М_т - тормозной момент одной ступени турбины, пересчитанный на принятые величины расхода и плотности бурового раствора по формулам табл. 15.4.

Пересчет параметров характеристики турбины на другие значения расхода Q и плотности рбурового раствора, а также количество ступеней турбины Zпроизводится по формулам табл.15.4:

Если величина Z_s не превышает технологически допустимую и является приемлемой для данных условий бурения, то этот тип турбины признается оптимальным. Далее величину Z_sнеобходимо привести в соответствие с номинальным значением количества ступеней в турбобуре, в соответствии с табл. 15.2, и определить точное количество турбинных секций.

Если из имеющихся типов турбин ни один не является оптимальным, то используются сочетания наиболее высокомоментной турбины со ступенями ГТ или сочетание двух турбин, различающихся по быстроходности.

При формировании характеристик турбобура одним типом турбины сочетании со ступенями ГТ общее суммарное количество ступеней турбины и гидродинамического торможения определяется по формуле:

Z_s = [1+(n_x- n_s)/n_s]M_s/M_т (15.34)

В том числе определяется:

- количество ступеней турбины Z = M_s/М_т;

- количество ступеней ГТ Z_n = Z_s - Z

При определении величин Z_s, Z, Z_ГТ, их следует округлить до целых чисел.

При формировании характеристики турбобура двумя типами турбин, различающихся по быстроходности, общее количество ступеней определяется по формуле:

Z_s = M_s/M₁ + [M_sn₂ (n₁ - n_s)][l - M₂/M₁]/[M₂n₂(n, - n₂)] (15.35)

где n₁ , n₂ - соответственно частоты вращения на холостом режиме турбин быстроходного и тихоходного типа, причем n₁ > n₂.

В том числе определяются:

- количество ступеней тихоходной турбины Z₂ = M_sn₂(n₁ - n_s) / M₂n_s(n₁ - n₂)

- количество ступеней быстроходной турбины Z₁ = Z_s - Z₂

При определении величин Z_s, Z, Z_ГТ, их следует округлить до целых чисел.

После определения Z_sдвумя способами, эту величину необходимо привести в соответствие с номинальным количеством ступеней в турбобуре (см. табл. 15.2) и окончательно определить количество турбинных секций. Из всех вариантов характеристик для дальнейших расчетов необходимо выбрать те, которые обеспечивают минимальное количество турбинных секций.

Для выбранных вариантов необходимо провести пересчет параметров характеристик с учетом изменившегося значения Z_s. При этом увеличение или уменьшение Zs следует производить за счет изменения количества ступеней ГТ или ступеней тихоходной турбины. В некоторых случаях, например, при бурении алмазными долотами, увеличение Z_s можно осуществлять за счет ступеней высокомоментной быстроходной турбины.

После окончательного определения количества ступеней и типов турбин для каждого варианта вычисляется перепад давления на турбобуре с учетом потерь по формуле (15.31). Рациональным признается тот вариант сборки, который обеспечивает минимальную величину суммарного перепада давления па турбобуре.

<83 84 858687 88 89 >

Дата добавления: 2015-06-27; просмотров: 1130;