Техника бурения нефтяных и газовых скважин - Скорость циркуляции потока

 

clip_image023Скорость циркуляции потока, созданная в статоре

 

clip_image025                                                                                   (1.2)

 

clip_image026Скорость циркуляции потока в роторе

 

clip_image027                                                                                (1.3)

 

где проекции скоростей потока c1u = c1cosα1; c2u = c2cosα2; абсолютные скорости с1 = cz/sinα1, c2 = cz = cz/sinα2.

Вращающийся ротор турбины, принимая винтовой вихрь, снижает величину его напряжения, создавая некоторый вращающийся момент. Лопатки статора, закручивая поток вокруг оси турбины, воспринимают направленный в противоположную сторону реактивный момент и передают его на неподвижный корпус турбобура. В многоступенчатой аксиальной турбине напряжение вихря потока, отработанного в ступене ротора, равно напряжению вихря потока на входе в статор следующей расположенной ниже ступени и т. д.

 

Эффективная мощность турбины пропорциональна суммарному возбужденному в ступенях ротора крутящему моменту, умноженному на угловую скорость вращения ротора. Таким образом, чем больше амплитуда изменения давления потока в ступенях статора и ротора, тем больше создаваемый на роторе рабочий момент и тем ниже можно получить угловую скорость вращения вала турбины при одной и той же ее мощности.

 

При небольшом отношении радиальной ширины каналов турбины к среднему радиусу rср можно считать, что средний момент скорости по сечению равен среднему моменту скорости по окружности радиусом rср. Тогда из уравнений теории турбин Эйлера получим приближенный момент, развиваемый одной ступенью турбины (в Н·м)

 

clip_image028                                                                      (1.4)

 

где ρ - плотность жидкости, кг/м3; Q - расход жидкости, м3/с; rср- средний радиус ступени, м.

 

Мощность турбины (в Вт)

 

clip_image029                                                                                             (1.5)

 

где ω = πn/30 - угловая скорость ротора турбины, с-1; п -  частота вращения ротора, об/мин.

 

Мощность, развиваемая одной ступенью турбобура,

 

clip_image031

 

где Dрст- эффективный используемый перепад давления на ступени турбины, МПа,

 

clip_image032

Для турбобуров с числом ступеней k мощность и вращающий момент будут в kраз больше

 

Для тихоходных турбин турбобуров с большим вращающимся моментом требуется создание значительной амплитуды колебания циркуляции, а, следовательно, большой разности проекций скоростей потока

 

с1u—с2u.

 

Для оценки этих качеств турбобуров введены понятия: