§ 4.2. ЭЛЕМЕНТЫ УСТРОЙСТВА.

Турбинные колеса бывают цельнолитыми или составными. В условиях вибрационной нагрузки более прочны монолитные колеса, но лучшие формы лопастей с чистой поверхностью имеют колеса, сменные венцы которых изготовлены из стали методом точного литья или из полимерных материалов.

из трубных заготовок, соединяются с лопастной частью посредством эксцентричного соединения. Для повышения прочности венцы имеют ободы, однако в турбобурах малого диаметра применяют безободные диски.

В качестве опор вала турбобура используют резино-металлические подшипники скольжения и шарикоподшипники: упорно-радиальные, упорные и радиальные.

4.3. Резино-металлические подшипники (а, б) и опоры качения (в, г)

Резино-металлический упорно-радиальный подшипник выполняется в виде многоступенчатой проточной пяты. Ступень пяты состоит из подпятника 1,диска 2и кольца 3.Резиновая обкладка подпятника (рис. 4.3, а) имеет три рабочие поверхности - две плоские торцовые, воспринимающие осевые нагрузки, и внутреннюю цилиндрическую (или многогранную), работающую как радиальный подшипник.

Упорный подшипник (непроточная пята - сальник) отличается тем, что подпятник имеет резиновые обкладки только на торцовых поверхностях и отсутствуют окна для прохода жидкости (рис. 4.3, б).

Радиальный подшипник средних опор состоит из наружной и внутренней втулок и соединяющих их ребер, приваренных к втулкам. Резиновая обкладка завулканизирована в выточке внутренней втулки (см. рис. 4.2). Радиальным подшипником служит также ниппель (или безрезьбовая обрезиненная втулка) в так называемом шпинделе (см. ниже).

На всех резиновых обкладках имеются канавки, служащие для смазки подшипников промывочной жидкостью. Материалом для обкладок служит тепломаслостойкая резина, сохраняющая работоспособность при температуре до 110° С и в среде, содержащей нефть и газ.

Использование в турбобурах эластичных подшипников основано на их способности работать при смазке жидкостью, содержащей абразивные частицы. Твердая частица, попадая между трущимися поверхностями, вдавливается в поверхность резины. При этом сила прижатия частицы к металлу определяется упругостью резины и не зависит от нагрузки на опору. Поскольку усилие прижатия невелико, износ металлической поверхности, сопряженной с эластичной, происходит значительно медленнее, чем в жесткой опоре.

Все же именно износ деталей пяты определяет межремонтный период работы турбобура и** значительной степени затраты на его эксплуатацию. По стандарту стойкость пяты установлена при работе на воде 100 ч., а на буровом растворе с плотностью до 1,5 (по воде) и содержанием песка до 2% - всего 65 ч. Невысокая износостойкость и увеличенные потери на трение в условиях бурения с применением утяжеленных и абразивных промывочных жидкостей и высоких (свыше 150° С) забойных температурах ограничивают возможности применения резино-металлических опор. Потери на трение в этих опорах особенно возрастают с уменьшением скорости скольжения, в связи с чем турбобур может устойчиво работать на сравнительно высокой частоте вращения. В поисках более совершенных опор и для обеспечения устойчивой работы турбобура на низких частотах вращения конструк­торы турбобуров постоянно работали над созданием опор качения для забойных двигателей. Попытки применить опоры, заключенные в масляную ванну, не дали результата из-за быстрого нарушения ее герметичности. В настоящее время в турбобурах, наряду с резино-металлическими подшипниками, применяют открытые (работающие в среде промывочной жидкости) многорядные бессепараторные шарикоподшипники - упорно­радиальные (рис. 4.3, в) и упорные (рис. 4.3, г), а также однорядные радиальные.

Упорные подшипники типа ТТТТТТО устанавливают на резино-металлических амортизаторах. Эти элементы служат для распределения нагрузки по ступеням опоры и смягчают ударные нагрузки. Испытания показали, что стойкость таких «амортизиро­ванных» опор в несколько раз выше, чем у резино-металлической пяты [30, с.

Уплотнительные устройства в турбобурах служат для уплотнения выхода вала из корпуса и для защиты опор качения от попадания крупного абразива.

Уплотнения вала могут быть «расходными» (с ограниченной утечкой) и «безрасходными». Примером уплотнения первой группы служит кольцевой зазор в ниппеле. Большие утечки жидкости при высоких перепадах давления в долоте, особенно в случае износа узла уплотнения, ухудшают промывку забоя. Сокращение утечек достигается применением пяты-сальника. В этом органе совмещены функции опоры и дросселирующего устройства. Высокое гидравлическое сопротивление создается системой щелей и радиальных каналов в резиновых обкладках упорного подшипника.

Для защиты опор качения испытаны различные системы, как, например, жесткие торцовые уплотнения, многорядные резино-металлические сальники с гидравлической разгрузкой и др. [30].

Шпиндель турбобура представляет собой узел осевой опоры, выполненный в виде самостоятельной секции для быстрой замены после отработки. Корпус шпинделя с помощью конической резьбы соединяется с корпусом турбины, а его вал посредством

конусно-шлицевой муфты - с валом турбины. В качестве опоры в шпинделе применяю'как резино-металлическую пяту, так и многоступенчатые шарикоподшипники.