RU26586U1 - Шпиндельный секционный турбобур - Google Patents

Description

2002116563

ШПИНДЕЛЬНЫЙ СЕКЦИОННЫЙ ТУРБОБУР

Заявляемая полезная модель относится к области гидравлических приводов для вращательного бурения, в частности, представляет собой шпиндельный секционный турбобур.

Известны конструкции турбобуров - забойных гидравлических двигателей, предназначенных для бурения скважин в различных геологических условиях (см., например, книгу «Справочник инженера по бурению, т.1 под редакцией В.И.Мищевича и Н.А.Сидорова; Москва, «Недра, 1973, стр. 212 - 256). В соответствии с указанным источником турбобур включает корпус, в котором монтируется система дисков статора турбины, средние опоры и подпятники, стянутые между собой ввинченными в корпус ниппелем и переводником, соединенным с колонной бурильных труб. На валу турбобура монтируется система дисков ротора, втулки средних и нижних радиальных опор и диски пяты, которые стянуты между собой роторной гайкой в монолитную систему. Турбина турбобура - многоступенчатая и состоит из систем дисков статора и ротора, из которых первая связана с корпусом, а вторая - с валом турбобура.

Обычно бурильные трубы и связанный с ними корпус турбобура не вращаются и гидравлическая энергия потока жидкости преобразуется в турбине в механическую энергию вращения вала, несущего на конце долото.

Разнообразные геологические условия, в которых работают турбобуры, вызвали необходимость создания большого количества их конструктивных разновидностей, отвечающих требованиям технологии бурения сквамсин, а также конструктивным и эксплуатационным требованиям, предъявляемым к современным гидравлическим забойным двигателям. Так были созданы шпиндельные турбобуры, в которых осевая опора вынесена в самостоятельный узел - шпиндель, к которому присоединяется необходимое количество секций с турбинами, что дает возможность получить турбобуры с различными характеристиками. Секционные турбобуры состоят из двух и более отдельных турбобуров (секций), соединенных между собой последовательно. Их корпуса соединены посредством конических резьб, а валы секций турбобуров соединены при помощи соединительных муфт (конусных или конусно-шлицевых). Число ступеней турбины 200 и более. Такие турбобуры применяют при бурении глубоких скважин (см. указанный выше источник, стр. 216,238).

Известные конструкции турбобуров наряду с определенными техническими и технологическими достоинствами обладают рядом существенных недостатков, что затрудняет их эффективное использование в условиях современного бурения глубоких наклонно-направленных скважин моментоемкими и долговечными долотами как шарошечными, так и безопорными (в т.ч. с алмазотвердосплавным вооружением). Основными требованиями, предъявляемыми в этих условиях к забойному двигателю (турбобуру, в частности) являются:

МЬСИ Е21В 4/02 F03B 13/02

-максимально возможная величина момента, приходящаяся на единицу осевой длины турбобура ( M/L), обеспечивающая необходимую компактность (т.е. снижение осевых габаритов турбобура при требуемых значениях величины момента на валу);

-максимально возможная долговечность осевых опор турбобура, обеспечивающая наработку на отказ турбобура, безусловно ( а по возможности и многократно) превосходящую ресурс работы долота;

-максимально возможная долговечность радиальных опор турбобура, обеспечивающая наряду с длительным сохранением стабильности энергетической характеристики двигателя возможность реализации технологических требований проводки ствола наклонно-направленной скважины.

За прототип заявляемой полезной модели может быть принят щпиндельный секционный турбобур, состоящий из нескольких (как правило, трех) турбинных секций и шпиндельной секции. В каждой турбинной секции установлены на валу и в корпусе ступени многоступенчатой осевой турбины (практически 100... 105 ступеней) радиальные резинометаллические опоры и крепежно-соединительные элементы (полумуфты и переводники). В щпиндельной секции на валу и в корпусе размещена многорядная осевая опора (резинометаллическая или шаровая), несколько (как правило, две) резино-металлические радиальные опоры и крепежно-соединительные элементы (полумуфта, переводник, ниппель).

Резино-металлическая осевая опора щпинделя состоит, как правило, из 25 ступеней подпятников, закрепленных в корпусе и представляющих собой стальной остов, на котором путем привулканизации закреплена двусторонняя резиновая обкладка, выступающая над торцами остова на величину порядка 3 мм; закрепленные на валу диски пяты размещены между подпятниками, имея возможность торцевого контакта с резиновой обкладкой либо выше-, либо нижерасположенного подпятника.

Упорно-радиальный подшипник представляет собой многорядный шарикоподшипник двустороннего действия. Подшипник не имеет сепараторов, в нем не предусмотрены специальные защитные системы от воздействия ударных динамических нагрузок. Радиальные резино-металлические опоры как в турбинной секции, так и в шпинделе, как правило, выполняются в виде металлических остовов, закрепляемых в корпусе и имеющих внутреннюю обрезиненную цилиндрическую поверхность, находящуюся в контакте с - наружной цилиндрической поверхностью втулки радиальной опоры, закрепляемой на валу ( см., например, книгу Д.Г. Малышева «Регулирование турбобуров, М., «Недра, 1985, стр. 86-88). Недостатками известной конструкции турбобура являются:

ограниченная возможность увеличения момента на валу турбобура, потребного для привода современных долот, достигаемого повышением числа ступеней многоступенчатой турбины, что в традиционном конструктивном исполнении приводит к соответствующему и в определенных условиях недопустимому увеличению осевой длины турбобура;

- недостаточная долговечность опор турбобура, что наряду со снижением техникоэкономических показателей бурения чревато опасностью преждевременного вывода из строя турбины из-за посадки ротора на статор или их радиального износа. В связи с изложенным, основной технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является устранение указанных недостатков и создание такого шпиндельного секционного турбобура, конструкция которого обеспечивала бы удовлетворение указанных выше требований: повышение крутящего момента на валу турбобура за счет увеличения числа ступеней, приходящегося на единицу осевой длины многоступенчатой турбины без снижения ее КПД, а также повышение эксплутационной надежности турбобура и его долговечности.

ступени многоступенчатой осевой турбины, радиальные резино-металлические опоры и крепежные соединительные элементы, и шпиндельную секцию, в которой на валу и в корпусе размещена многорядная осевая опора, несколько резино-металлических радиальных опор и крепежные соединительные элементы, каждая ступень осевой турбины с решетками профилей лопаточного аппарата статора и ротора выполнена таким образом, что величина относительного шага решетки профилей выбирается в пределах t 0,92...0,98 , причем эта величина тем больше, чем выше быстроходность турбины, а осевая высота решетки профиля лопаточного аппарата на 25...30% меньше, чем у стандартных турбин с решетками профиля того же типа и быстроходности. Ступицы турбинных колес, подвергаемых деформации сжатия при их фрикционном креплении на валу и в корпусе турбобура, выполняются при обеспечении твердости стального литья турбины в пределах (280...350)НВ, при этом величина конструктивного люфта турбины выполняется в пределах 12... 14 мм. Количество турбинных секций по сравнению с серийным турбобуром с такими же энергетическими параметрами уменьшено на 1/3 или при том же количестве секций на такую же величину увеличено количество ступеней многоступенчатой турбины, обеспечиваюшей повышенный момент на валу турбобура. Осевая опора заявляемого турбобура выполнена в виде многорядной резинометаллической пяты с полностью заглубленной в металлический остов подпятника резиновой обкладкой, причем твердость резины последней выбирается из соотношения 1i (Si/S2)Ti, где Ti и Si - соответственно твердость резины и коэффициент формы в подпятнике с выступаюшей над поверхностью металлического остова резиновой обкладкой, Т2 и S2 - то же для подпятника с резиновой обкладкой, полностью заглубленной в металлический остов. Каждый диск многорядной резино-металлической пяты изготовлен из упрочненной стали, например, 1) из стали 38Х2МЮА, подвергнутой глубокому каталитическому азотированию; 2) из стали 45, подвергнутой упрочнению методом электроэрозионного синтеза (ЭЭС); 3) из стали 95X18, закаленной до твердости 60...62HRC; а обкладка подпятников - из композиционной износостойкой резины, например, марки РС-26ч. При выполнении осевой опоры в виде многорядного подшипника качения он изготавливается из стали с оптимальным соотношением показателей твердости рабочих поверхностей и ударной вязкости (соответственно 55...58 HRC и 4...4,5 кгс.м/см), например, из сред неуглерод исто и бескремниевой стали мартенситного класса. Радиальные резино-металлические опоры выполнены: втулки - из упрочненной среднеуглеродистой стали (например, 40Х), подвергнутой глубокому каталитическому азотированию, а резиновая обкладка - из композиционной износостойкой резины, например, марки РС-26ч.

Возможность осуществления заявляемой полезной модели доказывается успешной отечественной и зарубежной практикой использования в нефтегазодобываюшей промышленности шпиндельных секционных турбобуров. Отличительные признаки, отраженные в формуле полезной модели, могут быть реализованы с помощью средств, используемых в нефтепромысловом машиностроении. Эти признаки необходимы и достаточны, поскольку обеспечивают решение поставленной задачи - создание такой конструкции шпиндельного секционного турбобура, которая давала бы возможность повышения крутящего момента на валу турбобура за счет увеличения числа ступеней, приходяшихся на единицу осевой длины многоступечатой турбины без снижения ее КПД, или уменьшения его осевой длины за счет уменьшения количества секций, а также повышение эксплуатационной надежности турбобура и его долговечности.

В дальнейшем заявляемая полезная модель поясняется примером ее выполнения, схематически изображенном на прилагаемых фигурах, на которых: Фиг. 1 - общий вид заявляемого шпиндельного турбобура:

Фиг. 2 - ступень многоступенчатой турбины заявляемого турбобура в увеличенном

масштабе;

Фиг. 3 - решетка профилей лопаточного аппарата турбины, изображенной на фиг. 2;

Фиг. 4 - ступень многорядной резино-металлической опоры шпинделя турбобура:

а)серийной конструкции турбобура,

б)заявляемой конструкции турбобура. Шпиндельный секционный турбобур (фиг.1) включает:

несколько турбинных секций (фиг 1,а), состоящих из корпуса 1, вала 2, установленного в радиальных опорах 3, ступеней многоступенчатой осевой турбины, статоры 4 которой вместе с радиальными опорами и регулировочными кольцами 5 закреплены в корпусе при помощи конических резьб промежуточного 6 и соединительного 7 переводников, роторы 8 вместе с втулками 9 радиальных опор, регулировочными 10 и проставочными И кольцами закреплены на валу верхней конусно-шлицевой полумуфтой 12;

- шпиндельную секцию, состоящую из корпуса 13, вала 14, установленного в радиальных опорах в виде обрезиненных втулок 15, закрепленных в корпусе, и втулок 16, установленных на валу. В качестве осевой опоры может быть использована как многорядная резинометаллическая пята скольжения 17, выполняющая одновременно функцию лабиринтного уплотнения вала (фиг. 1,6), так и многорядный упорно-радиальный подшипник качения 18 (фиг. 1,в). В последнем случае возможна установка одного из известных уплотняющих устройств: несколько рядов непроточной пяты - резино-металлической опоры, торцового сальника и т.д. ( на схеме не показаны). Невращающиеся детали в корпусе шпинделя закреплены по торцам промежуточным переводником 6 и ниппельной гайкой 19, свинчиваемыми на конических резьбах. Вращающиеся детали на валу шпинделя закреплены между упорным торцем на валу шпинделя и полумуфтой 20 на конической резьбе.

Работа заявляемого турбобура осуществляется следующим образом. Турбобур спускают к забою скважины на колонне бурильных труб. Энергия, необходимая для работы турбобура, доставляется потоком промывочной жидкости, подаваемой по бурильным трубам установленными на поверхности буровыми насосами. В турбине гидравлическая энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию вращения вала с присоединенным к нему породоразрушающим инструментом - долотом. Из турбины отработавшая жидкость направляется в центральное отверстие вала шпинделя и затем - в долото. Далее поток промывочной жидкости подхватывает с забоя разбуренную породу и увлекает ее за собой, двигаясь по кольцевому пространству вверх к устью скважины. На дневной поверхности жидкость очищается от выбуренной породы после чего поступает в прием буровых насосов, которые снова подают ее через колонну бурильных труб в турбобур. Преобразуемая в каждой ступени турбины доля гидравлической энергии потока передается валу, при этом суммарный вращающий момент тем больше, чем большее количество ступеней турбины размещено на определенной осевой длине турбобура. Увеличение параметра M/L турбобура, означающее повышенный момент (М), снимаемый с единицы осевой длины (L), достигается путем использования в заявляемом техническом решении турбин с пониженной (по сравнению с применяемой на практике) осевой высотой с сохранением, а при определенных условиях и с улучшением энергетических параметров исходной турбины. Снижение осевых габаритов турбины (Н) производится за счет: а) снижения осевой высоты ее проточной части hct + hn (фиг.2);

б) уменьшения величины осевого люфта турбины (1 - осевой зазор между лопаточными венцами - проточными частями - статора и ротора, см. фиг.2), 1 а + с, где а - зазор между венцами вышерасположенного статора и ротора, с - зазор между венцами ротора и нижерасположенного статора.

Снижение осевой высоты проточной части турбины производится, исходя из следующих соображений.

Применяемые в турбобурах осевые многоступенчатые турбины с решетками профилей лопаточного аппарата любого типа - от плосколопаточного (пропеллерная турбина) до предельно профилированного ( высокоциркулятивная турбина) типа - имеют лопатки статора и ротора ( в наиболее распространенном варианте использования турбин с зеркально отображенными системами статора и ротора), установленными таким образом, что шаг профиля (t - расстояние по окружности среднего расчетного диаметра d между соседними лопатками) и величина хорды (Ь - длина отрезка касательной между входной и выходной кромками лопатки) находятся в строго регламентированном соотношении, называемом относительным шагом (f), для которого: 0,65 (f t/b) 0,9 (фиг.З). Это обусловлено тем, что при t 0,65 решетка профилей чрезмерно загущена, что опасно из-за возможного зашламления межлопаточных каналов, при t 0,9 решетка профилей чрезмерно разрежена, что приводит к «провалу потока в межлопаточном канале, снижению КПД и недобору мощности. Указанный диапазон относительного шага принят в практике конструирования турбобуров, основанной на экспериментальных зависимостях гидравлического КПД от шага профиля, полученных в стендовых исследованиях на воде. В реальных условиях при работе на более вязкой промывочной жидкости (буровом растворе) с плотностью р до 1,3 г/см и более решетку профилей допустимо выполнять с относительным шагом t 0,9. Это подтверждено опытными работами по применению профилей пониженной осевой высоты и обусловлено тем, что при движении более плотной жидкости на криволинейном участке в межлопаточном канале возрастает ее инерционное воздействие на лицевую сторону лопатки. Это обеспечивает более правильное отслеживание усредненным вектором скорости жидкости в межлопаточном канале направления, задаваемого конструктивной формой и выходными углами лопаток. Как следствие этого, требование к исключению явления «провала потока снижается, а величина относительного шага профиля решетки может быть увеличена до значений f (0,92...0,98). При этом для турбин нормального профиля (с осевым входом потока на лопатки) и для турбин пропеллерного типа (с лопатками малой кривизны) величина относительного шага может быть тем больше, чем меньше угол установки лопатки р (фиг.З) или (что соответственно) чем выше быстроходность турбины. При выполнении турбины с пониженной осевой высотой проточной части важным фактором сохранения, а при определенных условиях и повышения ее энергетической характеристики является качество ее рабочих поверхностей. Применение метода точного литья, позволяющего значительно у.11учшить характеристики литых турбин за счет точного выполнения геометрических размеров, относительно высокой чистоты поверхности и отсутствия недоливов выходных кромок лопаток, решает эту проблему. При этом по сравнению с ранее применявшимися в серийных турбобурах турбинами точного литья турбины пониженной осевой высоты выполняются цельнолитыми с улучшенными механическими свойствами и качеством рабочей поверхности (шероховатость не более Rz20). Уменьшение осевого люфта турбины возможно при:

а)обеспечении таких жесткостных характеристик статорной и роторной систем, которые, обуславливая равенство деформаций при их креплении путем осевого сжатия, не приводят к потере осевого люфта в многоступенчатой системе как при ее работе в процессе бурения, так и при возможном длительном хранении в напряженном состоянии;

б)существенном повыщении стойкости осевой опоры вала турбобура.

Принятая для турбин серийных турбобуров величина конструктивного осевого люфта, равная 16 мм (а в ряде турбин 18 мм), обусловлена сложностью регулировки многоступенчатой турбины с недостаточными, как правило, механическими свойствами стального литья (низким пределом текучести от), что зачастую приводит к несоответствию натягов в статорной и роторной системах и в результате - к снижению

фактически получаемого люфта до недопустимо малых значений. Известно, что основным условием сохранения величины конструктивного люфта при креплении систем статора и ротора турбины является равенство деформаций их сжатия: (Хр ). Известно также, что максимально допустимая величина деформации сжатия Хтах отЬ/Е, где L -длина стягиваемых деталей, Е - модуль упругости. Таким образом, повышая предел текучести стального литья турбины и увеличивая соответственно предельно допустимую величину деформации систем статора и ротора, можно с большей степенью точности контролировать правильность регулировки с минимальными потерями конструктивного люфта. Это, во-первых, позволяет существенно снизить саму величину конструктивного люфта до допустимых значений, а во-вторых, благоприятно сказывается на достижении надежной монолитности систем статора и ротора и герметичности торцевых контактов, обеспечивающей незашламляемость кольцевых зазоров между корпусом и статорами, валом и роторами.

Одним из радикальных решений этой проблемы является, наряду с безусловным обеспечением всех остальных требований по точности .изготовления и качеству комплектования турбин, повышение твердости поверхности ступиц турбинных колес, подвергаемых деформациям сжатия при их фрикционном креплении на валу и в корпусе турбобура. При обеспечении твердости стального литья турбины в пределах 280...350 НВ вместо 180...220 НВ, присущей практически всем серийным турбинам, можно с достаточной степенью надежности снизить величину конструктивного люфта турбины до 12... 14 мм, практически обеспечивая близкие к этому значения фактически получаемых в процессе сборки и регулировки секций турбобура осевых люфтов. Попутно с этим повышенная твердость рабочих поверхностей проточной части турбины повышает ее стойкость в условиях гидроабразивного изнашивания.

Используемые в серийных турбобурах осевые опоры сконструированы, как правило, исходя из допустимости набора в процессе работы осевого люфта. Величина этого люфта, характеризующая долговечность опоры, не может превышать (как максимум) половины величины осевого люфта турбины 1, если турбина отрегулирована таким образом, что верхний и нижний зазоры равны, т.е. а с; при доминирующем характере износа осевой опоры от нагрузки сверху вниз, т.е. когда гидравлическая нагрузка на вал превышает нагрузку на долото, вал турбины регулируется с подъемом так, что . В практике (и в технологических регламентах) допустимая величина износа (люфта) осевой опоры турбобура принята не более 5 мм. Это определяется тем, что фактический осевой люфт турбины всегда меньше конструктивного, а строгий контроль величины подъема вала (т.е. распределение люфта между зазорами (а) и (с) затруднителен. Но кроме этого, при достижении в процессе износа осевой опоры серийных шпинделей величин порядка 3... 5 мм далее происходит лавинообразный процесс набора осевого люфта, приводящий к выходу из строя большого числа турбинных колес. Однако не только опасность вывода из строя самой турбины, но и существенное влияние на ее энергетические характеристики, обуславливает необходимость принципиально иного решения конструкции осевой опоры. Повышение долговечности и энергетических параметров опоры турбобура может быть достигнуто путем использования конструкции многорядной осевой резинометаллической пяты с заглубленной в металлический остов подпятника резиновой обкладкой. Принцип такой опоры известен и ее отличие от серийно используемой пяты, в которой резиновая обкладка выступает над поверхностью остова (фиг. 4а), заключается в том, что не происходит характерное для резино-металлической опоры выдавливание резины и охватывание ею торцев контактирующего с ней диска пяты. Если в пяте 17 серийно используемой многорядной резино-металлической опоры резиновая обкладка 21 (фиг.4а) выступает над поверхностью остова подпятника 22, то в заявляемом турбобуре пята 17 многорядной резино-металлической опоры выполнена таким образом (фиг. 46), что в металлический остов подпятника 23 полностью заглублена резиновая обкладка 24.

при работе пяты в заявляемом турбобуре не происходит характерное для резинометаллической пяты вдавливание и охватывание ею торцев контактирующего с ней диска 25 пяты. Пята с заглубленной резиной обладает лучшей, чем обычная пята, характеристикой трения и нагрузочной способностью. Момент трения в ней ниже, чем в опоре серийного турбобура ЗТСШ1-195. Это объясняется тем, что при динамических нагружениях резиновой обкладки форма ее поверхности не претерпевает существенных изменений, что с одной стороны способствует поддержанию гидродинамического режима смазки в зазоре пары трения, а с другой стороны в виду малых деформаций (а поэтому, низкой величины накапливаемой в эластичном материале кинетической энергии) не приводит к значительному внутреннему накоплению тепла (разогреву), что имеет место в сильно деформируемой обычной опоре с большей свободной поверхностью резины и, как следствию, падению ее усталостной прочности. Однако, будучи практически заневоленной в замкнутом объеме, эластичная-обкладка подпятника с заглубленной резиной может хуже выполнять, становясь фактически твердым телом, функцию контртела эластометаллической пяты, обеспечивающего вдавливание и прокатывание абразивных частиц без нарушения целостности поверхности резины. Это требует иного подхода к выбору жесткости материала (резины), чем для серийной опоры. При прочих равных условиях (по воспринимаемой нагрузке, скорости скольжения, параметрах промывочной жидкости - ее реологических характеристиках, содержании в ней абразивных частиц и окружающей температуре) поверхность заглубленной резины должна обладать уменьшенной по сравнению с серийной опорой жесткостью. Достигается это путем использования резины с уменьшенной твердостью в соотношении; T2(Si/S2)Ti, где Т2 и Ti - твердость резины соответственно в пяте заявляемого турбобура и в серийной пяте; S2 и Si - соответственно для опор заявляемого и серийного турбобуров коэффициенты формы, равные соотношению плошадей поверхности резины, находящейся в сцеплении с металлом FM, к свободной поверхности резины Fc. Из фиг.4 очевидно, что при прочих равных условиях Si 82. Для реальных размеров опор турбобура соотношение твердости резин подпятника заявляемого турбобура и серийного подпятника должно находиться в пределах Та (0,65...0,8)Ti. Это достигается применением композиционной износостойкой резины, позволяющей гибко менять ее физикомеханические свойства, с твердостью от 65 до 85 по Шор А.

Исходя из выщеизложенного, выбор материала пары трения резина - металл осуществляется при обеспечении равностойкости при общей повышенной стойкости в абразивной жидкости, необходимых компенсационных и амортизирующих свойствах многорядной опоры для равномерности распределения усилий по ее рядам в условиях динамического нагружения, минимизации потерь трения в широком диапазоне величин нагрузок и скоростей скольжения;

-диски могут быть изготовлены из упрочненной стали, например,

1)из стали 38Х2МЮА, подвергнутых глубокому каталитическому азотированию с толщиной упрочненного слоя до 700 мкм и твердостью 62.. .64 HRC;

2)из стали 45, подвергнзггых упрочнению методом электроэрозионного синтеза (ЭЭС), позволяющему получать на поверхности металла твердые износостойкие покрытия на основе сплавов внедрения (карбиды, бориды и т.п.) толщиной до 800 мкм и микротвердостью до 3400кг/мм2;

3)из стали 95X18, закаленных до твердости 60...62 HRC;

-обкладки подпятников из композиционной износостойкой резины, например, марки РС264-65 (ТУ 2512-003-36523570-97).

При использовании в качестве осевой опоры шпинделя многорядного упорнорадиального подшипника качения, обеспечивающего существенно меньшие по сравнению с опорами скольжения потери на трение, повышение его долговечности может быть достигнуто пзггем замены применяемых для серийных подшипников сталей 55СМ5ФА или 111X15 на сталь с оптимальным соотношением показателей ударной вязкости и

твердости. Известно, что для названных применяемых сталей повышение твердости рабочих поверхностей, необходимое при работе в абразивной среде, сопряжено с существенным снижением величины ударной вязкости, что в многорядном подшипнике, работающем в условиях больших динамических нагрузок, приводит к хрупкому разрушению элементов опоры и преждевременному выходу ее из строя. Поэтому использование стали 111X15 для таких опор практически прекращено, а для стали 55СМ5ФА с целью повышения ее ударной вязкости до приемлемых величин (З...3,5 кгс.м/см) твердость рабочих поверхностей опоры выполняется в пределах 45...48 HRC, что недостаточно для ее износостойкости в абразивной среде.

В связи с этим предлагается использовать среднеуглеродистую бескремниевую сталь мартенситного класса, термообработанную по специальному режиму на твердость 55...58 HRC, обеспечивающему ударную вязкость на уровне 4.. .4,5 кгс.м/см (в настоящее время названная сталь патентуется).

Повышение долговечности радиальных опор шпинделя и их равностойкости с другими быстроизнашивающимися деталями турбобура достигается тем, что вместо используемых в серийной конструкции втулок из низкоуглеродистых цементируемых сталей марок 20Х, 25Х1МФ и т.п. предлагается замена на среднеуглеродистую сталь, подвергнутую глубокому каталитическому азотированию (например, сталь 40Х с толщиной упрочненного слоя до 700 мкм и твердостью 58...60 HRC). Резиновая обкладка радиальных опор вместо используемой в серийных конструкциях резины марки ИРП 1226 (ГОСТ 4671-76) выполняется из износостойкой композиционной резины, например, марки РС-26Ч-65 (ТУ 2512-003-36523570-97).

В.Н. Мартынов В.Х. Мурадя П.И. Попов. В.А. Шулепов( В.П. Шумилов

Claims (7)

1. Шпиндельный секционный турбобур, включающий несколько турбинных секций, а каждой из которых размещены на валу и в корпусе ступени многоступенчатой осевой турбины, радиальные резино-металлические опоры и крепежные соединительные элементы, и шпиндельную секцию, в которой на валу и в корпусе размещены многорядная осевая опора, несколько резинометаллических радиальных опор и крепежные соединительные элементы, отличающийся тем, что каждая осевая турбина с решеткой профиля лопаточного аппарата выполнена с лопатками статора и ротора, установленными таким образом, что величина относительного шага профиля решетки выбирается в пределах t' = 0,92...0,98, причем эта величина тем больше, чем выше быстроходность турбины, а осевая высота решетки профиля лопаточного аппарата на 25...30% меньше, чем у стандартных турбин с решетками профиля того же типа и быстроходности.

2. Шпиндельный секционный турбобур по п.1, отличающийся тем, что ступицы турбинных колес, подвергаемые деформации сжатия при их фрикционном креплении на валу и в корпусе турбобура, выполняются при обеспечении твердости стального литья турбины в пределах 280...350 НВ, при этом величина конструктивного люфта турбины выполняется в пределах 12...14 мм.

3. Шпиндельный секционный турбобур по пп.1 и 2, отличающийся тем, что количество турбинных секций по сравнению с серийным турбобуром с такими же энергетическим параметрами уменьшено на 1/3 или при том же количестве секций на такую же величину увеличено количество ступеней многоступенчатой турбины, обеспечивающей повышенный момент на валу турбобура.

4. Шпиндельный секционный турбобур по пп.1-3, отличающийся тем, что его осевая опора выполнена в виде многорядной резино-металлической пяты с полностью заглубленной в металлический остов подпятника резиновой обкладкой, причем твердость резины последней выбирается из соотношения Т₂ = (S₁/S₂)T₁, где T₁ и S₁ - соответственно твердость резины и коэффициент формы в подпятнике с выступающей над поверхностью металлического остова резиновой обкладкой, Т₂ и S₂ - то же для подпятника с резиновой обкладкой, полностью заглубленной в металлический остов.

5. Шпиндельный секционный турбобур по пп.1-4, отличающийся тем, что каждый диск многорядной резино-металлической пяты изготовлен из упрочненной стали, например, 1) из стали 38Х2МЮА, подвергнутой глубокому каталитическому азотированию; 2) из стали 45, подвергнутой упрочнению методом электроэрозионного синтеза (ЭЭС); 3) из стали 95Х18, закаленной до твердости 60...62 HRC; а обкладка подпятников - из композиционной износостойкой резины, например, марки РС-26ч.

6. Шпиндельный секционный турбобур по пп.1-3, отличающийся тем, что его осевая опора выполнена в виде многорядного подшипника качения, изготовленного из стали с оптимальным соотношением показателей твердости рабочих поверхностей и ударной вязкости (соответственно 55...58 HRC и 4...4,5 кгс•м/см²), например, из среднеуглеродистой безкремниевой стали мартенситного класса.

7. Шпиндельный секционный турбобур по пп.1-6, отличающийся тем, что его радиальные резино-металлические опоры выполнены: втулки - из среднеуглеродистой стали (например, 40Х), подвергнутой глубокому каталитическому азотированию, а резиновая обкладка - из композиционной износостойкой резины, например, марки РС-26ч.