Xem mẫu
- Ch¬ng V
khoan b»ng ®éng c¬ ®¸y
B¾t ®Çu tõ nh÷ng n¨m 30 cña thÕ kû tríc, song song víi ph¬ng ph¸p
khoan r«to, ngêi ta cßn ¸p dông nh÷ng ph¬ng ph¸p khoan kh¸c, trong ®ã cã
ph¬ng ph¸p khoan b»ng ®éng c¬ ®¸y.
Trong ph¬ng ph¸p khoan b»ng ®éng c¬ ®¸y, ®éng c¬ truyÒn chuyÓn
®éng cho choßng khoan cã thÓ lµ Tuèc Bin khoan trôc vÝt hay ®éng c¬ ®iÖn.
§éng c¬ nµy l¾p ngay bªn trªn choßng khoan. Trong qu¸ tr×nh khoan b»ng
®éng c¬ ®¸y, cét cÇn khoan kh«ng quay vµ t¹o ®iÒu kiÖn lµm viÖc nhÑ nhµng
cho chóng.
A - Khoan tuèc bin
Trong nhiÒu híng khoan b»ng ®éng c¬ ®¸y, híng khoan Tuèc Bin lµ
®îc sö dông réng r·i nhÊt.
N¨m 1923 Kü s Liªn X« Kapenciusnhikov ®· ®Ó nghÞ dïng ®éng c¬
ch×m ®Ó quay choßng khoan. N¨m 1924 Tuèc Bin cña Kapenciusnhikov ®·
®îc sö dông ®Ó khoan giÕng ®Çu tiªn trªn thÕ giíi. Tuèc Bin nµy chØ cã mét
tÇng, cã hép gi¶m tèc. Nã kh«ng ®îc sö dông réng r·i v× trong Tuèc Bin mét
tÇng chÊt láng ch¶y víi tèc ®é cao. Dßng ch¶y víi tèc ®é cao mang theo c¸c
h¹t c¸t lµm cho c¸nh Tuèc Bin rÊt chãng mµi mßn.
N¨m 1934, Kü s Sumil«p ®· ®Ó nghÞ dïng kiÓu Tuèc Bin míi gåm
nhiÒu tÇng. Trong mét Tuèc Bin cã tíi 100 - 150 tÇng, cho phÐp t¨ng c«ng
suÊt lªn 10 - 20 lÇn, h¹ thÊp tèc ®é quay xuèng nhê vËy mµ kh«ng cÇn hép
gi¶m tèc n÷a. Tèc ®é ch¶y cña níc röa gi¶m nªn c¸nh Tuèc Bin Ýt bÞ mµi
mßn.
Tõ n¨m 1940 - 1941. ë Ba Cu b¾t ®Çu sö dông Tuèc Bin khoan trong
thùc tÕ. N¨m 1944 khoan Tuèc Bin b¾t ®Çu sö dông réng r·i trong c¸c má dÇu.
Sau chiÕn tranh thÕ giíi lÇn thø 2 khoan Tuèc Bin lµ mét trong nh÷ng ph¬ng
ph¸p khoan chñ yÕu ë Liªn X«.
Ngµy nay cÊu tróc Tuèc Bin khoan cµng ngµy cµng hoµn thiÖn vµ ngêi
ta ®· chÕ t¹o nhiÒu lo¹i Tuèc bin cã ®Æc tÝnh kü thuËt kh¸c nhau.
139
- 5.1 ¦u nhîc ®iÓm, nguyªn lý lµm viÖc vµ cÊu tróc cña Tuèc
Bin khoan.
5.1.1.¦u nhîc ®iÓm cña Tuèc Bin khoan
So víi ph¬ng ph¸p khoan r«to khoan Tuèc Bin cã nh÷ng u ®iÓm sau.
1. Trong khoan Tuèc Bin cét cÇn khoan kh«ng quay. Do ®ã trong qu¸
tr×nh lµm viÖc cét cÇn khoan chÞu t¶i nhÑ h¬n. HiÖn tîng mái sinh ra do t¶i
träng ®éng ®Æc biÖt lµ øng suÊt uèn sÏ cã gi¸ rÊt nhá hay bÞ triÖt tiªu dÉn ®Õn
sù cè vÒ ®øt cÇn khoan tha h¬n. Cho phÐp khoan ë nh÷ng ®é s©u lín h¬n.
2. Cét cÇn khoan kh«ng quay sÏ gi¶m ®îc sù mµi mßn cho c¸c bé
phËn cña cét cÇn khoan vµ c¸c chi tiÕt quay cña thiÕt bÞ trªn mÆt.
3. sö dông Tuèc Bin khoan ®Ó khoan ®Þnh híng dÔ h¬n vµ n¨ng suÊt
h¬n.
Nhîc ®iÓm:
1. §Æc tÝnh cña Tuèc Bin lµ lµm viÖc víi sè vßng quay lín, nªn cÇn ph¶i
sö dông nh÷ng lo¹i choßng cã kh¶ n¨ng chÞu ®îc nh÷ng vßng quay nh thÕ.
§èi víi choßng chãp xoay, chóng lµm viÖc víi t¶i träng lín vµ sè vßng quay
gi¶m. Do ®ã lo¹i choßng nµy kh«ng tho¶ m·n víi ®iÒu kiÖn trong khoan Tuèc
Bin. Thêi gian lµm viÖc bÞ rót ng¾n do sù mµi mßn nhanh nhÊt lµ æ tùa.
2. ë mét sè ®Êt dÎo, ®ßi hái m«men ph¸ ®¸ lín, rÊt nhiÒu c¸c lo¹i Tuèc
Bin th«ng thêng kh«ng ®¹t ®îc nh÷ng momen nh vËy.
3. Vïng lµm viÖc æn ®Þnh cña sè vßng quay ë Tuèc Bin hÑp. NÕu ra
ngoµi giíi h¹n nµy cã thÓ ®a ®Õn ngõng Tuèc Bin.
4. Trong khoan Tuèc Bin c«ng suÊt thuû lùc cña m¸y b¬m lín h¬n rÊt
nhiÒu so víi khoan r«to. Trong khoan r«to, c«ng suÊt thuû lùc chñ yÕu tiªu thô
trong hÖ thèng tuÇn hoµn. Nhng trong khoan Tuèc Bin ngoµi thµnh phÇn
®iÖn, c«ng suÊt b¬m cßn cung cÊp cho Tuèc Bin vµ cho choßng ph¸ ®¸. Do ®ã
®ßi hái nh÷ng thiÕt bÞ b¬m cã c«ng suÊt lín vµ cßn sö dông nh÷ng thµnh phÇn
cÊu t¹o trong hÖ thèng tuÇn hoµn b¶o ®¶m an toµn trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc ¸p
suÊt lín cña Tuèc Bin . Th«ng thêng kh¶ n¨ng lµm viÖc cña b¬m giíi h¹n
chiÒu s©u lµm viÖc cña tuèc bin
140
- 5. Nh÷ng chØ tiªu cho viÖc b¶o dìng, b¶o qu¶n, söa ch÷a Tuèc Bin ®a
®Õn viÖc t¨ng gi¸ thµnh khoan Tuèc Bin.
5.1.2. Nguyªn lý lµm viÖc cña tuèc bin khoan.
Tuèc Bin dïng cho khoan lµ Tuèc Bin däc nhiÒu tÇng gièng nhau, vá
cña Tuèc Bin ®îc nèi víi phÇn díi cña cét khoan, trôc cña tuèc bin nèi víi
choßng khoan.
Mçi mét tÇng Tuèc Bin gåm 2 phÇn chÝnh (h×nh 1).
H×nh 1
H×nh:
PhÇn quay ®îc nèi víi trôc goÞ lµ r«to. PhÇn ®øng yªn nèi víi vá gäi lµ
stato, stato gåm vßng thÐp (1), trong ®ã cã c¸c c¸nh uèn cong (5). MÐp trong
cña c¸c c¸nh ®îc liªn kÕt víi nhau b»ng vßng (3) R«to gåm vßng (2),c¸c
c¸nh (6) ®îc uèn cong theo chiÒu ngîc víi c¸nh Stato. C¸c mÐp ngoµi cña
141
- c¸nh ®îc g¾n víi nhau qua mÐp (4). Gi÷a r«to vµ stato cã kho¶ng hë ®Ó r«to
quay tù do.
Trong c¸nh qu¹t cña Tuèc Bin , n¨ng lîng thñy lùc cña dßng níc röa
®îc chuyÓn ho¸ thµnh c¬ n¨ng ®Ó quay trôc cã mang theo choßng khoan.
Dung dÞch khoan ®i qua c¸c r·nh c¸c c¸nh palÐt uèn cong cña ®Üa stato. Dßng
dung dÞch ®ã nã tiÕp tôc ®æi híng. Khi ra khái stato vËn tèc tuyÖt ®èi C 0
®îc coi lµ b»ng vËn tèc tuyÖt ®èi vµo c¸c r·nh cña c¸c c¸nh palÐt uèn cong
cña ®Üa r«to C 1 ( C 0= C 1). Khi vµo r«to dßng dung dÞch t¸c dông xuèng c¸c
c¸nh uèn cong cña r«to lµ cho ®Üa r«to quay. Khi vµo r«to chÊt láng tham gia
hai chuyÓn ®éng.
- VËn tèc t¬ng ®èi U1 quay theo ®Üa r«to
- VËn tèc t¬ng ®èi ω theo híng cña palÐt uèn cong. Thµnh phÇn U
1
lµm quay Tuèc Bin khoan, vÐc t¬ cña vËn tèc tuyÖt ®èi tiÕp tôc ®æi híng vµ ra
khái r«to lµ C 2 víi vËn tèc nµy dßng dung dÞch vµo trong r·nh cña ®Üa Stato ë
tÇng tiÕp theo. ë ®©y qu¸ tr×nh l¹i ®îc lÆp l¹i.
142
- 5.1.3 CÊu tróc cña Tuèc Bin khoan.
Trong khoan thêng sö dông c¸c lo¹i Tuèc Bin: §¬n vµ Nèi
5.1.3.1. Tuèc Bin ®¬n.
Tuèc Bin ®¬n ®îc t¹o thµnh b»ng vá Tuèc Bin (1) vµ nã
g¾n chÆt víi ®Üa Stato cña Tuèc Bin. ë phÝa bªn trong cã trôc
Tuèc Bin (2) g¾n víi ®Üa r«to. §Ó treo trôc bªn trong Tuèc Bin
nhê æ tùa däc (5) víi lo¹i ma s¸t trît kim lo¹i trªn cao su hay
cao su trªn cao su. Do d¹ng cña æ tùa nµy nªn ngêi ta vÉn gäi lµ
æ tùa r¨ng lîc. §Ó gi÷ kh«ng cho dung dÞch khoan x©m nhËp
vµo æ tùa r¨ng lîc ë mét sè cÊu tróc cña Tuèc Bin æ tùa ®îc l¾p
ë phÇn díi.
§Ó tr¸nh bÞ cong trôc tuèc bin ngêi ta lÊy 2 hay 3 æ tùa
ngang (6). C¸c æ tùa nµy ®îc l¾p ë kho¶ng c¸ch t¬ng ®èi b»ng
nhau vµ gi÷a chóng lµ c¸c tÇng Tuèc Bin .
ë phÇn trªn cña Tuèc Bin cã ®Çu nèi chuyÓn tiÕp ®Ó nèi
víi phÇn díi cña cét cÇn khoan. PhÝa díi cã ®Õ (7). §Õ (7) nµy
nã bÞt kÝn gi÷a th©n tuèc bin vµ trôc nhê ®Öm bÞt kÝn (15) bªn
trong ®Õ. Trong khi vÆn ®Õ vµo ®Õ Tuèc Bin, ®Õ Ðp chÆt vßng thÐp
bªn ngoµi cña ®Üa stato ®Ó g¾n chÆt chóng víi vá Tuèc Bin. ë
phÇn trªn trôc Tuèc Bin cã ren. Ren nµy ®îc vÆn chÆt vµo èc (9).
Nã Ðp chÆt c¸c vµnh thÐp bªn trong cña ®Üa r«to vµo trôc tuèc bin,
èc h·m (10) ®Ó gi÷ èc (9). PhÇn díi cña trôc cã 2 lç tho¸t (11)
®Ó liu th«ng dung dÞch xuèng choßng khoan. Tuèc Bin ®¬n
thêng dïng lµ lo¹i T12M
5.1.3.2. Tuèc Bin nèi.
Trong mét sè trêng hîp khi khoan qua c¸c tÇng ®Êt ®¸
H×nh3
dÎo, momen quay cña Tuèc Bin kh«ng ®ñ ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh
ph¸ ®¸, hay ë c¸c giÕng khoan s©u, lu lîng dung dÞch nhá, do ®ã gi¸ trÞ cña
momen vµ c«ng suÊt kh«ng ®¸p øng cho qu¸ tr×nh khoan.
§Ó thu ®îc momen quay vµ c«ng suÊt lín cña Tuèc Bin mµ kh«ng thay
®æi ®êng kÝnh cña chóng. Chóng ta chØ gi¶i quyÕt b»ng c¸ch t¨ng sè tÇng cña
143
- chóng lªn. Do ®ã cÇn ph¶i chÕ t¹o nh÷ng Tuèc Bin dµi, ngêi ta còng ®· chÕ
t¹o nh÷ng Tuèc Bin ®Õn 150 tÇng ®Üa.
NÕu chÕ t¹o nh÷ng Tuèc Bin cã ®é dµi qu¸ lín, g©y khã kh¨n cho viÖc
n©ng th¶ vµ sö dông nã ë giÕng khoan, trong kh©u l¾p r¸p vËn chuyÓn vµ b¶o
qu¶n. §Ó gi¶i quyÕt nh÷ng khã kh¨n trªn, ngêi ta ®· chÕ t¹o lo¹i Tuèc Bin
nèi. CÊu tróc cña nã cã tõ 2 - 4 ®o¹n vµ ®îc nèi víi nhau tµo thµnh Tuèc Bin
nèi. Mçi mét ®o¹n lµ mét Tuèc Bin ®¬n cã Ýt nhiÒu thay ®æi vÒ mÆt cÊu tróc.
Vá cña tõng ®o¹n Tuèc Bin ®îc nèi víi nhau b»ng ren. C¸c ®o¹n phÇn
trªn kh«ng cã ®Õ vµ thay vµo ®ã lµ nh÷ng ®o¹n nèi
§Ó nèi c¸c trôc cña c¸c ®o¹n Tuèc Bin cã ba ph¬ng ¸n cÊu tróc.
a. C¸c trôc ®îc nèi víi nhau b»ng khíp nèi cã r·nh (then hoa).
Trong ph¬ng ¸n nµy, ë c¸c ®o¹n Tuèc Bin cã æ tùa chÝnh l¾p ë phÝa
trªn. C¸c æ tùa cña c¸c ®o¹n Tuèc Bin ë phÝa trªn lµm viÖc suèt thêi gian víi
chÞu t¶i cã híng tõ trªn xuèng. Do ®ã c¸c chi tiÕt cña æ tùa còng bÞ mµi mßn
®i rÊt nhanh vµ c¸c chi tiÕt cña khíp nèi cã r·nh còng bÞ mßn nhanh, nªn lo¹i
nµy sö dông h¹n chÕ.
b. C¸c trôc cña c¸c ®o¹n Tuèc Bin ®îc nèi víi nhau b»ng khíp ma s¸t.
H×nh 4
Trong qu¸ tr×nh nèi vá l¹i víi nhau th× ®Çu nèi ®ùc vµ ®Çu nèi c¸i nã sÏ
Ðp chÆt l¹i víi nhau vµ Tuèc Bin ®îc g¾n chÆt víi nhau qua chóng.
c. C¸c trôc cña c¸c ®o¹n Tuèc Bin nèi víi nhau qua khíp nèi kÐp.
Lo¹i khíp nèi nµy võa kÕt hîp khíp nèi ma s¸t h×nh nãn côt c«n
r·nh.
5.1.3.3. Tuèc Bin cã trôc Spenden.
Trong Tuèc Bin khoan dï ®¬n hay nèi, thµnh phÇn chÞu mßn nhiÒu nhÊt
lµ æ tùa chÝnh (æ tùa r¨ng lîc). Khi cÇn söa ch÷a hay thay thÕ æ tùa, ph¶i th¸o
144
- toµn bé Tuèc Bin, viÖc nµy ph¶i ®a vµo xëng, mÊt nhiÒu thêi gian. §Ó tr¸nh
ph¶i vËn chuyÓn vµ viÖc th¸o l¾p Tuèc Bin, ngêi ta ®· chÕ t¹o ®îc Tuèc Bin
cã l¾p trôc Spenden.
Spenden lµ trôc cã l¾p s½n æ tùa chÝnh cã cÊu tróc ®éc lËp vµ l¾p ë phÝa
díi Tuèc Bin ®¬n hay ®o¹n díi cña Tuèc Bin nèi. Chóng ®îc l¾p víi nhau
b»ng khíp nèi ma s¸t hay khíp r·nh . Trong trêng hîp mßn æ tùa chÝnh th×
chóng ta chØ viÖc thay trôc Spenden ngay t¹i miÖng lç khoan. Qua viÖc dïng
Spenden cã thÓ gi¶m ®îc ®é mÊt dung dÞch ë ®Õ.
5.2. ChuyÓn vËn cña dung dÞch bªn trong Tuèc Bin .
Sù chuyÓn vËn cña dung dÞch khoan qua lç tho¸t níc gi÷a c¸c m¹ng
palÐt cña ®Üa r«to vµ stato lµ mét hiÖn tîng phøc t¹p. Nghiªn cøu qu¸ tr×nh
chuyÓn vËn cña nã nh»m x¸c ®Þnh b»ng lý thuyÕt c¸c gi¸ trÞ cña c¸c th«ng sè
ho¹t ®éng cña Tuèc Bin khoan, chóng ta cÇn mét sè gi¶ thiÕt nh»m ®¬n gi¶n
ho¸.
- Chóng ta coi r»ng dung dÞch khoan cã ®é lu th«ng tuyÖt ®èi, c¸c lùc
c¶n do ®é nhít lµ kh«ng ®¸ng kÓ.
- Lu lîng cña dung dÞch khoan qua c¸c r·nh tho¸t níc cña ®Üa r«to
vµ Stato lµ kh«ng ®æi Q = Const.
- Chóng ta xem r»ng dßng dung dÞch chuyÓn vËn gi÷a kho¶ng kh«ng
gian cña hai mÆt trô ®ång t©m. Dung dÞch còng ch¶y thµnh tõng líp h×nh trô
®ång t©m. Gi¶ thuyÕt nµy cho phÐp ¸p dông ®Þnh luËt cular vÒ m¸y thuû lùc.
- §é hë gi÷a ®Üa r«to vµ Stato nhá.
5.2.1. §êng kÝnh lý thuyÕt cña tuèc bin khoan.
§Ó nghiªn cøu ho¹t ®éng cña Tuèc Bin khoan, ta h·y t¸ch mét líp h×nh
trô trung b×nh cña dßng dung dÞch. Líp dung dÞch nµy chuyÓn vËn ë ®êng
kÝnh lý thuyÕt (Dlt) hay ®êng kÝnh trung b×nh cña Tuèc Bin. mét tia dung
dÞch cña mÆt trô nãi trªn ®îc coi lµ mét tia trung b×nh hay mét tia t¬ng
®¬ng cã vËn tèc chuyÓn ®éng trung b×nh vµ kh«ng thay ®æi theo thêi gian.
Vµ chóng ta gi¶ thiÕt r»ng c¸c tia dung dÞch t¬ng ®¬ng nµy chuyÓn ®éng
145
- trong c¸c kho¶ng kh«ng gian gi÷a m¹ng palÐt uèn cong vµ nã cã hiÖu qu¶ nh
nh÷ng tia thËt chuyÓn ®éng t¹i c¸c ®iÓm kh¸c nhau cña r·nh tho¸t níc.
H×nh 5
MÆt c¾t däc cña mét Tuèc Bin .
Nh vËy ®êng kÝnh lý thuyÕt n»m gi÷a ®êng kÝnh ngoµi vµ trong cña
m¹ng phalet. §êng kÝnh lý thuyÕt cã thÓ tÝnh b»ng 2 c¸ch.
1. §êng kÝnh trung b×nh gi÷a ®êng kÝnh ngoµi vµ ®êng kÝnh trong.
Dn + Dt
dlt = (1)
2
2. §êng kÝnh mµ nã chia tiÕt diÖn vµnh xuyÕn giíi h¹n gi÷a Dn vµ Dt
thµnh hai phÇn b»ng nhau.
.(Dn2 - dlt2) = 4 .(dlt2- Dt2) Tõ ®ã rót ra
4
2 D2n +D2t
dlt = (2)
2
5.2.2: HÖ sè sö dông cña tuèc bin khoan. (hÖ sè gi¶m r·nh tho¸t níc
Strangular)
HiÖn diÖn cña palÐt trong m¹ng cña ®Üa r«to vµ stato lµm gi¶m diÖn tÝch
r·nh tho¸t níc cña dung dÞch. Chóng ta gäi H hÖ sè sö dông cña Tuèc Bin lµ
tû sè gi÷a diÖn tÝch thËt cña r·nh tho¸t níc Ac vµ diÖn tÝch r·nh tho¸t níc
trong ®iÖu kiÖn kh«ng cã hiÖu diÖn cña c¸nh palÐt.
A
H = A'c (3)
c
146
- A’c = .dlt .h
DiÖn tÝch A’c ®îc tÝnh b»ng c«ng thøc:
1
h - lµ chiÒu cao ngang cña r·nh palÐt: h = 2 .(Dn- Dt)
Ac - DiÖn tÝch thËt cña r·nh tho¸t níc: Ac = A’c- AP
Trong ®ã AP lµ diÖn tÝch cña c¸c c¸nh palÐt
.d
= t lt .h .
AP = Z. h
sin sin
t- lµ bíc cña palet.
Ac = dlt .h - dlt .h
sin
Ac = A’c (1 - )
tsin
A
H = A'c = 1 - (4)
tsin
c
d
Z = t lt
sin
t
H×nh 6
5.2.3: C¸c tam gi¸c vËn tèc
Dung dÞch khoan sau khi ®i qua r·nh tho¸t níc cña ®Üa Stato. Trong
thêi ®iÓm dung dÞch ra khái ®Üa Stato, híng cña dßng dung dÞch tiÕn tíi
híng cña palÐt ë r×a ra. Hay nãi c¸ch kh¸c gi¸ trÞ cña gãc thuû lùc tl gÇn
b»ng gi¸ trÞ cña gãc cÊu tróc c , chÕ ®é thuû kh«ng sãc.
tl = c
147
- ë r·nh tho¸t níc cña ®Üa r« t¬, mét phÇn tö níc tham gia 2 chuyÓn
®éng t¬ng ®èi
- u: VËn tèc t¬ng ®èi chuyÓn ®éng theo ®Üa r«to
- : VËn tèc t¬ng ®èi chuyÓn ®éng theo híng palÐt.
Tæng hîp cña 2 chuyÓn ®éng trªn chóng ta ®îc vËn tèc tuyÖt ®èi C.
ë mçi ®iÓm cña r·nh tho¸t níc t¬ng øng víi mét ®iÓm cña tam gi¸c
vËn tèc. Víi môc ®Ých nghiªn cøu sù chuyÓn vËn cña dung dÞch bªn trong
Tuèc Bin. Nh»m x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ho¹t ®éng cña Tuèc Bin chóng ta lÊy 4
®iÓm ®Æc trng n»m ë r×a ra vµ r×a vµo cña ®Üa Stato vµ ®Üa r«to cña mét tia
dung dÞch trung b×nh chuyÓn ®éng ë ®êng kÝnh lý thuyÕt vµo Tuèc Bin .
0
Kh«ng ký hiÖu
u1 A
1
0 ký hiÖu : r×a vµo r·nh tho¸t 1
níc ë ®Üa Stato
c1 u
1
Kh«ng ký hiÖu : r×a ra ®Üa stato
1: r×a vµo ®Üa r«to
u2
2 B
2.: r×a ra ®Üa r«to
2
u2
c2
H×nh 7
Chóng ta h·y xem kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®Üa r«to vµ Stato lµ kh«ng ®¸ng
kÓ, v× vËy chóng ta xem r»ng.
- TÊt c¶ c¸c hiÖn tîng x¶y ra ë r×a vµo r«to trïng víi c¸c hiÖn tîng
xÈy ra ë r×a ra Stato.
- TÊt c¶ c¸c hiÖn tîng x¶y ra ë r×a ra r«to trïng r×a vµo Stato.
Nh vËy t¹i hai ®iÓm A vµ B cña tia dung dÞch trung b×nh ch¶y ë ®êng
kÝnh lý thuyÕt chóng ta vÏ ®îc hai tam gi¸c vËn tèc.
Nh vËy: Tam gi¸c vËn tèc r×a vµo r«to trïng tam gi¸c vËn tèc r×a ra Stato.
148
- Tam gi¸c vËn tèc r×a ra r«to trïng tam gi¸c vËn tèc r×a vµo Stato.
Nh vËy chóng ta cã thÓ vÏ tæng hîp c¸c tam gi¸c vËn tèc t¹i bèn ®iÓm
®Æc trng díi d¹ng: (h×nh vÏ bªn)
u1 = u 2 = u
u C1u c2u
1
2
2
c1
1
c2
z
H×nh 8
C1 = C , C2 = C0 , w1 = w 0
u 1 = u , u 2 = u0 , w 2 = w 0
Tõ c¸c tam gi¸c vËn tèc chóng ta rót ra ®îc c¸c c«ng thøc sau ®©y.
V× cïng chung tèc ®é quay nªn:
u1= u2 = u
C1z = C2z = w1z = w2z = Cz
C1u= Cz cotg1 (5)
C2u= - (Cz cotg 2 - u) = u - Cz cotg 2 (6)
C¸c gi¸ trÞ C1u , C2u quyÕt ®Þnh ®Õn c¸c th«ng sè ho¹t ®éng cña Tuèc Bin.
5.2.4 §Þnh luËt cña euler vÒ Tuèc Bin däc
theo ®Þnh lý thø hai cña enuler, lùc t¸c dông lªn c¸c c¸nh cong palÐt
g©y nªn momen quay cña trôc tuèc bin lín ®îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc:
Q.
F = g (C1u - C2u )
Nh vËy momen quay cña Tuèc Bin víi sè tÇng lµ k sÏ lµ.
Q
M = k. g ret (C1u-C2u ) (7)
Trong ®ã: ret = b¸n kÝnh lý thuyÕt cña Tuèc Bin
, Q tû träng vµ lu lîng cña dung dÞch.
NÕu chóng ta biÕt ®îc lu lîng dung dÞch lµ Q, vËn tèc quay u
C«ng suÊt hiÖu dông cña Tuèc Bin sÏ lµ.
149
- U Q
N = .M = r .k. g .ret. (C1u- C2u)
et
Q
N = k. g u(C1u- C 2u) (8)
¸p suÊt bªn trong Tuèc Bin ®îc biÓu diÔn díi d¹ng chiÒu cao thuû
lùc hay chiÒu cao thùc.
1 Q
N
Hthùc = = .k. g .u.(C1u- C 2u)
Q Q
k
Hthùc = g.u.(C1u -C2u) (9)
¸p suÊt tiªu thô bªn trong Tuèc Bin phô thuéc vµo sè tÇng Tuèc Bin k,
vËn tèc quay u vµ hiÖu vËn tèc C1u - C2u
5.3. §Æc tÝnh lý thuyÕt cña Tuèc Bin
(§Æc tÝnh bªn trong hay ®¬n gi¶n cña Tuèc Bin ).
Qua ®Æc tÝnh lý thuyÕt lµm viÖc cña Tuèc Bin khoan, chóng ta hiÓu r»ng
®ã lµ sù biÕn thiªn c¸c th«ng sè ho¹t ®éng cña chóng nh m«men, c«ng suÊt,
¸p suÊt, hiÖu suÊt víi sè vßng quay, trong ®iÒu kiÖn lu lîng Q kh«ng ®æi.
Trong khi nghiªn cøu ®Æc tÝnh lý thuyÕt, chóng ta bá qua ¶nh hëng cña c¸c æ
tùa cña Tuèc Bin.
Chóng ta thay C1u, C2u ë c«ng thøc (5), (6) vµo c«ng thøc tÝnh M (7)
Q
M = k. g .ret (C2 cotg - u +Cz cotg 2 )
NÕu nh trong thêi gian ho¹t ®éng trôc Tuèc Bin kh«ng chÞu t¶i, lôc ®ã
momen cña Tuèc Bin b»ng kh«ng. Tõ c«ng thøc trªn chóng ta cã
Cz cotg1 - Ukt + Czcotg 2 = 0
Ukt = Czcotg1 + Czcotg 2
Vµ biÓu thøc tÝnh momen sÏ lµ.
Q Q U
M = g ret(Ukt - U) = k g retUkt (1- U )
kt
NÕu nh chóng ta thay U = 2retn vµ Ukt = 2retnkt
Vµo c«ng thøc trªn chóng ta thu ®îc
150
- Q n
M = K. g .2.r2et - nkt (1 - n )
kt
Trong trêng hîp Tuèc Bin ngõng quay cho chÞu t¶i lín n = 0
Momen Tuèc Bin sÏ b»ng momen h·m.
Q
Mf = K. g 2.r2et .nkt
Thay gi¸ trÞ momen h·m vµo c«ng thøc tÝnh momen, chóng ta cã
n
M = Mf(1 - n )
kt
Hµm sè M = M (n) lµ mét hµm tuyÕn tÝnh
n = 0 M = Mf
n = nkt M = 0
C«ng suÊt cña Tuèc Bin :
N = . M = 2n.M
n2
N = 2 Mf(n - n )
kt
Hµm N = N(n) lµ mét hµm parabol bËc 2
T¹i ®iÓm n = 0
N=0
n = nkt
Gi¸ trÞ sè vßng quay tèi u n0 mµ t¹i ®ã N ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i sÏ lµ .
dN 2n0
dn = 0 1 - nkt = 0
nkt
Tõ ®ã chóng ta suy ra: n0 = 2
Momen t¬ng øng víi sè vßng quay nµy, thay n0 vµo M chóng ta thu ®îc :
M
M0 = 2 f
Gi¸ trÞ c«ng suÊt cùc ®¹i N0 sÏ lµ.
M nkt
N0 = M0.0 = 2 f2. 2 = 2 Mf.nkt
Chóng ta xem ®å thÞ biÕn thiªn c«ng suÊt.
HiÖu suÊt cña Tuèc Bin chóng ta xem b»ng hiÖu suÊt thuû lùc :
151
- N N
t = th = N = P .Q
th t
Trong ®ã:
Pt - ¸p suÊt tiªu thô trong Tuèc Bin th«ng thêng kh«ng thay ®æi theo
sè vßng quay.
Pt = const
Q - lu lîng b¬m.
TÝch Pt .Q = const
Nh vËy biÕn thiªn t = f(n) chñ yÕu biÕn thiªn theo N
vµ chóng ta vÏ ®îc ®å thÞ d¹ng parabol gièng N
m N= f(n)
Mf
= f(n)
m= f(n)
nkt
no n
H×nh 9
5.4. C¸c th«ng sè lµm viÖc cña Tuèc Bin khoan
5.4.1. Ph©n lo¹i Tuèc Bin khoan.
Mét trong nh÷ng chØ tiªu ph©n lo¹i Tuèc Bin khoan ®ã lµ hÖ sè tuÇn hoµn :
C1u - C2u
= U
(ë trong chÕ ®é lµm viÖc tèi u) ngêi ta ph©n lo¹i Tuèc Bin theo nh sau :
1) < 1 Tuèc Bin tuÇn hoµn thÊp
2) =1 Tuèc Bin tuÇn hoµn b×nh thêng
3) > 1 Tuèc Bin tuÇn hoµn cao
Vµ Tuèc Bin ®èi xøng nÕu nh tr¾c diÖn cña c¸nh palÐt cña ®Üa Stato
gièng tr¾c diÖn cña c¸nh palÐt ®Üa r«to.
152
- C¸c tam gi¸c vËn tèc cña mét tia dung dÞch trung b×nh, chuyÓn ®éng ë
mÆt trô cã ®êng kÝnh b»ng ®êng kÝnh lý thuyÕt ®îc x¸c ®Þnh qua c¸c biÓu
®å sau:
u
u
u
2
c1 c1
2
2 c1
1 c2
1
c2
1 c2
c) < 1
b) = 1
a) > 1
H×nh 10
Thay ®æi gi÷a hiÖu suÊt cña Tuèc Bin, ¸p suÊt ®èi víi 3 lo¹i Tuèc Bin
nh sau:
P
=1
>1
>1
nguon tai.lieu . vn
