2) Кинематика движения жидкости в турбобуре

Разрез статора и ротора представлен на рис. 2.2.

Рис. 2.2 – Разрез ротора и статора

1 – вал; 2 – ротор; 3 – лопасти; 4 – статор; 5 – корпус

При конструировании турбобуров рассматривается только безударный режим входа жидкости. Треугольники скоростей на входе и выходе из турбины представлены на рис. 2.3.

Рис. 2.3 – Треугольники скоростей при безударном режиме

Вектор относительной скорости обтекания лопаток определяется как

,

где с – абсолютная скорость жидкости,

u – окружная скорость жидкости.

При безударном режиме: α₁ = β₂; α₂ = β₁; c₁ = w₂; c₂ = w₁. Безударные входы в ротор и статор достигаются при равенстве

.

Осевая составляющая скорости определяется по формуле

,

где Q – расход через турбину;

F – площадь кольцевого сечения;

,

D – средний диаметр,

ι – ширина проходного канала.

Основные параметры турбобуров определяются по формулам:

• скорость вращения вала, об/мин

где η_о – объёмный к.п.д.,

χ – коэффициент стеснения проточной части,

l – ширина канала;

Q – подача бурового насоса.

• напор турбобура, м

,

где к – количество ступеней турбины,

g – ускорение свободного падения,

η_г – гидравлический к.п.д.;

D – средний диаметр канала.

• мощность турбобура, Вт

,

где η_м – механический к.п.д.

• крутящий момент турбобура, Н·м

.

Кинематические коэффициенты турбин определяются по формулам:

• коэффициент осевой скорости

,

причём, чем > σ_z, тем < скорости движения жидкости;

• коэффициент активности турбин

,

причём, в основном используются турбины с σ_а = 0,5;

при σ_а > 0,5 турбины активные, при σ_а < 0,5 – реактивные;

• коэффициент циркуляции

,

где ω – угловая скорость.

1.2. Центробежные насосы

Центробежные насосы относятся к динамическим гидромашинам. Конструктивная схема 1-о ступенчатого центробежного насоса показана на рис. 2.4. Центробежные насосы не обладают способностью самовсасывания, поэтому перед пуском их следует заполнять жидкостью. Они весьма разнообразны по конструктивному исполнению и назначению.

Абсолютная скорость движения в векторной форме имеет вид

где - абсолютная скорость жидкости относительно корпуса насоса, м/с;

Рис. 2.4 – Схема 1-о ступенчатого центробежного насоса

1 – вход жидкости; 2 – всасывающий патрубок; 3 – корпус насоса; 4 – рабочее колесо; 5 – сальник вала; 6 – вал; 7 – лопасти; 8 – напорный патрубок; 9 – выход жидкости

- относительная скорость движения жидкости, м/с;

- переносная (окружная) скорость движения жидкости, м/с.

Переносная скорость определяется по формуле

где  - угловая скорость вращения вала, 1/с;

r – расстояние от оси вала до частицы жидкости, м;

n – скорость вращения вала, об/мин.

Относительная скорость w определяется по формуле

где Q_к – объём жидкости, проходящей через каналы рабочего колеса, м³/с;

F – площадь проходного сечения каналов рабочего колеса, м².

Основные параметры рабочего колеса, планы и треугольники скоростей приведены на рис. 2.5.

b₂ с₂ u₂

₂ ₁

w w₁

b₁ w₂

 ₂ c₁

D₂ D₁  ₂ u₁ ₁

а)

w₂ c₂

c_2m w₁ c₁

c_1m

₂ ₁ ₁

₂

u₂ u₁ c_1u

c_2u

б)

Рис. 2.5 – Скорости движения жидкости в центробежном насосе

а) – схема рабочего колеса и планы скоростей; б) – треугольники скоростей

Мериадиальные составляющие абсолютных скоростей с_1m и с_2m определяются по формулам

,

где F₁ и F₂ – площади проходного сечения канала рабочего колеса соответственно на входе и выходе из него, м².

где D₁, D₂ – соответственно внутренний и наружный диаметры рабочего колеса;

b₁, b₂ – ширина канала соответственно на входе и выходе;

₂ – толщина лопасти по срезу;

z – число лопастей.