Turbovrták je typ vrtacího nástroje , hydraulického vrtného motoru, ve kterém se hydraulická energie toku vrtné kapaliny ( vrtného bahna ) přeměňuje na mechanickou energii otáčení hřídele spojeného s nástrojem pro řezání horniny (vrtnou korunkou). Pracovním tělesem, ve kterém dochází k přeměně energie, je vícestupňová axiální turbína .
První průmyslový model turbovrtačky byl vynalezen a vyroben v letech 1922-1923. v Sovětském svazu M. A. Kapelyushnikov , S. M. Voloch a N. A. Korneev. Jednalo se o převodový turbovrták s jednostupňovou turbínou, umožňující vrtání ropných vrtů bez otáčení vrtných trubek. Kvůli nízké životnosti jednostupňové turbíny a reduktoru však byl Kapelyushnikov turbodrill z hlediska technických a ekonomických ukazatelů horší než rotační metoda vrtání, která se v té době rychle rozvíjela. V roce 1933 bylo turbínové vrtání v SSSR téměř zcela nahrazeno rotačním vrtáním. Zároveň cenné zkušenosti z prvního vrtání turbínou, které prokázaly proveditelnost a užitečnost přenesení motoru k otáčení vrtné korunky na dno vrtu, prokázaly řadu důležitých výhod oproti rotační metodě: výrazné zvýšení v rychlostech vrtání, možnosti vrtání směrových vrtů, prudký pokles nehod s vrtnými trubkami aj. Proto byla v roce 1934 v zemi vytvořena speciální konstrukční organizace - Experimental Bureau of Turbine Drilling (EKTB), přední specialisté z nichž jsou P. P. Shumilov, R. A. Ioannesyan , M. T. Gusman a E. I. Tagiyev, aktivně zapojeni do zlepšování konstrukcí turbovrtáků. Další vývoj technologie turbínového vrtání šel cestou vytvoření bezpřevodových turbovrtáků vybavených vícestupňovými turbínami axiálního typu. Použití těchto turbovrtáků umožnilo provádět rozsáhlou výstavbu vertikálních a směrových vrtů v Ural-Povolžských, západní Sibiři a dalších ropných a plynových oblastech země. Moderní turbovrtačky používané při vrtání ropných a plynových vrtů byly vyvinuty v 60. - 90. letech v All-Union Scientific Research Institute of Drilling Technology (VNIIBT). Práce probíhaly ve dvou odděleních. Laboratoř turbovrtáků s vysokým kroutícím momentem pod vedením profesora R. A. Ioanesjana - Yu. R. Ioanesjana, V. S. Lapovoka, B. V. Kuzina, D. G. Malyševa a dalších M. Nikitina, G. A. Ljubimova, V. P. Šumilova, B. D. Malkina, A. I. Ageeva atd.
Turbovrtačka obsahuje skříň, hřídel turbíny, hřídel axiálního ložiska s vnitřní válcovou dutinou, rotory turbíny namontované sériově na hřídeli turbíny a statory turbíny ve skříni , radiální ložiska, matici hřídele turbíny, axiální ložisko, vsuvku, alespoň jeden kanál, který zajišťuje hydraulické spojení mezi dutinou posledního rotoru turbíny a vnitřní válcovou dutinou axiálního nosného hřídele. Hřídel turbíny a hřídel axiální podpěry jsou navzájem spojeny pomocí závitu a torzní síla k otáčení tohoto spojení je větší než torzní síla k otáčení matice hřídele turbíny. [jeden]
Vzhledem k tomu, že turbovrták je instalován přímo nad nástrojem na řezání horniny, zdrojem energie a krouticího momentu je tlak proudu tekutiny pohybujícího se pod tlakem povrchového čerpadla.
Proud vrtné kapaliny přes vrtnou kolonu je přiváděn do prvního stupně turbovrtáku. Ve statoru prvního stupně se vytváří směr toku tekutiny, to znamená, že tekutina, která prošla kanály statoru, získává směr. Stator je tedy vodicím zařízením turbíny.
Proudění kapaliny z kanálů statoru vstupuje do lopatek rotoru pod daným úhlem a působí na rotor silou, v důsledku čehož energie pohybující se kapaliny vytváří síly, které mají tendenci otáčet rotor pevně spojený s hřídelí turbíny. Proud tekutiny z kanálů rotoru prvního stupně vstupuje do vodicích lopatek druhého stupně, kde se opět vytváří směr proudění tekutiny a je přiváděn k lopatkám rotoru druhého stupně. Krouticí moment je také generován na rotoru druhého stupně.
Výsledkem je, že kapalina pod působením tlakové energie prochází všemi stupni turbovrtací turbíny a je přiváděna speciálním kanálem do nástroje pro řezání horniny. U vícestupňových turbodrillů se momenty všech stupňů sčítají na hřídeli. Při chodu turbíny vzniká na statorech nehybně upevněných v tělese turbovrtáku jalový moment, který je stejně velký, ale má opačný směr. Reakční moment tělem turbovrtáku se přenáší na vrtné trubky a stáčí je do určitého úhlu v závislosti na tuhosti a délce vrtné kolony.