Объемный забойный двигатель

(51)7 21 4/02 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Мендебаев Токтамыс Нусипхулович Колпаков Юрий Алексеевич(57) Изобретение относится к буровой технике, а именно - к гидравлическим забойным двигателям,предназначенным для бурения скважин. Технический результат заключается в увеличении силы воздействия промывочной жидкости на лопасти двигателя, снижении силы трения между лопастями и внутренней поверхностью корпуса и устранении помех вращательному движению вала. Это достигается тем, что в объемном забойном двигателе, включающем цилиндрический корпус,переводник с подводящими промывочными каналами, соединенный с верхней частью корпуса, секционный вал с лопастями, расположенными в корпусе секциями, соответствующими секциям вала, секции вала выполнены двухступенчатыми, причем верхняя ступень имеет меньший диаметр и в ней закреплена секция лопастей, а нижняя ступень имеет больший диаметр и образует кольцевую полость с внутренней поверхностью корпуса, каждая лопасть выполнена в форме полуцилиндра, жестко прикрепленного к валу одной продольной стороной, у которого верхняя часть противоположной стороны имеет скользящий контакт с внутренней поверхностью корпуса, в корпусе выполнены кольцевые полости,расположенные соответственно нижним ступеням секций вала, и промывочные каналы, расположенные ярусами по высоте корпуса, при этом каналы верхнего яруса имеют вход в верхнем торце корпуса и расположены соосно с каналами переводника, каналы нижерасположенных ярусов имеют вход в вышерасположенных кольцевых полостях корпуса,а выходные отверстия каналов всех ярусов направлены в вогнутую поверхность лопастей нижележащих секций с возможностью последовательного прохода промывочной жидкости через все секции. Каждая лопасть прикреплена к валу наклонно с опережением ее верхней части по ходу вращения вала, а число промывочных каналов в каждом ярусе больше, чем число лопастей в соответствующих секциях. 13059 Изобретение относится к буровой технике, а именно к гидравлическим забойным двигателям,предназначенным для бурения скважин. Известен забойный двигатель, содержащий цилиндрический корпус, вал в виде ступенчатого ротора с выдвижными лопастями, нагнетательные и сливные каналы (а. с. СССР 470581, кл. Е 21 В 3/12, 1975). Недостатком данной конструкции забойного двигателя является сложность изготовления и то,что при работе в его рабочей камере создается противодавление, препятствующее круговому движению вала-ротора, что снижает величину крутящего момента. За прототип принят объемный забойный двигатель, включающий цилиндрический корпус, переводник, подводящие промывочные каналы, установленный в полости корпуса секционный вал с секционными лопастями (патент РФ 2049902, кл. Е 21 В 4/02, 1995). К недостаткам этого объемного забойного двигателя можно отнести то, что лопасти, закрепленные на валу, силой пружины прижаты к внутренней поверхности корпуса, вследствие чего при вращении вала на контактной площади между ними увеличивается сила трения, снижающая выходные энергетические параметры забойного двигателя, что ведет к увеличению расхода промывочной жидкости. Кроме того, конструкция объемного забойного двигателя предопределяет образование мертвых зон в рабочей камере, через которую при вращательном движении проходят лопасти, что также снижает выходные энергетические параметры забойного двигателя. Задача изобретения - создание объемного забойного двигателя, характеризующегося повышением выходных энергетических параметров при уменьшении расхода промывочной жидкости. Технический результат - увеличение силы воздействия промывочной жидкости на лопасти, снижение силы трения между лопастями и внутренней поверхностью корпуса, устранение помех вращательному движению вала. Это достигается тем, что в объемном забойном двигателе, включающем цилиндрический корпус,переводник с подводящими промывочными каналами, соединенный с верхней частью корпуса, секционный вал с лопастями, расположенными в корпусе секциями, соответствующими секциям вала, секции вала выполнены двухступенчатыми, причем верхняя ступень имеет меньший диаметр и в ней закреплена секция лопастей, а нижняя ступень имеет больший диаметр и образует кольцевую полость с внутренней поверхностью корпуса, каждая лопасть выполнена в форме полуцилиндра, жестко прикрепленного к валу одной продольной стороной, у которого верхняя часть противоположной стороны имеет скользящий контакт с внутренней поверхностью корпуса, в корпусе выполнены кольцевые полости,расположенные соответственно нижним ступеням секций вала, и промывочные каналы, расположенные ярусами повысоте корпуса, при этом каналы 2 верхнего яруса имеют вход в верхнем торце корпуса и расположены соосно с каналами переводника, каналы нижерасположенных ярусов имеют вход в вышерасположенных кольцевых полостях корпуса,а выходные отверстия каналов всех ярусов направлены в вогнутую поверхность лопастей нижележащих секций с возможностью последовательного прохода промывочной жидкости через все секции. Каждая лопасть прикреплена к валу наклонно с опережением ее верхней части по ходу вращения вала, а число промывочных каналов в каждом ярусе больше, чем число лопастей в соответствующих секциях. Выполнением лопастей в форме полуцилиндров,прикрепленных к валу одной продольной стороной и расположением подводящих промывочных каналов в корпусе соосно каналам в теле переводника,имеющих наклонный выход в вогнутую поверхность лопастей каждой секции вала, обеспечивается увеличение угла встречи потока с вогнутой поверхностью лопастей, в результате чего последние испытывают не только силу повышенного скоростного напора промывочной жидкости, но также действие его веса, что в совокупности увеличивает крутящий момент на валу. Ограничением площади контакта лопастей с внутренней поверхностью корпуса только их верхней частью без создания чрезмерной силы прижатия их друг к другу, наклонным прикреплением лопастей к валу с опережением их верхней части по ходу вращения достигается уменьшение силы трения на контактной площади между лопастями и корпусом и обеспечивается возможность работы объемного забойного двигателя при меньших расходах промывочной жидкости, так как увеличивается доля энергии, затрачиваемая на полезную работу. Кольцевые полости, образованные между корпусом и валом, последовательно сообщаются с наклонными подводящими боковыми каналами, направленными к нижележащим секциям лопастей. Тем самым устраняется противодавление жидкости в зонах между лопастями и уменьшается препятствие их вращательному движению, что повышает выходные энергетические параметры. Число каналов, подводимых к лопастям в каждой секции, больше, чем число лопастей. Этим достигается непрерывное силовое воздействие потока напорной жидкости на лопасти, исключается появление мертвых зон для последних. На фиг. 1 изображен объемный забойный двигатель, общий вид, на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1. Объемный забойный двигатель содержит цилиндрический корпус 1 и переводник 2 с подводящими промывочными каналами 3. В корпусе 1 соосно с промывочными каналами 3 выполнены подводящие каналы 4 с наклонным выходом в полость корпуса. На радиальных 5 и опорных 6 подшипниках установлен вал 7 по оси корпуса 1. К валу 7 одной продольной стороной прикреплены секционные лопасти 8 в форме полуцилиндров, при этом другая продольная сторона каждой лопасти расположена в контакте с внутренней поверхностью корпуса 1. 13059 Ниже лопастей 8 между корпусом 1 и валом 7 образованы кольцевые полости 9, гидравлически сообщающиеся с наклонными подводящими боковыми промывочными каналами 10 и 11. Нижняя секция лопастей 12 прикреплена к валу 7 вне корпуса 1. Двигатель работает следующим образом. Промывочная жидкость через соосные подводящие каналы 3 и 4 соответственно переводника 2 и корпуса 1 поступает в вогнутую поверхность лопастей 8. Под воздействием скоростного напора и веса промывочной жидкости лопасти 8 начинают двигаться и приводят во вращательное движение вал 7,при этом корпус 1 не вращается. Стекая с лопастей 8, промывочная жидкость через кольцевую полость 9 и наклонные каналы 10 проходит к следующей секции лопастей 8, и далее через каналы 11 - к лопастям 12, прикрепленным к валу 7 вне корпуса 1. Суммарный крутящий момент лопастей 8 и 12 через вал 7 передается на долото (на чертеже не показано) для ведения процесса углубки скважин. Выходя из силового взаимодействия с нижней секции лопастей 12, промывочная жидкость разделяется на два потока. Один поток направляется в затрубное пространство, а другой - на забой скважины для охлаждения долота и выноса шлама. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Объемный забойный двигатель, включающий цилиндрический корпус, переводник с подводящими промывочными каналами, соединенный с верхней частью корпуса, секционный вал с лопастями,расположенными в корпусе секциями, соответст вующими секциям вала, отличающийся тем, что секции вала выполнены двухступенчатыми, причем верхняя ступень имеет меньший диаметр и в ней закреплена секция лопастей, а нижняя ступень имеет больший диаметр и образует кольцевую полость с внутренней поверхностью корпуса, каждая лопасть выполнена в форме полуцилиндра, жестко прикрепленного к валу одной продольной стороной,у которого верхняя часть противоположной стороны имеет скользящий контакт с внутренней поверхностью корпуса, в корпусе выполнены кольцевые полости, расположенные соответственно нижним ступеням секций вала, и промывочные каналы, расположенные ярусами по высоте корпуса, при этом каналы верхнего яруса имеют вход в верхнем торце корпуса и расположены соосно с каналами переводника, каналы нижерасположенных ярусов имеют вход в вышерасположенных кольцевых полостях корпуса, а выходные отверстия каналов всех ярусов направлены в вогнутую поверхность лопастей нижележащих секций с возможностью последовательного прохода промывочной жидкости через все секции. 2. Объемный забойный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что каждая лопасть прикреплена к валу наклонно, с опережением ее верхней части по ходу вращения вала. 3. Объемный забойный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что число промывочных каналов в каждом ярусе больше, чем число лопастей в соответствующих секциях.