ОБЪЕМНЫЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
VOLUMETRIC DOWNHOLE MOTOR

Изобретение относится к области горных работ, а именно к забойным гидравлическим двигателям.
Известен забойный двигатель, содержащий корпус, размещенный внутри него ротор, кольцевую полость и подводящие каналы. Патент Российской Федерации №2155851, кл. Е21В 4/02, 2000.
В данной конструкции забойного двигателя невозможно полное использование потенциальной энергии рабочей жидкости, что приводит к снижению надежности его работы.
Прототипом изобретения выбран объемный забойный двигатель, содержащий статор с прикрепленными к нему полуцилиндрическими лопастями, образующими кольцевую полость, периферийные и боковые отверстия, ротор с промывочными выработками. Патент Республики Казахстан №33043, кл. Е21В 4/02, 2018.
В прототипе не предусмотрена возможность использования потенциальной энергии ядра потока рабочей жидкости без потери из-за несовершенной системы подачи и появления противотоков в кольцевой полости статора, негативно влияющих на надежность работы.
Задача изобретения - повышение надежности работы объемного забойного двигателя.
Технический результат - усиление момента силы вращения объемного забойного двигателя посредством использования потенциальной энергии ядра потока рабочей жидкости и устранение возможности появления противотоков в кольцевой полости статора.
Это достигается тем, что в объемном забойном двигателе, содержащем статор с прикрепленными к нему полуцилиндрическими лопастями, образующими кольцевую полость, периферийные и боковые отверстия, ротор с промывочными выработками, согласно изобретению, в кольцевой полости статора с обозначенным зазором между стенками и окончаниями размещены круговые каналы с дном, направленные от внешней стороны полуцилиндрических лопастей к внутренней поверхности соседних, при этом верхний уровень круговых каналов находится выше периферийных и боковых отверстий, ротор оснащен полусферой с цилиндрическим основанием, на поверхности которой проведены канавки расходящиеся от вершины и по уклону с изгибом через цилиндрическое основание, соосно выходящие в наклонные промывочные выработки ротора, конусно сужающиеся нижним концом по вращению статора, ориентированные на дно равных им в поперечном сечении круговых каналов.
Совокупностью отличительных признаков изобретения сохраняется сплошность струи и исключается рассеивание энергии ядра потока рабочей жидкости, сопровождающееся потерей давления, увеличиваются площади приема рабочей жидкости, непосредственно попадающей в канавки полусферы, происходит формирование в них направленного потока с последующим приложением веса столба рабочей жидкости под острым углом на дно круговых каналов и давления набегающего потока в ограниченном пространстве на серединные участки внутренней поверхности полуцилиндрических лопастей, достигается усиление силы момента вращения статора.
Признаками изобретения предусмотрено разграничение набегающего потока рабочей жидкости на дно круговых каналов и на внутренние поверхности полуцилиндрических лопастей от противоположно идущего отраженного потока, тем самым устраняется возможность появления противотоков в кольцевой полости, возникновение застойной подушки жидкости между набегающим потоком и элементами объемного забойного двигателя, обеспечивается рост скорости реактивного истечения рабочей жидкости из периферийных отверстий статора, создающей дополнительные моменты силы вращения.
Существенные признаки изобретения имеют причинно-следственные связи с достижением технического результата и решением задачи изобретения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 – общий вид, на фиг. 2 и фиг. 3 – соответственно разрезы по А-А и Б-Б на фиг. 1.
Объемный забойный двигатель содержит статор, состоящий из верхней 1 и нижней 2 частей, соединенных между собой. На верхней части 1 статора выполнены многоуровневые периферийные отверстия 3 реактивного истечения рабочей жидкости, к ней прикреплены полуцилиндрические лопасти 4 на ободке, на котором проведены боковые отверстия 5.
В кольцевой полости верхней части 1 статора с обозначенным зазором между стенками и окончаниями размещены круговые каналы 6 с дном, направленные от внешней стенки полуцилиндрических лопастей 4 к внутренней поверхности соседних, при этом верхний уровень круговых каналов 6 находится выше периферийных и боковых отверстий 3 и 5.
Внутри статора посредством подшипников 7 и 8 расположен ротор 9 с наклонными промывочными выработками 10. Ротор 9 оснащен полусферой 11 с цилиндрическим основанием, на поверхности которой проведены канавки 12, расходящиеся от вершины и по уклону с изгибом через цилиндрическое основание, соосно выходящие в наклонные промывочные выработки 10 ротора 9, конусно сужающиеся нижним концом по вращению статора, ориентированные на дно равных им в поперечном сечении круговых каналов 6.
Между ротором 9 и ободком полуцилиндрических лопастей 4 образовано окружное пространство 13, через боковые отверстия 5 сообщающееся с кольцевой полостью статора.
На нижней части 2 статора выполнены проточки 14, исходящие из окружного пространства 13 и выходящие за стенки статора и в забой скважины (не показано).
Объемный забойный двигатель работает следующим образом. При бурении скважин поток рабочей жидкости под давлением поступает на канавки 12 полусферы 11 ротора 9 и через наклонные промывочные выработки 10 под острым углом попадает на дно круговых каналов 6, размещенных в верхней части 1 статора.
Под действием выталкивающей силы веса столба рабочей жидкости и последующего давления набегающего потока на внутренние поверхности полуцилиндрических лопастей 4 и реактивного истечения из периферийных отверстий 3 статор на подшипниках 7 и 8 вращается вокруг ротора 9.
Далее, часть потока из кольцевой полости статора через боковые отверстия 5 перетекает в окружное пространство 13 и через проточки 14, создавая дополнительный момент вращения реактивным истечением рабочей жидкости, выходит за стенки нижней части 2 статора и в забой скважины.
Результаты теоретических расчетов по вычислению значений момента силы вращения объемного забойного двигателя, подтвержденные экспериментами и практикой отработки опытных образцов, показали, что создано эффективное средство сооружения скважин, в конструкции которого обеспечивается усиление момента силы вращения с увеличением глубины скважин, чего нет в серийно выпускаемых забойных гидродвигателях.