Область техники

Изобретение относится к области горного дела, а именно к средствам бурения скважин забойными гидромашинами.

Уровень техники

Известен объемный забойный двигатель с регулируемым клапаном, содержащий статор и ротор, первый канал подачи, второй канал подачи, первый возвратный канал и второй возвратный канал рабочей жидкости. Патент Великобритании (GB) N°2478248, кл.Е21В4/02, 2011.

Недостатки аналога - сложность конструкции, застойные зоны в каналах подачи и возврата, гидродинамические помехи, затрудняющие запуск забойного двигателя в работу.

Прототипом выбран объемный забойный двигатель, содержащий ротор, на котором с образованием пространства и возможностью вращения установлен статор, включающий кольцевые полости с дном, ограниченные внешними и внутренними стенками, полуцилиндрическими лопастями, и разделенные дугообразными перегородками проемы для прохода рабочей жидкости. Патент Республики Казахстан N°33043, Е21В4/02, 2018.

В данном техническом решении создаются условия для появления вибрации в узлах соединения, составляющих элементы статора, нарушающих устойчивость конструкции и ресурсные возможности последнего, неполное использование потенциальной энергии рабочей жидкости, что снижает надежность работы объемного забойного двигателя.

Сущность изобретения

Задача изобретения - повышение надежности эксплуатации объемного забойного двигателя.

Технический результат - устранение вибрации и достижение устойчиво высоких значений момента вращения объемного забойного двигателя путем совершенствования механизма силового взаимодействия потока рабочей жидкости и статора.

Результат достигается тем, что в объемном забойном двигателе, содержащем ротор, на котором с образованием пространства и возможностью вращения установлен статор, включающий кольцевые полости с дном, ограниченные внешними и внутренними стенками, полуцилиндрическими лопастями, и разделенные дугообразными перегородками, проемы для прохода рабочей жидкости, согласно изобретению, статор выполнен цельным, кольцевые полости представлены многорядными в поперечном сечении, разделены дугообразными перегородками, образующими каналы подачи рабочей жидкости, смещенные от линии раздела к внешним стенкам, и возвратные каналы, при этом в направлении от периферии к центру каждый последующий канал шире предыдущего, полуцилиндрические лопасти внутри оснащенные резиновыми прокладками по рядам расположены чередующимися, проемы с плавно расширяющимся входом со стороны внутренних стенок проведены касательно сопряженными с наружной поверхностью полуцилиндрических лопастей, по высоте равными последним, и связующими кольцевые полости с пространством между ротором и статором.

Признаком изобретения - статор выполнен цельным, исключаются узлы соединения составляющих элементов статора, устранение вибрации и достижение высокой точности изготовления, обеспечиваются устойчивость работы, расширение ресурсных возможностей объемного забойного двигателя при знакопеременных, динамических нагрузках со стороны рабочей жидкости и создание благоприятных забойных условий бурения скважин.

Совокупностью признаков - кольцевые полости представлены многорядными в поперечном сечении, разделены дугообразными перегородками, образующими каналы подачи рабочей жидкости, смещенные от линии раздела к внешним стенкам, и возвратные каналы, при этом в направлении от периферии к центру каждый последующий канал шире предыдущего, полуцилиндрические лопасти внутри оснащенные резиновыми прокладками по рядам расположены чередующимися, достигается перераспределение скоростей и давлений рабочей жидкости по каналам, направленным приложением силы веса столба рабочей жидкости на дно каналов подачи, и далее на части внутренних поверхностей полуцилиндрических лопастей, удаленных от линии раздела к внешним стенкам, и в силовом взаимодействии при повороте, задерживаясь в контакте с резиновыми прокладками и отталкиваясь от них в силу амортизационных свойств, потоки в обратном направлении по возвратным каналам движутся при меньших значениях напора и гидравлическом сопротивлении, что наряду с увеличением число плечо моментов силы вращения статора в одной поперечной плоскости, повышает пусковой момент в работу и энергетические характеристики объемного забойного двигателя.

Признаками изобретения - проемы с плавно расширяющимся входом со стороны внутренних стенок проведены касательно сопряженными с наружной поверхностью полуцилиндрических лопастей, по высоте равными последним, и связующими кольцевые полости с пространством между ротором и статором, устраняются застойные зоны кругооборота рабочей жидкости при входе в проемы, вызывающие турбулизацию потоков, причины появления вибрации, возникает эффект эжекции (всасывание) ускорением перетока потока рабочей жидкости из возвратных каналов в каналы подачи, где происходит слияние потоков с ростом давлений и скорости, усилением воздействия на внутренние поверхности полуцилиндрических лопастей, ограждениям их наружной поверхности от действия противотока возвратного канала, способствующие максимальному использованию потенциальной энергии рабочей жидкости.

Признаки изобретения имеют причинно-следственные связи, обеспечивают достижение технического результата и решение поставленной задачи.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 - схема объемного забойного двигателя, на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.

Объемный забойный двигатель содержит корпус 1 , жестко соединенный с ротором 2, на котором с образованием пространства и возможностью вращения установлен цельный статор 3, включающий многорядные в поперечном сечении кольцевые полости с дном, ограниченные внешними и внутренними стенками, полуцилиндрическими лопастями 4, и разделенные дугообразными перегородками 5 и 6 на каналы подачи 7 и 8 и возвратные каналы 9 и 10.

Проемы 11 и 12 с плавно с расширяющимся входом со стороны внутренних стенок кольцевых полостей проведены касательно сопряженными с наружной поверхностью полуцилиндрических лопастей 4 по высоте, равными последним, и связующими кольцевые полости с пространством между статором 3 и ротором 2.

Внутренние поверхности полуцилиндрических лопастей 4 оснащены резиновыми прокладками 13.

В нижней части ротор 2 отцентрирован подшипниковым узлом 14, размещенным в переходнике 15, присоединенный к статору 3.

В корпусе 1, скользяще контактирующим со статором 3, выполнены наклонные отверстия 16 и 17, под острым углом, по направлению вращения статора 3 ориентированные соответственно на дно каналов подачи 7 и 8.

Осуществление изобретения

Объемный забойный двигатель работает следующим образом.

Началом процесса бурения скважин, потоки рабочей жидкости по отверстиям 16 и 17 корпуса 1 направленно попадают на дно каналов подачи соответственно 7 и 8 разделенные дугообразными перегородками 5 и 6. Под действием энергии веса столба рабочей жидкости, переходящая в выталкивающую силу и скоростного напора на внутренние поверхности полуцилиндрических лопастей 4, совокупно преобразуемые в момент вращения, статор 3 с переходником 15 посредством подшипникового узла 14 вращается вокруг ротора 2.

Далее, потоки рабочей жидкости, поворачиваясь по резиновым прокладкам 13 внутренней поверхности полуцилиндрических лопастей 4, и отталкиваясь от них, движутся в обратном направлении по возвратным каналам 9 и через проемы 11, увлекаемые нисходящим потоком рабочей жидкости в каналах 8, перетекают в них, где происходит слияние потоков усилением скоростного напора, воздействующего на полуцилиндрические лопасти 4 следующего ряда кольцевой полости, увеличением величины моментов вращения статора, чему способствуют число плечо моментов силы в одной поперечной плоскости.

В дальнейшем, потоки рабочей жидкости, отталкиваясь от резиновых прокладок полуцилиндрических лопастей 4, движутся по возвратным каналам 10, и через проемы 12 попадают в пространство между статором 3 и ротором 2, после - через переходник 15 на забой скважины (не показан).

Конструктивными особенностями статора, выполненного цельным из прочного, легкоплавкого материала (алюминий) с низким коэффициентом трения, обеспечивается устойчивость и долговечность конструкции, максимальное использование потенциальной энергии с достижением высоких энергетических характеристик объемного забойного двигателя, расширение технологических возможностей и сферы применения в широком диапазоне горно-геологических условий бурения скважин.