Объемный забойный двигатель

(51) 21 4/02 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Технический результат - достижение усиленного крутящего момента на валу и снижение гидродинамического встречного сопротивления вращению лопастей в кольцевой полости. В объемном забойном двигателе, содержащий корпус, внутри которого с возможностью вращения соосно расположен вал образующий с корпусом кольцевую полость, где размещены и наклонно по ходу вращения к валу прикреплены лопасти формой полуцилиндра, внутренняя поверхность лопастей выполнена шероховатыми, имеющими поперечные к высоте лопастей выступы и впадины в виде дуги выпукло ориентированные книзу,внешняя поверхность лопастей выполнена чистотой до зеркального блеска, при этом в нижней части вал снабжен центральным каналом и боковыми радиальными отверстиями,входящими в центральный канал из кольцевой полости ниже лопастей по направлению вращения вала.(57) Изобретение относится к средствам бурения скважин, а именно к забойным гидравлическим двигателям лопастного типа. Задача изобретения - повышение надежности работы объемного забойного двигателя. Изобретение относится к средствам бурения скважин, а именно к забойным гидравлическим двигателям лопастного типа. Известен объемный забойный двигатель,включающий цилиндрический корпус, переводник,установленный в полости корпуса вал с лопастями. Патент Российской Федерации 2049902, кл. Е 21 В 4/02, 1995. В данной конструкции лопасти закрепленные на валу силой пружины, прижаты к внутренней поверхности корпуса, из-за чего рост силы трения вращению вала, и появления нестабильности в работе объемного забойного двигателя. За прототип принят объемный забойный двигатель, содержащий корпус, внутри которого с возможностью вращения соосно расположен вал,образующий с корпусом кольцевую полость, где размещены и наклонно по ходу вращения к валу прикреплены лопасти формой полуцилиндра. Патент Российской Федерации 2220270, кл.7 Е 21 В 4/02, 2001. Недостатки прототипа - низкие значения крутящего момента на валу и присутствие гидродинамического встречного сопротивления вращению лопастей в кольцевой полости, что снижает надежность работы объемного забойного двигателя. Задача изобретения - повышение надежности работы объемного забойного двигателя. Технический результат - достижение усиленного крутящего момента на валу и снижение гидродинамического встречного сопротивления вращению лопастей в кольцевой полости. Технический результат достигается тем, что в объемном забойном двигателе, содержащий корпус,внутри которого с возможностью вращения соосно расположен вал образующий с корпусом кольцевую полость, где размещены и наклонно по ходу вращения к валу прикреплены лопасти формой полуцилиндра, согласно изобретению, внутренняя поверхность лопастей выполнена шероховатыми,имеющими поперечные к высоте лопастей выступы и впадины в виде дуги выпукло ориентированные книзу, внешняя поверхность лопастей выполнена чистотой до зеркального блеска, при этом в нижней части вал снабжен центральным каналом и боковыми радиальными отверстиями, входящими в центральный канал из кольцевой полости ниже лопастей по направлению вращения вала. Совокупности отличительных признаков изобретения, внутренняя поверхность лопастей выполнена шероховатыми, имеющими поперечные к высоте лопастей выступы и впадины в виде дуги выпукло ориентированные книзу,внешняя поверхность лопастей выполнена чистотой до зеркального блеска, при попадании в пространство между лопастей поток рабочей жидкостей меняет направление сообразно с наклоном лопастей, и одна боковая сторона потока соприкасается с шероховатой внутренней поверхностью, другая боковая сторона потока граничит с внешней поверхностью лопастей чистотой до зеркального блеска. В силу чего, в кольцевой полости 2 произойдет перераспределение давлений и скорости потока рабочей жидкости, наибольшее давление и наименьшая скорость у внутренней поверхности лопастей и наименьшее давление и наибольшая скорость у внешней поверхности лопастей, чем обеспечивается создание усиленного крутящего момента лопастей, прикрепленных к валу. Кроме того, часть потока рабочей жидкости протекает по внутренней шероховатой поверхности лопастей, и растекаясь к периферии по выступам и впадинам в виде дуги выпукло ориентированной книзу, создает дополнительное давление на лопасти в направлении вращения вала, и тем самым способствует повышению значений крутящего момента последнего. К тому же, из-за высокой скорости потока рабочей жидкости у внешней поверхности лопастей чистотой до зеркального блеска создается пристенная зона разрежения, от внутренней шероховатой поверхности встречной лопасти поток рабочей жидкости отражается под меньшим углом,и увлекается потоком высокой скорости без возможности проникновения в пристенную зону разрежения,чем достигается снижение гидродинамического встречного сопротивления вращению лопастей в кольцевой полости. Признаком - в нижней части вал снабжен центральным каналом и боковыми радиальными отверстиями, входящими в центральный канал из кольцевой полости ниже лопастей по направлению вращения вала, вращающийся совместно с валом поток рабочей жидкости при входе в радиальные отверстия поворачивается, и гидродинамическое давление в месте поворота у передней по направлению вращения стенки радиального отверстия повышается, у задней стенки снижается,что также ведет к повышению значений крутящего момента вала. Существенные признаки изобретения имеют причинно-следственную связь,обеспечивают достижение технического результата и решение поставленной задачи изобретения. На фиг.1 показан общий вид объемного забойного двигателя, на фиг.2 разрез по А-А на фиг.1, на фиг.3 разрез по Б-Б на фиг.1. Объемный забойный двигатель содержит переводник 1 с промывочными каналами 2,соединенный с переводником 1 корпус 3, внутри которого с возможностью вращения относительно переводника 1 на верхнем 4 и нижнем 5 подшипниках расположен вал 6, образующий с корпусом 3 кольцевую полость 7. При этом верхний подшипник 4 установлен в нижней половинке переводника 1, нижний подшипник 5 в корпусе 3. В кольцевой полости 7 размещены и наклонно по ходу вращения к валу 6 прикреплены лопасти 8 формой полуцилиндра. Внутренняя поверхность 9 лопастей 8 выполнена шероховатыми, имеющими поперечные к высоте лопастей 8 выступы и впадины в виде дуги 10 выпукло ориентированные книзу. Внешняя поверхность 11 лопастей 8 выполнена чистотой до зеркального блеска. Вал 6 в нижней части снабжен центральным каналом 12 и боковыми радиальными отверстиями 13, входящими в центральный канал 12 из кольцевой полости 7 ниже лопастей 8 по направлению вращения вала 6. Объемный забойный двигатель работает следующим образом. Поток рабочей жидкости через промывочные каналы 2 переводника 1 поступает в кольцевую полость 7, образованной корпусом 3 и валом 6, и сообразно с наклоном лопастей 8 меняет направление создавая наибольшую нагрузку от перепада давления и веса столба рабочей жидкости на внутреннюю шероховатую поверхность 9 лопастей 8, преобразуемую в крутящий момент вала 6, вращающегося на верхнем 4 и нижнем подшипниках 5 относительного переводника 1. Далее, часть потока рабочей жидкости протекает по внутренней шероховатой поверхности 9, и растекаясь к периферии по выступам и впадинам в виде дуги 10 выпукло ориентированным книзу,создает дополнительное давление на лопасти 8,способствующее повышению значений крутящего момента на валу 6. При этом, данная часть потока отражается от внутренней шероховатой поверхности 9 под меньшим углом, и увлекается другой частью потока рабочей жидкости движущейся с высокой скоростью у внешней поверхности 11 лопастей 8,снижением силы гидродинамического встречного сопротивления вращению лопастей 8 в кольцевой полости 7. В дальнейшем, поток рабочей жидкости из кольцевой полости 7 поворотом по направлению вращения вала 6 через боковые радиальные отверстия 13 поступает в центральный канал 12,усилением крутящего момента на валу 6,передаваемый на породоразрушающий инструмент(не показан). Эксперименты, проведенные в лабораторных условиях по испытанию опытного образца объемного забойного двигателя изготовленного в соответствии с формулой изобретения наружным диаметром корпуса 127 мм показали, что при минимальных для этого диаметра расходах рабочей жидкости в пределах 120-160 л/мин достигнуты стабильные значения крутящего момента на валу,достаточные для бурения скважин по твердым и крепким горным породам. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Объемный забойный двигатель, содержащий корпус, внутри которого с возможностью вращения соосно расположен вал, образующий с корпусом кольцевую полость, где размещены и наклонно по ходу вращения к валу прикреплены лопасти,имеющие форму полуцилиндра, отличающийся тем, что внутренняя поверхность лопастей выполнена шероховатой, имеющей поперечные к высоте лопастей выступы и впадины в виде дуг,выпукло ориентированных книзу,внешняя поверхность лопастей отполирована до зеркального блеска, при этом в нижней части вал снабжен центральным каналом и боковыми радиальными отверстиями, входящими в центральный канал из кольцевой полости ниже лопастей по направлению вращения вала.