Объемный забойный двигатель

Изобретение относится к средствам бурения скважин, а именно к забойным гидравлическим двигателям. Задача изобретения - расширение сферы использования объемного забойного двигателя. Технический результат - свободная сменяемость объемного забойного двигателя без подъема колонны труб, упрощение конструкции и повышение надежности закрепления лопастей в форме полуцилиндра в секционных углублениях вала в требуемом положении и устранение гидродинамических помех вращению вала. Предлагаемый забойный двигатель снабжен входной полой камерой с направляющими отверстиями, размещенной в кольцевой полости и взаимодействующей внешней стороной по конусу в свободном состоянии с корпусом, вал выполнен сменяемым, причем верхний конец вала зафиксирован подшипником, прикрепленным к внутренней стенке входной полой камеры, одна боковая сторона лопастей выполнена с выступающими продолжениями вверх и вниз и ими закреплена в секционных углублениях вала, внутренняя поверхность лопастей выполнена с уклоном и увеличением толщины стенки полуцилиндра по направлению к низу, вал в нижнем окончании содержит наклонные проточные каналы, выполненные противоположно вращению вала, при этом вал разъемно жестко соединен с долотом, содержащим снаружи буртик, внутри оснащенный осевым пространством, а снизу ограниченный матрицей, имеющей центральный проход и сообщающейся посредством проточных каналов с кольцевой полостью, к корпусу с внутренней стороны прикреплен упорный подшипник,разделяющий корпус и долото вдоль и поперек, опирающийся на матрицу и верхней кромкой скользяще контактирующий с буртиком, причем упорный подшипник внизу имеет внутренний скос наружу, над матрицей в долоте проведены боковые канавки, выполненные на выходе с коленообразным поворотом, направленным в скос упорного подшипника противоположно вращению, под упорным подшипником промывочные каналы матрицы выполнены наклонно проходящими к выходу в направлении, обратном вращению долота. Изобретение относится к средствам бурения скважин, а именно к забойным гидравлическим двигателям. Известен объемный забойный двигатель, включающий цилиндрический корпус, внутри которого размещен ротор со сквозными пазами и лопастями в виде полувтулок, подпружиненными в радиальном направлении (патент РФ 2049902, МПК 6 Е 21 В 4/02, 1995). Недостаток известного объемного забойного двигателя состоит в сложности конструкции взаимодействующих элементов, что снижает эффективность действия забойного двигателя. Известен объемный забойный двигатель, содержащий корпус, внутри которого с образованием кольцевой полости и возможностью вращения на подшипниках расположен вал с секционными углублениями снаружи, где одной боковой стороной закреплены лопасти в форме полуцилиндра, долото с присоединенной к нему матрицей с промывочными каналами (описание изобретения к патенту РФ 2220270, МПК 7 Е 21 В 4/02, 2001). Данный объемный забойный двигатель по совокупности существенных признаков выбран в качестве прототипа заявляемого изобретения. Недостаток прототипа - отсутствие возможности беспрепятственной смены забойного двигателя без подъема колонны труб, сложность закрепления лопастей в форме полуцилиндра в секционных углублениях вала в требуемом положении и наличие гидродинамических помех вращению вала, что суммарно ведет к сужению сферы применения объемного забойного двигателя. Задача изобретения - расширение сферы использования объемного забойного двигателя. Технический результат - свободная сменяемость объемного забойного двигателя без подъема колонны труб, упрощение конструкции и повышение надежности закрепления лопастей в форме полуцилиндра в секционных углублениях вала в требуемом положении и устранение гидродинамических помех вращению вала. Это достигается тем, что объемный забойный двигатель, содержащий корпус, внутри которого с образованием кольцевой полости и возможностью вращения на подшипниках расположен вал с секционными углублениями снаружи, в которых одной боковой стороной закреплены лопасти в форме полуцилиндра, а также долото с присоединенной к нему матрицей с промывочными каналами, согласно изобретению снабжен входной полой камерой с направляющими отверстиями, размещенной в кольцевой полости и взаимодействующей внешней стороной по конусу в свободном состоянии с корпусом, вал выполнен сменяемым,причем верхний конец вала зафиксирован подшипником, прикрепленным к внутренней стенке входной полой камеры, одна боковая сторона лопастей выполнена с выступающими продолжениями вверх и вниз и ими закреплена в секционных углублениях вала, внутренняя поверхность лопастей выполнена с уклоном и увеличением толщины стенки полуцилиндра по направлению к низу, вал в нижнем окончании содержит наклонные проточные каналы выполненные противоположно вращению вала, при этом вал разъемно жестко соединен с долотом, содержащим снаружи буртик, внутри оснащенный осевым пространством, а снизу ограниченный матрицей, имеющей центральный проход и сообщающейся посредством проточных каналов с кольцевой полостью, к корпусу с внутренней стороны прикреплен упорный подшипник, разделяющий корпус и долото вдоль и поперек, опирающийся на матрицу и верхней кромкой скользяще контактирующий с буртиком, причем упорный подшипник внизу имеет внутренний скос наружу, над матрицей в долоте проведены боковые канавки, выполненные на выходе с коленообразным поворотом, направленным в скос упорного подшипника противоположно вращению, под упорным подшипником промывочные каналы матрицы выполнены наклонно проходящими к выходу в направлении, обратном вращению долота. Совокупностью отличительных признаков изобретения является то, что забойный двигатель снабжен входной полой камерой с направляющими отверстиями, размещенной в кольцевой полости и взаимодействующей внешней стороной по корпусу в свободном состоянии с корпусом, вал выполнен сменяемым, причем верхний конец вала зафиксирован подшипником, прикрепленным к внутренней стенке входной полой камеры, обеспечивается свободное извлечение вала объемного забойного двигателя без подъема колонны труб, улучшение условий транспортировки верх и вниз, надежная постановка и центрация вала в рабочем положении независимо от угла наклона скважин, возможность визуального осмотра и замены по мере износа подшипника и лопастей в форме полуцилиндра. Все это повышают надежность его работы и расширение сферы использования в различной горной среде. Признаком является то, что одна боковая сторона лопастей выполнена с выступающими продолжениями вверх и вниз, закрепленным в секционных углублениях вала, обеспечен беспрепятственный доступ для закрепления лопастей в форме полуцилиндра и не участвующие в создании крутящего момента части лопастей будут загублены, чем снижаются гидродинамические помехи совместному вращению лопастей с валом. Признаком изобретения также является то, что внутренняя поверхность лопастей выполнена с уклоном и увеличением толщины стенки полуцилиндра по направлению к низу, уменьшены значения вертикально сжимающей нагрузки потока промывочной жидкости на верхний торец лопасти в форме полуцилиндра, чем также снижаются помехи вращению вала, и сила веса промывочной жидкости и скоростного напора будут приложены к внутренней поверхности лопасти, чем достигается усиление крутящего момента вала. Совокупностью признаков является то, что вал в нижнем окончании содержит наклонные проточные каналы, выполненные противоположно вращению вала, при этом вал разъемно жестко соединен с долотом, содержащим снаружи буртик, внутри оснащенный осевым пространством, а снизу ограниченный матрицей, имеющей центральный проход и сообщающейся посредством проточных каналов с кольцевой полостью, к корпусу с внутренней стороны прикреплен упорный подшипник, разделяющий корпус и долото вдоль и поперек, опирающийся на матрицу и верхней кромкой скользяще контактирующий с буртиком, причем упорный подшипник внизу имеет внутренний скос наружу, над матрицей в долоте проведены боковые канавки, выполненные на выходе с коленообразным поворотом, направленным в скос упорного подшипника противоположно вращению; обеспечивается исключение прямого контакта корпуса и долота, создание ненагруженных забойных условий работы упорного подшипника и долота,образование дополнительного крутящего момента вала и долота, интенсивная смазка и охлаждение контактирующих поверхностей упорного подшипника с долотом, устранение возможностей попадания шлама между ними, что способствует повышению надежности и увеличению ресурсов работы объемного забойного двигателя. Признаком является также то, что под упорным подшипником промывочные каналы матрицы выполнены наклонно проходящими к выходу в направлении, обратном вращению долота, на контакте упорного подшипника с матрицей происходит сжатие протекающей промывочной жидкости, что снижает влияние веса корпуса и соединенной с ним колонны труб (не показана) на долото, и реактивным истечением жидкости создается крутящий момент в конструкции долота. Существенные признаки изобретения имеют причинно-следственную связь, обеспечивают достижение технического результата и решение задачи изобретения. На фиг. 1 изображен общий вид объемного забойного двигателя; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1. Объемный забойный двигатель содержит корпус 1, внутри которого с образованием кольцевой полости и возможностью вращения расположен сменяемый вал 2, снабженный входной полой камерой 3 с направляющими отверстиями 4, размешенной в кольцевой полости и взаимодействующей внешней стороной по конусу 5 в свободном состоянии с корпусом 1. Верхний конец вала 2 зафиксирован подшипником 6, прикрепленным к внутренней стенке входной полой камерой 3. Одна боковая сторона лопастей 7 выполнена с выступающими продолжениями вверх 8 и вниз 9 и ими закреплена в секционных углублениях 10 вала 2. Внутренняя поверхность лопастей 7 выполнена с уклоном и увеличением толщины стенки полуцилиндра по направлению к низу. Вал 2 в нижнем окончании содержит наклонные проточные каналы 11, выполненные противоположно вращению вала, и разъемно жестко соединен с долотом 12, содержащим буртик 13, внутри оснащенный осевым пространством 14, а снизу ограниченной матрицей 15, имеющей центральный проход 16 и сообщающейся посредством проточных каналов 11 с кольцевой полостью. К корпусу 1 с внутренней стороны прикреплен упорный подшипник 17, разделяющий корпус 1 и долото 12 вдоль и поперек, опирающийся на матрицу 15 и верхней кромкой скользяще контактирующий с буртиком 13, причем упорный подшипник 17 внизу имеет внутренний скос 18 наружу. Над матрицей 15 в долоте 12 проведены боковые канавки 19, выполненные на выходе с коленообразным поворотом 20, направленным в скос упорного подшипника 17 противоположно вращению. Под упорным подшипником 17 промывочные каналы 21 матрицы 15 выполнены наклонно проходящими к выходу в направлении, обратном вращению долота 12. Сверху внутри входной полой камеры 3 к ней встроена головка 22 для извлечения объемного забойного двигателя. Объемный забойный двигатель работает следующим образом. При взаимодействии входной полой камеры 3 по конусу 5 в свободном состоянии с корпусом 1 вал 2 достигает рабочего положения и разъемно жестко соединяется с долотом 12. Поток промывочной жидкости по направляющим отверстиям 4 поступает в кольцевую полость и приложением силы веса и скоростного напора на внутреннюю поверхность лопастей 7 в форме полуцилиндра создает крутящий момент, передаваемый валу 2 через одну боковую сторону лопасти 7, выполненной с выступающими продолжениями вверх 8 и вниз 9 и ими закрепленной в секционных углублениях 10 вала 2, вращающегося на подшипнике 6. Далее поток промывочной жидкости, протекая вниз по наклонным проточным каналам 11 противоположно вращению вала 2 и за счет реактивного истечения жидкости, создает дополнительный крутящий момент последнего. Из проточных каналов 11 промывочная жидкость поступает в осевое пространство 14 долота 12, где поток разделяется, одна часть через центральный проход 16 матрицы 15 попадает на забой скважины (не показан), омывает матрицу 15 и выносит шлам, другая часть потока по боковым канавам 19, выполненным на выходе с коленообразным поворотом 20, направляется в скос 18 упорного подшипника 17, прикрепленного к корпусу 1 с внутренней стороны и опирающегося на матрицу 15. При этом между упорным подшипником 17 и матрицей 15 промывочная жидкость встречным вращению движением охлаждает и смазывает их контактирующие поверхности, исключает попадание шлама и, протекая по наклонно проходящим промывочным каналам 21, в силу реактивного истечения жид-2 021106 кости образует крутящий момент на долоте 12, контактирующем буртиком 13 с верхней кромкой упорного подшипника 17. В случае необходимости смены вала 2 его овершотом (не показан) захватывают за головку 22 и извлекают из скважины. Экстремальные проверки опытного образца забойного двигателя наружным диаметром 73 мм и долотом 93 мм показали, что они по значению крутящего момента и частоты вращения вала могут быть использованы в широком диапазоне крепости разрушаемых горных пород и диаметре скважин в пределах 115 мм, чем достигается расширение сферы их применения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Объемный забойный двигатель, содержащий корпус, внутри которого с образованием кольцевой полости и возможностью вращения на подшипниках расположен вал с секционными углублениями снаружи, в которых одной боковой стороной закреплены лопасти в форме полуцилиндра, а также долото и присоединенную к немуматрицу с промывочными каналами, отличающийся тем, что снабжен входной полой камерой с направляющими отверстиями, размещенной в кольцевой полости и взаимодействующей внешней стороной по конусу в свободном состоянии с корпусом, вал выполнен сменяемым, причем верхний конец вала зафиксирован подшипником, прикрепленным к внутренней стенке входной полой камеры, одна боковая сторона лопастей выполнена с выступающими продолжениями вверх и вниз, и ими закреплена в секционных углублениях вала, внутренняя поверхность лопастей выполнена с уклоном и увеличением толщины стенки полуцилиндра по направлению к низу, вал в нижнем окончании содержит наклонные проточные каналы, выполненные противоположно вращению вала, при этом вал разъемно жестко соединен с долотом, содержащим снаружи буртик, внутри оснащенный осевым пространством, а снизу ограниченный матрицей, имеющей центральный проход и сообщающейся посредством проточных каналов с кольцевой полостью, к корпусу с внутренней стороны прикреплен упорный подшипник, разделяющий корпус и долото вдоль и поперек, опирающийся на матрицу и верхней кромкой скользяще контактирующий с буртиком, причем упорный подшипник внизу имеет внутренний скос наружу, над матрицей в долоте проведены боковые канавки, выполненные на выходе с коленообразным поворотом, направленным в скос упорного подшипника противоположно вращению, под упорным подшипником промывочные каналы матрицы выполнены наклонно проходящими к выходу в направлении, обратном вращению долота.