鑽井儀器用井下發電機的製作方法

2023-05-13 22:50:41

專利名稱：鑽井儀器用井下發電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及鑽井設備領域，特別涉及一種鑽井儀器用井下發電機，主要用於為石油、礦山、地質勘探等隨鑽測量或者非隨鑽測量的鑽井儀器提供電源。
背景技術：
在石油、礦山、地質勘探等領域都需要使用隨鑽測量或非隨鑽測量鑽井儀器，這些儀器在中使用中都需要穩定、持續時間長、功率大的電源，而這樣的電源設備在鑽井儀器中需要耐受高溫、高壓、高振動的環境。目前，為石油、礦山、地質勘探等領域的隨鑽測量或非隨鑽測量鑽井儀器的供電方式一般採用高性能鋰電池供電或者有線傳輸供電。鋰電池供電是將多節鋰電池串接後裝入鈦合金外殼中，通過電插頭與電路相連，為鑽井儀器以及電路供電；但是，一方面，鋰電池可以提供的電量有限，電壓也比較低，不能滿足大功率發射電路的用電需求，要頻繁更換電池組，使儀器功能受到很大的限制；另一方面，鋰電池造價比較高，大大提高了儀器的成本。有線傳輸供電就是把地面供電設備通過一根鎧裝電纜連接到·測量儀器，滿足測量儀器的用電需求，測量儀器獲得的數據再由這根鎧裝電纜傳輸到地面；然而有線傳輸供電方法旋轉鑽井和井斜角大於45度的井中使用很困難，因為電纜在鑽柱的通道內，當鑽柱旋轉時，電纜很容易被絞斷，另外井斜角大於45度時，儀器靠自身重量下放到井底將很困難。因此，為石油、礦山、地質勘探等領域使用的隨鑽測量或非隨鑽測量鑽井儀器設計出一種大功率的發電機已為本技術領域技術人員需要迫切解決的問題。一方面保證鑽井儀器的不間斷供電需求，避免頻繁起下鑽作業，降低工人的勞動強度，提高工作效率，另一方面發電機成本低，使用壽命長，降低了鑽井儀器的費用，減少了儀器的尺寸，更加方便儀器的操作。

實用新型內容為了解決現有技術的問題，具體地是解決在鑽井儀器中使用鋰電池的需要頻繁更換、增加勞動強度，使用有限傳輸的電纜容易被絞斷、不適合大傾斜角鑽井的問題。本實用新型實施例提供了一種鑽井儀器用井下發電機，該井下發電機結構簡單、成本低廉、工作壽命長、安全可靠。所述技術方案如下一種鑽井儀器用井下發電機，所述井下發電機包括發電機本體、磁力耦合器、泥漿渦輪和連接轉軸，所述磁力耦合器設置在所述泥漿渦輪內，所述連接轉軸的兩端分別與所述磁力耦合器和所述發電機本體固定連接。該井下發電機發電功率大，在鑽探過程中能夠為鑽井儀器提供穩定可靠的電源輸入，保證鑽井儀器正常工作。在實踐中，該井下發電機應用於無線電磁波隨鑽測量系統中，通過地面實驗和上井隨鑽考核，證明是一種可靠的供電設備。該井下發電機可以應用在不同的鑽井儀器中，只要知道鑽井儀器電源所需接口尺寸，通過修改該發電機輸出端尺寸就可以保證連接，使用起來簡單方便。進一步地，所述磁力耦合器包括內磁鋼組件、外磁鋼組件和隔磁罩，所述內磁鋼組件安裝在所述連接轉軸上，所述外磁鋼組件安裝在所述泥漿渦輪內，所述隔磁罩設置在所述內磁鋼組件與所述外磁鋼組件之間，所述隔磁罩與所述井下發電機的機座固定連接。該磁力耦合器採用圓筒式結構，外磁鋼組件是該磁力耦合器的主動磁轉子，內磁鋼組件是該磁力耦合器的從動磁轉子。在鑽井過程中泥漿驅動泥漿渦輪，泥漿渦輪帶動外磁鋼組件轉動，外磁鋼組件再驅動內磁鋼組件進而驅動連接轉軸轉動。隔磁罩起到密封作用，隔離磁力耦合器內、外磁鋼，保證該井下發電機在高壓環境下能正常工作。進一步地，所述外磁鋼組件包括外磁鋼、外磁鋼包環和磁軛，所述磁軛設置在所述泥漿渦輪和所述外磁鋼之間，所述外磁鋼包環設置在所述隔磁罩和所述外磁鋼之間。該外磁鋼採用釤鈷BTS30/11，能夠保證在250°C以下外磁鋼不退磁。進一步地，所述內磁鋼組件包括內磁鋼和內磁鋼包環，所述內磁鋼安裝在所述連接轉軸上，所述內磁鋼包環設置在所述內磁鋼的外徑上，所述內磁鋼包環與所述隔磁罩之間留有轉動間隙；所述連接轉軸的與所述內磁鋼連接段上設置有花鍵槽，所述內磁鋼與所述連接轉軸通過花鍵槽連接。該內磁鋼採用釤鈷BTS30/11，能夠保證在250°C以下內磁鋼不退磁。 進一步地，所述井下發電機還包括TC軸承，所述TC軸承設置在所述隔磁罩上，所述TC軸承支撐所述泥漿渦輪和所述外磁鋼組件。進一步地，所述井下發電機還包括靜導葉渦輪，所述靜導葉渦輪安裝在所述隔磁罩上，所述靜導葉渦輪與所述泥漿渦輪同軸設置，所述靜導葉渦輪和所述泥漿渦輪的軸向設置位置可互換。靜導葉渦輪起到導流的作用，能夠將泥漿渦輪排出的泥漿及時的排出，增加泥漿渦輪的做功。進一步地，所述發電機本體包括轉子組件和定子組件，所述定子組件安裝在所述機座上，所述轉子組件間隙地設置在所述定子組件內，所述轉子組件與所述連接轉軸固定連接。機座使用高強度鈦合金製成，保證在高壓環境中能夠正常使用，在機座的尾端設置有連接卡扣，通過改變該連接卡扣的扣型可以裝配在不同的鑽井儀器上。定子組件使用矽鋼片50WW-210衝片粘接而成，可以根據設計要求，通過改變定子組件的長度而滿足輸出功率要求。進一步地，所述轉子組件包括轉子軸、磁性襯套、轉子磁鋼和非磁性隔離塊；所述轉子軸與所述連接轉軸固定連接，所述磁性襯套套裝在所述轉子軸上，所述轉子磁鋼和所述非磁性隔離塊相互錯開地設置在所述磁性襯套上。該轉子磁鋼採用釤鈷BTS30/11，能夠保證在250°C以下轉子磁鋼不退磁。磁性襯套套裝在轉子軸上，隨轉子軸一起轉動，形成交變磁路。轉子磁鋼和非磁性隔離塊相互錯開地設置在磁性襯套上，即一塊轉子磁鋼緊靠著一塊非磁性隔離塊設置，該非磁性隔離塊再緊靠著另一塊轉子磁鋼設置，非磁性隔離塊隔離相鄰轉子磁鋼。進一步地，所述轉子組件還包括套環和轉子軸承座，所述套環套固在所述轉子磁鋼和所述非磁性隔離塊的外周，所述轉子軸承座固定在所述機座上，所述轉子軸承座支撐所述轉子軸。套環起到保護轉子磁鋼的作用，使得轉子磁鋼運轉安全可靠。轉子軸承座是轉子軸的支撐結構，確保轉子軸的平穩安全轉動。進一步地，所述轉子軸和所述磁性襯套為分別製作後緊固套裝或者一體成型的構件。考慮發電機實際應用的需要，將磁性襯套和轉子軸合併成一個零件，減少了裝配工序，還增加了轉子軸的強度。本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是通過泥漿渦輪驅動磁力耦合器以及連接轉軸轉動，進而驅動發電機本體發電，為鑽井儀器提供電力，充分利用了鑽井過程中產生的泥漿的旋動力。該井下發電機結構簡單、安全可靠；該井下發電機經過實踐驗證可以輸出功率240W，完全可以滿足通常儀器的用電要求；該井下發電機磁力耦合部件結構可以根據儀器布置要求改變，大大增加了發電機的應用空間。

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本實用新型實施例提供的井下發電機裝配結構示意圖；圖2是本實用新型實施例提供的井下發電機的磁力耦合器裝配結構示意圖；圖3是本實用新型實施例提供的井下發電機的轉子組件的結構示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。實施例本實施例提供了一種鑽井儀器用井下發電機，參見圖I，該井下發電機包括發電機本體I、磁力耦合器2、泥漿渦輪3和連接轉軸4，磁力耦合器2設置在泥漿渦輪3內，連接轉軸4的兩端分別與磁力耦合器2和發電機本體I固定連接。當泥漿渦輪3在鑽井過程中產生的泥漿作用下發生旋轉，該泥漿渦輪3的旋轉通過磁力耦合器2驅動連接轉軸4旋轉，連接轉軸4將動力傳遞給電機本體I進行發電。磁力耦合器2包括內磁鋼組件21、外磁鋼組件22和隔磁罩23，該內磁鋼組件21安裝在連接轉軸4上，該外磁鋼組件22安裝在泥漿渦輪3內，該隔磁罩23設置在內磁鋼組件21與外磁鋼組件22之間，隔磁罩23與井下發電機的機座5固定連接。這樣，更具體地當泥漿渦輪3在鑽井過程中產生的泥漿作用下發生旋轉，該泥漿渦輪3的旋轉帶動外磁鋼組件22旋轉，利用磁力耦合器2的磁力傳輸的特性使得內磁鋼組件21也發生旋轉，內磁鋼組件21的旋轉帶著連接轉軸4同步旋轉，連接轉軸4將動力傳遞給電機本體I進行發電。隔磁罩23起到密封作用，隔離磁力耦合器2內磁鋼組件21和外磁鋼組件22，阻止泥漿等雜質進入內磁鋼組件21內，保證該井下發電機在高壓環境下能正常工作。該井下發電機同時設置有靜導葉渦輪7，該靜導葉渦輪7安裝在隔磁罩23上，靜導葉渦輪7與泥漿渦輪3同軸設置，靜導葉渦輪7和泥漿渦輪3的軸向設置位置可互換。靜導葉渦輪7起到導流的作用，能夠將泥漿渦輪3排出的泥漿及時的排出，增加泥漿渦輪3的做功。結合參見圖2，外磁鋼組件22包括外磁鋼221、外磁鋼包環222和磁軛223，磁軛223設置在泥漿渦輪3和外磁鋼221之間，外磁鋼包環222設置在隔磁罩23和外磁鋼221之間。磁軛223起到傳輸磁力線的作用，採用電工純鐵材料製造。外磁鋼包環222呈臺階形，包括插設在隔磁罩23和外磁鋼221之間的薄壁環筒和一端突出的臺階形圓環，該臺階形圓環的臺階突出高度與外磁鋼221的厚度相同，該外磁鋼包環222起到保護外磁鋼221的作用，保證外磁鋼221能夠正常工作。內磁鋼組件21包括內磁鋼211和內磁鋼包環212，該內磁鋼211安裝在連接轉軸4上，內磁鋼包環212設置在內磁鋼211的外徑上，內磁鋼包環212與隔磁罩23之間留有轉動間隙。連接轉軸4的與內磁鋼211連接段上設置有花鍵槽，內磁鋼211與連接轉軸4通過花鍵槽連接，該花鍵槽的槽壁的傾斜角為45°。內磁鋼包環212的設置能夠確保內磁鋼211在高速旋轉時不被甩出。該井下發電機還設置有TC軸承61、62，該TC軸承61、62設置在隔磁罩23上，TC軸承61、62支撐泥漿渦輪3和外磁鋼組件22。並且該TC軸承61、62分別設置在外磁鋼組件22的兩端，該TC軸承61、62的外壁面支撐泥漿渦輪3，即泥漿渦輪3套裝在該TC軸承61、62的外壁面上，該TC軸承61、62的兩個相對端面之間夾持外磁鋼組件22，這樣，TC軸·承61、62也起到固定外磁鋼組件22的作用。繼續參見圖1，發電機本體I包括轉子組件11和定子組件12，定子組件12安裝在機座5上，轉子組件11間隙地設置在定子組件12內，轉子組件11與連接轉軸4固定連接。這樣，連接轉軸4將動力傳輸給轉子組件11，驅動轉子組件11旋轉，使得發電機發電。優選地，在機座5的尾端設置有連接卡扣51，通過改變該連接卡扣51的扣型可以裝配在不同的鑽井僅器上。結合參見圖3，轉子組件11包括轉子軸111、磁性襯套112、轉子磁鋼113和非磁性隔離塊114 ;轉子軸111與連接轉軸4固定連接，磁性襯套112套裝在轉子軸111上，轉子磁鋼113和非磁性隔離塊114相互錯開地設置在磁性襯套112上。當轉子軸111在連接轉軸4的驅動下旋轉，並且磁性襯套112隨著轉子軸111同步旋轉，形成交變磁路，轉子軸111和磁性襯套112為分別製作後緊固套裝；作為另外的實施例，轉子軸111和磁性襯套112可以是一體成型的構件。轉子磁鋼113和非磁性隔離塊114相互錯開地設置在磁性襯套112上即是每兩塊轉子磁鋼113之間設置有一塊非磁性隔離塊114，每兩塊非磁性隔離塊114之間設置有一塊轉子磁鋼113。轉子組件11還設置有套環115和轉子軸承座116，套環115套固在轉子磁鋼113和非磁性隔離塊114的外周，轉子軸承座116固定在機座5上，轉子軸承座116支撐轉子軸111。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種鑽井儀器用井下發電機，其特徵在於，所述井下發電機包括發電機本體(I)、磁力耦合器(2)、泥漿渦輪(3)和連接轉軸(4)，所述磁力耦合器(2)設置在所述泥漿渦輪(3)內，所述連接轉軸(4)的兩端分別與所述磁力耦合器(2)和所述發電機本體(I)固定連接。
2.根據權利要求I所述的鑽井儀器用井下發電機，其特徵在於，所述磁力耦合器(2)包括內磁鋼組件(21)、外磁鋼組件(22 )和隔磁罩(23 )，所述內磁鋼組件(21)安裝在所述連接轉軸(4)上，所述外磁鋼組件(22)安裝在所述泥漿渦輪(3)內，所述隔磁罩(23)設置在所述內磁鋼組件(21)與所述外磁鋼組件(22)之間，所述隔磁罩(23)與所述井下發電機的機 座(5)固定連接。
3.根據權利要求2所述的鑽井儀器用井下發電機，其特徵在於，所述外磁鋼組件(22)包括外磁鋼(221)、外磁鋼包環(222)和磁軛(223)，所述磁軛(223)設置在所述泥漿渦輪(3)和所述外磁鋼(221)之間，所述外磁鋼包環(222)設置在所述隔磁罩(23)和所述外磁鋼(221)之間。
4.根據權利要求2所述的鑽井儀器用井下發電機，其特徵在於，所述內磁鋼組件(21)包括內磁鋼(211)和內磁鋼包環(212)，所述內磁鋼(211)安裝在所述連接轉軸(4)上，所述內磁鋼包環(212)設置在所述內磁鋼(211)的外徑上，所述內磁鋼包環(212)與所述隔磁罩(23)之間留有轉動間隙； 所述連接轉軸(4 )的與所述內磁鋼(211)連接段上設置有花鍵槽，所述內磁鋼(211)與所述連接轉軸(4)通過花鍵槽連接。
5.根據權利要求3或者4所述的鑽井儀器用井下發電機，其特徵在於，所述井下發電機還包括TC軸承(61、62 )，所述TC軸承(61、62 )設置在所述隔磁罩(23 )上，所述TC軸承(61、62)支撐所述泥漿渦輪(3)和所述外磁鋼組件(22)。
6.根據權利要求I所述的鑽井儀器用井下發電機，其特徵在於，所述井下發電機還包括靜導葉渦輪(7)，所述靜導葉渦輪(7)安裝在所述隔磁罩(23)上，所述靜導葉渦輪(7)與所述泥漿渦輪(3)同軸設置，所述靜導葉渦輪(7)和所述泥漿渦輪(3)的軸向設置位置可互換。
7.根據權利要求I所述的鑽井儀器用井下發電機，其特徵在於，所述發電機本體(I)包括轉子組件(11)和定子組件(12)，所述定子組件(12)安裝在所述機座(5)上，所述轉子組件(11)間隙地設置在所述定子組件(12)內，所述轉子組件(11)與所述連接轉軸(4)固定連接。
8.根據權利要求7所述的鑽井儀器用井下發電機，其特徵在於，所述轉子組件(11)包括轉子軸(111)、磁性襯套(112)、轉子磁鋼(113)和非磁性隔離塊(114)； 所述轉子軸(111)與所述連接轉軸(4 )固定連接，所述磁性襯套(112)套裝在所述轉子軸(111)上，所述轉子磁鋼(113 )和所述非磁性隔離塊(114 )相互錯開地設置在所述磁性襯套(112)上。
9.根據權利要求8所述的鑽井儀器用井下發電機，其特徵在於，所述轉子組件(11)還包括套環(115)和轉子軸承座(116)，所述套環(115)套固在所述轉子磁鋼(113)和所述非磁性隔離塊(114)的外周,所述轉子軸承座(116)固定在所述機座(5)上，所述轉子軸承座(116)支撐所述轉子軸(111)。
10.根據權利要求9所述的鑽井儀器用井下發電機，其特徵在於，所述轉子軸(111)和所述磁性襯套(112)為分別製作後緊固 套裝或者一體成型的構件。
專利摘要本實用新型公開了一種鑽井儀器用井下發電機，所述井下發電機包括發電機本體(1)、磁力耦合器(2)、泥漿渦輪(3)和連接轉軸(4)，所述磁力耦合器(2)設置在所述泥漿渦輪(3)內，所述連接轉軸(4)的兩端分別與所述磁力耦合器(2)和所述發電機本體(1)固定連接。屬於鑽井設備領域。本實用新型的該井下發電機結構簡單、成本低廉、工作壽命長、安全可靠。
文檔編號H02K49/06GK202756166SQ20122026802
公開日2013年2月27日 申請日期2012年6月7日 優先權日2012年6月7日
發明者魏志剛 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鑽井工程技術研究院