泥漿渦輪交流發電機的製作方法

2023-06-07 16:31:56

專利名稱：泥漿渦輪交流發電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種泥槳渦輪交流發電機，屬於發電機技術領域，是石 油鑽井工程中地下鑽探設備的輔助設備，用於為井下隨鑽儀器提供電 源。
背景技術：
隨著地質導向技術、隨鑽測井技術及閉環鑽井技術在油田開發過程 的普遍應用，井下測控儀器系統要求充足的能源供應作為保證。目前， 鑽井行業無線隨鑽測量儀器的供電的技術方案有1)、採用鋰電池供電， 但完全依靠鋰電池存在較多的缺點，其能量和溫度範圍有限，安全性差， 對環境造成汙染，使用成本高。2)、採用井下泥漿發電機供電，它是由 渦輪、轉子、定子、驅動軸、變速器等組成的井下泥漿發電機，其傳動 系統採用機械硬連接、動密封結構，在含砂泥漿的高速衝刷下，旋轉密封結構的使用條件受到很大限制；3)、在上述現有井下泥漿發電機技術 的基礎上改成一種泥漿渦輪發電機，它是將機械硬連接、動密封結構改 為內、外磁轉子中間加隔離罩連接，成為靜密封結構，專利公開號為 CN1865693A、名稱為井下泥漿發電機就是這類結構，克服了機械硬連 接、動密封結構缺點，但仍成在如下缺點1、變速箱的存在使製造工藝複雜，例如為防止泥漿進入變速箱，密封就存在工藝難度，在高速泥漿的衝刷下，任何動密封都會牽涉到一 個耐用度的問題，如果不能用磁力耦合器實現真正的無接觸動力傳遞， 就失去了使用磁力耦合的意義。原有的一些井下發電機，總會在變速器 或其他機械聯軸部分使用旋轉動密封，即使是將動密封部件泡在油中，釆用液壓平衡技術，密封部位的壽命還是會受到很大影響；在高速含砂 泥漿的衝刷下，動密封的密封部件在連續工作幾十個小時以後，抑或在
更短的時間內可能就會損壞，對整個發電機的使用造成不利影響。總之，現有的專利公開號為CN1865693A、名稱為井下泥漿發電機， 由於未完全擺脫動密封，增加了故障發生率，影響設備壽命，降低了設備的可靠性和穩定性，同時還增加了設備的製造和運行成本；2、 蝸輪因氣蝕以及因進口流態不良引起的水力振動，壓力不均勻，振動較大，蝸輪的氣蝕和水力性能較差；3、 在發電機系統發生任何故障或停泵時，都將造成停電而使儀器 通訊狀態發生變化，還會造成運行中以及存儲的信息數據丟失。發明內容-本發明的目的是克服現有技術存在的缺點，提供 一 種泥漿渦輪交流 發電機，用於石油鑽井行業、為無線隨鑽系統供電。所述發電機是完全 無接觸的動力傳遞、完全的靜密封，既消除由於機械偏心所造成的影響， 又實現零洩露、密封安全可靠、水力振動小、壓力均勻、蝸輪的氣濁和水力性能好、在最大程度上延長發電機的使用壽命、工藝性好、成本低 的泥漿渦輪交流發電機；還有 一 個目的是具有備用電池從而工作穩定 可靠，即確保在發電機系統發生任何故障或泥漿泵停泵時，儀器運行中 以及存儲的信息數據不會丟失。本發明的技術方案是 一種泥漿渦輪交流發電機，包括渦輪、渦輪 軸、軸承、磁力耦合器外磁轉子、隔離罩、磁力耦合器內磁轉子、發電 機及外殼，其特徵在於外殼的下端內孔安裝有支承渦輪軸的軸承，該 軸承為滑動軸承；渦輪軸的下端固定一渦輪，上端固定一磁力耦合器外 磁轉子；渦輪的上部有一引導泥漿的導輪；內磁轉子位於磁力耦合器外磁轉子上部之中，並與發電機同軸相連；外磁轉子與內磁轉子之間有起 密封作用的隔離罩；所述的外殼上端內部空氣腔體中安裝有用於發電機發生故障或者停泵時備用的高溫電池。在上述技術方案基礎上具有附加技術特徵的更進一步的技術方案是所述的泥漿渦輪交流發電機，其導輪為葉片式導輪，套接在外殼下 端的外部。所述的泥漿渦輪交流發電機，其導輪與外殼下端是固定套接。 所述的泥漿渦輪交流發電機，其導輪葉片為3 — 6片。 所述的泥漿渦輪交流發電機，其導輪葉片為5片。所述的泥漿渦輪交流發電機，其高溫電池為高溫鋰離子電池，電壓為36—56V，容量為220—300Ah。所述的泥漿渦輪交流發電機，其高溫電池電壓為48V，容量為240Ah。 所述的泥漿渦輪交流發電機，其外殼上端內部空氣腔體中安裝有整流調製器和電控制器；所述整流調製器包括調製電路，電控制器包括控制電路。本發明所述的泥漿渦輪交流發電機的技術效果是1、 動力傳遞實現無接觸傳遞，整個發電機運動部件沒有動密封， 磁力耦合器實現了動密封向靜密封的轉化，極大地延長了發電機的使用 壽命；2、 由於使用泥漿導輪，從而1)、保證進口流體一泥漿的均勻和 穩定性及流速和流向，將進口和出口的都變成軸向力，減少衝擊，並可 以扶正儀器，提高發電機效率，在高轉速下減少慣性力的影響；2)、利 用前置導輪消除或減輕渦輪氣濁以及因進口流態不良引起的水力振動， 裝上導輪後，渦輪進口的壓力變均勻，振動減小，渦輪的氣濁和水力性 能有了綜合改善，發電機工作也更為可靠；3、 採用了備用高溫電池，即用連續不間斷電源供電，保證在停泵 時電源供應不中斷。隨鑽儀器及地質導向儀器，在井下工作時必須保證 電源不能中斷，否則，儀器通訊狀態的變化以及存儲等信息都會丟失， 而在鑽井過程中，在起下鑽以及出現井下事故時必須停泵，因此必須給 發電機內部配備小容量井下高溫電池，在開泵後，控制電路負責將電源 供應切換到發電機上；4、 進一步的技術效果在於整流調製器為整流調壓電路，是將發 電機輸出的變化的交流電轉換成穩定的直流電輸出；電控制器包括控制 電路，控制對象包括發電機與地面系統的通訊控制及發電機機械部分與
電子線路段的通訊接口，以及井下高溫電池與發電機電源的切換。


圖i為本發明的一種泥漿渦輪交流發電機內部結構簡圖； 圖2為圖1中導輪處的橫斷面A—A剖示放大圖； 圖3為導輪結構簡圖。圖中相應圖號的構件名稱為 l一渦輪，2—渦輪軸，3—導輪， 3，一導輪葉片，4一軸承，5—磁力耦合器外磁轉子，6—隔離罩，7—磁 力耦合器內磁轉子，8—發電機，9一外殼，IO—整流調製器，ll一高溫 電池，，12—電控制器，13—空氣腔體，14一泥漿流道，15—鑽鋌。
具體實施方式
結合附圖和實施例對本發明作進 一 步說明如下如圖1、 2、 3所示，是泥漿渦輪交流發電機的一個實施例它有一個渦輪1、渦輪軸2、軸承4、磁力耦合器外磁轉子5、隔離罩6、磁力 耦合器內磁轉子7、發電機8及外殼9;所述外殼9的下端內孔安裝有 支承渦輪軸2的軸承4，該軸承4為滑動軸承；渦輪軸2的下端固定一 渦輪l,上端固定一磁力耦合器外磁轉子5;渦輪l的上部有一引導泥 漿的導輪3;內磁轉子7位於磁力耦合器外磁轉子5上部之中，並與發 電機8同軸相連；外磁轉子5與內磁轉子7之間有起密封作用的隔離罩 6;所述的外殼9上端內部空氣腔體13中安裝有用於發電機發生故障或 者停泵時備用的高溫電池11;所述的導輪3為葉片式導輪，固定套接 在外殼9下端的外部；導輪3其葉片為3—6片，本實施例如圖2所示 葉片為5片，選為3片葉片或6片葉片是另外的實施例；所述的高溫電 池ll為高溫鋰離子電池，電壓為36—56V，容量為220—300Ah，本實 施例選為電壓為48V，容量為240Ah;電壓也可以為36V，還可以選為 56V,並與電器相匹配，容量根據需要選定；外殼9上端內部空氣腔體 13中安裝有整流調製器10和電控制器12;所述整流調製器10包括調
制電路，電控制器12包括控制電路。本發明泥漿渦輪交流發電機的工作過程是發電機8輸出交流電經 過整流調製器10轉換為直流電。發電機8工作時，泥漿經由導輪3順 流後，衝刷渦輪1帶動渦輪軸2旋轉，渦輪軸2帶動磁力耦合器外磁轉 子5旋轉，通過磁力耦合作用，將旋轉運動傳遞到磁力耦合器內磁轉子 7，實現無接觸傳遞動力，磁力耦合器內磁轉子7驅動發電機8轉子旋 轉，從而切割磁力線發電。電流輸出到整流調製器10的整流調壓迴路， 經過處理後，輸出穩定電壓通過電控制器12給井下儀器系統提供電源； 在停泵期間或者發電機不能正常工作時，備用高溫電池11給井下儀器 供電。本發明保護範圍不限於上述實施例。
權利要求
1、一種泥漿渦輪交流發電機，包括渦輪(1)、渦輪軸(2)、軸承(4)、磁力耦合器外磁轉子(5)、隔離罩(6)、磁力耦合器內磁轉子(7)、發電機(8)及外殼(9)，其特徵在於外殼(9)的下端內孔安裝有支承渦輪軸(2)的軸承(4)，該軸承為滑動軸承；渦輪軸(2)的下端固定一渦輪(1)，上端固定一磁力耦合器外磁轉子(5)；渦輪(1)的上部有一引導泥漿的導輪(3)；內磁轉子(7)位於磁力耦合器外磁轉子(5)上部之中，並與發電機(8)同軸相連；外磁轉子(5)與內磁轉子(7)之間有起密封作用的隔離罩(6)；所述的外殼(9)上端內部空氣腔體(13)中安裝有用於發電機發生故障或者停泵時備用的高溫電池(11)。
2、根據權利要求1所述的泥漿渦輪交流發電機，其特徵在於所 述的導輪(3)為葉片式導輪，套接在外殼(9)下端的外部。
3、根據權利要求1或2所述的泥漿渦輪交流發電機，其特徵在於 所述的導輪(3)與外殼(9)下端是固定套接。
4. 根據權利要求1或2所述的泥漿渦輪交流發電機，其特徵在於 所述的導輪(3)其葉片為3—6片。
5、根據權利要求4所述的泥漿渦輪交流發電機，其特徵在於所 述的導輪(3)其葉片為5片。
6、根據權利要求1所述的泥漿渦輪交流發電機，其特徵在於所 述的高溫電池(11)為高溫鋰離子電池，電壓為36—56V，容量為220 —300Ah。
7、根據權利要求6所述的泥漿渦輪交流發電機，其特徵在於所 述的高溫電池(11)電壓為48V，容量為240Ah。
8、根據權利要求1所述的泥漿渦輪交流發電機，其特徵在於所 述的外殼(9)上端內部空氣腔體(13)中安裝有整流調製器(10)和 電控制器(12);所述整流調製器(10)包括調製電路，電控制器(12) 包括控制電路。
全文摘要
本發明涉及一種泥漿渦輪交流發電機，用於為井下隨鑽儀器提供電源。它包括渦輪、渦輪軸、滑動軸承、磁力耦合器外磁轉子、隔離罩、磁力耦合器內磁轉子、發電機及外殼；渦輪的上部有一引導泥漿的導輪；內磁轉子位於磁力耦合器外磁轉子上部之中，並與發電機同軸相連；外磁轉子與內磁轉子之間有隔離罩；所述的外殼上端內部空氣腔體中安裝有用於發電機發生故障或者停泵時備用的高溫電池。本發明的優點是完全無接觸的動力傳遞、完全的靜密封，密封安全可靠、水力振動小、壓力均勻、蝸輪的水力性能好、具有備用電池，從而工作穩定可靠、發電機的使用壽命長、工藝性好、成本低的泥漿渦輪交流發電機。
文檔編號H02K7/18GK101126366SQ20071005267
公開日2008年2月20日 申請日期2007年7月10日 優先權日2007年7月10日
發明者徐海濤, 徐秀傑, 軍 覃, 高小明, 龔子華 申請人:武漢海闊科技有限公司