CN100523485C - 井下泥浆涡轮交流发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下泥浆涡轮交流发电机，用于为井下随钻仪器提供电源。它包括涡轮、涡轮轴、滑动轴承、磁力耦合器外磁转子、隔离罩、磁力耦合器内磁转子、发电机及外壳；涡轮的上部有一引导泥浆的导轮；内磁转子位于磁力耦合器外磁转子上部之中，并与发电机同轴相连；外磁转子与内磁转子之间有隔离罩；所述的外壳上端内部空气腔体中安装有用于发电机发生故障或者停泵时备用的高温电池。本发明的优点：是完全无接触的动力传递、完全的静密封，密封安全可靠、水力振动小、压力均匀、蜗轮的水力性能好、具有备用电池，从而工作稳定可靠、发电机的使用寿命长、工艺性好、成本低的泥浆涡轮交流发电机。

Description

井下泥浆涡轮交流发电机

技术领域

本发明涉及一种井下泥浆涡轮交流发电机，属于发电机技术领域，是石油钻井工程中地下钻探设备的辅助设备，用于为井下随钻仪器提供电源。

背景技术

随着地质导向技术、随钻测井技术及闭环钻井技术在油田开发过程的普遍应用，井下测控仪器系统要求充足的能源供应作为保证。目前，钻井行业无线随钻测量仪器的供电的技术方案有：1)、采用锂电池供电，但完全依靠锂电池存在较多的缺点，其能量和温度范围有限，安全性差，对环境造成污染，使用成本高。2)、采用井下泥浆发电机供电，它是由涡轮、转子、定子、驱动轴、变速器等组成的井下泥浆发电机，其传动系统采用机械硬连接、动密封结构，在含砂泥浆的高速冲刷下，旋转密封结构的使用条件受到很大限制：3)、在上述现有井下泥浆发电机技术的基础上改成一种泥浆涡轮发电机，它是将机械硬连接、动密封结构改为内、外磁转子中间加隔离罩连接，成为静密封结构，专利公开号为CN1865693A、名称为：井下泥浆发电机就是这类结构，克服了机械硬连接、动密封结构缺点，但仍成在如下缺点：

1、变速箱的存在使制造工艺复杂，例如：为防止泥浆进入变速箱，密封就存在工艺难度，在高速泥浆的冲刷下，任何动密封都会牵涉到一个耐用度的问题，如果不能用磁力耦合器实现真正的无接触动力传递，就失去了使用磁力耦合的意义。原有的一些井下发电机，总会在变速器或其他机械联轴部分使用旋转动密封，即使是将动密封部件泡在油中，采用液压平衡技术，密封部位的寿命还是会受到很大影响：在高速含砂泥浆的冲刷下，动密封的密封部件在连续工作几十个小时以后，抑或在更短的时间内可能就会损坏，对整个发电机的使用造成不利影响。

总之，现有的专利公开号为CN1865693A、名称为：井下泥浆发电机，由于未完全摆脱动密封，增加了故障发生率，影响设备寿命，降低了设备的可靠性和稳定性，同时还增加了设备的制造和运行成本：

2、蜗轮因气蚀以及因进口流态不良引起的水力振动，压力不均匀，振动较大，蜗轮的气蚀和水力性能较差：

3、在发电机系统发生任何故障或停泵时，都将造成停电而使仪器通讯状态发生变化，还会造成运行中以及存储的信息数据丢失。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术存在的缺点，提供一种井下泥浆涡轮交流发电机，用于石油钻井行业、为无线随钻系统供电。所述发电机是完全无接触的动力传递、完全的静密封，既消除由于机械偏心所造成的影响，又实现零泄露、密封安全可靠、水力振动小、压力均匀、蜗轮的气浊和水力性能好、在最大程度上延长发电机的使用寿命、工艺性好、成本低的泥浆涡轮交流发电机：还有一个目的是：具有备用电池从而工作稳定可靠，即确保在发电机系统发生任何故障或泥浆泵停泵时，仪器运行中以及存储的信息数据不会丢失。

本发明的技术方案是：一种井下泥浆涡轮交流发电机，包括涡轮、涡轮轴、轴承、磁力耦合器外磁转子、隔离罩、磁力耦合器内磁转子、发电机及外壳，其特征在于：外壳的下端内孔安装有支承涡轮轴的轴承，该轴承为滑动轴承：涡轮轴的下端固定一涡轮，上端固定一磁力耦合器外磁转子：涡轮的上部有一引导泥浆的导轮；内磁转子位于磁力耦合器外磁转子上部之中，并与发电机同轴相连：外磁转子与内磁转子之间有起密封作用的隔离罩；所述的外壳上端内部空气腔体中安装有用于发电机发生故障或者停泵时备用的高温电池。

在上述技术方案基础上具有附加技术特征的更进一步的技术方案是：

所述的井下泥浆涡轮交流发电机，其导轮为叶片式导轮，套接在外壳下端的外部。

所述的井下泥浆涡轮交流发电机，其导轮与外壳下端是固定套接。

所述的井下泥浆涡轮交流发电机，其导轮叶片为3—6片。

所述的井下泥浆涡轮交流发电机，其导轮叶片为5片。

所述的井下泥浆涡轮交流发电机，其高温电池为高温锂离子电池，电压为36—56V，容量为220—300Ah。

所述的井下泥浆涡轮交流发电机，其高温电池电压为48V，容量为240Ah。

所述的井下泥浆涡轮交流发电机，其外壳上端内部空气腔体中安装有整流调制器和电控制器：所述整流调制器包括调制电路，电控制器包括控制电路。

本发明所述的井下泥浆涡轮交流发电机的技术效果是：

1、动力传递实现无接触传递，整个发电机运动部件没有动密封，磁力耦合器实现了动密封向静密封的转化，极大地延长了发电机的使用寿命：

2、由于使用泥浆导轮，从而：1)、保证进口流体—泥浆的均匀和稳定性及流速和流向，将进口和出口的都变成轴向力，减少冲击，并可以扶正仪器，提高发电机效率，在高转速下减少惯性力的影响；2)、利用前置导轮消除或减轻涡轮气浊以及因进口流态不良引起的水力振动，装上导轮后，涡轮进口的压力变均匀，振动减小，涡轮的气浊和水力性能有了综合改善，发电机工作也更为可靠；

3、采用了备用高温电池，即用连续不间断电源供电，保证在停泵时电源供应不中断。随钻仪器及地质导向仪器，在井下工作时必须保证电源不能中断，否则，仪器通讯状态的变化以及存储等信息都会丢失，而在钻井过程中，在起下钻以及出现井下事故时必须停泵，因此必须给发电机内部配备小容量井下高温电池，在开泵后，控制电路负责将电源供应切换到发电机上；

4、进一步的技术效果在于：整流调制器为整流调压电路，是将发电机输出的变化的交流电转换成稳定的直流电输出：电控制器包括控制电路，控制对象包括发电机与地面系统的通讯控制及发电机机械部分与电子线路段的通讯接口，以及井下高温电池与发电机电源的切换。

附图说明

图1为本发明的一种井下泥浆涡轮交流发电机内部结构简图：

图2为图1中导轮处的横断面A—A剖示放大图：

图3为导轮结构简图。

图中相应图号的构件名称为：1—涡轮，2—涡轮轴，3—导轮，3’—导轮叶片，4—轴承，5—磁力耦合器外磁转子，6—隔离罩，7—磁力耦合器内磁转子，8—发电机，9—外壳，10—整流调制器，11—高温电池，12—电控制器，13—空气腔体，14—泥浆流道，15—钻铤。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明作进一步说明如下：

如图1、2、3所示，是井下泥浆涡轮交流发电机的一个实施例：它有一个涡轮1、涡轮轴2、轴承4、磁力耦合器外磁转子5、隔离罩6、磁力耦合器内磁转子7、发电机8及外壳9；所述外壳9的下端内孔安装有支承涡轮轴2的轴承4，该轴承4为滑动轴承；涡轮轴2的下端固定一涡轮1，上端固定一磁力耦合器外磁转子5；涡轮1的上部有一引导泥浆的导轮3；内磁转子7位于磁力耦合器外磁转子5上部之中，并与发电机8同轴相连；外磁转子5与内磁转子7之间有起密封作用的隔离罩6；所述的外壳9上端内部空气腔体13中安装有用于发电机发生故障或者停泵时备用的高温电池11；所述的导轮3为叶片式导轮，固定套接在外壳9下端的外部；导轮3其叶片为3—6片，本实施例如图2所示叶片为5片，选为3片叶片或6片叶片是另外的实施例：所述的高温电池11为高温锂离子电池，电压为36—56V，容量为220—300Ah，本实施例选为电压为48V，容量为240Ah；电压也可以为36V，还可以选为56V，并与电器相匹配，容量根据需要选定；外壳9上端内部空气腔体13中安装有整流调制器10和电控制器12：所述整流调制器10包括调制电路，电控制器12包括控制电路。

本发明井下泥浆涡轮交流发电机的工作过程是：发电机8输出交流电经过整流调制器10转换为直流电。发电机8工作时，泥浆经由导轮3顺流后，冲刷涡轮1带动涡轮轴2旋转，涡轮轴2带动磁力耦合器外磁转子5旋转，通过磁力耦合作用，将旋转运动传递到磁力耦合器内磁转子7，实现无接触传递动力，磁力耦合器内磁转子7驱动发电机8转子旋转，从而切割磁力线发电。电流输出到整流调制器10的整流调压回路，经过处理后，输出稳定电压通过电控制器12给井下仪器系统提供电源：在停泵期间或者发电机不能正常工作时，备用高温电池11给井下仪器供电。

本发明保护范围不限于上述实施例。

Claims (7)

1、一种井下泥浆涡轮交流发电机，包括涡轮(1)、涡轮轴(2)、轴承(4)、磁力耦合器外磁转子(5)、隔离罩(6)、磁力耦合器内磁转子(7)、发电机(8)及外壳(9)，其特征在于：外壳(9)的下端内孔安装有支承涡轮轴(2)的轴承(4)，该轴承为滑动轴承；涡轮轴(2)的下端固定一涡轮(1)，上端固定一磁力耦合器外磁转子(5)；涡轮(1)的上部有一引导泥浆的导轮(3)；内磁转子(7)位于磁力耦合器外磁转子(5)上部之中，并与发电机(8)同轴相连；外磁转子(5)与内磁转子(7)之间有起密封作用的隔离罩(6)；所述的外壳(9)上端内部空气腔体(13)中安装有用于发电机发生故障或者停泵时备用的高温电池(11)。

2、根据权利要求1所述的井下泥浆涡轮交流发电机，其特征在于：所述的导轮(3)为叶片式导轮，套接在外壳(9)下端的外部。

3、根据权利要求1或2所述的井下泥浆涡轮交流发电机，其特征在于：所述的导轮(3)与外壳(9)下端是固定套接。

4根据权利要求1或2所述的井下泥浆涡轮交流发电机，其特征在于：所述的导轮(3)其叶片为3—6片。

5、根据权利要求4所述的井下泥浆涡轮交流发电机，其特征在于：所述的导轮(3)其叶片为5片。

6、根据权利要求1所述的井下泥浆涡轮交流发电机，其特征在于：所述的高温电池(11)为高温锂离子电池，电压为36—56V，容量为220—300Ah。

7、根据权利要求6所述的井下泥浆涡轮交流发电机，其特征在于：所述的高温电池(11)电压为48V，容量为240Ah。

8、根据权利要求1所述的井下泥浆涡轮交流发电机，其特征在于：所述的外壳(9)上端内部空气腔体(13)中安装有整流调制器(10)和电控制器(12)；所述整流调制器(10)包括调制电路，电控制器(12)包括控制电路。

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