CN102080570B - 一种双涡轮井下大功率发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于给井下随钻设备供电的双涡轮井下大功率发电机，位于空心钻杆的内部，包括一定子总成及转子磁铁组件，在所述转子磁铁组件的上、下两端分别连接一上涡轮组件和下涡轮组件，所述上涡轮组件和下涡轮组件的叶片旋向一致。这种设计有利于在一定钻井液流速的情况下，控制转子磁铁组件的转速，从而达到整流后大功率电压输出的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种大功率涡轮发电机，特别是关于一种给井下随钻仪器供电的双涡轮井下大功率发电机。
背景技术
近年来，随着石油钻井技术的不断进步，随钻测量和井下导向控制技术有了很大进步，随钻测量和导向控制功能越来越强，应用于井下的各种工程、地质参数传感器以及导向控制部件也越来越多，如LWD、MWD、旋转导向和垂直钻井系统等。
对于长时间工作的随钻测量仪器和井下控制工具，其功能越强，传感器和控制执行机构使用得越多，就意味着对电能的需求越大。在井深几千米，空间狭小的条件下，以及随钻仪器和导向控制部件的封闭结构的制约，通过外部电机供电是不可能的。
目前使用的为井下设备提供动力的方法有两种：一种是依靠传统的锂电池给井下仪器和部件供电，但是该电池在高温、高压的环境下也已经难以满足给仪器、部件长时间、连续、稳定供电的需求。另外一种是井下随钻涡轮发电机，利用钻井液的动能，通过转子转动切割磁力线发电，达到转化能量的目的。但是目前使用的涡轮发电机存在很多问题，如机械结构复杂，性能不稳定，功率过小，使用寿命短等；同样难以满足给仪器长时间供电的需求。
所以研究开发可在井下长时间工作并输出大功率电能的电源十分重要。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种本发明的目的是提供一种结构简单、性能可靠、端口电压整流后输出48V、功率可达到500W左右的双涡轮井下大功率发电机。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种双涡轮井下大功率发电机，位于空心钻杆的内部，包括一定子总成及转子磁铁组件，其特征在于：在所述转子磁铁组件的上、下两端分别连接一上涡轮组件和下涡轮组件，所述上涡轮组件和下涡轮组件的叶片旋向一致。
所述定子总成包括一定子轴，从定子轴的底部向内开设有轴向孔，在定子轴上端，固定一矽钢片组件，矽钢片组件包括矽钢架，矽钢架内部装有线圈，线圈两端分别压盖一线圈上端盖和线圈下端盖，矽钢片组件最外层为一外套，矽钢片组件与所述轴向孔之间设置有引线通道。
所述定子轴的下端连接一五芯插座，所述五芯插座一端连接从线圈引出的线缆，另一端连接整流电路的输入端。
所述线圈两端设置有绝缘内套和绝缘锥型外垫，在两个绝缘锥型外垫的外端压盖所述线圈上端盖和线圈下端盖。
所述转子磁铁组件固定在所述矽钢片组件的外侧，所述转子磁铁组件包括磁铁骨架、磁铁、电机外壳，磁铁骨架固定在电机外壳上，磁铁安装在磁铁骨架内。
所述电机外壳与所述上涡轮组件及下涡轮组件连接，所述电机外壳与所述矽钢片组件外套之间留有润滑油通道。
所述线圈上端盖封堵在定子轴的上端，在线圈上端盖的外侧，通过轴承组件连接所述上涡轮组件，所述轴承组件包括滚动轴承、滑动轴承、轴承隔片和轴承挡圈。
所述上涡轮组件包括一带有叶片的上涡轮体，自所述上涡轮体的顶部中心向下开设有润滑油注油孔，在孔中，从下向上依次设置有弹簧、钢球、注油阀螺丝、丝堵。
所述下涡轮组件套设在所述定子总成上、转子磁铁组件的下方，包括带有叶片的下涡轮体，所述下涡轮体与所述转子磁铁组件连接，所述下涡轮体内侧与定子总成之间从上到下依次设置有轴承、油封骨架、活塞、弹簧、弹簧底座、封堵。
所述轴承、油封骨架、活塞、弹簧与定子总成之间夹设一滑套。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明采用两组涡轮组件固定在转子磁铁组件的两端，当泥浆液在空心钻杆中流过时，从涡轮组件向下流动，冲击叶片转动，从而带动磁铁转动，与定子轴上固定的发电线圈发生相对运动，切割磁力线产生电流，从而起到了发电的作用。本发明采用两组涡轮组件，一是装置旋转时上、下平衡，稳定；二是能够产生较大的转矩，从而产生较大的电流，通过整流后，电路输出48V左右的直流电压，功率可达到500W左右。本发明结构简单，性能可靠，从而实现了大功率发电的设计目的。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是定子总成示意图；
图3是转子磁铁组件示意图；
图4是上涡轮组件示意图；
图5是下涡轮组件示意图。
图中，1-定子总成，2-转子磁铁组件，3-上涡轮组件，4-下涡轮组件，5-矽钢片组件，6-轴承组件，7-注油组件，8-五芯插座，11-定子轴，12-轴向孔，13-矽钢架，14-线圈，15、15’-缘内套，16、16’-绝缘锥型外垫，17-线圈上端盖，18-线圈下端盖，19-外套，20-密封圈，21-引线通道，22-胶垫，23-磁铁骨架，24-磁铁，25-电机外壳，26-定位销，27-滚动轴承，28-滑动轴承，29-轴承隔片，30-轴承挡圈，31-上涡轮体，32-上螺母，33-弹簧，34-钢球，35-注油阀螺丝，36-丝堵，37-下涡轮体，38-轴承，39-油封骨架，40-活塞，41-弹簧，42-弹簧底座，43-封堵，44-滑套。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明双涡轮大功率发电机是安装在空心钻杆内部的，它主要包括定子总成1，转子磁铁组件2，上涡轮组件3，下涡轮组件4几部分。转子磁铁组件2设置在定子总成的中间靠上部位，上涡轮组件3、下涡轮组件4分别位于转子磁铁组件2的上、下两端，这几部分构成一个轴性整体件，伸入在空心钻杆的内部。
如图2所示，定子总成包括一定子轴11，从定子轴11的底部向内开设有轴向孔12，用于走线。在定子轴11上端，套设有矽钢片组件5，矽钢片组件固定在定子轴11上。矽钢片组件包括矽钢架13，矽钢架内部装着线圈14，线圈两端设置有绝缘内套15、15’和绝缘锥型外垫16、16’，在两个绝缘锥型外垫16、16’的外端再分别压盖一线圈上端盖17和线圈下端盖18。线圈上端盖17、线圈下端盖18以及矽钢架13的外侧紧固一外套19，在外套19与各端盖之间设置有密封圈20。在矽钢片组件的下端与定子轴的轴向孔12之间设置有引线通道21，通道的入口处设置有胶垫22。
在外套19的外面设置有转子磁铁组件2，如图3所示，转子磁铁组件2包括磁铁骨架23、磁铁24以及电机外壳25。磁铁24安装在磁铁骨架23内，磁铁骨架23通过定位销26固定在电机外壳25上。转子磁铁组件2整体套装在外套19外面，与外套19之间留有微小间隙，作为装置中的润滑油通道。转子磁铁组件2通过电机外壳25与上、下涡轮组件3、4连接。
如图2所示，线圈上端盖17封堵住定子轴11的上端，在线圈上端盖17的外侧，设置有轴承组件6，用于通过轴承组件连接上涡轮组件3。这里的轴承组件6包括滚动轴承27、滑动轴承28、轴承隔片29和轴承挡圈30。
如图4所示，上涡轮组件3包括一带有叶片的上涡轮体31以及注油组件7，上涡轮体31通过轴承组件套在线圈上端盖17的外侧。结合图1、图4可知，上涡轮体31下端通过螺纹和密封圈连接到电机外壳25上；叶片设置在上端，靠锥形涡轮体结构以及上螺母32限位。在上涡轮体31的中心，设置有润滑油注油孔，注油组件7包括在孔中由底部向上依次设置有弹簧33、钢球34、注油阀螺丝35，以及丝堵36。
如图1所示，在定子轴11上、转子磁铁组件2的下部，连接有下涡轮组件4。下涡轮组件4包括带有叶片的下涡轮体37，通过螺纹和密封圈连接到电机外壳25上。结合图1、图5所示，下涡轮体37套在定子轴11上，下涡轮体37与定子轴11之间靠近线圈下端盖18的地方设置有轴承38和油封骨架39，轴承38的用油通过前述的润滑油通道流过，油封骨架39为一唇形油堵，作为油路的截止区。在油封骨架39的下方、下涡轮体37与定子轴11之间夹设有活塞40和弹簧41，弹簧的底部为弹簧底座42。轴承38和油封骨架39受热或受冷会在轴向发生膨胀或收缩，活塞40以及弹簧41用于调整这种变形。下涡轮体37的底部由封堵43封住与定子轴11的间隙。
如图2所示，较佳地，在安装下涡轮体37位置的定子轴11上套设一滑套44，在滑套44与下涡轮体37之间设置各件。
上述的上涡轮组件3和下涡轮组件4的叶片旋向一致，沿着钻杆的轴线螺旋上升。
定子轴11上的下端连接一五芯插座8，一端连接内部线缆，另一端连接整流电路的输入端。
当泥浆液在空心钻杆中流过，从上涡轮组件3向下流动时，冲击叶片转动，从而带动发电机磁铁24转动，与定子轴上固定的发电线圈发生相对运动，切割磁力线产生电压，从而起到了发电的作用。本发明采用两个转动涡轮组件，有利于控制涡轮的转速，通过整流后，电路输出48V左右的直流电压，功率可达到500W左右。本发明结构简单，性能可靠，从而实现了大功率发电的设计目的。
Claims (8)
1.一种双涡轮井下大功率发电机，位于空心钻杆的内部，包括一定子总成及转子磁铁组件，其特征在于：在所述转子磁铁组件的上、下两端分别连接一上涡轮组件和下涡轮组件，所述上涡轮组件和下涡轮组件的叶片旋向一致；所述上涡轮组件包括一带有叶片的上涡轮体，自所述上涡轮体的顶部中心向下开设有润滑油注油孔，在孔中，从下向上依次设置有弹簧、钢球、注油阀螺丝、丝堵；所述下涡轮组件套设在所述定子总成上、转子磁铁组件的下方，包括带有叶片的下涡轮体，所述下涡轮体与所述转子磁铁组件连接，所述下涡轮体内侧与定子总成之间从上到下依次设置有轴承、油封骨架、活塞、弹簧、弹簧底座、封堵。
2.如权利要求1所述的一种双涡轮井下大功率发电机，其特征在于：所述定子总成包括一定子轴，从定子轴的底部向内开设有轴向孔，在定子轴上端，固定一矽钢片组件，矽钢片组件包括矽钢架，矽钢架内部装有线圈，线圈两端分别压盖一线圈上端盖和线圈下端盖，矽钢片组件最外层为一外套，矽钢片组件与所述轴向孔之间设置有引线通道。
3.如权利要求2所述的一种双涡轮井下大功率发电机，其特征在于：所述定子轴的下端连接一五芯插座，所述五芯插座一端连接从线圈引出的线缆，另一端连接整流电路的输入端。
4.如权利要求2或3所述的一种双涡轮井下大功率发电机，其特征在于：所述线圈两端设置有绝缘内套和绝缘锥型外垫，在两个绝缘锥型外垫的外端压盖所述线圈上端盖和线圈下端盖。
5.如权利要求2或3所述的一种双涡轮井下大功率发电机，其特征在于：所述转子磁铁组件固定在所述矽钢片组件的外侧，所述转子磁铁组件包括磁铁骨架、磁铁、电机外壳，磁铁骨架固定在电机外壳上，磁铁安装在磁铁骨架内。
6.如权利要求5所述的一种双涡轮井下大功率发电机，其特征在于：所述电机外壳与所述上涡轮组件及下涡轮组件连接，所述电机外壳与所述矽钢片组件外套之间留有润滑油通道。
7.如权利要求2或3所述的一种双涡轮井下大功率发电机，其特征在于：所述线圈上端盖封堵在定子轴的上端，在线圈上端盖的外侧，通过轴承组件连接所述上涡轮组件，所述轴承组件包括滚动轴承、滑动轴承、轴承隔片和轴承挡圈。
8.如权利要求1所述的一种双涡轮井下大功率发电机，其特征在于：所述轴承、油封骨架、活塞、弹簧与定子总成之间夹设一滑套。
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