CN106837677A - 一种井下泥浆涡轮发电机牵引装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种井下泥浆涡轮发电机牵引装置，所述发电机牵引装置通过PC机决策产生一个控制指令，并通过串口通讯将此指令发送给PLC；PLC接收到指令后，将指令内容转变成一系列的驱动脉冲，控制电机动作，实现发电和模拟地面下传功能，本发明利用成熟工业控制方法，控制系统搭建容易，电机调速装置结构简单，便于维护，可靠性高；利用了电磁耦合原理，不需要真正泥浆循环装置就可以对泥浆涡轮发电机系统和下传系统进行试验室联调测试；本装置系统可以作为泥浆涡轮发电机性能检测及井下下传解码测试的专用设备。
Description
技术领域
本发明属于石油钻井装置测试技术领域，具体涉及一种井下泥浆涡轮发电机牵引装置。
背景技术
目前石油随钻系统井下仪器供电来源主要有两种:电池供电和泥浆涡轮发电机供电，电池供电方式功率有限，系统工作时间比较短，且对井下安全不利，发电机供电方式利用泥浆作为动力带动涡轮转子发电，寿命比较长且井下环境适应性好，可以产生很大的功率，因此越来越得到广泛应用。本专利适用对象为泥浆涡轮发电机。
泥浆涡轮发电机在实际应用中一方面要为井下仪器串供电，另一方面井下控制系统通过检测涡轮发电机转速的变化解码得到地面下传控制指令。由于涡轮发电机是依靠泥浆排量驱动，因此在实际测试时为了尽可能的接近实际工作环境需要搭建一整套泥浆循环控制系统，制造和维护成本非常高，为此本发明开发一套实验室泥浆涡轮发电机牵引装置，能够模拟泥浆排量的变化，对发电机的转速进行调整，产生电能的同时也能够通过搭建的控制系统解码得到下传指令控制信号。
本专利装置适用对象为井下泥浆涡轮发电机，利用磁耦合特性模拟井下流量变化，可以驱动发电机的转子产生电能使发电机发电，同时能够接收控制单元指令实现泥浆涡轮发电机转子自动调速功能，在地面实现模拟泥浆排量变化，井下通过检测这种排量变化进而得到地面系统控制指令，从而实现钻井系统模拟下传功能测试。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种井下泥浆涡轮发电机牵引装置，所述发电机牵引装置通过PC机决策产生一个控制指令，并通过串口通讯将此指令发送给PLC；PLC接收到指令后，将指令内容转变成一系列的驱动脉冲，控制电机动作，实现发电和模拟地面下传功能；
进一步地，所述发电机牵引装置包括指令发送单元、变速单元、解码单元和输出单元，所述指令发送单元、变速单元、解码单元和输出单元依次连接；
进一步地，所述指令发送单元包括PC机和通讯串口，所述PC机通过通讯串口连接变速单元，所述PC机内装有控制软件，可决策产生一个控制指令；
进一步地，所述变速单元为PLC，所述PLC包括控制变频器和电机，所述控制变频器用于调整控制电机速度；
进一步地，所述电机内设有调速装置，所述调速装置包括机架总成、后盖、螺钉、轴承、格套、磁套总成、前盖总成、螺钉、调速电机、泥浆涡轮发电机和压紧块；
进一步地，述泥浆涡轮发电机的转子为磁耦合装置，所述磁耦合装置上设有6个或者4个永磁性材料磁钢，电机通过皮带轮传动方式带动磁套旋转，磁套作为牵引装置带动泥浆涡轮发电机内部磁轴进行旋转，从而切割磁力线产生电能；
进一步地，所述解码单元用于检测所述电机的转速的波形变化，对波形变化进行解码，并将解码后得到的控制信号发送输出单元；
进一步地，所述控制信号由主同步头、头字节、数据位和校验位组成，对应形状为泥浆涡轮发电机转速的变化；
进一步地，所述主同步头为握手信号，所述握手信号用于通知井下系统将要进行下传动作，握手信号格式在整套系统下井前设置，所述头字节包括指令序号和奇偶校验位，所述数据位表示要下传的数据，所述校验位表示头字节和数据位的总位数算；
进一步地，所述输出单元为井下系统的工作单元；
本发明的有益效果如下：
1）利用成熟工业控制方法，控制系统搭建容易，电机调速装置结构简单，便于维护，可靠性高；
2）利用了电磁耦合原理，不需要真正泥浆循环装置就可以对泥浆涡轮发电机系统和下传系统进行试验室联调测试；
3）本装置系统可以作为泥浆涡轮发电机性能检测及井下下传解码测试的专用设备。
附图说明
图1 发电机牵引装置系统原理示意图；
图2 随钻系统下传指令控制信号示意图；
图3 发电机牵引装置结构组成B-B剖面示意图；
图4 发电机牵引装置结构组成P向示意图；
图5 磁耦合装置结构总成剖面图；
图6 压紧块结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：
如图1-图6所示，本发明提供一种井下泥浆涡轮发电机牵引装置，所述发电机牵引装置通过PC机决策产生一个控制指令，并通过串口通讯将此指令发送给PLC；PLC接收到指令后，将指令内容转变成一系列的驱动脉冲，控制电机动作，实现发电和模拟地面下传功能，所述发电机牵引装置包括指令发送单元、变速单元、解码单元和输出单元，所述指令发送单元、变速单元、解码单元和输出单元依次连接，所述指令发送单元包括PC机和通讯串口，所述PC机通过通讯串口连接变速单元，所述PC机内装有控制软件，可决策产生一个控制指令，所述变速单元为PLC，所述PLC包括控制变频器和电机，所述控制变频器用于调整控制电机速度，所述电机内设有调速装置，所述调速装置包括机架总成、后盖、螺钉、轴承、格套、磁套总成、前盖总成、螺钉、调速电机、泥浆涡轮发电机和压紧块，所述泥浆涡轮发电机的转子为磁耦合装置，所述磁耦合装置上设有6个或者4个永磁性材料磁钢，电机通过皮带轮传动方式带动磁套旋转，磁套作为牵引装置带动泥浆涡轮发电机内部磁轴进行旋转，从而切割磁力线产生电能，所述解码单元用于检测所述电机的转速的波形变化，对波形变化进行解码，并将解码后得到的控制信号发送输出单元，所述控制信号由主同步头、头字节、数据位和校验位组成，对应形状为泥浆涡轮发电机转速的变化，所述主同步头为握手信号，所述握手信号用于通知井下系统将要进行下传动作，握手信号格式在整套系统下井前设置，所述头字节包括指令序号和奇偶校验位，所述数据位表示要下传的数据，所述校验位表示头字节和数据位的总位数算，所述输出单元为井下系统的工作单元。
图1为模拟流量控制装置控制原理示意图， PC机装有控制软件，可决策产生一个控制指令，通过串口通讯将此指令发送给PLC，所述PLC为可编程控制器，控制指令可以是图2所示的数据格式；PLC接收到指令后，控制变频器实现电机速度调整控制，实现发电和模拟地面下传功能。
图2为下传控制信号示意图，由主同步头、头字节、数据位和校验位组成，对应形状为泥浆涡轮发电机转速的变化，主同步头为握手信号，通知井下系统将要进行下传动作，握手信号格式应在整套系统下井前设置完毕。头字节由指令序号+奇偶校验位组成。数据位表示要下传的数据，校验位表示头字节和数据位的总位数，具体数值根据头字节及数据位自动计算。井下系统检测到发电机转速的波形变化后进行解码，并将解码后得到的指令发送给井下系统其它单元，进而实现地面指令下传通讯功能。
图3和图4为电机调速装置结构示意图，调速装置由机架总成1、后盖2、螺钉3、轴承4、格套5、磁套总成6、前盖总成7、螺钉8、调速电机9、泥浆涡轮发电机10及压紧块11组成。图5为磁耦合牵引装置结构剖面图。
本发明工作原理及流程：
PC机具有上位机软件，将控制指令发送给PLC，PLC根据控制指令控制电机转速，电机转速信号输出格式如图2所示，井下中控检测到转速变化，并将转速信号进行解码得到下传控制指令。
实际模拟测试过程中，泥浆涡轮发电机的转子利用磁耦合装置来实现，结构示意图如图5所示，测试装置磁套上装有6个或者4个永磁性材料磁钢，电机通过皮带轮传动方式带动磁套旋转，磁套作为牵引装置带动泥浆涡轮发电机内部磁轴进行旋转，从而切割磁力线产生电能。
实际模拟测试中，调速电机9的转速可实现无级调整，这样就尽可能的能模拟一定范围内泥浆排量的变化，更加容易接近实际井下系统工作状况。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种井下泥浆涡轮发电机牵引装置，其特征在于，所述发电机牵引装置通过PC机决策产生一个控制指令，并通过串口通讯将此指令发送给PLC；PLC接收到指令后，将指令内容转变成一系列的驱动脉冲，控制电机动作，实现发电和模拟地面下传功能。
2.根据权利要求1所述的发电机牵引装置，其特征在于，所述发电机牵引装置包括指令发送单元、变速单元、解码单元和输出单元，所述指令发送单元、变速单元、解码单元和输出单元依次连接。
3.根据权利要求2所述的发电机牵引装置，其特征在于，所述指令发送单元包括PC机和通讯串口，所述PC机通过通讯串口连接变速单元，所述PC机内装有控制软件，决策产生一个控制指令。
4.根据权利要求2所述的发电机牵引装置，其特征在于，所述变速单元为PLC，所述PLC包括控制变频器和电机，所述控制变频器用于调整控制电机速度。
5.根据权利要求4所述的发电机牵引装置，其特征在于，所述电机内设有调速装置，所述调速装置包括机架总成、后盖、螺钉、轴承、格套、磁套总成、前盖总成、螺钉、调速电机、泥浆涡轮发电机和压紧块。
6.根据权利要求5所述的发电机牵引装置，其特征在于，所述泥浆涡轮发电机的转子为磁耦合装置，所述磁耦合装置上设有6个或者4个永磁性材料磁钢，电机通过皮带轮传动方式带动磁套旋转，磁套作为牵引装置带动泥浆涡轮发电机内部磁轴进行旋转，从而切割磁力线产生电能。
7.根据权利要求2所述的发电机牵引装置，其特征在于，所述解码单元用于检测所述电机的转速的波形变化，对波形变化进行解码，并将解码后得到的控制信号发送输出单元。
8.根据权利要求6所述的发电机牵引装置，其特征在于，所述控制信号由主同步头、头字节、数据位和校验位组成，对应形状为泥浆涡轮发电机转速的变化。
9.根据权利要求8所述的发电机牵引装置，其特征在于，所述主同步头为握手信号，所述握手信号用于通知井下系统将要进行下传动作，握手信号格式在整套系统下井前设置，所述头字节包括指令序号和奇偶校验位，所述数据位表示要下传的数据，所述校验位表示头字节和数据位的总位数算。
10.根据权利要求2所述的发电机牵引装置，其特征在于，所述输出单元为井下系统的工作单元。
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