CN109322652A - 一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节，包括壳体和端盖，壳体下端开口且开口被端盖盖合，壳体内设有上纳米盘、下纳米盘和电路板，下纳米盘固定于壳体内，上纳米盘设置于下纳米盘上部且二者贴合，上纳米盘和下纳米盘分别连接电路板，端盖中部固定有中轴，中轴贯穿下纳米盘、上纳米盘和壳体上端，且中轴与上纳米盘固定连接，壳体上端连接涡轮钻具的涡轮，端盖连接涡轮钻具的钻头，钻头转动带动端盖转动使中轴转动，从而使上纳米盘转动并与下纳米盘发生相对转动摩擦发电，电路板检测发电频率并根据发电频率计算出涡轮钻具转速。本发明的有益效果：无需额外添加转速传感器即可测量涡轮钻具转速，环境适应性强。
Description
技术领域
本发明涉及地质钻井及仪器仪表领域，尤其涉及一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节。
背景技术
随着中国经济和社会的持续快速发展，对地下矿产资源的需求和消耗量亦逐年增加，使得矿产资源紧缺的供需矛盾日益突出，矿产资源的供给和保障问题已成为制约中国经济发展的瓶颈问题。然而，现阶段中国大部分地区的浅层矿产资源已被探明且开采趋于枯竭，而相关的研究成果表明中国大陆深部蕴藏着潜力巨大的矿产资源，因此加强深部找矿势在必行。
深部找矿时，一般采用涡轮钻具进行钻进，利用涡轮钻机提供的动力将不同地层深度的岩石取到地表，随后对岩石的矿物成分进行分析，并通过进一步建模计算后便可得到不同地层深度的矿物组成、分布及储量等信息。
对于涡轮钻具而言，涡轮钻具的转速是衡量及控制涡轮钻具钻进效率的重要参数之一，因此很有必要对涡轮钻具在井下工作时的转速进行测量，但由于涡轮钻具在井下工作时的特殊工况环境(高温、高压及强振动)，导致现有的转速测量方法在井下使用时存在诸如需要破坏涡轮钻具进行安装、安装精度要求过高、体积过大、温漂等诸多问题，导致测量误差较大，无法满足涡轮钻具井下转速测量的需要，因此，急需研制一种精度较高，且适合涡轮钻具井下工况环境要求的转速测量短节。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节。
本发明的实施例提供一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节，包括上部的中空壳体和下部的端盖，所述壳体下端开口且所述开口被所述端盖盖合，所述壳体内设有上纳米盘、下纳米盘和电路板，所述下纳米盘固定于所述壳体内，所述上纳米盘设置于所述下纳米盘上部且二者贴合，所述上纳米盘和所述下纳米盘分别连接所述电路板，所述端盖中部固定有中轴，所述中轴贯穿所述下纳米盘、所述上纳米盘和所述壳体上端，且所述中轴与所述上纳米盘固定连接，所述壳体上端连接涡轮钻具的涡轮，所述端盖连接所述涡轮钻具的钻头，所述钻头转动带动所述端盖转动使所述中轴转动，从而使所述上纳米盘转动并与所述下纳米盘发生相对转动摩擦发电，所述电路板检测发电频率并根据发电频率计算出所述涡轮钻具转速。
进一步地，所述上纳米盘和所述下纳米盘均为圆形板，所述上纳米盘上环绕其圆心设有多个均匀分布的上穿孔，任意相邻两所述上穿孔之间为纳米材料层，所述下纳米盘上环绕其圆心设有多个均匀分布的下穿孔，所述下穿孔的数量与所述上穿孔的数量相同，任意相邻两所述下穿孔之间为纳米材料层，所述上纳米盘转动时，所述上纳米盘的每一纳米材料层通过任一所述下穿孔时不发生摩擦，通过所述下纳米盘的任一纳米材料层时摩擦发电。
进一步地，所述电路板连接可充电电池，所述电池为所述电路板供电，所述可充电电池连接所述上纳米盘和所述下纳米盘，所述上纳米盘和所述下纳米盘摩擦产生电能为所述电池供电。
进一步地，所述壳体内还设有固定座，所述电路板固定于所述固定座上。
进一步地，所述内壳内设有弹簧，所述弹簧上端支撑固定座，下端支撑于所述电池。
进一步地，所述壳体上端设有阶梯孔，所述阶梯孔上部螺纹连接上密封盖，所述中轴上端贯穿所述阶梯孔下部且伸入所述上密封盖内部。
进一步地，所述端盖中部设有螺纹孔，所述螺纹孔下端设有固定于所述端盖上的下密封盖，所述中轴下端螺纹连接所述螺纹孔并穿过所述螺纹孔伸入所述下密封盖内。
进一步地，所述壳体和所述端盖均为圆柱形，且所述端盖上端的直径小于所述壳体下端开口的内径，所述端盖上端盖合于所述壳体下端开口且所述端盖可相对所述壳体发生转动。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节，利用上纳米盘和下纳米盘发生相对转动，纳米材料摩擦自发电，电路板检测发电频率，进行涡轮钻具转速信号的解算，无需额外添加转速传感器，另外纳米材料摩擦产生的电能给为测量短节供电，无需额外外加电源，可实现不间断的信号采集，且本发明的测量短节体积小，安装方便，不存在温漂问题，对涡轮钻具工况环境的适应性强。
附图说明
图1是本发明一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节的主视图；
图2是本发明一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节的俯视图；
图3是图1中的A-A剖面示意图；
图4是图1中的B-B剖面示意图。
图中：1-上密封盖、2-壳体、3-上纳米盘、4-电路板、5-电池、6-端盖、7-下密封盖、8-下密封垫、9-弹簧、10-固定座、11-紧固螺钉、12-下纳米盘、13-中轴、14-上密封垫、15上穿孔、16-下穿孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节，包括上部的中空壳体2和下部的端盖6。
所述壳体2为圆柱形且下端开口，上端设有阶梯孔，所述阶梯孔上部螺纹连接上密封盖1，所述上密封盖1下端与所述阶梯孔的连接面放置有上密封垫14，加强密封效果，所述壳体2内由上到下依次设有上纳米盘3、下纳米盘12、电路板4和固定座10。
请参考图3和图4，所述上纳米盘3和所述下纳米盘12均为圆形板，所述上纳米盘3上环绕其圆心设有多个均匀分布的上穿孔15，任意相邻两所述上穿孔15之间为纳米材料层，这样所述上纳米盘3上的所述纳米材料层被所述上穿孔15均匀隔开，所述下纳米盘12上环绕其圆心设有多个均匀分布的下穿孔16，任意相邻两所述下穿孔16之间为纳米材料层，所述下纳米盘12上的所述纳米材料层被所述下穿孔16均匀隔开，本实施例中，所述下穿孔16的数量与所述上穿孔15的数量相同，所述下穿孔16的形状与所述上穿孔15的形状也相同，均为矩形，所述下纳米盘12侧壁螺纹连接所述壳体2内壁，所述上纳米盘3的直径小于所述下纳米盘12的直径，所述上纳米盘3设置于所述下纳米盘12上部且所述上纳米盘3的下表面与所述下纳米盘12的上表面贴合，使所述上纳米盘3在转动时，所述上穿孔15可与所述下穿孔16重合。
所述固定座10圆形，所述固定座10边缘螺纹连接所述壳体2内壁，所述固定座10上设有多个螺纹盲孔，所述电路板4放置于所述固定座10上，且通过多个紧固螺钉11与所有螺纹盲孔配合将所述电路板4固定于所述固定座10上，所述固定座10下方设有电池5，所述电池5为可充电电池，所述电池5固定于所述壳体2内，所述电池5分别连接所述上纳米盘3、所述下纳米盘12和所述电路板4，所述电池5为所述电路板4供电，所述上纳米盘3和所述下纳米盘12分别连接所述电路板4，所述固定座10与所述电池5之间还设有弹簧9，所述弹簧9上端支撑所述固定座10下表面，下端支撑于所述电池5上表面，所述弹簧9用于缓冲所述电池5在测量过程中的抖动受力，用于保护所述电池5。
所述端盖6为圆柱形，且所述端盖6上端的直径小于所述壳体2下端开口的内径，所述端盖6上端盖合于所述壳体2下端开口且所述端盖6可相对所述壳体2发生转动，所述端盖6中部设有螺纹孔，所述螺纹孔下端设有固定于所述端盖6上的下密封盖7，所述下密封盖7外壁设有外螺纹，且所述下密封盖7外壁与所述端盖6螺纹连接，且所述下密封盖7上端与所述端盖6的接触面放置有下密封垫8，加强密封效果，所述螺纹孔上螺纹连接中轴13下端，且所述中轴13下端穿过所述螺纹孔伸入所述下密封盖7内，所述下密封盖7约束所述中轴13下端横向偏转，所述中轴13中部贯穿所述下纳米盘12和所述上纳米盘3，且所述中轴13与所述上纳米盘3螺纹连接，所述中轴13上端贯穿所述阶梯孔下部且伸入所述上密封盖1内部，所述上密封盖1约束所述中轴13上端发生横向偏转。
本发明的基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节在测量涡轮钻具转速时，所述壳体2上端的所述上密封盖1连接涡轮钻具的涡轮，由于所述涡轮钻具在钻进时所述涡轮静止不动，因此所述壳体2静止，所述下纳米盘12静止，所述端盖6内的所述下密封盖7连接所述涡轮钻具的钻头，所述钻头转动带动所述端盖6转动使所述中轴13转动，这样会造成所述上纳米盘3和所述下纳米盘12相对转动，当所述上纳米盘3的每一纳米材料层通过任一所述下穿孔16时不发生摩擦，通过所述下纳米盘12的任一纳米材料层时两者相互摩擦时将产生较大的静电荷，即摩擦发电，产生电能为所述电池5充电，这样所述上纳米盘3每转动一圈，形成电流脉冲的数量等于所述下穿孔16数量，所述电路板4检测电流脉冲的频率，由于所述电流脉冲的频率与所述涡轮钻具转速成正比，即可根据电流脉冲的频率计算出所述涡轮钻具转速。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节，其特征在于：包括上部的中空壳体和下部的端盖，所述壳体下端开口且所述开口被所述端盖盖合，所述壳体内设有上纳米盘、下纳米盘和电路板，所述下纳米盘固定于所述壳体内，所述上纳米盘设置于所述下纳米盘上部且二者贴合，所述上纳米盘和所述下纳米盘分别连接所述电路板，所述端盖中部固定有中轴，所述中轴贯穿所述下纳米盘、所述上纳米盘和所述壳体上端，且所述中轴与所述上纳米盘固定连接，所述壳体上端连接涡轮钻具的涡轮，所述端盖连接所述涡轮钻具的钻头，所述钻头转动带动所述端盖转动使所述中轴转动，从而使所述上纳米盘转动并与所述下纳米盘发生相对转动摩擦发电，所述电路板检测发电频率并根据发电频率计算出所述涡轮钻具转速。
2.如权利要求1所述的一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节，其特征在于：所述上纳米盘和所述下纳米盘均为圆形板，所述上纳米盘上环绕其圆心设有多个均匀分布的上穿孔，任意相邻两所述上穿孔之间为纳米材料层，所述下纳米盘上环绕其圆心设有多个均匀分布的下穿孔，所述下穿孔的数量与所述上穿孔的数量相同，任意相邻两所述下穿孔之间为纳米材料层，所述上纳米盘转动时，所述上纳米盘的每一纳米材料层通过任一所述下穿孔时不发生摩擦，通过所述下纳米盘的任一纳米材料层时摩擦发电。
3.如权利要求1所述的一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节，其特征在于：所述电路板连接可充电电池，所述电池为所述电路板供电，所述可充电电池连接所述上纳米盘和所述下纳米盘，所述上纳米盘和所述下纳米盘摩擦产生电能为所述电池供电。
4.如权利要求3所述的一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节，其特征在于：所述壳体内还设有固定座，所述电路板固定于所述固定座上。
5.如权利要求4所述的一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节，其特征在于：所述内壳内设有弹簧，所述弹簧上端支撑固定座，下端支撑于所述电池。
6.如权利要求1所述的一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节，其特征在于：所述壳体上端设有阶梯孔，所述阶梯孔上部螺纹连接上密封盖，所述中轴上端贯穿所述阶梯孔下部且伸入所述上密封盖内部。
7.如权利要求1所述的一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节，其特征在于：所述端盖中部设有螺纹孔，所述螺纹孔下端设有固定于所述端盖上的下密封盖，所述中轴下端螺纹连接所述螺纹孔并穿过所述螺纹孔伸入所述下密封盖内。
8.如权利要求1所述的一种基于纳米系统的涡轮钻具转速测量短节，其特征在于：所述壳体和所述端盖均为圆柱形，且所述端盖上端的直径小于所述壳体下端开口的内径，所述端盖上端盖合于所述壳体下端开口且所述端盖可相对所述壳体发生转动。
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