CN116073624A - 一种井下多级湍流振动式磁力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是井下多级湍流振动式磁力发电装置，它包括：安装固定模块和发电模块；安装固定模块包括安装筒、永磁体固定器、柱状永磁体、轴端固定器，柱状永磁体通过永磁体固定器固定在安装筒下端，安装筒内壁间隔设置第一滑道和第二滑道，第一滑道的底部和第二滑道的底部均设置进液孔，第一滑道的内壁和第二滑道的内壁均设置出液孔；发电模块设置于安装筒中，第一环形永磁体、仿生起振器、第二线圈、第三线圈从下到上间隔固定在轴上；仿生起振器外部形状为仿生海豚背部结构，外部整体呈流线型，仿生起振器内部为与轴相配合的弧形面。本发明利用仿生结构使轴产生振动，集成了振动发电和流体动能发电功能，实现井下低成本发电。

Description

一种井下多级湍流振动式磁力发电装置

技术领域

本发明涉及油田井下发电装置，具体涉及的是一种井下多级湍流振动式磁力发电装置。

背景技术

随着石油工业的飞速发展，井下旋流分离等诸多技术的应用，井下装置的电力传输逐步成为了相关领域不可或缺的环节。目前油田现场中，常用的井下发电装置都需要与外部连接相关的动力装置进行井下电能的提供，其面临着连接线路复杂、防护成本高、经济效益低等缺点，为了解决上述问题，井下发电装置的提出是十分必要的。中国实用新型专利：ZL201820510445.8，油井势能发电装置，采用的是齿轮转轴机构带动外接发电机进行发电。但该专利需外接发电机体积庞大，无法直接下到井里直接为井下设备供电，因此需要从地面接导线到井下不经济划算；另外该专利无法实现根据发电需求灵活串接多级发电装置，容易导致流体动能浪费或者发电能力不足。

发明内容

本发明的目的是一种井下多级湍流振动式磁力发电装置，这种井下多级湍流振动式磁力发电装置用于解决现有技术中井下发电装置存在线路复杂、成本高或发电能力不足的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种井下多级湍流振动式磁力发电装置包括安装固定模块和发电模块；安装固定模块包括安装筒、永磁体固定器、柱状永磁体、轴端固定器，柱状永磁体通过永磁体固定器固定在安装筒下端，安装筒内壁间隔设置第一滑道和第二滑道，第一滑道和第二滑道是均由安装筒及相应的内筒形成的夹套，第一滑道的底部和第二滑道的底部均设置进液孔，第一滑道的内壁和第二滑道的内壁均设置出液孔；发电模块设置于安装筒中，发电模块包括轴、一级线圈、第一环形永磁体、仿生起振器、第二线圈、第一环形磁铁、第三线圈、第二环形磁铁，轴沿垂向固定于安装筒中心，第一环形永磁体、仿生起振器、第二线圈、第三线圈从下到上间隔固定在轴上，轴的上端通过轴端固定器固定于安装筒上端，柱状永磁体安装在轴的下端， 一级线圈环绕在第一环形永磁体外围，第一环形磁铁及其上的第一弹簧位于第一滑道内，第一环形磁铁环绕着第二线圈，第二环形磁铁及其上的第二弹簧位于第二滑道内，第二环形磁铁环绕着第三线圈；仿生起振器外部形状为仿生海豚背部结构，外部整体呈流线型，仿生起振器内部为与轴相配合的弧形面。

上述方案中安装筒由第一外管、第二外管螺纹连接构成，第一外管位于第二外管下端，永磁体固定器位于第一外管内且与第一外管下端口处螺纹连接，柱状永磁体同轴固定于永磁体固定器中心，轴端固定器位于第二外管且与第二外管上端口处螺纹连接；限位弹簧通过其一端的套环套在轴上，通过其另一端的挂钩直接挂在第一外管道内壁的固定环上。

上述方案中轴上有多段螺纹，轴上还有限位环和仿生起振器安装孔，轴为弹性体，限位环限制第一环形永磁体的位置，仿生起振器安装孔通过螺钉与仿生起振器连接。

上述方案中一级线圈包括一级线圈外壳和一级线圈导线，一级线圈外壳具有外螺纹，一级线圈外壳与第一外管螺纹连接；第一环形永磁体由第一环形永磁体阴极和第一环形永磁体阳极组成，第一环形永磁体内部的第一环形永磁体安装孔有内螺纹，第一环形永磁体与轴端螺纹连接。

上述方案中第二线圈由第二线圈外壳和内部的第二线圈导线组成，第二线圈外壳有内螺纹，第二线圈外壳与轴螺纹连接；第三线圈由第三线圈外壳和内部的第三线圈导线组成，第三线圈外壳有内螺纹，第三线圈外壳与轴螺纹连接。

上述方案中仿生起振器有两个，分别为第一仿生起振器和第二仿生起振器，第一仿生起振器和第二仿生起振器呈环向90°角分布。

有益效果

1. 本发明可以利用井下采出液自身的湍动能转换发电，不仅可以实现在井下发电，还可以省去外接电机以及井下长距离电力传输带来的电力损耗。另外，本发明采用可多级串接设计，可以根据流体动能大小和发电需求改变发电级数，以达到最经济的发电效果，在油田、新能源等发电领域将会得到广泛的认可与应用。

2. 本发明采用了井下湍流动能发电方式，利用油井内部的流体湍动能冲击独特的仿生起振器使得轴端永磁铁产生振动，从而使第一线圈切割磁感线发电。本发明可以直接下到井下直接为井下设备提供电能，既节省了用电成本，又减少了成本设备投入。

3. 本发明通过创新管道内部结构，使一部分流体推动环形磁铁做轴向往复滑动，从而使第二线圈、第三线圈相对切割磁感线发电以充分利用流体动能。

4. 本发明具有广泛的适用范围，采用了可多级串联设计，可以根据发电需求增加或减少相应的发电装置。

5、本发明利用仿生结构使轴产生振动，集成了振动发电和流体动能发电功能，采用了可多级串接结构可灵活改变发电级数以满足不同的发电需求。

附图说明

图1为一种井下多级湍流振动式磁力发电装置外观图。

图2为一种井下多级湍流振动式磁力发电装置模块爆炸图。

图3为一种井下多级湍流振动式磁力发电装置整体剖视图。

图4为安装固定模块爆炸图。

图5为永磁体固定器外观和剖视图。

图6为第一外管外观和剖视图。

图7为第二外管外观和剖视图。

图8为轴端固定器外观和剖视图。.

图9为限位弹簧外观图。

图10为发电模块爆炸图。

图11为第一线圈外观和剖视图。

图12为第一环形永磁体外观和剖视图。

图13为仿生起振器外观和剖视图。

图14为第二线圈外观和剖视图。

图15为轴剖视和局部放大图。

图中1-安装固定模块，101-永磁体固定器，1011-永磁体固定孔，102-柱状永磁体，103-第一外管，1031-第一进液孔，1032-第一出液孔，1033-第一滑道，104-第二外管，1041-第二进液孔，1042-第二滑道，1043-第二出液孔，105-轴端固定器，1051-轴端固定孔，106-限位弹簧，1061-套环，1062挂钩，2-发电模块，201-一级线圈，2011-一级线圈外壳，2012-一级线圈导线，202-第一环形永磁体，2021-第一环形永磁体阴极，2022-第一环形永磁体阳极，2023-第一环形永磁体安装孔，203-第一仿生起振器，2031-第一仿生起振器安装孔，204-第二线圈，2041-第二线圈外壳，2042-第二线圈导线，205-第三线圈，206-轴，2061-限位环，2062-仿生起振器安装孔，207-第二滑道端盖，208-第二弹簧，209-第二环形磁铁，210-第一滑道端盖，211-第一弹簧，212-第一环形磁铁，213-第二仿生起振器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

结合图1-图15所示，这种井下多级湍流振动式磁力发电装置包括安装固定模块1和发电模块2，发电模块2设置于安装固定模块1中，安装固定模块1可以对发电模块2起到固定、支撑以及限位作用；发电模块2可以通过仿生起振器把井下液体的动能转化成永磁体横向与纵向方位的往复运动，从而在不断切割磁感线的过程中达到发电的目的，可根据发电需求将若干个发电模块串并联配合在井下使用。

安装固定模块1包括永磁体固定器101、柱状永磁体102、第一外管103、第二外管104、轴端固定器105、限位弹簧106。

永磁体固定器101内部主要结构有永磁体固定孔1011，永磁体固定孔1011与柱状永磁体102通过螺纹固定在一起，外部通过螺纹与第一外管103连接在一起；柱状永磁体102是圆柱状外部有螺纹的永磁体，其通过螺纹与永磁体固定孔1011连接在一起。

安装筒内壁间隔设置第一滑道1033和第二滑道1042，第一滑道1033和第二滑道1042是均由安装筒及相应的内筒形成的夹套，第一滑道1033的底部和第二滑道1042的底部均设置进液孔，第一滑道的内壁和第二滑道的内壁均设置出液孔。

本实施方式中安装筒由第一外管103、第二外管104螺纹连接构成，第一外管103为两端通透圆筒状，内部主要结构有第一进液孔1031、第一出液孔1032和第一滑道1033。第一外管103通过两端的外螺纹与第二外管104连接，通过一端的内螺纹与永磁体固定器101与一级线圈201连接；第二外管104为两端通透圆筒状，比第一外管103稍短，内部主要结构有第二进液孔1041、第二滑道1042和第二出液孔1043。第二外管104通过两端的内螺纹分别与第一外管103、轴端固定器105连接。第一滑道由第一外筒及其内筒形成的夹套，第一滑道的底部设置第一进液孔，第一滑道的内壁设置第一出液孔；第二滑道由第二外筒及其内筒形成的夹套，第二滑道的底部设置第二进液孔，第二滑道的内壁设置第二出液孔；第一滑道端盖210是一个内部带有螺纹的圆环，其通过螺纹与第一滑道1033、第二滑道1042连接。其主要作用是方便第一弹簧211、第二弹簧208的拆卸。

轴端固定器105内部结构有轴端固定孔1051，轴端固定孔1051与轴端通过螺纹连接。

限位弹簧106由左端的套环1061和右端的挂钩1062组成，套环1061直接套在轴206上，右端的挂钩1062直接挂在第一外管道内壁上。

发电模块2模块包括一级线圈201、第一环形永磁体202、第一仿生起振器203、第二线圈204、第三线圈205、轴206、第二滑道端盖207、第二弹簧208、第二环形磁铁209、第一滑道端盖210、第一弹簧211、第一环形磁铁212和第二仿生起振器。

一级线圈201外部是带有螺纹的一级线圈外壳2011，内部有一级线圈导线2012。一级线圈201通过外部的螺纹与第一外管103连接在一起； 第一环形永磁体202由第一环形永磁体阴极2021、第一环形永磁体阳极2022组成，其内部的第一环形永磁体安装孔2023通过螺纹与轴端连接在一块。第二线圈204是由第二线圈外壳2041和内部的第二线圈导线2042组成。第二线圈204通过内部的螺纹与轴连接在一起。

第一仿生起振器203外部形状为仿生海豚背部结构，整体呈流线型。其内部的两个第一仿生起振器安装孔2031通过螺钉与轴连接在一起。第一仿生起振器和第二仿生起振器，第一仿生起振器和第二仿生起振器呈环向90°角分布。

轴206主要结构有限位环2061、仿生起振器安装孔2062。轴206的材料弹性体，可以起到增加轴的挠性作用，其限位环2061起限制第一环形永磁体202的位置的作用；仿生起振器安装孔2062通过螺钉与仿生起振器连接。

如图1所示，本发明在井下呈立式工作状态使用，液体下进上出。图2为一种井下多级湍流振动式磁力发电装置模块爆炸图，主要由安装固定模块1和发电模块2组成。一种井下多级湍流振动式磁力发电装置整体剖视图如图3所示，首先液体从第一外管103下面进入本装置，当流经仿生起振器203时，凸起一方由于流速快会导致此处形成低压区，在流体压力的作用下，轴会向凸起方偏移，然后带动轴端的第一环形永磁体202向左移动，此时限位弹簧106工作，将轴206向反方向拉回，因此产生的垂直方向的磁感线被一级线圈导线2012切割，从而发电。柱状永磁体102固定在永磁体固定器101上，柱状永磁体102为阳极与第一环形永磁体202相互排斥，防止轴上下窜动。当流体到达中部位置时，一部分流体会通过第一进液孔1031把在第一滑道1033里的第一环形磁铁212向上顶，第一弹簧211压缩，此为一次上行程；当第一环形磁铁212下表面超过第一出液孔1032时，流体回到第一外管103流腔内，此时第一滑道1033压力减小，第一弹簧211放松，第一环形磁铁212回到最下方，此为一次下行程；如此往复第一环形磁铁212上下来回滑动，此时第一环形磁铁212产生的水平的磁感线会被第二线圈导线2042来回切割产生电流。同理，当流体到达第二外管104位置时第二环形磁铁209上下往复运动，导线切割磁感线发电。

图4为安装固定模块1爆炸图，安装固定模块1主要由永磁体固定器101，柱状永磁体102，第一外管103，第二外管104，轴端固定器105，限位弹簧106等零件组成。图5为永磁体固定器外观和剖视图，通过外部螺纹与连接第一外管103连接，其主要目的是用来固定柱状永磁体102，使其对轴206进行轴向限位。图6为第一外管103外观和剖视图，左端外螺纹用以连接多级本发电装置，右端外螺纹用以连接第二外管104；流体通过第一进液孔1031进入第一滑道1033，使第一环形磁铁212在第一滑道1033内滑动，流体从第一出液孔1032出第一滑道1033。图7为第二外管104外观和剖视图，其左端内螺纹用以连接第一外管103，右侧内螺纹用以连接轴端固定器105，流体通过第二进液孔1041进入第二滑道1042，使第二环形磁铁209在第二滑道1042内滑动，流体从第二出液孔1043出第二滑道1042。图8为轴端固定器外观和剖视图，通过外部螺纹与第二外管104连接，其主要目的是通过轴端固定孔1051来固定轴206，使其对轴206进行轴向固定。图9为限位弹簧106外观图，限位弹簧106左端的套环1061可以直接固定在轴206上，右端的挂钩1062挂在第一外管1032内壁上。其作用是对轴206进行限位，防止第一环形永磁体202与一级线圈外壳2011发生碰撞。

图10为发电模块2爆炸图，发电模块2主要由一级线圈201、第一环形永磁体202、第一仿生起振器203、第二线圈204、第三线圈205、轴206、第二滑道端盖207、第二弹簧208、第二环形磁铁209、第一滑道端盖210、第一弹簧211、第一环形磁铁212和第二仿生起振器213等零件构成；第一仿生起振器203与第二仿生起振器213结构和作用相同；第二线圈204与第三线圈205结构和作用相同；第二滑道端盖207与第一滑道端盖210结构和作用相同；第二弹簧208和第一弹簧211结构和作用相同；第二环形磁铁209与第一环形磁铁212结构和作用相同；

图11为第一线圈外观和剖视图，其由第一线圈外壳2011和第一线圈导线2012组成。第一线圈外壳2011通过外部螺纹与第一外管103连接，第一线圈导线2012切割第一环形永磁体202产生的磁感线发电。图12为第一环形永磁体202外观和剖视图，其由上面的第一环形永磁体阴极2021和下面的第一环形永磁体阳极2022组成，因此第一环形永磁体202会产生垂直于第一线圈导线2012的磁感线；第一环形永磁体安装孔2023上的内螺纹与轴端的外螺纹连接固定。图13为第一仿生起振器203外观和剖视图，其外部轮廓仿生于海豚背部，整体呈流线型可以减少流体流经的阻力，内部有两个带螺纹的第一仿生起振器安装孔2031，用以与轴206连接。图14为第二线圈204外观和剖视图，其由第二线圈外壳2041和内部的第二线圈导线2042组成；第二线圈外壳2041整体呈椭球形可以减少流体流经的阻力，第二线圈导线2042切割第二环形磁铁209产生的水平磁感线。第二线圈204通过内部的螺纹固定在轴206上。图15为轴206剖视和局部放大图，轴206上有多段螺纹，用以固定其它零件，限位环2061可以防止第一环形永磁体202在流体的冲击下发生轴向移位。仿生起振器安装孔2062一共有四个，分别与两个仿生起振器通过螺钉连接连接。

本发明设计了一种井下多级湍流振动式磁力发电装置，采用的是湍流振动、湍流势能结合为一体的井下发电装置，无需外接发电装置可以直接下到井里进行发电，既节省了用电成本，又减少了设备投入。本发明采用可多级串接设计，可以根据流体动能大小和发电需求改变发电级数，以达到最经济的发电效果。在油田、新能源等发电领域将会得到广泛的认可与应用。

Claims (6)

1.一种井下多级湍流振动式磁力发电装置，其特征在于：这种井下多级湍流振动式磁力发电装置包括安装固定模块和发电模块；安装固定模块包括安装筒、永磁体固定器、柱状永磁体、轴端固定器，柱状永磁体通过永磁体固定器固定在安装筒下端，安装筒内壁间隔设置第一滑道和第二滑道，第一滑道和第二滑道是均由安装筒及相应的内筒形成的夹套，第一滑道的底部和第二滑道的底部均设置进液孔，第一滑道的内壁和第二滑道的内壁均设置出液孔；发电模块设置于安装筒中，发电模块包括轴、一级线圈、第一环形永磁体、仿生起振器、第二线圈、第一环形磁铁、第三线圈、第二环形磁铁，轴沿垂向固定于安装筒中心，第一环形永磁体、仿生起振器、第二线圈、第三线圈从下到上间隔固定在轴上，轴的上端通过轴端固定器固定于安装筒上端，柱状永磁体安装在轴的下端， 一级线圈环绕在第一环形永磁体外围，第一环形磁铁及其上的第一弹簧位于第一滑道内，第一环形磁铁环绕着第二线圈，第二环形磁铁及其上的第二弹簧位于第二滑道内，第二环形磁铁环绕着第三线圈；仿生起振器外部形状为仿生海豚背部结构，外部整体呈流线型，仿生起振器内部为与轴相配合的弧形面。

2.根据权利要求1所述的井下多级湍流振动式磁力发电装置，其特征在于：所述安装筒由第一外管、第二外管螺纹连接构成，第一外管位于第二外管下端，永磁体固定器位于第一外管内且与第一外管下端口处螺纹连接，柱状永磁体同轴固定于永磁体固定器中心，轴端固定器位于第二外管且与第二外管上端口处螺纹连接；限位弹簧通过其一端的套环套在轴上，通过其另一端的挂钩直接挂在第一外管道内壁的固定环上。

3.根据权利要求2所述的井下多级湍流振动式磁力发电装置，其特征在于：所述轴上有多段螺纹，轴上还有限位环和仿生起振器安装孔，轴为弹性体，限位环限制第一环形永磁体的位置，仿生起振器安装孔通过螺钉与仿生起振器连接。

4.根据权利要求3所述的井下多级湍流振动式磁力发电装置，其特征在于：所述一级线圈包括一级线圈外壳和一级线圈导线，一级线圈外壳具有外螺纹，一级线圈外壳与第一外管螺纹连接；第一环形永磁体由第一环形永磁体阴极和第一环形永磁体阳极组成，第一环形永磁体内部的第一环形永磁体安装孔有内螺纹，第一环形永磁体与轴端螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的井下多级湍流振动式磁力发电装置，其特征在于：所述第二线圈由第二线圈外壳和内部的第二线圈导线组成，第二线圈外壳有内螺纹，第二线圈外壳与轴螺纹连接；第三线圈由第三线圈外壳和内部的第三线圈导线组成，第三线圈外壳有内螺纹，第三线圈外壳与轴螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的井下多级湍流振动式磁力发电装置，其特征在于：所述仿生起振器有两个，分别为第一仿生起振器和第二仿生起振器，第一仿生起振器和第二仿生起振器呈环向90°角分布。

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