CN211549660U - 非接触式涡轮传动自发电智能配水器 - Google Patents

Abstract

一种非接触式涡轮传动自发电智能配水器。包括测内压力计、涡轮发电装置、磁耦合堵塞器，其中测内压力计，可分别测量内部水压力以及监测管路内压力波，实现地面与配水器的信息传输；所述涡轮发电装置，通过水流推动叶轮转动，从而带动发电机转动实现发电，同时完成流经水的流量测量；所述数控堵塞器为磁力耦合传动，且可将高扭矩直流电机的触发转化为软启动，将动密封转化为静密封，用来完成对流量出口大小的调节。此种配水器解决了现有配水过程中电力的供应问题，实现了地面与井下的信息传递。整套配水器可直接投放于井下，无需借助其他工具下井测调，大大简化了注水工艺。

Description

非接触式涡轮传动自发电智能配水器

技术领域：

本实用新型涉及一种应用于油田注水开采领域中的配水器。

背景技术：

在油田，油藏按层分布，各层吸水效果差异很大，只有分层注水才能解决各层注水不均衡问题。分层注水工艺进入了智能测调时代，以“桥式偏心+钢管电缆直读测调”为主体的智能化分层注水技术，在油田注水中已得到大规模推广应用，大幅度提高了注水井测调效率，缩短了测调时间。但是，目前的分层注水工艺技术仍然存在较多的问题，例如测调周期逐年缩短、层间矛盾加剧以及无法进行油藏模拟等，因此，技术人员致力于发展智能化分层注水技术，扩大注入水的波及体积，提高注水驱油效率，实现对注水层的精细控水。

目前，国内无预置电缆模式下的智能化分层注水工艺主要有二种：第一种是可投捞式实时监测分层注水工艺，主要适用于直井分层注水，配水器可投捞更换，发生故障或更换电池时无须起管柱；第二种是可充电式分层注水工艺，可以下入充电设备对电池进行充电，不需要投捞配水器，实现了连续监测、加密测调同期等功能。在这二种工艺下，目前都存在一个共同的问题，那就是在配水过程中，电力供应不足，而补充供电又需耗费较长工时。

发明内容：

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本实用新型提供一种非接触式涡轮传动自发电智能配水器，此种配水器实现了将流量测量装置与发电装置一体化，解决了在配水过程中，电力供应不足，供电耗费工时的问题，同时提供了一种测流量的解决方案，实现了测流量与发电一体化的功能结构。

本实用新型的技术方案是：

所述非接触式涡轮传动自发电智能配水器，包括上接头、外套筒以及下接头、发电机总成、主体、堵塞器外套筒、导线管、磁耦合堵塞器总成以及堵塞器外壳。

其中，所述发电机总成包括注水头、导流体、发电机舱、发电机、旋叶以及测内压力计；其中导流体分别与注水头、发电机舱采用o型圈的插套连接，旋叶与发电机采用螺纹连接，发电机总成内部设有水道和电路管线，安装时导流口与与发电机舱流道相对应，注水头电路槽与发电机舱电路槽相对应；发电过程中，水流从注水头上的网口进入由注水头与导流口、旋叶构成的腔体内部，带动旋叶旋转，从而带动发电机发电。

编码器放置在发电机舱内部用于监测发电机转速从而计算流经旋叶水流量；测内压力计采用o型圈的密封方式，插套在注水头上，测内压力计侧端面与通讯管道相对应，以使得压力波通过通讯管道进行传输。

所述磁耦合堵塞器总成包括上压头、堵塞器主体、钛合金轴、永磁片固定套、联轴器、十字槽半沉头螺钉、高扭矩直流电机外壳、阀套、内六角花形半沉头螺钉、阀芯、胶圈、金属挡圈、传动轴、减速器、高扭矩直流电机、绝对值编码器以及永磁铁；其中，磁耦合传动装置中，堵塞器主体与钛合金轴采用螺纹连接，并用o形圈组实现静密封；永磁片固定套的六个安装孔中依次各装有1个，并用强力胶封装固定，一端通过联轴器与减速器输出轴连接，永磁片固定套的套孔套放在钛合金轴上，二者为间隙配合；在堵塞器主体中，永磁铁和传动轴采用榫卯结构连接，传动轴设有卯孔，永磁铁一端设有榫轴；上压头与堵塞器主体采用螺纹连接，堵塞器主体和阀套采用过渡配合，阀套上端与胶圈一侧嵌套配合，金属挡圈与胶圈另一侧嵌套配合，堵塞器主体上设置有定位轴肩；安装时，通过上压头将阀套、胶圈、金属挡圈轴向固定在堵塞器主体内，用一字定位螺钉穿过堵塞器主体上的定位孔进入阀套上的定位孔实现阀套的径向定位；阀芯与传动轴采用螺钉连接，阀套和阀芯采用间隙配合；传动轴上半部分有传动螺纹，与堵塞器主体螺纹孔螺纹配合；高扭矩直流电机固定在堵塞器外壳内，高扭矩直流电机输出端连有减速器，高扭矩直流电机尾部装有绝对值编码器。

上接头与外套筒采用o型圈螺纹密封连接，发电机总成插套在由上接头上与外套筒所构成的腔体内，利用上接头进行定位，外套筒与主体采用o型圈螺纹密封连接；发电机总成采用o型圈密封插套的连接方式进行连接，发电机舱电路槽与主体电路槽相对应，主体分别与堵塞器外套筒和下接头采用o型圈螺纹密封连接，内部导线管分别与主体和堵塞器外壳采用o型圈插套式连接方式连接，磁耦合堵塞器总成插套在堵塞器外壳内，利用定位孔对磁耦合堵塞器总成进行定位，堵塞器外壳利用下接头进行轴肩定位。

测内压力计导线依次通过注水头电路槽、发电机舱电路槽，电机的导线通过电机孔，安装在压力计孔上的测外压力计所引导线通过外压力计导线孔与测内压力计导线、电机导线共同穿过发电机舱电路槽进入主体电路槽、通过导线管、堵塞器电路槽进入电子舱；磁耦合堵塞器总成内的高扭矩直流电机所引导线通过电机导线孔进入电子舱，电子舱使用电子舱堵头采用o型圈螺纹密封连接，保证电子舱密封。

水流从入水口进入配水器从注水头上的网口流经旋叶，带动旋叶旋转发电，经旋叶后流水从导流体上的导流口依次通过发电机舱流道、主体流道，进入磁耦合堵塞器总成，经磁耦合堵塞器总成进行调配，通过出水口输出。

本实用新型具有如下有益效果：本实用新型将流量测量与发电装置一体化设计，一方面解决了在配水过程中电力供应不足的问题，另一方面又减少了配水器内部传感器的数量，从而减少了内部因传感器损坏可能造成的故障问题，提高了配水器的运行稳定性；采用磁力耦合传动技术，将动密封转化为静密封，避免了复杂的动密封结构和加工成本问题，大大降低了密封难度，并且将高扭矩直流电机的触发转化为软启动，提高了系统安全性和可靠性；传统配水量调节采用更换水嘴的可捞式实时监测注水方案，效率低耗费人力物力，本实用新型可实现地面与配水器的信息传输，提高了生产效率，节省了人力物力成本。

附图说明：

图1是本实用新型结构示意图。

图2是图1中的发电机总成结构示意图。

图3是图2中发电机舱零件图。

图4是测外压力计零件图。

图5是图1中磁耦合堵塞器总成的剖视图。

图6是图1中磁耦合堵塞器总成的结构示意图。

图7是图6中堵塞器主体的零件图。

图8是图6中阀套的零件图。

图9图1中主体的零件图。

图10是图2中测内压力计的零件图。

图11是图1中管路的剖视图。

图中：上接头-1、外套筒-2、发电机总成-3、主体-4、堵塞器外套筒-5、导线管-6、磁耦合堵塞器总成-7、堵塞器外壳-8、下接头-9、注水头-10、导流体-11、发电机舱-12、发电机-13、旋叶-14、测内压力计-15、阀套-701、内六角花形半沉头螺钉-702、胶圈-703、阀芯-704、金属挡圈-705、O形圈组706、传动轴-707、永磁铁-708、减速器-709、高扭矩直流电机-710、绝对值编码器 -711、高扭矩直流电机外壳-712、联轴器-713、钛合金轴-714、堵塞器主体-715、上压头-716、永磁片固定套-717、十字槽半沉头螺钉-718、堵塞器主体上的定位孔-719、出水口-720、进水孔-721、阀套定位孔-722、出水口-108、压力计孔-210、入水口-101、网口-102、发电机舱流道-104、主体流道-105、主体堵头106、注水头电路槽-201、发电机舱电路槽-202、电机孔-203、外压力计导线孔-204、主体电路槽-205、通过导线管-206、堵塞器电路槽-207、电子舱-208、电子舱堵头-209，测内压力计顶端-301、测内压力计顶端侧端面-302、定位孔-303、通讯管道-304、编码器-305。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1至图11所示，本实用新型部件包括：上接头1、外套同2、发电机总成3、主体4、堵塞器外套筒5、导线管6、磁耦合堵塞器总成7、堵塞器外壳 8、下接头9，其中上接头1与外套筒2采用o型圈螺纹密封连接，发电机总成 3插套在由上接头1与外套筒2所构成的腔体内，利用上接头1进行定位，外套筒2与主体4采用o型圈螺纹密封连接，发电机总成3采用o型圈密封插套的连接方式进行连接，发电机舱电路槽202要与主体电路槽205相对应，主体4分别与堵塞器外套筒5和下接头9采用o型圈螺纹密封连接，内部导线管6分别于主体4和堵塞器外壳8采用o型圈插套式连接方式，磁耦合堵塞器总成7 插套在堵塞器外壳8内，利用定位孔303对磁耦合堵塞器总成7进行定位，堵塞器外壳8利用下接头9进行定位。

所述发电机总成3包括：注水头10、导流体11、发电机舱12、发电机13、旋叶14、测内压力计15，其中导流体11分别与注水头10、发电机舱12采用o 型圈的插套连接，旋叶14与发电机13采用螺纹连接，发电机总成3内部设有水道和电路管线，安装时要将注导流口107与发电机舱流道104相对应，注水头电路槽201与发电机舱电路槽202相对应，发电过程中，水流从注水头上的网口102进入由注水头10与导流口107，旋叶14构成的腔体内部，带动旋叶14旋转，从而带动发电机13发电；配水器流量通过流经旋叶15的水体积进行计算，放置在发电机舱12内部的编码器305通过监测发电机13转速从而计算流经旋叶14水流量从而实现配水量的控制；测内压力计15采用o型圈的密封方式插套在注水头10上，其中测内压力计顶端301用于测量配水器内部水压力，侧端面302负责接收地面指令，控制配水器调节，测内压力计15侧端面302要与通讯管道304相对应，压力波通过通讯管道304进行传输，测内压力计侧端面302与通讯管道304相对应，保证了接收压力波信号的稳定性。

所述磁耦合堵塞器总成7包括：上压头716、堵塞器主体715、钛合金轴714、永磁片固定套717、联轴器713、十字槽半沉头螺钉718、高扭矩直流电机外壳 712、阀套701、内六角花形半沉头螺钉702、阀芯704、胶圈703、金属挡圈705、传动轴707、减速器709、高扭矩直流电机710、绝对值编码器711、永磁铁708。其中磁耦合传动装置中，堵塞器主体715与钛合金轴714采用螺纹连接，并用O 形圈组706实现静密封；永磁片固定套717的六个安装孔中依次各装有1个，并用强力胶封装固定，一端通过联轴器713与减速器输出轴724连接，永磁片固定套717的套孔套放在钛合金轴714上，二者为间隙配合；其中在堵塞器主体715中，永磁铁708和传动轴707采用榫卯结构连接，传动轴707设有卯孔，永磁铁708一端设有榫轴，工作时高扭矩电机710带动永磁片固定套717转动，永磁铁708在永磁片固定套717内强磁场的作用下转动；上压头716与堵塞器主体715采用螺纹连接，堵塞器主体715和阀套701采用过渡配合，阀套701 上端与胶圈703侧嵌套配合，金属挡圈705与胶圈703另一侧嵌套配合，堵塞器主体715上设置有定位轴肩725；安装时，通过上压头716将阀套701、胶圈 703、金属挡圈705轴向固定在堵塞器主体715内，用一字定位螺钉723穿过堵塞器主体上的定位孔719进入阀套701上的阀套定位孔722实现阀套701的径向定位。阀芯704与传动轴707采用螺钉连接，阀套701和阀芯704采用间隙配合，阀芯704运动至胶圈703处与胶圈703紧配，实现出水口720全闭；传动轴707上半部分设计有传动螺纹，与堵塞器主体715螺纹孔螺纹配合，磁耦合堵塞器总成7工作时，此结构将堵塞器传动轴707转动转换为阀芯704的直线运动，从而达到调节阀芯704和阀套701间的节流口面积对流量进行调节；高扭矩直流电机710固定在堵塞器外壳8内，继而实现对高扭矩直流电机710 的固定，高扭矩直流电机710输出端连有减速器709，用于提高输出扭矩，高扭矩直流电机710尾部装有绝对值编码器711，用于记录高扭矩电机转动圈数，间接确定阀芯704位置。液流从堵塞器主体715上的进水孔721流入磁耦合堵塞器总成7，经过金属挡圈705、胶圈703、流量阀组件后，由出水口720流出。

所述电路布置为：测内压力计15导线依次通过注水头电路槽201、发电机舱电路槽202，电机13的导线通过电机孔203，以及安装在压力计孔210上的测外压力计所引导线通过外压力计导线孔204与测内压力计15导线、电机13 导线共同穿过发电机舱电路槽202进入主体电路槽205，通过导线管206、堵塞器电路槽207进入电子舱208，磁耦合堵塞器总成7内的高扭矩直流电机710所引导线通过电机导线孔211进入电子舱208，电子舱208使用电子舱堵头209采用o型圈螺纹密封连接，保证电子舱208密封。

所述水路布置为，水流从入水口101进入配水器从注水头10上的网口102 流经旋叶14，带动旋叶14旋转发电，经旋叶14后流水从导流体11上的导流口 107依次通过发电机舱流道104、主体流道105、进入磁耦合堵塞器总成7，经磁耦合堵塞器总成7进行调配，通过出水口108完成配水过程，其中主体流道 105通过主体堵头106采用o型圈螺纹密封连接。

本种配水器解决了现有配水过程中电力的供应问题，实现了地面与井下的信息传递。整套配水器可直接投放于井下，无需借助其他工具下井测调，大大简化了注水工艺。

Claims (1)

1.一种非接触式涡轮传动自发电智能配水器，包括上接头(1)、外套筒(2)以及下接头(9)，其特征在于：

所述配水器还包括发电机总成(3)、主体(4)、堵塞器外套筒(5)、导线管(6)、磁耦合堵塞器总成(7)以及堵塞器外壳(8)；

其中，所述发电机总成包括注水头(10)、导流体(11)、发电机舱(12)、发电机(13)、旋叶(14)以及测内压力计(15)；其中导流体(11)分别与注水头(10)、发电机舱(12)采用o型圈的插套连接，旋叶(14)与发电机(13)采用螺纹连接，发电机总成(3)内部设有水道和电路管线，安装时导流口(107)与发电机舱流道(104)相对应，注水头电路槽(201)与发电机舱电路槽(202)相对应；发电过程中，水流从注水头(10)上的网口(102)进入由注水头(10)与导流体(11)、旋叶(14)构成的腔体内部，带动旋叶(14)旋转，从而带动发电机(13)发电；

编码器(305)放置在发电机舱(12)内部用于监测发电机(13)转速从而计算流经旋叶(14)水流量；测内压力计(15)采用o型圈的密封方式，插套在注水头(10)上，测内压力计(15)侧端面(302)与通讯管道(304)相对应，以使得压力波通过通讯管道(304)进行传输；

所述磁耦合堵塞器总成(7)包括上压头(716)、堵塞器主体(715)、钛合金轴(714)、永磁片固定套(717)、联轴器(713)、十字槽半沉头螺钉(718)、高扭矩直流电机外壳(712)、阀套(701)、内六角花形半沉头螺钉(702)、阀芯(704)、胶圈(703)、金属挡圈(705)、传动轴(707)、减速器(709)、高扭矩直流电机(710)、绝对值编码器(711)以及永磁铁(708)；其中，磁耦合传动装置中，堵塞器主体(715)与钛合金轴(714)采用螺纹连接，并用o形圈组(706)实现静密封；永磁片固定套(717)的六个安装孔中依次各装有1个，并用强力胶封装固定，一端通过联轴器(713)与减速器输出轴(724)连接，永磁片固定套(717)的套孔套放在钛合金轴(714)上，二者为间隙配合；在堵塞器主体(715)中，永磁铁(708)和传动轴(707)采用榫卯结构连接，传动轴(707)设有卯孔，永磁铁(708)一端设有榫轴；上压头(716)与堵塞器主体(715)采用螺纹连接，堵塞器主体(715)和阀套(701)采用过渡配合，阀套(701)上端与胶圈(703)侧嵌套配合，金属挡圈(705)与胶圈(703)另一侧嵌套配合，堵塞器主体(715)上设置有定位轴肩(725)；安装时，通过上压头(716)将阀套(701)、胶圈(703)、金属挡圈(705)轴向固定在堵塞器主体(715)内，用一字定位螺钉(723)穿过堵塞器主体上的定位孔(719)进入阀套(701)上的阀套定位孔(722)实现阀套(701)的径向定位；阀芯(704) 与传动轴(707)采用螺钉连接，阀套(701)和阀芯(704)采用间隙配合；传动轴(707)上半部分有传动螺纹，与堵塞器主体(715)螺纹孔螺纹配合；高扭矩直流电机(710)固定在堵塞器外壳(8)内，高扭矩直流电机(710)输出端连有减速器(709)，高扭矩直流电机(710)尾部装有绝对值编码器(711)；

上接头(1)与外套筒(2)采用o型圈螺纹密封连接，发电机总成(3)插套在由上接头(1)上与外套筒(2)所构成的腔体内，利用上接头(1)进行定位，外套筒(2)与主体(4)采用o型圈螺纹密封连接；发电机总成(3)采用o型圈密封插套的连接方式进行连接，发电机舱电路槽(202)与主体电路槽(205)相对应，主体(4)分别与堵塞器外套筒(5)和下接头(9)采用o型圈螺纹密封连接，内部导线管(6)分别与主体(4)和堵塞器外壳(8)采用o型圈插套式连接方式连接，磁耦合堵塞器总成(7)插套在堵塞器外壳(8)内，利用定位孔(303)对磁耦合堵塞器总成(7)进行定位，堵塞器外壳(8)利用下接头(9)进行轴肩定位；

测内压力计(15)导线依次通过注水头电路槽(201)、发电机舱电路槽(202)，电机(13)的导线通过电机孔(203)，安装在压力计孔(210)上的测外压力计所引导线通过外压力计导线孔(204)与测内压力计(15)导线、电机(13)导线共同穿过发电机舱电路槽(202)进入主体电路槽(205)、通过导线管(206)、堵塞器电路槽(207)进入电子舱(208)；磁耦合堵塞器总成(7)内的高扭矩直流电机(710)所引导线通过电机导线孔(211)进入电子舱(208)，电子舱(208)使用电子舱堵头(209)采用o型圈螺纹密封连接，保证电子舱(208)密封；

水流从入水口(101)进入配水器从注水头(10)上的网口(102)流经旋叶(14)，带动旋叶(14)旋转发电，经旋叶(14)后流水从导流体(11)上的导流口(107)依次通过发电机舱流道(104)、主体流道(105)、进入磁耦合堵塞器总成(7)，经磁耦合堵塞器总成(7)进行调配，通过出水口(108)输出。

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