CN215170503U - 一种悬浮式液力发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种悬浮式液力发电装置，包括叶轮外壳、第一管流道、上端过渡盘系统、第二管流道、下端过渡盘系统、第三管流道、螺纹变径套、密封塞接头、发电设备和动力系统，动力系统贯穿安装在叶轮外壳、第一管流道、第二管流道和第三管流道内。本悬浮式液力发电装置，可将井下液体流动能量转化为电能，解决井下电能长期供应难题，其动力系统的悬浮式结构设计有效地避免了动密封和高效转动之间的矛盾，极大降低了液流冲击带来的摩擦阻力以及液流杂质对结构的影响，使本结构在不同工况下都能实现高效发电，具有结构简单、转化效率高、易于加工等优点。

Description

一种悬浮式液力发电装置

技术领域

本实用新型涉及石油工业的井下电控工具技术领域，具体为一种悬浮式液力发电装置。

背景技术

随着石油工业注采技术的自动化和智能化发展，越来越多的井下工具或设备需要供电，目前井下电控工具主要采用电缆或一次性电池供电，前者存在投资成本高、施工繁琐等缺点，后者容量有限，限制了井下电控工具功能的发挥，且电池耗尽后需将工具整体捞出，施工复杂，影响生产。同时，常见的涡轮发电装置存在启动流量大、能量转化率低、寿命短等缺点，无法适应井下恶劣环境和生产需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种悬浮式液力发电装置，其悬浮式的结构设计有效地避免了动密封和高效转动之间的矛盾，极大降低了液流冲击带来的摩擦阻力以及液流杂质对结构的影响，使本结构在不同工况下都能实现高效发电，具有结构简单，转化效率高且、易于加工等优点，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种悬浮式液力发电装置，包括叶轮外壳、第一管流道、上端过渡盘系统、第二管流道、下端过渡盘系统、第三管流道、螺纹变径套、密封塞接头、发电设备和动力系统，所述叶轮外壳连接在第一管流道上，第一管流道的另一端通过上端过渡盘系统与第二管流道连接；所述第二管流道的另一端通过下端过渡盘系统与第三管流道连接，第三管流道的空腔内安装发电设备；所述第三管流道的前端安装螺纹变径套，螺纹变径套的端口处安装密封塞接头；所述动力系统贯穿安装在叶轮外壳、第一管流道、第二管流道和第三管流道内。

优选的，所述动力系统包括叶轮、上端固磁环、轴、上端固磁套、叶片、下端固磁套、下端固磁环和磁环套；所述叶轮设置在叶轮外壳内，叶轮的中心处与轴的一端螺纹连接；所述轴的中段固定连接叶片，轴在叶片分别设有上端固磁套和下端固磁套；所述上端固磁套内安装上端固磁环，在上端固磁环与上端固磁套之间设有上端磁铁Ⅰ和上端磁铁Ⅱ；所述下端固磁套内安装下端固磁环，下端固磁环与下端固磁套之间设有下端磁铁Ⅰ和下端磁铁Ⅱ；所述磁环套螺纹连接在轴的另一端，磁环套设置在第三管流道内，并套接在发电设备的端部。

优选的，所述叶轮外壳内设有铜环，铜环与叶轮外壳采用过盈配合连接组成的整体与叶轮之间采用间隙配合方式配合安装。

优选的，所述叶轮外壳与第一管流道之间通过叶轮螺纹孔、第一管流道螺纹孔以及螺栓连接固定，且叶轮外壳与第一管流道的连接端面设有密封槽。

优选的，所述上端过渡盘系统包括上端垫片Ⅰ、上端过渡盘和上端垫片Ⅱ；所述下端过渡盘系统包括下端垫片Ⅰ、下端过渡盘和下端垫片Ⅱ；所述第一管流道与第二管流道之间通过上端垫片Ⅰ、上端垫片Ⅱ以及上端过渡盘配合连接，并通过螺栓固定；所述第二管流道与第三管流道通过下端垫片Ⅰ、下端过渡盘和下端垫片Ⅱ配合连接，并采用螺栓固定。

优选的，所述第三管流道与发电设备采用槽连接，第三管流道的下端设有螺纹，并通过螺纹与螺纹变径套拧合，螺纹变径套内圈设有内螺纹，并通过内螺纹与密封塞接头连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本悬浮式液力发电装置，可将井下液体流动能量转化为电能，解决井下电能长期供应难题，其动力系统的悬浮式结构设计有效地避免了动密封和高效转动之间的矛盾，极大降低了液流冲击带来的摩擦阻力以及液流杂质对结构的影响，使本结构在不同工况下都能实现高效发电，具有结构简单、转化效率高、易于加工等优点。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的整体结构爆炸图；

图3为本实用新型的动力系统结构图；

图4为本实用新型的动力系统爆炸图；

图5为本实用新型的叶轮外壳内部结构拆分图；

图6为本实用新型的叶轮外壳与第一管流道装配剖视图；

图7为本实用新型的流道系统爆炸图；

图8为本实用新型压的第三管流道与发电系统爆炸图。

图中：1、叶轮外壳；2、第一管流道；3、上端过渡盘系统；4、第二管流道；5、下端过渡盘系统；6、第三管流道；7、螺纹变径套；8、密封塞接头；9、发电设备；10、动力系统；11、叶轮；12、上端固磁环；13、上端磁铁Ⅰ；14、上端磁铁Ⅱ；15、轴；16、上端固磁套；17、叶片；18、下端固磁套；19、下端磁铁Ⅰ；20、下端磁铁Ⅱ；21、下端固磁环；22、磁环套；23、铜环；24、叶轮螺纹孔；25、密封槽；26、第一管流道螺纹孔；27、上端垫片Ⅰ；28、上端过渡盘；29、上端垫片Ⅱ；30、下端垫片Ⅰ；31、下端过渡盘；32、下端垫片Ⅱ。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-2，一种悬浮式液力发电装置，包括叶轮外壳1、第一管流道2、上端过渡盘系统3、第二管流道4、下端过渡盘系统5、第三管流道6、螺纹变径套7、密封塞接头8、发电设备9和动力系统10，所述叶轮外壳1连接在第一管流道2上，第一管流道2的另一端通过上端过渡盘系统3与第二管流道4连接；第二管流道4的另一端通过下端过渡盘系统5与第三管流道6连接，第三管流道6的空腔内安装发电设备9；第三管流道6的前端安装螺纹变径套7，螺纹变径套7的端口处安装密封塞接头8；动力系统10贯穿安装在叶轮外壳1、第一管流道2、第二管流道4和第三管流道6内。

请参阅图3-4，动力系统10包括叶轮11、上端固磁环12、轴15、上端固磁套16、叶片17、下端固磁套18、下端固磁环21和磁环套22；所述叶轮11设置在叶轮外壳1内，叶轮11的中心处与轴15的一端螺纹连接；所述轴15的中段固定连接叶片17，轴15在叶片17分别设有上端固磁套16和下端固磁套18；上端固磁套16内安装上端固磁环12，在上端固磁环12与上端固磁套16之间设有上端磁铁Ⅰ13和上端磁铁Ⅱ14；所述下端固磁套18内安装下端固磁环21，下端固磁环21与下端固磁套18之间设有下端磁铁Ⅰ19和下端磁铁Ⅱ20；所述磁环套22螺纹连接在轴15的另一端，磁环套22设置在第三管流道6内，并套接在发电设备9的端部。

在上述实施例中，通过上端磁铁Ⅰ13、上端磁铁Ⅱ14、下端磁铁Ⅰ19和下端磁铁Ⅱ20的结构设置，可实现磁极相反达到整个动力系统10的悬浮功能，相当于起到轴承的作用，使得轴15不会在轴向发生窜动现象；当液流冲击叶轮11时，叶轮11逆时针转动，从而带动与叶轮11螺纹连接的轴15逆时针转动；液流在流至第二管流道4时，液流冲击叶片17，叶片17与轴15以焊接方式连接，因此会进一步驱使轴15的逆时针转动；转矩通过轴15传至与轴15螺纹连接的磁环套22，磁环套22内附磁环，由于动力的传递使得磁环套22与发电设备9发生相对转动；发电设备9是利用切割磁感线发电原理，因此在液流冲击叶轮11以及叶片17的情况下，利用这一原理发出对应的电量，从而提供给不同的用电设备。

请参阅图5，叶轮外壳1内设有铜环23，铜环23与叶轮外壳1采用过盈配合连接组成的整体与叶轮11之间采用间隙配合方式配合安装；本实施例中将叶轮外壳1与铜环23以过盈配合方式配合在一起，组成的整体与叶轮11以间隙配合方式配合在一起，以达到叶轮11在液流冲击下能够与叶轮外壳1发生相对转动；其中，铜环23材质采用铜作为材料，是为了减小叶轮11在转动过程中与叶轮外壳1的滑动摩擦，提高轴15的转动速度，进而提高发电设备9的发电效率。

请参阅图6，叶轮外壳1与第一管流道2之间通过叶轮螺纹孔24、第一管流道螺纹孔26以及螺栓连接固定，且叶轮外壳1与第一管流道2的连接端面设有密封槽25，可以实现良好的密封效果，且从图中可以看出叶轮外壳1的液流入口是变径的，是为了增加液流压力从而增加液流速度，提高叶轮11的转速，进一步提高发电效率。

请参阅图7，上端过渡盘系统3包括上端垫片Ⅰ27、上端过渡盘28和上端垫片Ⅱ29；下端过渡盘系统5包括下端垫片Ⅰ30、下端过渡盘31和下端垫片Ⅱ32；第一管流道2与第二管流道4连接是通过上端垫片Ⅰ27、上端过渡盘28以及上端垫片Ⅱ29完成配合的，并通过螺栓连接完成两者之间的固定；同理，第二管流道4与第三管流道6也是通过下端垫片Ⅰ30、下端过渡盘31以及下端垫片Ⅱ32完成配合，也同样通过螺栓连接完成两者之间的固定。

请参阅图8，第三管流道6与发电设备9采用槽连接，第三管流道6的下端设有螺纹，并通过螺纹与螺纹变径套7拧合，螺纹变径套7内圈设有内螺纹，并通过内螺纹与密封塞接头8连接；本实施例中，将第三管流道6与发电设备9以槽连接方式连接，实现发电设备9不会发生转动，第三管流道6下端存在螺纹，是为了与螺纹变径套7拧合，以实现发电设备9不会发生轴向窜动；螺纹变径套7内圈存在内螺纹，内螺纹的设计是为了实现整体装置与密封塞接头8的螺纹连接。

工作原理：本悬浮式液力发电装置，其动力系统10可处于悬浮状态，有效避免了设备在长期工作下结垢导致装置不能正常运行的现象，并且悬浮式旋转相比接触式旋转，轴15的摩擦阻力更小，进一步提高了其转动的速度，也提高了发电的效率，即使在不同液流压力下，动力系统10仍然处于悬浮状态，上端磁铁之间的距离与下端磁铁之间的距离最初值均为1.5mm，并且由于两个异号磁极距离的越近磁力越大，因此动力系统10或轴15在装置运作过程中其轴向窜动范围即为0-1.5mm，在轴向窜动范围最大时，动力系统10的最上端部件叶轮11不会与叶轮外壳1发生接触，最下端磁环套22也不会与发电设备9发生接触，从而避免了装置出现在不工作下是悬浮状态而工作下不是悬浮状态的现象。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种悬浮式液力发电装置，包括叶轮外壳(1)、第一管流道(2)、上端过渡盘系统(3)、第二管流道(4)、下端过渡盘系统(5)、第三管流道(6)、螺纹变径套(7)、密封塞接头(8)、发电设备(9)和动力系统(10)，其特征在于：所述叶轮外壳(1)连接在第一管流道(2)上，第一管流道(2)的另一端通过上端过渡盘系统(3)与第二管流道(4)连接；所述第二管流道(4)的另一端通过下端过渡盘系统(5)与第三管流道(6)连接，第三管流道(6)的空腔内安装发电设备(9)；所述第三管流道(6)的前端安装螺纹变径套(7)，螺纹变径套(7)的端口处安装密封塞接头(8)；所述动力系统(10)贯穿安装在叶轮外壳(1)、第一管流道(2)、第二管流道(4)和第三管流道(6)内。

2.根据权利要求1所述的一种悬浮式液力发电装置，其特征在于：所述动力系统(10)包括叶轮(11)、上端固磁环(12)、轴(15)、上端固磁套(16)、叶片(17)、下端固磁套(18)、下端固磁环(21)和磁环套(22)；所述叶轮(11)设置在叶轮外壳(1)内，叶轮(11)的中心处与轴(15)的一端螺纹连接；所述轴(15)的中段固定连接叶片(17)，轴(15)在叶片(17)分别设有上端固磁套(16)和下端固磁套(18)；所述上端固磁套(16)内安装上端固磁环(12)，在上端固磁环(12)与上端固磁套(16)之间设有上端磁铁Ⅰ(13)和上端磁铁Ⅱ(14)；所述下端固磁套(18)内安装下端固磁环(21)，下端固磁环(21)与下端固磁套(18)之间设有下端磁铁Ⅰ(19)和下端磁铁Ⅱ(20)；所述磁环套(22)螺纹连接在轴(15)的另一端，磁环套(22)设置在第三管流道(6)内，并套接在发电设备(9)的端部。

3.根据权利要求2所述的一种悬浮式液力发电装置，其特征在于：所述叶轮外壳(1)内设有铜环(23)，铜环(23)与叶轮外壳(1)采用过盈配合连接组成的整体与叶轮(11)之间采用间隙配合方式配合安装。

4.根据权利要求3所述的一种悬浮式液力发电装置，其特征在于：所述叶轮外壳(1)与第一管流道(2)之间通过叶轮螺纹孔(24)、第一管流道螺纹孔(26)以及螺栓连接固定，且叶轮外壳(1)与第一管流道(2)的连接端面设有密封槽(25)。

5.根据权利要求4所述的一种悬浮式液力发电装置，其特征在于：所述上端过渡盘系统(3)包括上端垫片Ⅰ(27)、上端过渡盘(28)和上端垫片Ⅱ(29)；所述下端过渡盘系统(5)包括下端垫片Ⅰ(30)、下端过渡盘(31)和下端垫片Ⅱ(32)；所述第一管流道(2)与第二管流道(4)之间通过上端垫片Ⅰ(27)、上端垫片Ⅱ(29)以及上端过渡盘(28)配合连接，并通过螺栓固定；所述第二管流道(4)与第三管流道(6)通过下端垫片Ⅰ(30)、下端过渡盘(31)和下端垫片Ⅱ(32)配合连接，并采用螺栓固定。

6.根据权利要求5所述的一种悬浮式液力发电装置，其特征在于：所述第三管流道(6)与发电设备(9)采用槽连接，第三管流道(6)的下端设有螺纹，并通过螺纹与螺纹变径套(7)拧合，螺纹变径套(7)内圈设有内螺纹，并通过内螺纹与密封塞接头(8)连接。

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