CN221347122U - 一种注水井井下发电装置 - Google Patents

Abstract

本公开公开了一种注水井井下发电装置，属于注水井井下动力发电技术领域，所述装置包括电磁阀组件、发电机组、控制组件，其中，所述控制组件用于控制所述电磁阀组件的阀芯位置；所述电磁阀组件用于将注水井中的水流切换至发电机组用以发电或切换至注水管道用以注水作业；所述发电机组用于将水流动能转换为电能，向注水井下电池仓供电或直接为井下仪器供电。通过电磁阀切换水流通道，利用注水水流动力进行发电，实现远程、智能控制井下电力的供应，以对井下仪器及时提供持续稳定的电力补充。

Description

一种注水井井下发电装置

技术领域

本公开涉及注水井井下动力发电技术领域，尤其涉及一种注水井井下发电装置。

背景技术

在分层注水管道系统中，经常需要对注水压力、流量等进行监控。如果工作采用人工监控，造成检测周期长，工作量大等困难，并且测具的打捞和安装都会造成监测结果不具有时效性，若采用自动监控装置来进行监测和信号传输，虽然测量装置功率较小，但给井下检测和通信工具进行供电较为困难，为了给井下工具提供长时的电力补充，国外普遍使用井下发电机提供电能作为井下工具的能源。

在石油的开发过程中，可以通过专门的注水井将水注入油藏，保持或恢复油层压力，使油藏有较强的驱动力，以提高油藏的开采速度和采收率。

现有技术中，注水井中可以设有配水器，通过配水器将水注入油藏。注水井配水器可以包括一种可以调节井下注水阀的开度大小的装置，配水器通常是需要通电才能工作。现有技术中，对注水井配水器的供电方法可以有两种，一是锂电池供电，但其存在电池容量有限、输出电功率小、操作不当时可能爆炸等缺点。二是电缆供电，但电缆容易损坏，维护成本较高，电缆成本也较高。以上两种方法不能很好的为注水井配水器进行供电，容易出现供电中断等情况，影响注水井配水器的持续作业，进一步影响采油效率。因此，业内亟需一种能够为注水井配水器进行持续充电，保证注水井配水器能够持续作业的技术方案。

实用新型内容

有鉴于此，本公开期望提供一种注水井井下发电装置。

本公开的技术方案是这样实现的：

本公开提供了一种注水井井下发电装置，包括：电磁阀组件、发电机组、控制组件，其中，

所述控制组件用于控制所述电磁阀组件的阀芯位置；

所述电磁阀组件用于将注水井中的水流切换至发电机组用以发电或切换至注水管道用以注水作业；

所述发电机组用于将水流动能转换为电能，向注水井下电池仓供电或直接为井下仪器供电。

在一些示例中，所述电磁阀组件处于初始状态时或当所述电磁阀组件断电时，所述电磁阀组件的阀芯位置处于将注水井中的水流切换至所述发电机组的状态。

在一些示例中，所述装置还包括第一管道、电磁阀腔室、第二管道、第三管道，其中，所述装置竖直布置时，

所述第一管道上端连通油管，下端连通所述电磁阀腔室；

所述电磁阀组件位于所述电磁阀腔室内，通过调整所述电磁阀组件的阀芯位置控制水流在所述第二管道和所述第三管道之间切换；

所述第二管道为上端与所述电磁阀腔室连通，下端连接所述发电机组；

所述第三管道为注水作业管道，上端与所述电磁阀腔室连通，下端与油管连通；

所述控制组件与所述电磁阀组件电连接，用于控制所述电磁阀组件的阀芯位置。

在一些示例中，所述装置还包括发电腔室，所述发电机组位于所述发电腔室内，所述发电腔室一端与所述第二管道连通，另一端与油管连通。

在一些示例中，所述发电机组包括导流盘、涡轮、内定子组件、外转子组件、发电电路组件、电路护壳、外层设置有金属管的电缆，其中，

所述导流盘，内部设有贯通导流盘上表面与下表面的导流通道，下端与涡所述轮上端转动连接，其中，所述导流通道的上端与所述第二管道连通，所述导流通道的下端朝向所述涡轮的叶片的表面；

所述涡轮，包括涡轮叶片，位于所述导流盘的下方，下端与所述外转子组件的上端固定连接；

所述外转子组件，上端与所述涡轮固定连接，套设在所述内定子组件和所述发电电路组件的外部；

所述内定子组件，位于所述涡轮的下方，上端与所述导流盘固定连接，下端连接所述发电电路组件；

所述发电电路组件，包括电路板和密封保护电路板的电路护壳，用于将交流电转换为直流电并进行整流稳压；

所述电缆，一端连接所述发电电路组件，另一端连接电池仓。

在一些示例中，所述导流通道具有一定曲折角度，所述导流通道靠近进水端的进水通道与水流进水方向一致，所述导流通道靠近出水端的出水通道与所述涡轮的叶片接近垂直。

在一些示例中，所述外转子组件包括筒状的转子外壳，所述转子外壳底部设有开有通孔的底面，所述电缆从通孔中穿出。

在一些示例中，所述外转子组件与所述内定子组件之间存在气隙，所述气隙一端与所述涡轮的水流通道连通，所述转子外壳底部的通孔与所述电缆之间存在空隙，使得水流冲击所述涡轮之后进入气隙，从所述转子外壳的底部的空隙流出，用于为所述外转子组件、所述内定子组件以及所述发电电路组件散热。

本公开提供了一种注水井井下发电装置；通过电磁阀组件切换水流通道，利用注水水流动力进行发电，实现远程、智能控制井下电力的供应，以对井下仪器及井下信息测调、传输系统以及控制系统及时提供持续稳定的电力补充。

附图说明

图1为本公开提供的一个注水井井下结构示意图；

图2为本公开提供的一个注水井井下发电装置结构示意图；

图3为本公开提供的一个电磁阀结构示意图；

图4(a)为本公开提供的一个电磁阀阀芯位置示意图；

图4(b)为本公开提供的另一个电磁阀阀芯位置示意图；

图5为本公开提供的另一个注水井井下发电装置示意图；

图6(a)为本公开提供的一个导流盘俯视示意图；

图6(b)为本公开提供的一个导流盘与涡轮示意图；

图7为本公开提供的一个转子和定子磁极布局示意图。

具体实施方式

本公开中的术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本公开的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了更清楚地说明本公开中的技术方案，下面将结合本公开中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

油田开发过程中，通过专门的注入井将满足水质要求的水注入油藏，保持或恢复油层压力，使油藏有很强的驱动力，以提高油藏的开采速度和采收率。如图1所示注水井井下结构示意图中，注水井井下部分的井身结构包括套管1、油管2、封隔器3、配水器4。注水井进行分层注水时，将一定压力的水通过油管2按图中箭头方向沿虚线注入注水层中。封隔器3将不同的地层隔离开，以控制压力和提高采收率。配水器4用于将油管2中的水引导分配到注水层中。为了确保注水井的有效开发和维护，在井下通过设置监测系统来监测井下注水状态，通过设置控制系统调整配水器来控制注水流量和压力。由于井下的空间有限且深度较大，导致对井下检测系统和控制系统等井下仪器实时测调和故障维修的成本和难度明显增加。稳定的电能供应，对实现井下流量监测、数据采集、配水器水嘴调节等功能长期稳定工作，进一步对于提高生产效率、降低成本和保障采油过程的顺利进行至关重要。

本公开提供一种注水井井下发电装置，可通过电磁阀切换水流通道，利用注水水流动力进行发电，实现远程、智能控制井下电力的供应，以对井下仪器及井下信息测调、传输系统以及控制系统及时提供持续稳定的电力补充。如图2所示，本公开提供的一个注水井井下发电装置结构示意图，该装置包括电磁阀组件22、发电机组26、控制组件27，其中，

控制组件27用于控制电磁阀组件22的阀芯位置；

电磁阀组件22用于将注水井中的水流切换至发电机组26用以发电或切换至注水管道用以注水作业；

发电机组26用于将水流动能转换为电能，向注水井下电池仓5供电或直接为井下仪器供电。

需要说明的是，电磁阀组件22通过电磁力控制流体流动，当电流通过电磁线圈时，产生的磁场使得阀体内的磁性材料受到吸引或推斥，从而改变阀芯位置，用以改变流体的流动方向。控制组件27可以通过控制电磁阀组件22中电磁线圈中电流的通断或大小来控制阀芯位置，通过阀芯位置的改变控制水流流向发电机组26用以发电或流向注水通道用以注水作业。注水井的井下空间小，本公开无需引入其他动能，利用注水井中的水流的流体动能，通过控制组件27远程智能控制电磁阀组件22的阀芯位置，来控制注水井井下的电力供应，对井下仪器提供持续稳定的电力补充。

可选的，在一些示例中，电磁阀组件22处于初始状态时或当电磁阀组件22断电时，电磁阀组件22的阀芯位置处于将注水井中的水流切换至发电机组26的状态。

当上述装置初始安装完成，或处于断电状态时，或电力不足使得控制组件27处于无法启动时，设置电磁阀组件22初始的阀芯位置为将水流导向发电机组26的状态，使得在异常的状态下，自动切换至发电状态，及时进行电力补充，使得该装置能够及时保障电力供应的稳定性，对因电力原因导致的故障具有一定的自修复能力。具体地，当电磁阀组件22因初始状态或供电故障处于断电状态时，电磁阀组件22中的电磁线圈中没有电流，阀芯仅在弹簧的作用力下，处于将水流切换至发电机组26的状态。

如图2所示，该装置还包括：第一管道21、电磁阀腔室23、第二管道24、第三管道25，其中，该装置竖直布置时，

第一管道21上端连通油管2，下端连通电磁阀腔室23；

电磁阀组件22位于电磁阀腔室23内，通过调整电磁阀组件22的阀芯位置控制水流在第二管道24和第三管道25之间切换；

第二管道24上端与电磁阀腔室23连通，下端连接发电机组26；

第三管道25为注水作业管道，上端与电磁阀腔室23连通，下端与油管2连通；

发电机组26用于将水流动能转换为电能，通过电缆向电池仓5供电或直接为井下仪器供电；

控制组件27与电磁阀组件22电连接，用于控制电磁阀组件22的阀芯位置。

需要说明的是，图2所示注水井井下发电装置竖直安装连接油管2，其中，电磁阀腔室23分别连接第一管道21、第二管道24、第三管道25，第一管道21连接上端油管2为水流接入端，第二管道24连接发电机组26，第三管道25连接下端的油管2，电磁阀组件22位于电磁阀腔室23内。该装置在工作时，注水水流从上端的油管2经第一管道21流入电磁阀腔室23。通过控制组件27远程控制电磁阀组件22的阀芯位置，当电磁阀组件22的阀芯位置处于导通第一管道21和第二管道24的状态时，水流通过第二管道24流向发电机组26。发电机组26将流体动能转换为电能，通过电缆向电池仓5或为井下仪器直接供电。电池仓5包括充放电电路和蓄电部分，用于储存发电机组26输出的电能，以及，为井下仪器和电磁阀组件提供电能。当电磁阀组件22的阀芯位置处于连通第一管道21和第三管道25的状态时，水流通过第三管道25流入下端的油管2，进行注水作业。

可选的，在一些示例中，当阀芯位置为第一位置时，第一管道21与第二管道24连通，第三管道封闭；当阀芯位置为第二位置时，第一管道21与第三管道25连通，第二管道24封闭。

可选的，在一些示例中，电磁阀组件22处于初始状态时或当电磁阀组件22断电时，电磁阀组件22的阀芯位置为第一位置。

需要说明的是，电磁阀组件22处于初始状态时或电磁阀组件22断电时的阀芯位置为第一位置时，第一管道21与第二管道24连通，水流经过第二管道24流入发电机组26进行发电，能够在不需要人为操作的情况下，为电池仓5或井下仪器及时供电，保障井下电子仪器的工作连续性，实现了井下智能供电，缩短了井下电力不足时电力恢复时间，提高了供电系统的可靠性。

对于图2所示的装置，在一些示例中，如图3所示的电磁阀结构示意图，电磁阀组件22为两位三通电磁阀，电磁阀组件22包括动铁芯221、磁铁线圈222、永磁铁223、阀芯224、弹簧225，动铁芯221上缠绕有磁铁线圈222，动铁芯两侧设置一对永磁铁223，阀芯224左侧与动铁芯221固定连接，阀芯224右侧连接弹簧225左端，弹簧225右端固定连接在电磁阀腔室23的侧壁上。当磁铁线圈222通电或断电时，动铁芯221受到永磁铁223的磁力和弹簧225的拉力或弹力的合力，在合力的作用下，动铁芯221带动阀芯224移动，阀芯224上的柱塞通过封闭第二管道24或第三管道25完成水流的切换。

可选的，在一些示例中，可以通过在阀芯224上设置一个柱塞，也可以设置两个柱塞，实现两位三通的电磁阀组件22。电磁阀组件22设置一个柱塞时，当阀芯位置移动到第一位置时，柱塞处于第三管道25的入口，第一管道21与第二管道24连通，第三管道封闭；当阀芯位置移动到第二位置时，柱塞处于在第二管道24的入口，第一管道21与第三管道25连通，第二管道24封闭。

可选地，在一些示例中，如图4(a)所示的一个电磁阀阀芯位置示意图，阀芯224上设置两个柱塞，第一柱塞2241和第二柱塞224。当阀芯位置为如图4(a)的第一位置时，第一柱塞2241处于第二管道24入口左侧，第二柱塞2242处于第三管道25的入口以封闭第三管道25，第一管道21与第二管道24连通，第三管道封闭；如图4(b)所示的另一个电磁阀阀芯位置示意图，当阀芯位置为第二位置时，第一柱塞2241处于第二管道24入口以封闭第二管道24，第二柱塞2242处于第三管道25的入口右侧，第一管道21与第三管道25连通，第二管道24封闭。

对于图2所示的装置，在一些示例中，第三管道25位于第一管道21的延伸线上，作为主通道；第二管道24处于第三管道的旁侧，使得用于发电的第二管道24和发电机组26不会挤占用于注水作业的第三管道25的空间，能够保证阀芯位置处于第二位置时，用于注水作业的注水水速和流量满足注水要求。

对于图2所示的装置，在一些示例中，所述装置还包括发电腔室28，发电机组26位于发电腔室28内，发电腔室28一端与第二管道24连通，另一端与油管2连通。

需要说明的是，发电腔室28一端与第二管道24连通，另一端与油管2连通，当电磁阀组件22的阀芯位置处于第一位置时，第一管道21与第二管道24通过电磁阀腔室23连通。水流经过第二管道24流入发电腔室28，经过发电机组26后，从发电腔室28的另一端流出，进入油管2。发电腔室28能够避免发电机组26受外部水流的冲击，避免影响发电机组26的发电效率。

对于图2所示的装置，在一些示例中，如图5所示的另一个注水井井下发电装置示意图中，发电机组26包括导流盘261、涡轮262、内定子组件263、外转子组件264、发电电路组件266、电路护壳267、外层设置有金属管268的电缆269，其中，

导流盘261，内部设有贯通导流盘上表面与下表面的导流通道2611，下端与涡轮262上端转动连接，其中，导流通道2611的上端与第二管道24连通，导流通道2611的下端朝向涡轮262的叶片的表面；

涡轮262，包括涡轮叶片2621，位于所述导流盘261的下方，下端与外转子组件264的上端固定连接；

外转子组件264，上端与涡轮262固定连接，套设在内定子组件263和发电电路组件266的外部；

内定子组件263，位于涡轮262的下方，上端与导流盘261固定连接，下端连接发电电路组件266；

发电电路组件266，包括电路板和密封保护电路板的电路护壳267，用于将交流电转换为直流电并进行整流稳压；

电缆269，一端连接发电电路组件266，另一端连接电池仓5。

需要说明的是，导流盘261为具有一定厚度的圆盘，具有圆形的上表面和圆形的下表面。导流盘261内部设有贯通上表面和下表面的导流通道2611，对水流起导流作用，使其更有效地冲击涡轮262。导流盘261上表面朝向第二管道，上表面与形成第二管道的构件的接触部位采用密封连接，使得流入第二管道的水流全部流入导流盘261内的导流通道2611，最大化利用流体动力用于发电。导流盘261与涡轮262转动连接。涡轮262在水的冲击作用下，克服阻力及摩擦力带动外转子组件264一起转动。外转子组件264与涡轮262固定连接，内定子组件263与导流盘261固定连接，外转子组件与内定子组件263转动连接。外转子组件264在涡轮262的带动下相对内定子组件263的转动，相当于内定子组件263作切割磁感线运动，使得内定子组件263中的电感线圈产生交流电。交流电通过到导线输出到固定连接于内定子组件263下侧的发电电路组件266。交流电通过发电电路组件266整流稳压后转化成直流电，通过电缆269传输给电池仓5进行存储后为井下仪器进行供电，或者直接供电给井下仪器。

可选的，在一些示例中，导流通道2611的出水方向与涡轮262的叶片接近垂直，用于增加对于涡轮叶片的作用力，提高发电效率。

可选的，在一些示例中，导流通道2611为倾斜的直孔。

可选的，在另一些示例中，导流通道2611具有一定曲折角度，导流通道2611靠近进水端的进水通道与水流进水方向一致，导流通道2611靠近出水端的出水通道与涡轮262的叶片接近垂直。在注水井中高压水流进入引流盘261时，导流通道靠近进水端的进水通道与水流进水方向一致，能更有效地引导流体进入引流通道，保证对涡轮叶片较大的冲击能量，减少回流损耗，提高流体动力转换率。导流通道靠近出水端的出水通道与所述涡轮的叶片接近垂直，能够有效地冲击涡轮，提高发电效率。

具体的，如图6(a)所示的导流盘俯视示意图中，导流盘261包括圆柱形基座2613、外侧筒状部2614、均匀固设在基座2613和外侧筒状部2614之间的多个导轮2612，相邻的导轮之间的通道为导流通道2611。图6(b)所示的导流盘与涡轮示意图中箭头方向为水流方向。导轮2612靠近进水端的第一部分接触水流的表面为长方形平面，该平面平行于水流方向。导轮2612靠近出水端的第二部分的接触水流表面为弧形表面，该弧形表面延伸方向接近垂直于涡轮叶片2621。第二部分的弧形表面能够缓冲水流方向改变导致的回流，能更好引导水流，减少流体动能损失，保持水流对涡轮叶片的冲击力。第一部分与第二部分厚度相同。相邻导轮的第一部分之间的通道为导流通道的进水通道，第二部分之间形成的通道为导流通道的出水通道。

在一些示例中，涡轮叶片为如图6(b)所示的三维扭曲曲面体，涡轮叶片的拐点位于叶片中间。相邻的涡轮叶片之间形成涡轮的水流通道，流体从上方进入涡轮时，扭曲的叶片可以更有效地引导流体。流体从上方进入涡轮冲击涡轮叶片2621时，保证较大的冲击能量，从下方离开涡轮时保持更好的流动方向，保证较小的能量损耗，提高涡轮的效率和稳定性。

可选的，在一些示例中，导流通道2611的数量与涡轮叶片2621的数量相同。

通常来说，通过设置导流通道2611的数量与涡轮叶片2621的数量相同，来保证流体的利用率。一般地，涡轮叶片2621的数量越多，涡轮的效率越高，但同时也会增加涡轮的重量、成本和维护难度，为避免共振，涡轮设计一般采用奇数值的叶片。涡轮叶片的数量与涡轮所承受的流体速度呈正相关。在转速700r/min时，5叶和7叶涡轮叶片由于叶片数较少，流体相对比较紊乱，转化效率较低。增加涡轮叶片2621数量会使涡轮叶栅流道的空间减小，这样导轮流出口的流体与涡轮叶片的接触就会增多，涡轮叶片能够吸收更多的流体动量，从而提高能量转换效率。但是，叶片数量的增加也会增加制造的难度，同时，如果流道空间过小，就容易发生回流和二次流，使得能量转换效率再次下降。9叶是一个较优值，能量转化效率较高。可选的，在一些示例中，导轮数量为9，导流通道个数为9，涡轮叶片的数量为9。

可选的，在一些示例中，导流盘261的外径为46mm，内径为19.8mm，厚度为12mm，材料为304不锈钢材料。导流盘过薄会影响导流盘的强度和刚度，导致导流盘变形或断裂，降低导流盘的控制效果和可靠性，过厚会影响流体的流动，降低导流盘的控制效果，增加流体的损失，降低发电装置的效率和稳定性。304不锈钢具有不导磁的特点，用于制作导流盘可以使得涡流损耗较少，耐腐蚀，耐高温，拉伸强度大，更适合井下环境。导流盘内径与外径的比例可以用下式估算：d/D＝0.5+0.25ln(Q)，其中d为导流盘内径，D为管道外径，Q为管道流量。设定流量为50m³/d情况下，d＝19.8mm。

可选的，在一些示例中，外转子组件264，包括筒状的转子外壳2641，转子外壳2641底部设有开有圆形通孔的底面，电缆从圆形通孔中穿出。

需要说明的是，为了提高发电效率，通常通过增加内定子组件263的长度，相应地，也需要增加外转子组件264整体的长度。随着外转子组件长度264的增加，在水流带动外转子组件264转动时，外转子组件264发生晃动也越明显，影响发电装置的稳定性。本公开通过开有圆形通孔的底面封闭转子外壳下端，减少转子外内部气体流动，减小外转子组件264的晃动，使得外转子组件的结构牢固、运行稳定。

可选的，在一些示例中，外转子组件264与内定子组件263之间存在气隙，气隙一端与涡轮262的水流通道连通，转子外壳2641底部的通孔与电缆之间存在空隙。水流冲击涡轮262之后进入气隙，经过转子外壳和发电电路组件之间的空间后，水流从转子外壳2641的底部的空隙流出，用于为外转子组件264、内定子组件263以及发电电路组件266散热，防止温度过高影响发电装置的稳定性，避免了高温消磁现象，延长装置使用寿命。

具体地，外转子组件264，还包括固设在转子外壳内壁上的转子磁片2642和包裹转子磁片2642的第一隔离保护层2643，第一隔离保护层与转子外壳形成密闭空间，用于保护外转子组件内部的构件；内定子组件263外侧设有第二隔离保护层，用于封闭内定子组件263，保护内定子组件内部的构件；第一隔离保护层与第二隔离保护层之间之间形成气隙，气隙一端与涡轮的水流通道连通，水流经过涡轮262后能够流入气隙，经转子外壳底部流出。第一隔离保护层用于保护外转子内部的磁片，第二隔离保护层用于保护内定子组件中的电感线圈和定子铁芯，电路护壳保护电路板，免于水流的腐蚀和冲击损害。

可选的，在一些示例中，涡轮262外侧设有与涡轮叶片固定连接的涡轮护壳，涡轮护壳与转子外壳固定密封连接，使得水流冲击涡轮叶片后更多地流入气隙，加速气隙中水流的速度，对外转子组件264、内定子组件263以及发电电路组件266快速散热。

可选的，在一些示例中，电缆269外侧设有金属外壳268。金属外壳268用于保护电缆，避免外转子组件264转动时磨损电缆，以及避免周围液体对电缆的腐蚀。

可选的，在一些示例中，金属外壳268的安装方式为铠装，镶嵌在电路护壳底部和油管2的外壁上，使得电缆269处于封闭状态，同时保证了走线的工整性及牢固性，保障发电装置的可靠运行。

可选的，在一些示例中，外转子组件264中磁片极对数为8，磁片个数16，磁片高150.0mm，磁片材料使用钕铁硼，转子外径46.0mm，转子内径35.7mm；内定子组件263中定子内径12.3mm，定子外径30.7mm，气隙1mm，定子槽个数12，定子线圈匝数120。

需要说明的是，如图7所示的转子和定子磁极布局示意图中，外转子组件264的极对数为8，转子磁片2642的个数为16，定子槽2631个数为12，这是一种分数槽的极槽配合，可以有效地减小齿槽转矩和转矩脉动，提高电机的运行平稳性和效率。通常来说，气隙的有效范围是0.5-3mm。如果气隙缩小，定子和转子之间能够传递的扭矩就会增大。定子内径12.3mm，定子外径30.7mm，转子外径46.0mm，转子内径35.7mm，是根据注水井实际需求进行设定的。定子槽2631个数12，定子线圈匝数120，磁片高150.0mm，气隙1mm，这些参数决定了电机的尺寸和气隙磁密，影响电机的输出功率和扭矩。该设计数据下,流量为50m³/d条件下,发电功率不低于10W。钕铁硼是一种高性能的永磁材料，具有高的剩磁和矫顽力，能在较小直径下取得较高的发电效率，符合该电机的磁场要求和环境条件。

可选的，在一些示例中，内定子组件263的磁片为永磁体材料，内定子组件263中的磁片、外转子组件264中磁片的布局均为磁极相对，即磁片的同一端的磁极交替布置。也就是说，如果从转子的一端观察，磁极是以“S-N-S-N”等方式交替排列的，这种设计可以使电机在运行时产生连续稳定的转矩。永磁体材料具有高磁化强度，磁极之间的耦合效率决定了磁场的强度和分布，高耦合效率意味着磁能可以更有效地在磁极之间传递，磁极相对的布局确保能量耦合效率的最大化，从而提高发电效率。

对于图2所示的装置，在一些示例中，控制组件27被配置为根据预设的程序控制电磁阀组件22的阀芯位置。

可选的，在一些示例中，预设的程序包括控制组件27周期检测电池仓5的电量：

当电池仓5的电量低于预设的第一电量阈值时，控制组件27控制电磁阀组件22的阀芯位置连通第一管道21和第二管道24；

当电池仓5的电量不低于预设的第二电量阈值时，控制组件27控制电磁阀组件22的阀芯位置连通第一管道21和第三管道25，其中第二电量阈值高于第一电量阈值。

本公开中的控制组件27可以包括一个或多个如下部件：处理器和存储器。

可选的，处理器利用各种接口和线路连接整个控制组件内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器内的数据，执行控制组件27的各种功能和处理数据。控制组件27具有通信功能，可以接入有线网络或无线网络，用于人为远程实时下发控制指令或操作控制组件27。

可选的，在一些示例中，控制组件27还被配置为根据实时的远程控制指令控制电磁阀组件22的阀芯位置。

存储器可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)。可选的，该存储器包括非瞬时性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。存储器可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令、用于实现下述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储根据计算设备的使用所创建的数据等。

除此之外，本领域技术人员可以理解，上述控制组件的结构并不构成对计算设备的限定，计算设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

需要说明的是：本公开所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种注水井井下发电装置，其特征在于，所述装置包括电磁阀组件、发电机组、控制组件，其中，

所述控制组件用于控制所述电磁阀组件的阀芯位置；

所述电磁阀组件用于将注水井中的水流切换至所述发电机组用以发电或切换至注水管道用以注水作业；

所述发电机组用于将水流动能转换为电能，向注水井下电池仓供电或直接为井下仪器供电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电磁阀组件处于初始状态时或当所述电磁阀组件断电时，所述电磁阀组件的阀芯位置处于将注水井中的水流切换至所述发电机组的状态。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第一管道、电磁阀腔室、第二管道、第三管道，其中，所述装置竖直布置时，

所述第一管道上端连通油管，下端连通所述电磁阀腔室；

所述电磁阀组件位于所述电磁阀腔室内，通过调整所述电磁阀组件的阀芯位置控制水流在所述第二管道和所述第三管道之间切换；

所述第二管道上端与所述电磁阀腔室连通，下端连接所述发电机组；

所述第三管道为注水作业管道，上端与所述电磁阀腔室连通，下端与油管连通；

所述控制组件与所述电磁阀组件电连接，用于控制所述电磁阀组件的阀芯位置。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括发电腔室，所述发电机组位于所述发电腔室内，所述发电腔室一端与所述第二管道连通，另一端与油管连通。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述发电机组包括导流盘、涡轮、内定子组件、外转子组件、发电电路组件、电路护壳、外层设置有金属管的电缆，其中，

所述导流盘，内部设有贯通导流盘上表面与下表面的导流通道，下端与所述涡轮上端转动连接，其中，所述导流通道的上端与所述第二管道连通，所述导流通道的下端朝向所述涡轮的叶片的表面；

所述涡轮，包括涡轮叶片，位于所述导流盘的下方，下端与所述外转子组件的上端固定连接；

所述外转子组件，上端与所述涡轮固定连接，套设在所述内定子组件和所述发电电路组件的外部；

所述内定子组件，位于所述涡轮的下方，上端与所述导流盘固定连接，下端连接所述发电电路组件；

所述发电电路组件，包括电路板和密封保护电路板的电路护壳，用于将交流电转换为直流电并进行整流稳压；

所述电缆，一端连接所述发电电路组件，另一端连接电池仓。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述导流通道具有一定曲折角度，所述导流通道靠近进水端的进水通道与水流进水方向一致，所述导流通道靠近出水端的出水通道与所述涡轮的叶片接近垂直。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述外转子组件包括筒状的转子外壳，所述转子外壳底部设有开有通孔的底面，所述电缆从通孔中穿出。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述外转子组件与所述内定子组件之间存在气隙，所述气隙一端与所述涡轮的水流通道连通，所述转子外壳底部的通孔与所述电缆之间存在空隙，使得水流冲击所述涡轮之后进入气隙，从所述转子外壳的底部的空隙流出，用于为所述外转子组件、所述内定子组件以及所述发电电路组件散热。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制组件被配置为根据预设的程序或实时的远程控制指令控制所述电磁阀组件的阀芯位置。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述外转子组件中磁片极对数为8，磁片个数16，磁片高150.0mm，磁片材料使用钕铁硼，转子外径46.0mm，转子内径35.7mm；所述内定子组件中定子内径12.3mm，定子外径30.7mm，气隙1mm，定子槽个数12，定子线圈匝数120。