NL8502720A

NL8502720A - Inrichting voor het mededelen van een roterende beweging.

Info

Publication number: NL8502720A
Application number: NL8502720A
Authority: NL
Original assignee: Sperry Sun Inc
Priority date: 1984-10-04
Filing date: 1985-10-04
Publication date: 1986-05-01
Also published as: JPS61172988A; CA1259502A; GB8425110D0; FR2571276A1; FR2571276B1; US4725197A; GB2165592A; GB2165592B

Description

N 4514-13 Ned.M/EvF * * f · <

Korte aanduiding: Inrichting voor het mededelen van een roterende beweging.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het mededelen van een roterende beweging, en houdt zich meer in het bijzonder bezig met een inrichting om de kinetische energie van een fluïdumstroom om te zetten in een roterende beweging (hierna genoemd een inrichting 5 "van het gedefinieerde type"), voor het aandrijven van een generator of een signalerend instrument bijvoorbeeld.

Op het gebied van boringen zijn er wegens ruimtegebrek daar omlaag in het boorgat voor het plaatsen van batterijen en om de problemen te vermijden, die gepaard gaan met de noodzaak van frequente batterij-10 vervanging, vele omstandigheden, waarin het gewenst is elektrisch vermogen omlaag in het boorgat op te wekken door een turbogenerator aangedreven door de modderstroom (of om de mechanische energie vereist voor het aandrijven van een bewegend onderdeel omlaag in het boorgaat rechtstreeks op te wekken door een waaier aangedreven door de modder- of boorsuspensie-15 stroom). Inrichtingen voor het uitvoeren van deze functies omlaag in het boorgat zijn bekend. Bijvoorbeeld de Britse octrooischriften nrs. 2.082.653A en 2.087.95lA van Aanvraagster openbaren een opstelling, waarbij een suspensie aangedreven waaier zowel een elektrische generator als een lineair verplaatsbaar smoorelement aandrijft voor het opwekken 20 van drukpulsen in de suspensiestroom met het doèl meetgegevens door te zenden naar het oppervlak. Dergelijke bekende inrichtingen vergen echter het gebruik van waaierlagers, die in staat zijn een behoorlijke stuwdruk op te nemen als gevolg van de boorsuspensiestroom, die inwerkt op de waaier, en het is moeilijk geschikte lagers te produceren, die een 25 lange bedrijfstijd hebben.

De uitvinding beoogt het verschaffen van een inrichting van het gedefinieerde type die lang mee kan gaan, zelfs onder vijandige voorwaarden.

Daartoe verschaft de uitvinding een inrichting van het gedefi-30 niëerde type bevattende een cilindrisch huis, waarvan de as uitgericht is ten opzichte van de richting van de fluïdumstroom, en een ringvormige waaier ingericht om te worden aangedreven door de fluïdumstroom en het huis coaxiaal daarmede omgeeft, waarin in elk deel van de combinatie huis-en-waaier tenminste twee magneten ingebouwd zijn, waarvan een eerste dichter 35 bij het ene axiale einde van de waaier is en tenminste één noordpool bezit, die radiaal naar buiten wijst, en tenminste één zuidpool, die radiaal naar binnen wijst; en waarvan een tweede dichter bij het andere axiale ίίΐ::·'! 7-j/l ** V £- J £ ü - .--- w $ - 2 - * einde van de waaier is en met tenminste één zuidpool radiaal naar buiten wijst, en met tenminste één noordpool radiaal naar binnen wijst? waarbij de waaier-en-huis-magneten zo opgesteld zijn ten opzichte van elkaar, dat axiale beweging van de waaier ten opzichte van het huis in de ene richting 5 een neiging zal vertonen weerstand te ondervinden, die geboden wordt door een magnetische afstotende kracht werkend tussen de eerste huismagneet en de tweede waaiermagneet, terwijl axiale beweging van de waaier ten opzichte van het huis in tegengestelde richting een neiging zal vertonen weerstand te ondervinden van een magnetisch afstotende kracht werkend tussen de 10 tweede huismagneet en de eerste waaiermagneet.

Bij deze opstelling wordt derhalve axiale stuwdruk als gevolg van de fluïdumstroom, die inwerkt op de waaier, grotendeels opgenomen door de magnetische wisselwerking tussen de huismagneten en de waaier-magneten, terwijl weinig of geen axiale stuwdruk behoeft te worden opgenomen 15 door axiale lagers. Daar waar zulke lagers aanwezig zijn, behoeven zij alleen maar van zeer lichte constructie te zijn en zullen niet worden onderworpen aan snelle slijtage in gebruik.

Het zal duidelijk zijn, dat de term "magneten" zoals toegepast op het huis-en-waaier-magneten in de beschrijving bedoeld is om niet 20 alleen permanente magneten en elektromagneten te omvatten maar ook geïnduceerde magneten zoals deze wordengeproduceerd bijvoorbeeld door magnetische polarisatie van een stuk ferromagnetisch materiaal in een magnetisch veld.

In een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding is de 25 eerste huismagneet radiaal opgesteld nabij de eerste waaiermagneet, en is de tweede huismagneet radiaal opgesteld nabij de tweede waaiermagneet, waardoor magnetische aantrekkingskrachten zich ontwikkelen tussen de eerste twee magneten en tussen de tweede twee magneten. Bij voorkeur zijn in dit geval de eerste en tweede huismagneten in axiale zin aan elkaar 30 grenzend, terwijl bij voorkeur de eerste en tweede waaiermagneten in axiale zin aan elkaar grenzend zijn.

In deze voorkeursuitvoeringsvorm kunnen de huismagneten worden gemonteerd op een roterend aandrijforgaan, dat aangebracht is binnen het huis om roteerbaar te zijn door een aandrijvend koppel dat wordt uitgeoefend 35 op het aandrijforgaan vanaf de waaier door middel van de magnetische koppeling tussen de waaier en het aandrijforgaan. Het aandrijforgaan kan mechanisch verbonden zijn teneinde een elektrische generator binnen, het huis aan te drijven. De eerste en tweede magneten op elk deel vein de 85 0 2 72 0· * * - 3 - combinatie. huis-en-waaier, bevatten elk een stel magneten bestaande uit een even aantal magneten, die onder gelijke hoeken verdeeld zijn om de centrale as, waarbij magneten radiaal naar buiten of naar binnen wijzende zuidpolen hebben, die langs de omtrek af wisselen met magneten, die 5 radiaal naar buiten of naar binnen wijzende noordpolen bezitten? terwijl het eerste en het tweede stel magneten op elk deel van de combinatie huis-en-waaier angulair ten opzichte van elkaar versprongen zijn zodat zuidpolen van het eerste stel axiaal uitgericht zijn ten opzichte van noordpolen in het tweede stel, en noordpolen in het eerste stel axiaal uit-10 gericht zijn ten opzichte van zuidpolen in het tweede stel.

In een verdere ontwikkeling van de uitvinding is in de waaier tenminste één verdere magneet ingebouwd, die zodanig ten opzichte van de huismagneten opgesteld is, dat de neiging aanwezig is voor het produceren van een verdere magnetische afstotende kracht, die weerstand biedt aan 15 de axiale beweging van de waaier door de axiale stuwdruk die het gevolg is van de fluïdumstroom inwerkend op de waaier.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van de figuren der bijgaande tekeningen nader worden toegelicht.

Fig. 1 toont een doorsnede van een op zich bekende, beneden 20 in het boorgat opgestelde signaalzender, welke bij de inrichting volgens de uitvinding kan worden gebruikt; fig. 2 toont een doorsnede door de inrichting volgens de uitvinding genomen over de lijn II-II in fig. 3? en fig. 3 toont een langsdoorsnede door de waaier aan de ene zijde 25 van het huis, waarbij het duidelijk is dat de volledige doorsnede symmetrisch zal zijn om de as A-A.

De in fig. 1 geïllustreerde, op zich bekende signaalzender 1 wordt geïnstalleerd binnen een boorkraag, die zich bevindt aan het einde van een boorserie binnen een boorgat tijdens het boren. De signaalzender 30 1 dient om meetgegevens door te zenden naar het oppervlak, in de vorm van drukpulsen, door het moduleren van de druk van de boor suspens ie, die langs de boorserie omlaag loopt.

De zender 1 omvat een kanaal 2, die aan het boveneinde voorzien is van een ringvormige stroombegrenzer 4, die een smooropening 6 begrenst 35 voor de suspensiestroom, die langs de boorserie omlaag loopt in de richting van de pijl 8. Binnen het kanaal 2 bevindt zich een langwerpig huis 10, dat aan zgn boveneinde, in de buurt van de smooropening 6, 85 0 2 72 2 - ----s*· — -

» V

- 4 - een smoororgaan 12 draagt, dat verplaatsbaar is ten opzichte van het huis 10 teneinde de doorstroomdoorsnede van de smooropening 6 te variëren.

Een ringvormige waaier 22 omgeeft het huis 10 en is roteerbaar in de boor-suspens ie stroom. De waaier 22 is magnetisch gekoppeld met een aandrijf-5 orgaan 18 binnen het huis teneinde het aandrijforgaan 18 aan te drijven, dat op zijn beurt zowel de pomp 16 als een elektrische generator 20 aandrijft om elektrische energie te leveren onder in het boorgat. De pomp 16 is aangebracht om het smoororgaan 12 lineair te verplaatsen, waarbij de richting van de verplaatsing van het smoororgaan 12 bepaald 10 wordt door een (niet weergegeven) magnetisch relais onder besturing van een elektrisch ingangssignaal.

De gedetailleerde structuur en werking van een dergelijke signaalzender kan worden vastgesteld door verwijzing naar het Britse octrooischrift nr. 2.123.458A.

15 In de uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding, die nu beschreven zal worden aan de hand van fig. 2 en 3 van de tekeningen, wordt de in de tekeningen van het Britse octrooischrift nr. 2.123.458A weergegeven waaier vervangen door een ringvormige waaier 30 bevattende een binnenste magneetdragende ring 44 en een buitenste, noktanden dragende 20 ring 46, welke noktanden 36 draagt, die gekanteld zijn naar de suspensie-stroomrichting 28. De ring 44 draagt zes langssleuven 48 in zijn uitwendig oppervlak, waarbij de sleuven 48 over gelijke hoeken verdeeld zijn langs de omtrek van de ring 44. Elke sleuf 48 bevat een reeks van drie zeldzame aarde-magneten 49-51, bij voorkeur samarium-kobalt magneten. De drie 25 magneten 49-51 in elke sleuf 48 zijn met hun tegengestelde polen radiaal naar binnen resp. radiaal naar buiten gekeerd opgesteld, en de polariteit van de naar binnen wijzende (of naar buiten wijzende) pool wisselt af langs de rij van drie magneten. Voorts is elk stel van zes magneten 49, 50 of 51 over gelijke hoeken verdeeld om de centrale as opgesteld zodanig 30 dat magneten met radiaal naar buiten (of naar binnen) wijzende zuidpolen afwisselen langs de omtrek met magneten met radiaal naar buiten (of naar binnen) gekeerde noordpolen. Het is duidelijk dat de drie stellen magneten 49-51 angulair ten opzichte van elkaar moeten zijn versprongen om te verzekeren dat de polen van de drie magneten 49-51 in elke sleuf 48 35 elkaar afwisselen in de axiale richting. Daarnaast zijn zes stellen magneten, van soortgelijk type als de magneten 49-51 aan de waaier 30, aangebracht in zes langssleuven, die over gelijke hoeken verdeeld zijn over de omtrek van een aangedreven as binnen het huis 10. De aangedreven q 2 λ o 7 o ft ö 3 & / L v - 5 -

< -I

as wordt niet specifiek weergegeven in fig. 2 en 3 om te maken dat deze figuren makkelijk te lezen zijn. Elk stel magneten binnen elke sleuf in de aangedreven as bevat twee magneten 52 en 53 zodanig opgesteld, dat hun polen in axiale richting afwisselend en voorts zodanig dat de polen 5 van de zes stellen magneten langs de omtrek afwisselen op soortgelijke wijze als de magneten 49-51 aan de waaier 30.

De waaier 30 wordt aan elk einde roteerbaar ten opzichte van het huis 10 gemonteerd door middel van radiaal werkende rollagers 64, die werken tussen een respectieve kraag 60 bevestigd aan het huis 10 10 en een respectief einde 62 van de waaier 30- De lagers 64 worden gesmeerd door de stroom boorsuspensie.

In bedrijf roteert de waaier 30 in de suspensiestroom en de magnetische koppeling tussen de magneten 49-51 aan de waaier 30 en de magneten 52 en 53 aan de aangedreven as zorgt dat de aangedreven as 15 vergrendeld wordt ten opzichte van de waaier 30 zodat de aangedreven as wordt geroteerd door de waaier zonder de noodzaak voor enige rechtstreekse mechanische verbinding of bijbehorende roterende afdichting.

In deze toestand, zoals weergegeven in fig. 2 en 3, is elke naar binnen gekeerde pool van de waaier magneten 50 gekeerd naar een naar 20 buiten wijzende pool van tegengestelde polariteit van de magneten 52 aan de aangedreven as, en elke naar binnen wijzende pool van de waaier magneten 51 ziet een naar buiten gekeerde pool van tegengestelde polariteit van de magneten 53 aan de aangedreven as. In deze positie zal er magnetische wisselwerking zijn tussen gelijke polen van de magneten 25 50 en 53 en tussengelijke polen van de magneten 51 en 52, die de neiging zullen vertonen om axiale uitrichting van de waaier 30 zoals weergegeven in fig. 3 te handhaven. Indien de waaier 30 wordt verplaatst naar rechts in fig. 3 uit hoofde van een axiale stuwdruk uitgeoefend door de boor-suspensiestroom, zullen de gelijke polen van de magneten 30 en 53 dichter 30 bij elkaar bewogen worden en zal een dergelijke beweging de neiging hebben een weerstand te ondervinden door een magnetische afstotende kracht, die werkzaam is tussen deze polen. Op soortgelijke wijze, indien de waaier 30 naar links in fig. 3 bewogen wordt, zullen de gelijke polen van de magneten 51 en 52 dichter naar elkaar bewogen worden en dit zal de neiging 35 vertonen op weerstand te stuiten door een magnetische afstotende kracht, die werkzaam is tussen de magneten 51 en 52. Voorts zullen gelijke polen van de magneten 49 en 52 een magnetische wisselwerking aangaan teneinde een grotere weerstand te verschaffen aan de beweging van de waaier 30 3532 723 - 6 - naar rechts in fig. 3, aangezien dit de richting Zal zijn, waarin de door de boorsuspensiestroom op de waaier 30 uitgeoefende axiale stuwdruk zal werken.

Het zal duidelijk zijn dat de bovengenoemde opstelling voor 5 magnetische ondersteuning van de waaier elke axiale stuwdruk inwerkend op de lagers, bijna volledig geëlimineerd kan worden, zodat de waaier-lagers kunnen zijn van het radiaal werkzame type en de slijtage op deze lagers in gebruik op een relatief laag niveau zal zijn.

De hierboven beschreven opstelling kan worden gewijzigd door 10 toevoeging van aanvullende stellen magneten aan de waaier en op de aangedreven as teneinde de axiale weerstand van de opstelling te verhogen tot het niveau gewenst voor een bijzondere toepassing.

3302 72 0 "7; ^ ... ..................

Claims

1. Inrichting voor het omzetten van de kinetische energie van een i fluïdumstroom in een roterende beweging, bevattende een~cilindfisch huis, waarvan de as uitgericht is ten opzichte van de richting van de fluidum-stroom, en een ringvormige waaier ingericht om te worden aangedreven door 5 de fluïdumstroom en het huis coaxiaal daarmede omgeeft, met het kenmerk, dat in elk deel van de combinatie huis-en-waaier (10, 30) tenminste twee magneten (50, 51? 52, 53) ingebouwd zijn, waarvan een eerste dichter bij het ene axiale einde van de waaier (30) is en tenminste één noordpool bezit, die radiaal naar buiten wijst, en tenminste één zuidpool, die 10 radiaal naar binnen wijst? en waarvan een tweede dichter bij het andere axiale einde van de waaier (30) is en met tenminste één zuidpool radiaal naar buiten wijst, en met tenminste één noordpool radiaal naar binnen wijst? waarbij de waaier-en-huis-magneten (50, 51; 52, 53) zo opgesteld zijn ten opzichte van elkaar, dat axiale beweging van de waaier (30) ten opzichte 15 van het huis (10) in de ene richting een neiging zal vertonen weerstand te ondervinden, die geboden wordt door een magnetische afstotende kracht werkend tussen de eerste huismagneet (52) en de tweede waaiermagneet (51), terwijl axiale beweging van de waaier (30) ten opzichte van het huis (10) in tegengestelde richting een neiging zal vertonen weerstand te onder-20 vinden van een magnetisch afstotende kracht werkend tussen de tweede huismagneet (53) en de eerste waaiermagneet (50).

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eerste huismagneet (52) radiaal opgesteld is nabij de eerste waaiermagneet (50), en de tweede huismagneet (53) radiaal opgesteld is nabij de tweede waaier- 25 magneet (51), waardoor magnetische aantrekkingskrachten zich ontwikkelen tussen het eerste paar magneten (50, 52) en tussen het tweede paar magneten (51, 53).

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de eerste en tweede huismagneten (52, 53) in axiale zin aan elkaar grenzend zijn, 30 terwijl de eerste en tweede waaiermagneten (50, 51) in axiale zin aan elkaar grenzend zijn.

4. Inrichting volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de huismagneten (52, 53) worden gemonteerd op een roterend aandrijf-orgaan (18), dat aangebracht is binnen het huis (10) om roteerbaar te 35 zijn door een aandrijvend koppel dat wordt uitgeoefend op het aandrijf-orgaan (18) door de waaier (30) door middel van de magnetische koppeling tussen de waaier (30) en het aandrijforgaan (18). 8502720 * I - 8 - a ,

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het aandrijf-orgaan (18) mechanisch verbonden is teneinde een elektrische generator (20)binnen het huis (10) aan te drijven.

6. Inrichting volgens één der voorafgaande conclusies, met het 5 kenmerk, dat de eerste en tweede magneten (50, 51; 52, 53) op elk deel van de combinatie huis-en-waaier (10, 30) elk een stel magneten bevatten bestaande uit een even aantal magneten, die over gelijke hoeken verdeeld zijn om de centrale as, waarbij magneten, die radiaal naar buiten of naar binnen wijzende zuidpolen hebben, langs de omtrek afwisselen met magneten, 10 die radiaal naar buiten of naar binnen wijzende noordpolen bezitten.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het eerste en het tweede stel magneten (50, 51; 52, 53) op elk deel van de combinatie huis-en-waaier (10, 30) angulair ten opzichte van elkaar versprongen zijn zodat zuidpolen van het eerste stel axiaal uitgericht zijn 15 ten opzichte van noordpolen in het tweede stel en noordpolen in het eerste stel axiaal uitgericht zijn ten opzichte van zuidpolen in het tweede stel.

8. Inrichting volgens een der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat in de waaier (30) en/of het huis (10) tenminste één verdere magneet (49) ingebouwd is, die zodanig ten opzichte van de andere magneten 20 (50, 51; 52, 53) opgesteld is, dat de neiging aanwezig is voor het produceren van een verdere magnetische afstotende kracht, die weerstand biedt aan de axiale beweging van de waaier (30) door de axiale stuwdruk die het gevolg is van de fluïdumstroom inwerkend op de waaier (30). 25 8502720