RU2324815C1 - Скважинный электрогенератор - Google Patents
Скважинный электрогенератор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2324815C1 RU2324815C1 RU2007108469/09A RU2007108469A RU2324815C1 RU 2324815 C1 RU2324815 C1 RU 2324815C1 RU 2007108469/09 A RU2007108469/09 A RU 2007108469/09A RU 2007108469 A RU2007108469 A RU 2007108469A RU 2324815 C1 RU2324815 C1 RU 2324815C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- electric generator
- rotor
- generator
- downhole
- Prior art date
Links
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, а именно - к электрическим машинам, и предназначено для использования в генераторах питания скважинной аппаратуры. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в увеличении мощности и ресурса электрогенератора при одновременном уменьшении его диаметральных габаритов. Сущность изобретения заключается в том, что в скважинном электрогенераторе, содержащем статор, узел крепления, ротор с одной или несколькими группами постоянных магнитов, кинематически связанный с приводом перемещения магнитов, и соответствующие им обмотки возбуждения, согласно данному изобретению привод перемещения магнитов выполнен с возможностью создания возвратно-поступательного перемещения и содержит обратный клапан в переднем торце статора, поршень, установленный в передней части внутри статора, отверстия в боковой стенке статора напротив поршня и возвратную пружину под задним торцом ротора. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к электрическим машинам. Конкретно изобретение предназначено для электрогенератора питания скважинной аппаратуры и передающего устройства забойной телеметрической системы. Электрогенератор преобразует энергию промывочной жидкости в электрическую, необходимую для питания скважинных навигационных и геофизических приборов в процессе бурения и передатчика электромагнитного канала связи. Для работы телеметрической системы на большой глубине требуется увеличение мощности передающего устройства до 1 кВт и более. Получить большую мощность при малых габаритах генератора весьма проблематично.
Известен генератор переменного тока для питания телеметрической системы в процессе бурения скважин малого диаметра, включающий неподвижный внутренний статор с коллектором и закрепленный на приводном валу внешний ротор, снабженный электромагнитами (патент РФ №2060383, МКП Е21В 47/022, 47/00, приоритет от 21.02.92 г.). Система смазки представляет собой полость между ротором и статором, заполненную смазывающей жидкостью.
Известен автономный турбинный агрегат (электрогенератор), также предназначенный для питания электрической энергией телеметрической системы, содержащий гидротурбину, приводимую в движение потоком промывочной жидкости, маслозаполненный статор, залитый эпоксидным компаундом, и ротор генератора переменного тока на постоянных магнитах, расположенный на одном валу с гидротурбиной (Молчанов А.А., Сираев А.X., «Скважинные автономные системы с магнитной регистрацией», М., Недра, 1979, с.102-103).
Этот генератор состоит из статора, размещенного внутри агрегата, и шестиполюсного кольцевого магнитного ротора, выполненного снаружи. Ротор одновременно является корпусом для рабочих лопаток трехступенчатой гидротурбины. Перед каждой ступенью рабочих лопаток гидротурбины, в свою очередь, установлены три ступени направляющих аппаратов, собранных на внешнем корпусе, что увеличивает диаметр устройства. Для предотвращения попадания промывочной жидкости в электрогенератор и подшипниковые узлы установлены уплотняющие устройства, внутренняя полость электрогенератора заполнена трансформаторным маслом.
Ввиду того, что электрогенератор работает в интервале температур от -40 до +130°С, при глубинах бурения до 3500 м и более, а объем масла изменяется при изменении температуры, введен компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости (масла). Компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости выполнен внутри входного обтекателя генератора. Он состоит из двух тонких профильных пластин, одна из которых выпуклая, а другая вогнутая. Компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости предназначен для компенсации изменения объема масла в маслозаполненной полости генератора в рабочих условиях при повышении температуры, а также выравнивания давления внутри и снаружи генератора.
Недостатками этого генератора являются:
- низкая надежность,
- малый ресурс,
- большие габариты и масса устройства,
- сложность конструкции.
Эти недостатки обусловлены в первую очередь тем, что в качестве привода используется многоступенчатая турбина с направляющими аппаратами. Использование гидротурбины с направляющими аппаратами в качестве привода предъявляет повышенные требования к качеству очистки промывочной жидкости от фракций выбуренной породы и посторонних предметов, попадание которых в зазор между рабочими и направляющими лопатками гидротурбины может привести к ее остановке (заклиниванию). Наличие направляющих аппаратов гидротурбины увеличивает диаметральный габарит электрогенератора, что нежелательно при бурении скважин относительно малого диаметра.
Второй конструктивный недостаток - это сложность и ненадежность компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости. Из-за упругости стенок компенсатора давление смазывающей жидкости всегда меньше давления окружающей среды. Это может привести к попаданию промывочной жидкости в систему смазки электрогенератора и к износу подшипников, уплотнений и других деталей.
Известен также электрогенератор по патенту РФ №2173925, основной особенностью которого можно считать систему смазки. Система смазки этого электрогенератора содержит заправочное устройство на его переднем торце, полость между внешним ротором и статором, заполненную смазывающей жидкостью, и компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости, размещенный со стороны устройства для крепления генератора, выполненный в виде поршня, установленного с возможностью осевого перемещения и уплотнения, установленного внутри поршня с возможностью осевого перемещения вместе с ним. Недостатком этого устройства является сложность заправки системы смазывающей жидкостью и низкий ресурс уплотнения.
Известен скважинный электрогенератор питания телеметрических систем по св. РФ на полезную модель №34638.
Этот электрогенератор содержит заправочное устройство в его передней части, полость между внешним ротором и статором, заполненную смазывающей жидкостью, и компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости, размещенный со стороны устройства для крепления генератора, выполненный в виде поршня, установленного внутри ротора с возможностью осевого перемещения, и уплотнения, установленного в свою очередь, внутри поршня с возможностью осевого перемещения вместе с ним, поршень выполнен с возможностью дренажа смазывающей жидкости в полностью заправленном положении в зазор между ротором и узлом крепления генератора.
Недостатком этой системы смазки является то, что из-за совмещения функций компенсатора и уплотнения снижается их ресурс.
Известен генератор по св. РФ №13123, который содержит ротор с турбиной, статор, узел крепления и емкость для резервного запаса смазывающей жидкости, выполненную в виде стакана, выполненного в передней части генератора с установленным внутри подпружиненным поршнем, и заправочное устройство. Генератор и турбина значительно отдалены друг от друга в осевом направлении и разобщены магнитной муфтой, что увеличивает габариты генератора и снижает надежность смазки.
Известен генератор по патенту РФ на изобретение №2264537, прототип, содержащий корпус с обмотками возбуждения, узел крепления, ротор с валом, магнитами и турбиной, установленный через подшипники в корпусе, и емкость для резервного запаса смазывающей жидкости в виде стакана, выполненного в передней части генератора с установленным внутри подпружиненным поршнем и заправочным устройством, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один передний подшипник установлен во втулке, которая сцентрирована в выступающей части корпуса, закрытого с другой стороны осью, зафиксированной от поворота и имеющей кольцевую проточку под обмотку и цилиндрический выступ, во внутренней расточке которого установлен, по меньшей мере, один задний подшипник, а внутри вала выполнено сквозное осевое отверстие. Между передним подшипником и ротором установлена регулировочная шайба. Обмотки возбуждения установлены в корпусе и зафиксированы штифтами от смещения. Пружина частично размещена внутри поршня. Заправочной устройство выполнено в виде клапана, установленного в канале штока, закрытом пробкой.
Недостатки: низкая мощность и ресурс электрогенератора при ограниченных диаметральных габаритах.
Создание мощного электрогенератора ограничивается его диаметральными габаритами, а низкий ресурс объясняется тем, что для смазки многочисленных опор (подшипников) внутренняя полость электрогенератора заполняется смазывающей жидкостью, но из-за того, что в процессе эксплуатации внутрь электрогенератора попадает буровой раствор, содержащий абразивные частицы, подшипники, уплотнения и другие детали быстро изнашиваются.
Задачи создания изобретения - повышение мощности и ресурса электрогенератора при уменьшении его диаметральных габаритов.
Скважинный электрогенератор, содержащий статор, узел крепления, ротор с одной или несколькими группами постоянных магнитов, кинематически связанный с приводом перемещения магнитов, и соответствующие им обмотки возбуждения, при этом привод перемещения магнитов выполнен с возможностью создания возвратно-поступательного перемещения и содержит обратный клапан в переднем торце статора, поршень, установленный в передней части внутри статора, отверстия в боковой стенке статора напротив поршня и возвратную пружину под задним торцом ротора. В задней части электрогенератора выполнен электрический разъем, соединенный электропроводами с обмотками возбуждения. Внутри узла крепления выполнены отверстия. Узел крепления выполнен в передней или средней или задней части статора.
Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью.
Сущность изобретения поясняется на чертеже.
Скважинный электрогенератор, предназначенный для питания скважинной аппаратуры, установлен в колонне бурильных труб или в обсадной колонне и содержит, узел крепления 1 на статоре 2. В узле крепления 1 выполнены отверстия «А» для прохода бурового раствора к забойному двигателю и породоразрушающему инструменту (на чертеже они не показаны). Скважинный электрогенератор содержит ротор 3 с установленными на нем одной или несколькими группами постоянных магнитов 4.
Внутри статора 2 выполнена полость «Б», в которой установлен привод перемещения магнитов. Привод перемещения магнитов выполнен в виде обратного клапана 5, установленного на переднем торце 6 статора 2, поршня 7, установленного внутри статора 2 в полости «Б», отверстий «В», выполненных на боковой стенке 8 статора 2 против поршня 7 и возвратной пружины 9, установленной под задним торцом 10 ротора 3. Привод перемещения магнитов обеспечивает возвратно-поступательное перемещение ротора 3 и группы магнитов 4 (или нескольких групп магнитов) внутри обмоток возбуждения 11, установленных в полости статора «Г» концентрично группам постоянных магнитов 4. Это необходимо для создания в обмотках возбуждения 11 электрического тока. Количество обмоток возбуждения 11 равно числу групп постоянных магнитов 4. Полость «Г» сообщается с полостью колонны посредством отверстий «Д».
Полость «Е» выполнена герметичной и может быть заполнена смазывающей жидкостью или другим раствором для улучшения теплопроводности и компенсации давления и температурных расширений. Это позволит исключить смятие тонкой боковой стенки 8 статора 2 большим давлением бурового раствора, которое может достигать 600 МПа.
Обмотки возбуждения 11 и группы постоянных магнитов 4 установлены в герметичной полости «Е», которая отделена от полости «Г» перегородкой 12, в центральной части которой установлено уплотнение 13. Перепад давления между полостями «Е» и «Г» практически отсутствует.
От обмоток возбуждения 11 отходит (отходят) электрический(ие) провод(а) 14, они проходят по отверстиям «Ж» и «И», выполненным в статоре 2, и соединяются с электрическим разъемом 15. Если применен один электрический провод, то функцию другого электрического провода выполняет статор 2. Соединение обмоток возбуждения 11 может быть выполнено параллельным, последовательным или параллельно-последовательным. На электрический разъем 15 может быть выведено напряжение с двух групп обмоток возбуждения 11 для питания электроэнергией различных независимых потребителей. Электрический разъем 15 целесообразно выполнить коаксиальным.
Для приведения в действие скважинного электрогенератора в колонну труб подается буровой раствор, который через обратный клапан 5 подается в полость «Б» и создает давление на поршень 7, перемещая его назад (вниз). При этом внутри обмоток возбуждения 11 создается переменное магнитное поле, а в самих обмотках возбуждения 11 вырабатывается электрический ток. Буровой раствор, которым заполнена полость «Б», выходит через открывшиеся отверстия «Д» в полость внутри колонны труб (колонна труб не показана).
Группа (группы) постоянных магнитов 4 совершают возвратно-поступательное движение внутри обмоток возбуждения 11. В обмотках возбуждения 11 вырабатывается электрический ток, который по электрическим проводам 14 передается на электрический разъем 15.
Количество групп постоянных магнитов 4 и обмоток возбуждения 11 может быть выполнено сколь угодно большим. Это позволит спроектировать источник питания и скважинные приборы для бурильных и обсадных колонн очень малого диаметра.
Применение изобретения позволило:
1. Значительно уменьшить диаметральные габариты и вес скважинного электрогенератора за счет отказа от гидротурбины.
2. Увеличить мощность и напряжение на электрических выводах электрогенератора за счет применения большого числа групп постоянных магнитов и обмоток возбуждения.
3. Исключить дисбаланс ротора скважинного электрогенератора за счет отказа от вращательного движения.
4. Значительно повысить надежность и ресурс электрогенератора за счет герметичности его внутренней полости и отсутствия уплотнений вращающихся деталей.
5. Упростить конструкцию скважинного электрогенератора за счет отказа от применения подшипников и уплотнений и упрощения конструкции всех узлов и их унификации.
6. Упростить сборку и разборку скважинного электрогенератора за счет его выполнения модульной конструкции и применения коаксиального электрического разъема.
7. Улучшить ремонтопригодность скважинного электрогенератора за счет предельно простой конструкции, минимального числа деталей и простой конфигурации всех деталей.
Claims (6)
1. Скважинный электрогенератор, содержащий статор, узел крепления, ротор с одной или несколькими группами постоянных магнитов, кинематически связанный с приводом перемещения магнитов, и соответствующие им обмотки возбуждения, отличающийся тем, что привод перемещения магнитов выполнен с возможностью создания возвратно-поступательного перемещения и содержит обратный клапан в переднем торце ротора, поршень, установленный в передней части внутри статора, отверстия в боковой стенке статора напротив поршня и возвратную пружину под задним торцом ротора.
2. Скважинный электрогенератор по п.1, отличающийся тем, что в задней части электрогенератора выполнен электрический разъем, соединенный электропроводами с обмотками возбуждения.
3. Скважинный электрогенератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что внутри узла крепления выполнены отверстия.
4. Скважинный электрогенератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что узел крепления выполнен в передней части статора.
5. Скважинный электрогенератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что узел крепления выполнен в средней части статора.
6. Скважинный электрогенератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что узел крепления выполнен в задней части статора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007108469/09A RU2324815C1 (ru) | 2007-03-06 | 2007-03-06 | Скважинный электрогенератор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007108469/09A RU2324815C1 (ru) | 2007-03-06 | 2007-03-06 | Скважинный электрогенератор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2324815C1 true RU2324815C1 (ru) | 2008-05-20 |
Family
ID=39798833
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007108469/09A RU2324815C1 (ru) | 2007-03-06 | 2007-03-06 | Скважинный электрогенератор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2324815C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2561642C1 (ru) * | 2014-05-27 | 2015-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "БИТАС" | Турбогенератор для питания скважинной аппаратуры |
US10323486B2 (en) | 2013-05-03 | 2019-06-18 | Halliburton Energy Services, Inc. | Downhole energy storage and conversion |
RU221662U1 (ru) * | 2023-04-24 | 2023-11-16 | Общество с ограниченной ответственностью "БИТАС" | Турбогенератор для питания скважинной аппаратуры |
-
2007
- 2007-03-06 RU RU2007108469/09A patent/RU2324815C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МОЛЧАНОВ А.А., СИРАЕВ А.Х., Скважные автономные системы с магнитной регистрацией, Москва, Недра, 1979, с.102-103. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10323486B2 (en) | 2013-05-03 | 2019-06-18 | Halliburton Energy Services, Inc. | Downhole energy storage and conversion |
RU2561642C1 (ru) * | 2014-05-27 | 2015-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "БИТАС" | Турбогенератор для питания скважинной аппаратуры |
RU221662U1 (ru) * | 2023-04-24 | 2023-11-16 | Общество с ограниченной ответственностью "БИТАС" | Турбогенератор для питания скважинной аппаратуры |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10250103B2 (en) | Electricity generation within a downhole drilling motor | |
RU2421612C1 (ru) | Многофазный генератор питания скважинной аппаратуры | |
RU2331149C1 (ru) | Скважинный электрогенератор | |
RU2324815C1 (ru) | Скважинный электрогенератор | |
RU2334340C1 (ru) | Скважинный электрогенератор | |
RU2325519C1 (ru) | Скважинный биротативный электрогенератор | |
RU2321744C1 (ru) | Биротативный электрогенератор для питания скважинного прибора | |
RU2334099C1 (ru) | Генератор питания скважинной аппаратуры | |
RU2324808C1 (ru) | Генератор питания скважинной аппаратуры | |
RU2337240C1 (ru) | Скважинный электрогенератор | |
RU2329377C1 (ru) | Биротативный электрогенератор | |
RU2432461C1 (ru) | Высоковольтный скважинный генератор | |
RU2321743C1 (ru) | Биротативный генератор | |
RU2418348C1 (ru) | Электрогенератор питания забойной телеметрической системы | |
RU2332564C1 (ru) | Генератор питания забойной телеметрической системы | |
RU2417311C1 (ru) | Электрогенератор питания скважинной аппаратуры | |
RU2426875C1 (ru) | Скважинный генератор | |
RU2326238C1 (ru) | Биротативный скважинный электрогенератор | |
RU2264537C1 (ru) | Генератор | |
RU2419719C1 (ru) | Электрогенератор биротативный для питания скважинного прибора | |
RU2321741C1 (ru) | Автономный электрогенератор | |
RU2321742C1 (ru) | Электрогенератор биротативный | |
RU2333352C1 (ru) | Генератор питания скважинной аппаратуры | |
RU2442892C1 (ru) | Скважинный генератор | |
RU2333353C1 (ru) | Турбогенератор питания скважинной аппаратуры |