RU2422631C1 - Generator of telemetric system supply - Google Patents
Generator of telemetric system supply Download PDFInfo
- Publication number
- RU2422631C1 RU2422631C1 RU2010103228/07A RU2010103228A RU2422631C1 RU 2422631 C1 RU2422631 C1 RU 2422631C1 RU 2010103228/07 A RU2010103228/07 A RU 2010103228/07A RU 2010103228 A RU2010103228 A RU 2010103228A RU 2422631 C1 RU2422631 C1 RU 2422631C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- coupling
- driven
- generator according
- rotor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электрическим машинам. Конкретно изобретение предназначено для генератора питания скважинной аппаратуры и передающего устройства забойной телеметрической системы. Генератор 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.The invention relates to electric machines. Specifically, the invention is intended for a downhole power generator and a downhole telemetry system transmitter. The generator converts the energy of the flushing fluid into electrical energy, which is necessary to power the downhole navigation and geophysical instruments during drilling and the transmitter of the electromagnetic communication channel. For the telemetry system to work at great depths, an increase in the power of the transmitting device to 1 kW or more is required. To get more power with the small dimensions of the generator is very problematic.
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).A self-contained turbine unit (electric generator) is also intended for supplying electric energy to the telemetry system, containing a hydraulic turbine driven by a wash fluid stream, an oil-filled stator filled with an epoxy compound, and a rotor of an alternating current generator with permanent magnets located on the same shaft with a hydraulic turbine ( Molchanov A.A., Siraev A.X. “Borehole autonomous systems with magnetic recording”, M., Nedra, 1979, pp. 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.This generator consists of a stator located inside the unit and a six-pole annular magnetic rotor made from the outside. The rotor is also a casing for the working blades of a three-stage hydraulic turbine. In front of each stage of the working blades of the hydraulic turbine, in turn, there are three stages of guide vanes assembled on the outer casing, which increases the diameter of the device. To prevent the flushing fluid from entering the generator and the bearing units, sealing devices are installed, the internal cavity of the generator is filled with transformer oil.
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.Due to the fact that the generator operates in the temperature range from -40 to + 130 ° C, at drilling depths of up to 3500 m or more, and the oil volume changes with temperature, a pressure compensator and thermal expansion of the lubricating fluid (oil) are introduced. The compensator for pressure and thermal expansion of the lubricating fluid is made inside the inlet fairing of the generator. It consists of two thin profile plates, one of which is convex and the other is concave. The compensator for pressure and thermal expansion of the lubricating fluid is designed to compensate for changes in the volume of oil in the oil-filled cavity of the generator under operating conditions with increasing temperature, as well as equalizing the pressure inside and outside the generator.
Недостатками этого генератора являются низкая надежность, малый ресурс, большие габариты и масса устройства, сложность конструкции.The disadvantages of this generator are low reliability, small resource, large dimensions and weight of the device, the complexity of the design.
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.These shortcomings are due primarily to the fact that a multistage turbine with guide vanes is used as a drive. The use of a hydraulic turbine with guide vanes as a drive places high demands on the quality of cleaning the washing liquid from fractions of drill cuttings and foreign objects, the ingress of which into the gap between the working and guide vanes of the hydraulic turbine can cause it to stop (jamming). The presence of guiding devices of a hydraulic turbine increases the diametrical dimension of the electric generator, which is undesirable when drilling wells of relatively small diameter.
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.The second design flaw is the complexity and unreliability of the pressure compensator and thermal expansion of the lubricating fluid. Due to the elasticity of the walls of the compensator, the pressure of the lubricating fluid is always less than the pressure of the environment. This can result in flushing fluid entering the generator’s lubrication system and in the wear of bearings, seals and other parts.
Известен электрогенератор по патенту РФ №2331149, прототип. Этот электрогенератор содержит защитный корпус, по меньшей мере, один узел крепления, ротор с гидротурбиной и устройство преобразования механической энергии в электрическую,Known electric generator according to the patent of the Russian Federation No. 2331149, prototype. This generator contains a protective housing, at least one attachment point, a rotor with a turbine and a device for converting mechanical energy into electrical energy,
Недостатки электрогенератора - ненадежность и сложность конструкции, обуслоленная низкой надежностью обмоток возбуждения, недостаточная мощность электрогенератора при его ограниченных диаметральных габаритах.The disadvantages of the generator are the unreliability and complexity of the design, due to the low reliability of the field windings, the insufficient power of the generator with its limited diametrical dimensions.
Задачи его создания - упрощение конструкции, повышение мощности при уменьшении диаметральных габаритов и веса электрогенератора.The tasks of its creation are to simplify the design, increase power while reducing the diametrical dimensions and weight of the generator.
Решение указанных задач достигнуто в генераторе питания телеметрической системы, содержащем защитный корпус, электрический разъем, по меньшей мере, один узел крепления, ротор с гидротурбиной и устройство преобразования механической энергии в электрическую, отличающемся тем, что между ротором и устройством преобразования механической энергии в электрическую установлена магнитная муфта, имеющая ведущую и ведомую полумуфты, а устройство преобразования механической энергии в электрическую выполнено в виде генератора Ван де Граафа, вал которого соединен с ротором через конический редуктор и ведомую полумуфту. Генератор Ван де Граафа выполнен в виде закрепленных на ведущем и ведомом валах соответственно ведущего шкива из электроизоляционного материала и ведомого шкива, выполненного из металла и диэлектрической ленты, натянутой между этими шкивами. Между ведомым валом и ведомым шкивом установлена электроизоляционная втулка. С ведомым шкивом соединен токосъемный диск. Магнитная муфта может быть выполнена торцовой или цилиндрической.The solution of these problems was achieved in the power generator of the telemetry system, comprising a protective housing, an electrical connector, at least one attachment point, a rotor with a hydraulic turbine and a device for converting mechanical energy into electrical energy, characterized in that between the rotor and the device for converting mechanical energy into electrical energy is installed a magnetic coupling having a leading and driven half-coupling, and a device for converting mechanical energy into electrical energy is made in the form of a Van de Graaff generator, shaft otorrhea connected to the rotor through a bevel gear and a driven clutch half. The Van de Graaff generator is made in the form of a drive pulley made of insulating material and a driven pulley made of metal and a dielectric tape stretched between these pulleys, respectively mounted on the drive and driven shafts. An electrical insulating sleeve is installed between the driven shaft and the driven pulley. A slip ring is connected to the driven pulley. The magnetic coupling can be made face or cylindrical.
Между ведомой и ведущей полумуфтами магнитной муфты выполнена герметичная перегородка, содержащая части из магнитопроницаемого материала, при этом ведущая полумуфта соединена с ротором. Внутренняя полость ведущей муфты заполнена смазывающей жидкостью. Отверстие для заправки смазывающей жидкости полости ведущей полумуфты выполнено сверху. Генератор содержит, по меньшей мере, один компенсатор давления и температурного расширения, сообщающийся с полостью ведущей полумуфты.A sealed partition is made between the driven and leading half-couplings of the magnetic coupling, which contains parts of magnetically permeable material, while the leading half-coupling is connected to the rotor. The inner cavity of the drive clutch is filled with lubricant. The hole for filling the lubricating fluid of the cavity of the driving coupling half is made from above. The generator contains at least one pressure compensator and thermal expansion, communicating with the cavity of the leading coupling half.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и 2,The invention is illustrated in figures 1 and 2,
где на фиг.1 приведена схема генератора,where figure 1 shows a diagram of a generator,
на фиг.2 приведены гидротурбина и компенсаторы давления и температурного расширения.figure 2 shows the turbine and pressure compensators and thermal expansion.
Электрогенератор питания скважинной аппаратуры (фиг.1 и 2) установлен в колонне бурильных труб или в обсадной колонне (на фиг.1 и 2 не показано) и содержит защитный корпус 1 и, по меньшей мере, одно устройство крепления 2. В устройстве крепления 2 электрогенератора выполнены отверстия 3 для прохода бурового раствора.The downhole equipment power generator (Figs. 1 and 2) is installed in the drill pipe string or in the casing (not shown in Figs. 1 and 2) and contains a
Электрогенератор содержит ротор 4 с гидротурбиной 5. Гидротурбина 5 имеет наклонно установленные плоские лопатки, установленные под углом 20…60°.The generator contains a
Защитный корпус 1 имеет в нижней части электрический разъем 6, к которому подсоединены провода 7 от устройства предобразования механической энергии в электрическую 8. Между ротором 4 и устройством преобразования механической энергии в электрическую 8 установлена магнитная муфта 9.The
Магнитная муфта 9 содержит ведущую и ведомую полумуфты 10 и 11 с постоянными магнитами 12 и герметичной перегородкой 13 между ними, имеющей магнитопроницаемые части 14. При этом возможны два варианта исполнения магнитной муфты 9: торцовая муфта и цилиндрическая муфта.The
Устройство преобразования механической энергии в электрическую 8 содержит генератор Ван де Граафа 15, соединенный через конический редуктор 16 и вал 17 с ведомой полумуфтой 11.A device for converting mechanical energy into electrical energy 8 comprises a Van de Graaff generator 15 connected through a bevel gear 16 and a shaft 17 to a driven
Редуктор 16 содержит ведущую шестерню 18 и ведомую шестерню 19. Генератор Ван де Граафа 15 имеет два вала: ведущий и ведомый, соответственно 20 и 21. На ведущем валу 20 установлен ведущий шкив 22, выполненный из электроизоляционного материала, а на ведомом валу 21 установлен ведомый шкив 23, выполненный из металла. С ведомым шкивом 23 связан токосъемный диск 24, выполненный из металла, обладающего хорошей электропроводностью (меди), кроме того, ведомый шкив 23 в случае применения двухпроводной схемы может быть отделен от ведомого вала 21 электроизоляционной втулкой 25. На шкивы 22 и 23 надета лента 26 из диэлектрического материала (резины или шелка). В районе расположения ведущего шкива 22 с лентой 26 контактирует первый токосъемник 27, а с токосъемным диском 24 контактирует второй токосъемник 28. Для однопроводной схемы второй токосъемник 28 может быть соединен с защитным корпусом 1.The gearbox 16 contains a drive gear 18 and a driven gear 19. The Van de Graaf generator 15 has two shafts: a drive shaft and a driven shaft, respectively 20 and 21. A drive pulley 22 made of an insulating material is installed on the drive shaft 20, and a driven shaft is mounted on the driven shaft 21 a
Полость 29 ведущей полумуфты 10 изолирована от полости 30 ведомой полумуфты 11 герметичной перегородкой 13. Полость 30 сообщается с полостью 31 устройства преобразования механической энергии в электрическую 8 отверстием 32, выполненным в перегородке 33. Полости 30 и 31 выполнены абсолютно герметичными, т.е. без применения уплотнений, например, с применением сварки и полностью заполнены смазывающей жидкостью с хорошими электроизоляционными свойствами.The
Для заполнения смазывающей жидкостью полости 29 ведущей полумуфты 10 предусмотрено осевое отверстие 34, выполненное в роторе 4 и заглушенное винтом 35.To fill the
Ротор 4 установлен на подшипнике 36, который защищен уплотнением (уплотнениями) 37.The
Для компенсации расхода смазывающей жидкости, температурных расширений и переменного давления в скважине предусмотрен, по меньшей мере, один компенсатор давления и температурного расширения 38, выполненный в передней части корпуса 1 электрогенератора (фиг.2). Наиболее целесообразно выполнить 2…8 компенсаторов давления и температурного расширения 38 и разместить их внутри защитного корпуса 1 со стороны гидротурбины 5, так как в компенсации нуждается только полость 29, а полости 30 и 31 выполнены абсолютно герметичными, могут быть заполнены инертным газом и не нуждаются в компенсации при условии выполнения стенок защитного корпуса достаточной толщины.To compensate for the flow of lubricating fluid, thermal expansions and variable pressure in the well, at least one compensator for pressure and
Каждый компенсатор давления и температурного расширения 38 содержит компенсационный поршень 39, установленный и уплотненный относительно защитного корпуса 1. Полость 40 (фиг.2) под компенсационным поршнем 39 отверстием (отверстиями) 41 соединена с полостью 26 ведущей полумуфты 10, а полость 42 над компенсационным поршнем 39 соединена отверстием (отверстиями) 43 с окружающей средой для компенсации изменения давления и температурного расширения смазывающей жидкости. Компенсационный поршень 39 подпружинен пружиной 44 в сторону ведущей полумуфты 10 (фиг.2) для создания избыточного давления в полости 29.Each compensator for pressure and
При работе генератора (фиг.1) буровой раствор проходит через гидротурбину 5, которая начинает вращаться с ротором 4 и ведущей полумуфтой 10. Магнитный поток проходит через магнитопроводящие части 14 и приводит во вращение ведомую полумуфту 11. Ведомая полумуфта 11 приводит во вращение вал 17, который приводит в действие конический редуктор 16. При этом приводится во вращение ведущий вал 20 с ведущим шкивом 22 и перемещается лента 26.During the operation of the generator (Fig. 1), the drilling fluid passes through a
Лента 26 перемещает электроны (статическое электричество) к первому токосъемнику 27. Второй токосъемник 28 может быть заземлен. По проводам 7 электрический ток подается на электрический разъем 6. Провода 7 проложены в отверстиях в защитном корпусе 1 и герметизированы компаундом. Изменение напряжения (его снижение) может быть выполнено в скважинном приборе (на фиг.1 и 2 не показано).The
При изменении объема смазывающей жидкости в полости 29 по любой причине осуществляется соответствующее перемещение компенсационного поршня 39. Вследствие этого внутри полости 20 всегда поддерживается давление на 2…4 атм больше, чем давление окружающей среды. Это препятствует проникновению абразивных частиц, содержащихся в буровом растворе внутрь полости 29. Если применено несколько компенсаторов давления и температурного расширения 38, то при засорении одного из отверстий 43 (или нескольких отверстий 43, если применено 4…8 компенсаторов давления и температурного расширения 38) остальные компенсаторы давления и температурного расширения 38 будут выполнять свою функцию, даже при работе одного из них. Это значительно повышает надежность генератора и его ресурс.When the volume of the lubricating fluid in the
Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:
1. Упростить конструкцию генератора за счет отказа от применения обмоток возбуждения и постоянных магнитов.1. To simplify the design of the generator due to the rejection of the use of field windings and permanent magnets.
2. Увеличить мощность и напряжение на электрических выводах генератора за счет применения генератора Ван де Граафа, способного создавать напряжение до 30 млн Вольт.2. To increase the power and voltage at the electrical terminals of the generator through the use of a Van de Graaff generator, capable of creating a voltage of up to 30 million volts.
3. Значительно увеличить ресурс работы подшипника за счет уменьшения диаметра ротора до минимально возможного.3. Significantly increase the service life of the bearing by reducing the diameter of the rotor to the minimum possible.
4. Уменьшить дисбаланс ротора генератора за счет уменьшения его диаметра и длины. На роторе закреплены только гидротурбина и ведомая полумуфта.4. To reduce the imbalance of the rotor of the generator by reducing its diameter and length. Only a hydraulic turbine and a driven coupling half are fixed on the rotor.
5. Повысить надежность электрогенератора за счет полной герметизации его основных полостей: полости ведомой полумуфты и генератора Ван де Граафа и за счет выполнения уплотнения полости ведущей полумуфты по относительно небольшому диаметру ротора.5. To increase the reliability of the electric generator due to the complete sealing of its main cavities: the cavity of the driven coupling half and the Van de Graaff generator and due to the sealing of the cavity of the driving coupling half with respect to the relatively small diameter of the rotor.
6. Улучшить ремонтопригодность генератора.6. Improve maintainability of the generator.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010103228/07A RU2422631C1 (en) | 2010-02-01 | 2010-02-01 | Generator of telemetric system supply |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010103228/07A RU2422631C1 (en) | 2010-02-01 | 2010-02-01 | Generator of telemetric system supply |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2422631C1 true RU2422631C1 (en) | 2011-06-27 |
Family
ID=44739238
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010103228/07A RU2422631C1 (en) | 2010-02-01 | 2010-02-01 | Generator of telemetric system supply |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2422631C1 (en) |
-
2010
- 2010-02-01 RU RU2010103228/07A patent/RU2422631C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
GB2509931A (en) | Power generation in a bore using magnet to induce current in conductor | |
RU2421612C1 (en) | Multi-phase power generator of downhole equipment | |
RU2331149C1 (en) | Borehole electric generator | |
RU2422631C1 (en) | Generator of telemetric system supply | |
RU2418348C1 (en) | Electric power generator of downhole telemetric system | |
RU2321744C1 (en) | Birotatory generator | |
RU2324815C1 (en) | Well electric generator | |
RU2400906C1 (en) | Power supply generator of bottomhole telemetric system | |
RU2690238C1 (en) | Rotary controlled system with electric drive for bit rotation speed adjustment | |
RU2432461C1 (en) | High-voltage borehole generator | |
RU2325519C1 (en) | Borehole birotatory electric generator | |
RU2426875C1 (en) | Borehole generator | |
RU2334099C1 (en) | Power generator for well equipment | |
RU2442892C1 (en) | Well generator | |
RU2426873C1 (en) | High-voltage borehole generator | |
RU2435027C1 (en) | Birotatory borehole generator | |
RU2401498C1 (en) | Electric generator for well logging instrument feed | |
RU2453698C2 (en) | Downhole generator | |
RU2425973C1 (en) | Bore-hole generator | |
RU2426874C1 (en) | Borehole generator | |
RU2419720C1 (en) | Borehole generator | |
RU2324808C1 (en) | Power generator of well logging equipment | |
RU2419719C1 (en) | Birotary electric generator for power supply to downhole instrument | |
RU2417313C1 (en) | Generator of power supply for borehole equipment | |
RU2329377C1 (en) | Birotating power generator |