RU30837U1 - Турбогенератор аппаратуры для исследования скважин в процессе бурения - Google Patents

Description

турбину с подшипниковым узлом, электромашинный генератор, находяш,иеся в маслонаполненном корпусе, уплотнительные элементы, поршневой компенсатор давления, через который скважинное давление передается внутрь генератора. Температурное расширение масла и изменение давления внутри корпуса генератора в процессе спускоподъемных операций компенсируется подпружиненным поршнем.

Турбогенератор имеет недостатки, которые связаны с невозможностью регулирования потока бурового раствора, проходяшего через турбинный узел генератора, что приводит к большим колебаниям Э.Д.С. и мошности генератора.

Наиболее близким по технической суш;ности является турбогенератор аппаратуры для исследования скважин в процессе бурения (патент РФ № 2109940, Пр. 27.04.1998 г., Е21В47/00, опубл. бюл. .№ 12, 1999 г.).

Известный турбогенератор содержит корпус с отверстиями для прохода промывочной жидкости через турбогенератор, регулятор расхода промывочной жидкости, узел опоры вала гидротурбины, электромашинный генератор и установленный на корпусе турбогенератора узел бесконтактной передачи врашения от вала гидротурбины к валу электромашинного генератора, выполненный в виде магнитной муфты. Для регулирования перепада давления в нем существует регулятор расхода промывочной жидкости, выполненный в виде седла с клапаном.

Недостатком конструкции является следующее. Нри росте с нуля расхода промывочной жидкости через гидротурбину на ней появляется перепад давления, который начинает приоткрывать клапан только тогда, когда сила давления от этого перепада сравняется с прижимающим клапан к седлу усилием пружины. Дальнейший рост расхода еще больше сжимает пружину и еше большая часть жидкости уходит в зазор между клапаном и седлом. Но это дополнительное усилие пружины обуславливает и дополнительный перепад давления, который вызывает дополнительное повышение скорости вращения турбин, повышение Э.Д.С. и мощности генератора.

Щ

Таким образом, клапан с пружиной только замедляет рост оборотов гидротурбины в зависимости от расхода промывочной жидкости, а не останавливает этот рост совсем. При очень большом диапазоне изменения расхода жидкости, каковой имеет место в реальности, влияния подпружиненного клапана бывает не достаточно. Так, например, при бурении боковых стволов турбогенератор и забойная телесистема должны нормально функционировать (т.е. развивать номинальные обороты в пределах 3000-4000 об ./мин.) при расходе промывочной жидкости 5 л/с. При расходе 15 л./с. обороты турбогенератора не должны в несколько раз превышать номинальные, т.к. это приводит к преждевременному износу узлов турбогенератора, а также накладывает дополнительные требования на электронные схемы ввиду больших колебаний Э.Д.С. и моп1;ности генератора. Ситуация усугубляется неустановившимися режимами прокачки промывочной жидкости и гидроударами, когда мгновенный расход промывочной жидкости может значительно превосходить цифры, приведенные выше.

Предлагаемая полезная модель обеспечивает режим дополнительного замедления темпа роста скорости врап1,ения ротора турбогенератора при повышении расхода промывочной жидкости и сохранения электрических характеристик машинного генератора, тем самым повышается эксплуатационная надежность устройства.

Поставленная задача решается тем, что в турбогенераторе, содержашем корпус с отверстиями для прохода промывочной жидкости через турбогенератор, гидротурбину, узел опоры вала гидротурбины с регулятором расхода промывочной жидкости и электромашинный генератор, и установленный на корпусе турбогенератора узел бесконтактной передачи вращения от вала гидротурбины к валу электромашинного генератора, установлен гидротормоз. Гидротормоз расположен над основной гидротурбиной и выполнен в виде дополнительной гидротурбины, лопатки которой ориентированы вдоль продольной оси основной гидротурбины.

Сущность полезной модели будет понятна из приведенного ниже описания и чертежа, на котором изображена конструкция заявляемого турбогенератора. Функционально турбогенератор состоит из узла регулирования расхода промывочной жидкости I, узла гидротурбины II, узла опоры вала гидротурбины III, узла бесконтактной передачи вращения IV и узла генератора переменного тока V. Генератор V размещен внутри герметичного корпуса 6. Турбогенератор в сборе с узлом регулирования расхода промывочной жидкости устанавливается в специальный переводник 7, навернутый на бурильную трубу 8 и спускается в скважину.

Узел гидротурбины II включает несколько секций роторов 1 турбины, посаженных на вал 2, статоров 3 турбины, установленных в корпусе 4, который имеет входные «А и выходные «В отверстия для промывочной жидкости.

Над гидротурбиной установлен гидротормоз, выполненный в виде дополнительной турбины 5, лопатки которой ориентированы вдоль продольной оси основной гидротурбины.

Турбогенератор работает следующим образом. После включения буровых насосов буровой раствор проходит через входные отверстия «А и выходные отверстия «В и вращает ротор гидротурбины П. Турбина 5 гидротормоза вращается вместе с ротором 1 гидротурбины. При этом лопатки турбины 5 гидротормоза испытывают гидравлическое сопротивление W, описываемое зависимостью:

где: р - плотность жидкости;

С-безразмерный коэффициент сопротивления (для плоской фигуры, расположенной перпендикулярно потоку - как в данном случае - .28 и является самым больщим);

w.cpP:.

F-площадь проекции тела на плоскость, нормальнзто к направлению движения (Рабинович Е.З. «Гидравлика. -М.: «Недра, 1977г., стр.180.).

Из формулы следует, что сила (или момент) сопротивления жидкости пропорциональна квадрату угловой скорости движения тела в жидкости или, что то же, квадрату частоты вращения турбины гидротормоза. Момент сопротивления резко нарастает по мере роста частоты вращения гидротурбины II и стабилизирует частоту на допустимом уровне, что благоприятно сказывается на механических и электрических характеристиках турбогенератора независимо от расхода бурового раствора.

Claims (1)

1. Турбогенератор аппаратуры для исследования скважин в процессе бурения, содержащий корпус с отверстиями для прохода промывочной жидкости через турбогенератор, регулятор расхода промывочной жидкости, гидротурбину, узел опоры вала гидротурбины, электромашинный генератор и установленный на корпусе турбогенератора узел бесконтактной передачи вращения от вала гидротурбины к валу электромашинного генератора, отличающийся тем, что турбогенератор снабжен гидротормозом, установленным над основной гидротурбиной и выполненным в виде дополнительной гидротурбины, лопатки которой ориентированы вдоль продольной оси основной гидротурбины.