RU34638U1

RU34638U1 - TELEMETRIC POWER SUPPLY LUBRICATION SYSTEM

Info

Publication number: RU34638U1
Application number: RU2003124513/20U
Authority: RU
Inventors: Г.А. Григашкин; С.Е. Варламов
Original assignee: Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "Самарские Горизонты"
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2003-12-10

Description

СИСТЕМА СМАЗКИ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА ИИТАНИЯELECTRIC POWER GENERATOR LUBRICATION SYSTEM

ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫTELEMETRIC SYSTEM

Полезная модель относится к электрическим машинам. Конкретно изобретение предназначено для смазки генератора питания скважинной аппаратуры. Генератор преобразует энергию промывочной жидкости в электрическую, необходимую для питания скважинных навигационных и геофизических приборов в процессе бурения и передатчика электромагнитного канала связи..The utility model relates to electric cars. Specifically, the invention is intended to lubricate a downhole power generator. 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 ..

Известен электрогенератор переменного тока для питания автономной скважинной аппаратуры 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 Е21В47/022, 47/00, приоритет от 21.02.92г). Система смазки представляет собой полость между ротором и статором, заполненную смазывающей жидкостью.A known alternating current generator for supplying autonomous downhole equipment in the process of drilling small diameter wells, including a fixed internal stator with a collector and an external rotor mounted on a drive shaft equipped with electromagnets (RF patent No. 2060383, MKP E21B47 / 022, 47/00, priority from 21.02 .92g). The lubrication system is a cavity between the rotor and the stator, filled with lubricating fluid.

Известен автономный турбинный агрегат, 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 well-known autonomous turbine unit containing a hydraulic turbine driven by a flow of washing fluid, 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. (A. Molchanov, A. Xiraev, “Borehole autonomous systems with magnetic recording, M., Nedra, 1979, pp. 102-103).

Этот электрогенератор 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 направляюших аппаратов, собранных на внешнем корпусе, что увеличивает диаметр устройства. Для предотврашения попадания промывочной жидкости в электрогенератор и подМПК6Е21В47/022, F03D13/02 This electric 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 ingress of flushing fluid into the generator and under MPK6E21V47 / 022, F03D13 / 02

шипниковые узлы установлены уплотняющие устройства, внутренняя полость электрогенератора заполнена трансформаторным маслом.The bearing units are equipped with sealing devices, 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, with drilling depths of up to 3500 m or more, and the oil volume changes with temperature, a compensator for pressure and thermal expansion of the lubricating fluid (oil) is 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:The disadvantages of this generator are:

низкая надежность,low reliability

малый ресурс,small resource

большие габариты и масса устройства,large dimensions and mass of the device,

сложность конструкции.design complexity.

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 caused, first of all, by the fact that a multistage turbine with guide vanes is used as a drive. The use of a hydraulic turbine with guiding devices as a drive places high demands on the quality of cleaning the washing liquid from fractions of cuttings and foreign objects, the ingress of which into the gap between the working and guiding blades 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 with a 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 may result in flushing fluid entering the generator’s lubrication system and in the wear of bearings, seals and other parts.

Известен также система смазки электрогенератора по пат. РФ № 2173925 (прототип). Система смазки электрогенератора содержит устройство 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.Also known lubrication system of the generator according to US Pat. RF № 2173925 (prototype). The generator’s lubrication system contains a filling device at its front end, a cavity between the external rotor and the stator filled with lubricating fluid, and a pressure and thermal expansion joint of the lubricating fluid located on the side of the generator mounting device made in the form of a piston mounted with axial movement and seals mounted inside the piston with the possibility of axial movement with it.

Недостаток-сложность заправки системы смазывающей жидкостью.The disadvantage is the difficulty of filling the system with lubricating fluid.

Задачами создания полезной модели являются: упрощение заправки системы смазывающей жидкостью.The tasks of creating a utility model are: simplification of filling the system with lubricating fluid.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что, система смазки электрогенератора содержащая 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 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. Возможность дренажа смазывающей жидкости в зазор между ротором и узлом крепления генератора обеспечена за счет ступенчатой проточки внутри ротора против поршня при его крайнемThe solution to these problems was achieved due to the fact that the lubrication system of the generator containing a filling device at its front end, the cavity between the external rotor and the stator, filled with lubricating fluid, and a pressure compensator and thermal expansion of the lubricating fluid located on the side of the generator mounting device, made in the form of a piston mounted inside the rotor with the possibility of axial movement, and a seal installed in turn, inside the piston with the possibility of axial movement I, along with it, the piston is configured to lubricating fluid drainage in fully tucked position to the gap between the rotor and the alternator mounting assembly. The possibility of draining the lubricating fluid into the gap between the rotor and the generator mounting unit is provided by a stepwise groove inside the rotor against the piston at its extreme

положении, соответствующем полной заправке смазывающей жидкостью. Полость между внешним ротором и статором сообщается с окружающей средой посредством каналов и/или отверстий, выполненных в порщне или внещнем роторе.the position corresponding to full filling with lubricating fluid. The cavity between the external rotor and the stator communicates with the environment through channels and / or holes made in the piston or external rotor.

Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т е всеми полезной модели. Новизна патентными исследованиями, изобретательского уровня - новыми функциями уплотнения и компенсатора температурного расширения смазывающей жидкости. Для изготовления всех узлов электрогенератора не требуются дефицитные материалы и вновь разработанные технологии.The proposed technical solution has novelty and industrial applicability, that is, all useful models. Novelty of patent research, inventive step - new functions of sealing and compensator for thermal expansion of the lubricating fluid. For the manufacture of all nodes of the electric generator, scarce materials and newly developed technologies are not required.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг. 1... 5, где:The invention is illustrated in the drawings of FIG. 1 ... 5, where:

на фиг. 1 приведена система смазки генератора,in FIG. 1 shows the lubrication system of the generator,

на фиг. 2 - положение поршня при работе,in FIG. 2 - the position of the piston during operation,

на фиг. 3... 5 положение поршня при полностью заправленной системе.in FIG. 3 ... 5 position of the piston with a fully charged system.

Генератор (фиг. 1) содержит устройство для крепления генератора 1, внешний ротор 2 с турбиной 3 и корпусом турбины 4, статор 5, выполненный с осью 6, электрообмоткой 7, подшипники 8, уплотнения 9 и компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости 10, который выполнен в виде поршня 11, установленного с возможностью осевого перемещения и подпружиненного пружиной 12. Пружина 12 упирается в упорное кольцо 13. На оси 6 установлена втулка 14, зафиксированная выступом 15 и уплотненная относительно вала уплотнительным кольцом 16. Внутри компенсатора давления и температурного расширения 10 установлено уплотнение, например, в виде резиновой армированной манжеты 17. Конструкция резиновой армированной манжеты 17 совмещена с конструкцией компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости 10 в один узел. Манжеты резиновые армированные для валов выполненные по ГОСТ 8752-79 предназначены для уплотнения вращающихся валов, а манжеты для гидравлических устройств по ГОСТ 14879-74 предназначены для уплотнения валов при поступательном перемещении. Особенностью уплотнения в виде резиновойThe generator (Fig. 1) contains a device for mounting the generator 1, an external rotor 2 with a turbine 3 and a turbine housing 4, a stator 5 made with an axis 6, an electric winding 7, bearings 8, seals 9 and a pressure and temperature expansion compensator for the lubricating fluid 10, which is made in the form of a piston 11, mounted axially displaceable and spring-loaded with a spring 12. The spring 12 abuts against the thrust ring 13. A sleeve 14 is mounted on the axis 6, fixed by the protrusion 15 and sealed with a sealing ring 16. The inside of the comp nsatora pressure and thermal expansion of a seal 10, e.g., a rubber-reinforced cuffs 17. Structure reinforced rubber cuff 17 is aligned with the pressurizer structure and thermal expansion of lubricating fluid 10 into one unit. Reinforced rubber cuffs for shafts made in accordance with GOST 8752-79 are designed for sealing rotating shafts, and cuffs for hydraulic devices in accordance with GOST 14879-74 are designed for sealing shafts during translational movement. Feature of rubber seal

армированной манжеты 17 является то, что она одновременно выполняет обе функции, уплотнение при вращении и одновременном перемещении, но конструктивно она выполнена по ГОСТ 8752-79. Значительное поступательное перемещение уплотнения в виде резиновой манжеты связано с тем, что во-первых, температура смазывающей жидкости изменяется в широком диапазоне от отрицательных до +110 °С, при этом запас смазывающей жидкости постепенно расходуется в окружающую среду (буровой раствор). Поршень 11 центрируется по наружному диаметру, а сообщение полости «А с внешней средой осуществляется через каналы «Г (Фиг. 2), или каналы «Г и «Д (Фиг. 3) или одновременно через отверстия «Е и канал «Г (фиг. 4), или через каналы «Ж, которые выполнены во внешнем статоре (Фиг.5).reinforced cuff 17 is that it simultaneously performs both functions, sealing during rotation and simultaneous movement, but structurally it is made in accordance with GOST 8752-79. A significant progressive movement of the seal in the form of a rubber cuff is due to the fact that, firstly, the temperature of the lubricating fluid varies in a wide range from negative to +110 ° C, while the supply of lubricating fluid is gradually consumed in the environment (drilling fluid). The piston 11 is centered on the outer diameter, and the cavity “A” communicates with the external medium through channels “G (Fig. 2), or channels“ G and “D (Fig. 3) or simultaneously through openings“ E and channel “G (Fig. . 4), or through the channels "W, which are made in an external stator (Figure 5).

На одном из торцов электрогенератора выполнен заправочный узел 18, который включает пробку 19 с уплотнением 20, седло клапана 21, шарик 22, пружину 23, отверстие «Б. Через другой торец проходят провода 24, герметизированы фигурной манжетой 25. Электроконтакты 26 выведены наружу, а на наружной цилиндрической поверхности размещены уплотнительные кольца 27. Внутренний диаметр ротора 2 dl резко переходит в больший диаметр d2 для обеспечения прокачки смазывающей жидкости в зазор «В между компенсатором давления и температурного расширения смазывающей жидкости 10 и узлом крепления генератора 1.At one of the ends of the electric generator, a filling unit 18 is made, which includes a plug 19 with a seal 20, a valve seat 21, a ball 22, a spring 23, an opening “B. Wires 24 pass through the other end face and are sealed with a figured cuff 25. The electrical contacts 26 are brought out and the O-rings 27 are placed on the outer cylindrical surface. The inner diameter of the rotor 2 dl sharply changes to a larger diameter d2 to allow lubricant to be pumped into the clearance “B between the pressure compensator and thermal expansion of the lubricating fluid 10 and the mounting unit of the generator 1.

Полость «А между внешним ротором 2 и статором 5 при работе должна быть заполнена смазывающей жидкостью.The cavity "A between the external rotor 2 and the stator 5 during operation must be filled with lubricating fluid.

Устройство работает следующим образом. После сборке порщень 11 занимает исходное положение (Фиг. 2) и в полости «А находится воздух. При заправке отвинчивают пробку 19 и заправляют смазывающую жидкость в полость «А до перемещения поршня 11 в крайне нижнее положение. При этом нижний торец порщня 11 выходит на уровень увеличенного диаметра d2, и через каналы «Д и «Г (фиг. 3) или отверстия «Е (фиг. 4) или каналы «Ж (Фи. 5)в образовавшийся зазор выходит смазывающая жидкость с пузырьками воздуха. Когда пузырьки воздуха перестанут выходить через зазор «В прекращают заправку генератора смазывающей жидкостью и завинчивают пробку 19.The device operates as follows. After assembly, the piston 11 takes its initial position (Fig. 2) and in the cavity "A there is air. When refueling, unscrew the plug 19 and fill the lubricating fluid into the cavity "A until the piston 11 moves to the extremely low position. In this case, the bottom end of the piston 11 reaches the level of increased diameter d2, and through the channels "D and" G (Fig. 3) or holes "E (Fig. 4) or channels" G (Phi. 5), a lubricating fluid enters the gap formed with air bubbles. When the air bubbles cease to escape through the gap "In stop filling the generator with lubricating fluid and screw the stopper 19.

При эксплуатации в составе колонны бурильных труб буровой раствор подается на турбину 3, при этом корпус турбины 4 и внешний ротор 2 вращаются. В электрообмотке 7 статора 5 возникает ЭДС. Давление бурового раствора через поршень 10 передается в полость «А. За счет дополнительного усилия, создаваемого пружиной 12, давление смазывающей жидкости становится больше, чем давление бурового раствора. Уплотнение 11, выполненное в виде резиновой армированной манжеты герметизирует полость «А и в отличие от торцового уплотнения, которое применялось ранее, практически не пропускает смазывающую жидкость наружу, а буровой раствор внутрь. Это обусловлено совмещением функций компенсатора давления и температурного расщирения смазывающей жидкости с уплотнением. Такая конструкция обеспечила постоянное избыточное давление в полости «А, а это, как показал опыт эксплуатации увеличивает межремонтный ресурс электрогенератора примерно в 10 раз.During operation as part of the drill pipe string, drilling fluid is supplied to the turbine 3, while the turbine housing 4 and the outer rotor 2 rotate. In the electrical winding 7 of the stator 5 there is an EMF. The pressure of the drilling fluid through the piston 10 is transmitted into the cavity "A. Due to the additional force created by the spring 12, the pressure of the lubricating fluid becomes greater than the pressure of the drilling fluid. The seal 11, made in the form of a rubber reinforced cuff, seals the cavity "A" and, unlike the mechanical seal, which was used earlier, practically does not let the lubricating fluid out and the drilling fluid in. This is due to the combination of the functions of the pressure compensator and temperature expansion of the lubricating fluid with the seal. This design provided constant overpressure in the cavity "A, and this, as experience has shown, increases the overhaul life of the generator by about 10 times.

Применение полезной модели позволило:Application of the utility model allowed:

1.Обеспечить промывку электрогенератора от попавщего через уплотнения бурового раствора.1. Ensure that the generator is flushed away from the drilling fluid that has entered through the seals.

2.Исключить повреждение уплотнения при заправке.2. Eliminate damage to the seal when refueling.

3.Регламентировать в электрогенераторе начальное давление.3. To regulate the initial pressure in the generator.

4.Облегчить и упростить процесс заправки системы смазывающей жидкостью.4. To facilitate and simplify the process of filling the system with lubricating fluid.

5.Предотвратить попадание воздушных пузырьков в систему смазки, что нежелательно в связи с тем, что устройство работает при очень высоких гидростатических давлениях.5. To prevent air bubbles from entering the lubrication system, which is undesirable due to the fact that the device operates at very high hydrostatic pressures.

6.Увеличить заправочный объем смазывающей жидкости при уменьшении габаритов электрогенератора, за счет размещения этого объема внутри конструкции А и уменьшения металлоемкости деталей компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости. 7.Повысить надежность и ресурс работы электрогенератора за счет обеспечения избыточного давления смазывающей жидкости и исключения попадания бурового раствора в систему смазки за счет избыточного давления, создаваемого пружиной. 8.Обеспечить температурную компенсацию расширения объема смазывающей жидкости в широком диапазоне. 9.Упростить конструкцию электрогенератора, за счет отказа от применения направляющих аппаратов турбины и максимального упрощения конструкции уплотняющего устройства. 10.Уменьшить вес и габариты генератора за счет отказа от сложного компенсатора, а также применения турбины без направляющих аппаратов. 11.Увеличить объем компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости при тех же габаритах электрогенератора. 12.Упростить сборку электрогенератора. 13.Улучшить ремонтопригодность генератора. 14.Улучшить условия работы деталей уплотнения поршня. : ////7 Григашкин Г.А. Варламов С. Е.6. To increase the filling volume of the lubricating fluid while reducing the dimensions of the generator, by placing this volume inside the structure A and reducing the metal consumption of the parts of the pressure compensator and thermal expansion of the lubricating fluid. 7. To increase the reliability and service life of the electric generator by providing excessive pressure of the lubricating fluid and eliminating the ingress of drilling fluid into the lubrication system due to the excess pressure created by the spring. 8. Provide temperature compensation for the expansion of the volume of the lubricant in a wide range. 9. Simplify the design of the generator, due to the rejection of the use of guide vanes of the turbine and the maximum simplification of the design of the sealing device. 10. Reduce the weight and dimensions of the generator due to the rejection of a complex compensator, as well as the use of a turbine without guide vanes. 11. Increase the volume of the pressure compensator and thermal expansion of the lubricating fluid with the same dimensions of the generator. 12. To simplify the assembly of the generator. 13. Improve maintainability of the generator. 14. Improve the working conditions of piston seal parts. : //// 7 Grigashkin G.A. Varlamov S. E.

Claims

1. The lubrication system of the power generator of the power supply of the telemetry system, comprising a filling device at its front end, a cavity between the external rotor and the stator filled with lubricating fluid, and a pressure and temperature expansion compensator for the lubricating fluid located on the side of the generator mounting device made in the form of a piston, mounted inside the rotor with the possibility of axial movement and sealing, installed, in turn, inside the piston with the possibility of axial movement with it, from ichayuschayasya in that the piston is arranged to drain lubricant with full fuel into the environment through the clearance between the rotor and the piston.

2. The system according to claim 1, characterized in that the possibility of drainage of the lubricating fluid into the environment is ensured by a stepwise groove inside the rotor against the piston at its extreme position corresponding to a complete filling with lubricating fluid.

3. The system according to claim 1, characterized in that the cavity between the external rotor and the stator communicates with the environment through channels and / or holes made in the piston or in the external rotor.