專(zhuān)利名稱(chēng)：流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油鉆采技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用井下流體能 量發(fā)電的井下裝置，為井下儀器和井下設(shè)備提供電源的裝置，是一種 在石油井下以流體為動(dòng)力的井下發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
在石油工業(yè)中，經(jīng)常需要為井下儀器和井下設(shè)備提供電源。 目前，主要有兩類(lèi)井下電源，即電池組和渦輪式交流發(fā)電機(jī)。電 池組的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、可靠。電池組的缺點(diǎn)是工作壽命短；更換電 池組的費(fèi)用也較高；并且電池組的工作溫度范圍有限，不能在溫度較 高的井下工作。渦輪式交流發(fā)電機(jī)作為井下電源，是利用流體為動(dòng)能 進(jìn)行發(fā)電的。井下流體推動(dòng)渦輪葉片旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。渦輪式交 流發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能長(zhǎng)時(shí)間為井下儀器和井下設(shè)備提供電力，工作壽 命長(zhǎng)。渦輪式交流發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)是流體推動(dòng)渦輪葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，流體對(duì) 渦輪葉片沖蝕嚴(yán)重，工作一段時(shí)間后就需要維護(hù)和更換渦輪葉片，使 用成本比較高。渦輪發(fā)電機(jī)利用的僅是流體動(dòng)能發(fā)電。
國(guó)際和國(guó)內(nèi)還有利用井下流體能量發(fā)電的井下發(fā)電機(jī)，但是沒(méi)有 使用流體自激震蕩原理的發(fā)電機(jī)案例。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)，能利用 井下流體的能量，包括流體動(dòng)能和流體壓能，在井下將流體能量轉(zhuǎn)換 為電能，為井下儀器和設(shè)備提供一種新的電源形式。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)，主要由 閥體、錐閥部分和活塞發(fā)電部分組成，其特征在于閥體為圓柱形。 錐閥部分包括閥芯，在閥體上部有圓柱形錐閥上腔和圓柱形錐閥下腔， 在錐閥上腔和錐閥下腔之間有錐閥中腔，錐閥上腔和錐閥下腔與錐閥 中腔連通。在錐閥中腔內(nèi)有閥芯。
在閥體上端面鉆有錐閥入口流道，錐閥入口流道連通錐閥中腔。液 體能通過(guò)錐閥入口流道進(jìn)入錐閥中腔。
在閥體下端面鉆有錐閥上腔流道，錐閥上腔流道與錐閥上腔連通。 錐閥上腔內(nèi)的液體能通過(guò)錐閥上腔流道流出。
在閥體下端面鉆有錐閥下腔流道，錐閥下腔流道與錐閥下腔連通。 錐閥下腔內(nèi)的液體能通過(guò)錐閥下腔流道流出。
當(dāng)高壓液體通過(guò)錐閥入口流道進(jìn)入錐閥中腔，能使閥芯產(chǎn)生自震蕩。
發(fā)電部分是在錐閥下腔的下部有一個(gè)圓柱形活塞腔。在活塞腔內(nèi)有 圓柱形活塞，活塞的外壁上鑲嵌有永磁體。在活塞腔內(nèi)壁上鑲嵌有鐵 心和線圈，線圈的兩端有導(dǎo)線引出。在活塞腔的下部有活塞下腔流道， 活塞下腔流道能平衡活塞上端與活塞下端的壓力。當(dāng)活塞上下往復(fù)運(yùn) 動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)永磁體往復(fù)運(yùn)動(dòng)，線圈切割磁力線產(chǎn)生電流。本領(lǐng)域技術(shù) 人員熟知永磁體、鐵心和線圈的發(fā)電原理和結(jié)構(gòu)，不詳細(xì)描述。 所述的閥芯為圓柱形，閥芯的兩端分別有圓錐面。 為了控制流體的流量，在錐閥上腔流道和錐閥下腔流道內(nèi)分別有節(jié) 流口。
為了閥芯振動(dòng)時(shí)能帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，在閥芯與活塞之間有彈簧。彈簧 為螺旋壓縮彈簧。
為了密封使液體不能進(jìn)入鐵芯內(nèi)，在活塞腔的內(nèi)壁上有兩道密封 圈，兩道密封圈分別在鐵芯的上部和鐵芯的下部。把流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)固定在圓柱形的殼體內(nèi)。當(dāng)殼體內(nèi)有高 壓液體進(jìn)入錐閥入口流道，閥芯產(chǎn)生自震蕩。閥芯自震蕩通過(guò)彈簧帶 動(dòng)活塞往復(fù)震蕩，線圈能發(fā)出電流，為井下儀器提供電能。
本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)安裝 在井下，能為井下儀器提供不間斷電流，能夠滿足井下儀器和設(shè)備的 電力需要。流體經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的壓力損失較小，不影響流體的正常 流動(dòng)。


圖1是本實(shí)用新型流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖中，l.錐閥上腔，2.閥芯，3.錐閥上腔流道，4.錐閥下腔，5.彈 簧，6.密封圈，7.鐵芯，8.線圈，9.活塞下腔流道，IO.節(jié)流口， 11.錐 閥入口流道，12.錐閥下腔流道，13.永磁體，14.活塞，15.閥體，16.殼體。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:以一個(gè)殼體16外徑為172毫米的流體自激震蕩井下發(fā) 電機(jī)為例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
參閱圖1。本實(shí)用新型流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)，由閥體15、錐閥 部分和活塞發(fā)電部分組成。閥體15為圓柱形，外徑為132毫米，長(zhǎng)度 為1000毫米。閥體15是由兩個(gè)半圓柱體固定在一起制成的。
在閥體15上部有一個(gè)圓柱形錐閥上腔1和一個(gè)圓柱形錐閥下腔4, 在錐閥上腔1和錐閥下腔4之間有錐閥中腔，錐閥上腔1和錐閥下腔4 與錐閥中腔連通。錐閥上腔l和錐閥下腔4直徑為38毫米，錐閥中腔 為60毫米。在錐閥中腔內(nèi)有閥芯2。閥芯2為圓柱形，閥芯2的兩端 分別有圓錐面。閥芯2能在錐閥中腔內(nèi)上下震蕩。在闊體15上端面鉆有錐閥入口流道11，錐閥入口流道11連通錐
閥中腔。閥體15上端面以上是高壓側(cè)，高壓液體能通過(guò)錐閥入口流道 ll進(jìn)入錐閥中腔。
在閥體15下端面鉆有錐閥上腔流道3，錐閥上腔流道3與錐閥上 腔1連通。閥體15下端面以下是低壓側(cè)，錐閥上腔1內(nèi)的液體能通過(guò) 錐閥上腔流道3流出。在錐閥上腔流道3內(nèi)固定有一個(gè)節(jié)流口 10。節(jié) 流口 IO是一個(gè)內(nèi)徑較小的圓柱體，能控制流道通過(guò)流體的流量。
在閥體15下端面鉆有錐閥下腔流道12，錐闊下腔流道12與錐閥 下腔4連通。錐閥下腔4內(nèi)的液體能通過(guò)錐閥下腔流道12流出。在錐 閥下腔流道12固定有一個(gè)節(jié)流口 10。
發(fā)電部分是在錐閥下腔4的下部有一個(gè)圓柱形活塞腔，活塞腔的直 徑為50毫米。在活塞腔內(nèi)有圓柱形活塞14，活塞14的外壁上鑲嵌有 永磁體13。在活塞腔內(nèi)壁上鑲嵌有鐵心7和線圈8，線圈8的兩端有 導(dǎo)線引出。在活塞腔的下部有活塞下腔流道9，活塞下腔流道9與錐閥 上腔流道3連通。
在閥芯2與活塞14之間有一個(gè)螺旋壓縮彈簧5。在活塞腔的內(nèi)壁 上有兩道密封圈6，兩道密封圈6分別在鐵芯7的上部和鐵芯7的下部。
最后，把流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)固定在圓柱形的殼體16內(nèi)。
簡(jiǎn)述流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)的工作原理，有助于理解本實(shí)用新 型。將流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)固定在殼體16內(nèi)并安裝井下。壓力流 體從錐閥入口流道11流入閥體15內(nèi)，從節(jié)流口10流出，壓力有一定 的下降。流體減少的壓能轉(zhuǎn)化為電能。工作原理如下閥芯2和活塞 14有一個(gè)平衡點(diǎn)，在這平衡點(diǎn)上閥芯2和活塞14受到平衡力的作用， 保持靜止?fàn)顟B(tài)，但是這是一個(gè)不穩(wěn)定的平衡點(diǎn)。當(dāng)流體流過(guò)時(shí)，由于 某種微小的擾動(dòng)使闔芯2向下離開(kāi)平衡點(diǎn)的位置(向上離開(kāi)平衡點(diǎn)分 析方法與此類(lèi)似)，流體流入錐閥上腔1的瞬時(shí)阻力比流入錐閥下腔4的瞬時(shí)阻力要小，造成錐閥上腔1的壓力比錐閥下腔4高。流入錐閥
上腔l的流量增加，同時(shí)流入錐閥下腔4的流量減少，這也造成閥芯2 所受的液動(dòng)力的合力向下，同時(shí)閥芯2所受的液壓力的合力也向下。 這兩個(gè)合力使閥芯2進(jìn)一步向下運(yùn)動(dòng)，使得錐閥上腔1壓力不斷升高 錐閥下腔4壓力不斷下降。由于錐閥上腔1和活塞下腔壓力相同，錐 閥下腔4和活塞上腔壓力相同，壓差使得活塞14向上移動(dòng)壓縮彈簧5， 彈簧5對(duì)閥芯2向上的推力變大，當(dāng)這一推力大于閥芯2受到的液壓 力和液動(dòng)力的向下合力時(shí)，閥芯2開(kāi)始向上移動(dòng)。當(dāng)閥芯2向上越過(guò) 平衡點(diǎn)時(shí)，閥芯2受到的液壓力和液動(dòng)力的合力改為方向向上，閥芯2 進(jìn)一步向上移動(dòng)，活塞上腔壓力大于活塞下腔壓力，活塞14向上的運(yùn) 動(dòng)減速，速度減到零以后活塞14開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)。彈簧5對(duì)閥芯2向下 的拉力變大，當(dāng)拉力大于閥芯2受到的液壓力和液動(dòng)力的向上合力時(shí)， 閥芯2又開(kāi)始向下移動(dòng)。如此循環(huán)，閥芯2形成了流體自激震蕩，閥 芯2和活塞14分別為周期相同、相位不同的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于活塞14 上有永磁體13，活塞缸的相應(yīng)位置有線圈8。當(dāng)活塞14作自動(dòng)往復(fù)運(yùn) 動(dòng)時(shí)，永磁體13使通過(guò)線圈8的磁通量變化產(chǎn)生電能，能為井下儀器 提供電能。
權(quán)利要求1、一種流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)，主要由閥體(15)、錐閥部分和活塞發(fā)電部分組成，其特征在于閥體(15)為圓柱形，錐閥部分包括閥芯(2)，在閥體(15)上部有圓柱形錐閥上腔(1)和圓柱形錐閥下腔(4)，在錐閥上腔(1)和錐閥下腔(4)之間有錐閥中腔，錐閥上腔(1)和錐閥下腔4與錐閥中腔連通，在錐閥中腔內(nèi)有閥芯(2)；在閥體(15)上端面鉆有錐閥入口流道(11)，錐閥入口流道(11)連通錐閥中腔；在閥體(15)下端面鉆有錐閥上腔流道(3)，錐閥上腔流道(3)與錐閥上腔(1)連通；在閥體(15)下端面鉆有錐閥下腔流道(12)，錐閥下腔流道(12)與錐閥下腔(4)連通；發(fā)電部分是在錐閥下腔(4)的下部有一個(gè)圓柱形活塞腔，在活塞腔內(nèi)有圓柱形活塞(14)，活塞(14)的外壁上鑲嵌有永磁體(13)，在活塞腔內(nèi)壁上鑲嵌有鐵心(7)和線圈(8)，線圈(8)的兩端有導(dǎo)線引出，在活塞腔的下部有活塞下腔流道(9)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)，其特征是 所述的閥芯(2)為圓柱形，閥芯(2)的兩端分別有圓錐面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)，其特征是-在錐闊上腔流道(3)和錐閥下腔流道(12)內(nèi)分別有節(jié)流口 (10)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)，其特征是 在閥芯(2)與活塞(14)之間有彈簧(5)，彈簧(5)為螺旋壓縮彈簧。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)， 其特征是在活塞腔的內(nèi)壁上有兩道密封圈(6)，兩道密封圈(6)分別 在鐵芯(7)的上部和鐵芯(7)的下部。
專(zhuān)利摘要流體自激震蕩井下發(fā)電機(jī)，為井下儀器和井下設(shè)備提供電源。特征是在錐閥上腔和錐閥下腔之間有錐閥中腔，錐閥上腔和錐閥下腔與錐閥中腔連通，在錐閥中腔內(nèi)有閥芯。在閥體上有錐閥入口流道，錐閥入口流道連通錐閥中腔；錐閥上腔流道與錐閥上腔連通；錐閥下腔流道與錐閥下腔連通。在錐閥下腔的下部有一個(gè)圓柱形活塞腔，在活塞腔內(nèi)有活塞，活塞鑲嵌永磁體，在活塞腔內(nèi)壁上鑲嵌有鐵心和線圈，線圈的兩端有導(dǎo)線引出，在活塞腔的下部有活塞下腔流道。效果是能為井下儀器提供不間斷電流，能夠滿足井下儀器和設(shè)備的電力需要。
文檔編號(hào)F03B13/00GK201277137SQ20082012343
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者喻重山, 海 張, 磊 張, 盛利民 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司;中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院