專利名稱：石油鉆井泥漿發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型發(fā)電機(jī)，特別是一種為石油鉆井隨鉆儀器提供電能的石 油鉆井泥漿發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在油氣勘探開發(fā)過程中，隨著中深井、超深井及復(fù)雜井的增多，對鉆井測試要求也 越來越高，因此隨鉆隨測技術(shù)在鉆井領(lǐng)域也得到普遍采用?，F(xiàn)在石油鉆井隨鉆儀器所需的 電能主要由鋰電池供電，而鋰電池在實(shí)際應(yīng)用中有電壓變化較大、需定期更換等一些缺點(diǎn)。 另有一些石油鉆井隨鉆儀器利用泥漿動能沖刷渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪軸通過磁力耦合器驅(qū)動發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，切割磁力線發(fā)電，從而為隨鉆儀器其供電。如圖1所示，轉(zhuǎn)動軸20的上端固定 在渦輪15上，線圈19纏繞在軸轉(zhuǎn)動20上，軸轉(zhuǎn)動20下端通過軸承與殼體17連接，殼體17 固定在儀器上不旋轉(zhuǎn)，磁體18固定在殼體17上；當(dāng)泥漿從上至下沖刷時，帶動渦輪15旋 轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動軸20也隨渦輪15 —起旋轉(zhuǎn)，線圈19相對磁體18旋轉(zhuǎn)，從而切割磁力線發(fā)電。由于 轉(zhuǎn)動軸20和殼體17之間存在相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，為了不讓高壓的泥漿進(jìn)入殼體17內(nèi)，轉(zhuǎn)動軸 20和殼體17之間就要安裝能夠耐高壓的動密封結(jié)構(gòu)16，這種動密封結(jié)構(gòu)隨著使用時間的 延長，容易造成零件損壞，發(fā)生泄露，為了保證密封的可靠性，需要定期更換動密封結(jié)構(gòu)16， 這對泥漿發(fā)電機(jī)的正常工作有很大影響。此外由于石油隨鉆儀器的工作環(huán)境是在高溫高壓 的井下，鋰電池和上述發(fā)電機(jī)耐高溫高壓的性能均不佳，供電不夠平穩(wěn)，這也使鋰電池和傳 統(tǒng)發(fā)電機(jī)的應(yīng)用受到很大程度的限制。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種不必定期更換，并且具有抗沖擊、耐高溫、耐高壓性 能，密封效果好、不易泄露，為隨鉆儀器平穩(wěn)供電的石油鉆井泥漿發(fā)電系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種石油鉆井泥漿發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含至少一組發(fā) 電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)包括過渡外筒、堵頭、減震器、合金內(nèi)套、合金外套、葉輪、磁鐵、線圈繞組、 隔離套、及中心軸，其中，所述中心軸的上下端置于上下堵頭的中心孔內(nèi)，兩上下堵頭的大 端軸頸上分別固定過渡外筒，而上下堵頭相對應(yīng)的兩小端軸頸固定在隔離套的上下端孔 內(nèi)，使隔離套的中部與中心軸間形成環(huán)腔，纏繞在中心軸上的線圈繞組置于環(huán)腔內(nèi)；所述隔 離套上下端的小徑外壁上分別置有帶支承座的合金內(nèi)套，并使兩合金內(nèi)套的小端軸徑與隔 離套形成等外經(jīng)，兩合金內(nèi)套的支撐端面與所對應(yīng)的堵頭上的軸肩間置有減震器；隔離套 中段的外軸徑與葉輪的輪轂配合，而輪轂內(nèi)軸向鑲嵌磁鐵，且輪轂的上下端內(nèi)軸頸上置有 合金外套，并與輪轂形成等徑內(nèi)孔，使得輪轂及合金外套的內(nèi)壁與隔離套及合金內(nèi)套的外 壁間行成間隙配合。所述的葉輪上的葉片及輪轂為整體結(jié)構(gòu)，且葉片在輪轂上呈螺旋形分布，其葉片 的數(shù)量及螺旋角根據(jù)泥漿的流量及所需轉(zhuǎn)葉的輪速事先設(shè)定；所述上下堵頭的大徑段外 壁與上下過渡外筒的內(nèi)壁間置有密封圈，上下堵頭的小徑端外壁與隔離套的上下端內(nèi)壁間置有密封圈；磁體的旋轉(zhuǎn)部分和線圈繞組的非旋轉(zhuǎn)部分分別采用獨(dú)立密封設(shè)計(jì)；葉輪的吸 收泥漿流能量部分和磁體、線圈繞組組成的電能轉(zhuǎn)換部分之間沒有能量傳遞的結(jié)構(gòu)和零部 件，而采用直接發(fā)電的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的有益效果是由于該發(fā)電機(jī)是將線圈繞組固定在中心軸上并置于隔 離套與中心軸間密閉的環(huán)腔內(nèi)，且中心軸及線圈繞組固定不動，而與隔離套外徑間隙配合 的葉輪輪轂內(nèi)鑲嵌磁鐵，當(dāng)泥漿從上至下流動時，沖刷葉輪相對于中心軸旋轉(zhuǎn)，磁鐵跟隨葉 輪同步旋轉(zhuǎn)，固定在密閉腔內(nèi)的線圈切割磁力線而發(fā)電；使用該電機(jī)時是通過上下端的過 度外筒連接到隨鉆儀器上，中心軸、隔離套及固定在密閉腔體內(nèi)的線圈繞組不轉(zhuǎn)動，因此可 取消動密封，而采用一般的密封，從而避免零件損壞、發(fā)生泄露的現(xiàn)象，延長了電機(jī)的使用 壽命；同時由于取消了鋰電池，使得該發(fā)電機(jī)更適合于井下高溫高壓的工作環(huán)境，可以為隨 鉆儀器平穩(wěn)供電。
圖1為現(xiàn)有渦輪發(fā)電機(jī)工作原理圖；圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中序號2堵頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖2中序號11隔離套及合金內(nèi)套5的組合結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖2中序號8葉輪的外形結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖2中序號8葉輪、磁鐵9及合金外套6組合后結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1 一過渡外筒，2 —堵頭，3 —密封圈，4 一減震器，5 —合金內(nèi)套，6 —合金外 套，7 —密封圈，8 —葉輪，9 一磁鐵，10 —線圈繞組，11 一隔離套，12 —中心軸，13-輪轂， 14-葉片，α-螺旋角，15 —渦輪，16 —密封結(jié)構(gòu)，17 —?dú)んw，18 —磁體，19 一線圈，20 —轉(zhuǎn) 動軸。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明由圖2至圖6所示，所述的發(fā)電機(jī)包括過渡外筒1，堵頭2，減震器4，合金內(nèi)套5， 合金外套6，葉輪8，磁鐵9，線圈繞組10，隔離套11及中心軸12，如圖1所示，所述的中心軸 12為階梯軸型，上下軸段為小徑段，中間軸段為大徑段，上下小徑段及部分大徑段置于上下 堵頭2的中心孔內(nèi)，而兩上下堵頭2為中間帶有軸肩的階梯軸，如圖3所示，在兩上下堵頭2 的大徑段的軸頸上分別螺紋連接過渡外筒1，用來與隨鉆儀器連接，兩上下堵頭2相對應(yīng)的 小端軸頸螺紋連接在隔離套11的上下端孔內(nèi)，使隔離套11的等徑通孔的中部與中心軸12 間形成環(huán)腔，環(huán)腔內(nèi)置有纏繞并固定在中心軸12上的線圈繞組10 ；隔離套11外壁的上下 端為小徑段且?guī)в卸ㄎ惠S肩，在上下小徑段外壁上分別置有帶支撐座的合金內(nèi)套5，并由軸 肩定位，并且兩合金內(nèi)套5的外軸徑與隔離套11的中段外徑等徑，如圖4所示；兩合金內(nèi)套 5的支撐端面與所對應(yīng)的堵頭2上的軸肩之間置有減震器4，減震器4為彈性橡膠材質(zhì)，可 以減少泥漿沖擊對耐磨合金內(nèi)套5的影響，并可抵消帶壓泥漿向下沖刷時對旋轉(zhuǎn)葉輪8產(chǎn) 生的震動。隔離套11中段的外徑與葉輪8的輪轂13配合，而葉輪8上的葉片14及輪轂13 為整體鑄造結(jié)構(gòu)，葉片14在輪轂13上呈螺旋形分布，其葉片的數(shù)量及螺旋角α可以根據(jù) 所測井泥漿的流量及所需轉(zhuǎn)葉8的轉(zhuǎn)速事先設(shè)定并整體鑄造成型，如圖5所示；輪轂13的 中段側(cè)壁內(nèi)軸向鑲嵌磁鐵9，鑲嵌形式可采用機(jī)械式鑲嵌，并采用獨(dú)立的密封設(shè)計(jì)；輪轂13的其上下端的階梯內(nèi)軸頸上置有合金外套6，并與輪轂13形成等徑內(nèi)孔，如圖6所示，使得 該輪轂13及合金外套6的內(nèi)壁與隔離套11及合金內(nèi)套5的外壁間行成等間隙配合，保證 帶壓泥漿向下沖刷葉輪8時，使刷葉輪8轉(zhuǎn)動平穩(wěn)。葉輪8轉(zhuǎn)動時，合金外套6與合金內(nèi)套 5滑動接觸，避免葉片14的磨損，從而卡延長葉輪8的使用壽命。其中，為了安裝方便，合金內(nèi)套5與隔離套11之間采用間隙配合，靠堵頭2與隔離 套11螺紋連接將合金內(nèi)套5壓緊；輪轂13的上下端內(nèi)軸頸與合金外套6間也采用間隙配 合，因?yàn)楹辖鹜馓?屬于易磨損件，利于更換；中心軸12的上下端與上下堵頭2的中心孔間 間隙配合，方便拆裝。為了使線圈繞組10不受泥漿腐蝕，線圈繞組的非旋轉(zhuǎn)部分分別采用獨(dú)立密封設(shè) 計(jì)，在上下堵頭2的大徑段外壁與上下過渡外筒1的內(nèi)壁間置有兩道密封圈3，上下堵頭2 的小徑段外壁與隔離套11的上下端內(nèi)壁間置有兩道密封圈7。上述發(fā)電機(jī)與圖1所述的現(xiàn)有渦輪發(fā)電機(jī)的不同之處是將磁鐵9鑲嵌在葉輪8的 輪轂13內(nèi)，并使固定在中心軸12上的線圈繞組10固定不動，而改變之處為葉輪8帶動磁 鐵9轉(zhuǎn)動，從而取消了中心軸12轉(zhuǎn)動所需要的動密封，采用一般密封既可，并且葉輪8吸收 泥漿流能量部分和磁體9、線圈繞組10組成的電能轉(zhuǎn)換部分之間沒有能量傳遞的結(jié)構(gòu)和零 部件，而采用直接發(fā)電的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，當(dāng)帶壓泥漿從上至下沖刷葉片14時，葉輪8就會相對于 中心軸12及隔離套11做高速旋轉(zhuǎn)，輪轂13內(nèi)鑲嵌的磁鐵9隨葉輪8同步旋轉(zhuǎn)時，密閉腔 內(nèi)的線圈繞組10切割轉(zhuǎn)動的磁鐵9產(chǎn)生的磁力線而發(fā)電；因固定在密閉腔體內(nèi)的線圈繞組 10不轉(zhuǎn)動，因此可以取消動密封，從而避免因零件間損壞而發(fā)生泄露的現(xiàn)象，延長了電機(jī)的 使用壽命；同時該發(fā)電機(jī)代替了鋰電池，而該發(fā)電機(jī)更適合于井下高溫高壓的工作環(huán)境，當(dāng) 將上述的發(fā)電機(jī)一組或幾組安裝到石油鉆井隨鉆儀器上，下到井下時，就可為隨鉆儀器平 穩(wěn)供電的發(fā)電系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.一種石油鉆井泥漿發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含至少一組發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)包括過渡 外筒(1)、堵頭(2)、減震器(4)、合金內(nèi)套(5)、合金外套(6)、葉輪(8)、磁鐵(9)、線圈繞組 (10)、隔離套(11)及中心軸(12)，其特征在于所述中心軸(12)的上下端置于上下堵頭(2) 的中心孔內(nèi)，兩上下堵頭(2)的大端軸頸上分別固定過渡外筒(1)，而上下堵頭(2)相對應(yīng) 的兩小端軸頸固定在隔離套(11)的上下端孔內(nèi)，使隔離套(11)的中部與中心軸(12)間形 成環(huán)腔，纏繞在中心軸(12)上的線圈繞組(10)置于環(huán)腔內(nèi)；所述隔離套(11)上下端的小徑 外壁上分別置有帶支承座的合金內(nèi)套(5)，并使兩合金內(nèi)套(5)的小端軸徑與隔離套(11) 形成等外經(jīng)，兩合金內(nèi)套(5)的支撐端面與所對應(yīng)的堵頭(2)上的軸肩間置有減震器(4)； 隔離套(11)中段的外軸徑與葉輪(8)的輪轂(13)配合，而輪轂(13)內(nèi)軸向鑲嵌磁鐵(9)， 且輪轂(13)的上下端內(nèi)軸頸上置有合金外套(6)，并與輪轂(13)形成等徑內(nèi)孔，使得輪轂(13)及合金外套(6)的內(nèi)壁與隔離套(11)及合金內(nèi)套(5)的外壁間行成間隙配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井泥漿發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述葉輪(8)上的葉片(14)及輪轂(13)為整體結(jié)構(gòu)，且葉片(14)在輪轂(13)上呈螺旋形分布，其葉片(14)的數(shù) 量及螺旋角(α )根據(jù)泥漿的流量及所需轉(zhuǎn)葉(8)的輪速事先設(shè)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井泥漿發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于上下堵頭O)的大徑 段外壁與上下過渡外筒(1)的內(nèi)壁間置有密封圈(3)，上下堵頭O)的小徑端外壁與隔離 套(11)的上下端內(nèi)壁間置有密封圈(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井泥漿發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于磁體(9)的旋轉(zhuǎn)部分和 線圈繞組(10)的非旋轉(zhuǎn)部分分別采用獨(dú)立密封設(shè)計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井泥漿發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于葉輪(8)的吸收泥漿流 能量部分和磁體(9)、線圈繞組(10)組成的電能轉(zhuǎn)換部分之間沒有能量傳遞的結(jié)構(gòu)和零部 件，而采用直接發(fā)電的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種為石油鉆井隨鉆儀器提供電能的石油鉆井泥漿發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含至少一組目前所描述的發(fā)電機(jī)，所述的發(fā)電機(jī)包括線圈繞組、磁鐵、葉輪、上下堵頭、中心軸及隔離套，其中磁鐵鑲嵌在葉輪輪轂內(nèi)，線圈繞組固定在中心軸與上下堵頭及隔離套所形成的密閉腔體內(nèi)；葉輪輪轂與隔離套間隙配合，當(dāng)帶壓泥漿從上向下沖刷時，被沖刷的葉輪旋轉(zhuǎn)，使鑲嵌在葉輪輪轂內(nèi)的磁鐵跟隨葉輪同步旋轉(zhuǎn)，并使線圈切割磁力線而發(fā)電；此外葉輪與隔離套之間安裝耐磨合金套，葉輪旋轉(zhuǎn)時耐磨合金套起到支撐和扶正作用；合金套與堵頭之間安裝減震器，減少泥漿沖擊對耐磨合金套的影響。由于固定在密閉腔體內(nèi)的線圈繞組不轉(zhuǎn)動，所以該電機(jī)取消了動密封，并且具有抗沖擊、耐高溫、耐高壓性能，密封效果好、不易泄露的特點(diǎn)，是能為隨鉆儀器平穩(wěn)供電的石油鉆井泥漿發(fā)電系統(tǒng)。
文檔編號F03B3/12GK201843725SQ201020593408
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者桂昌豪, 王東 申請人:北京天形精鉆科技開發(fā)有限公司