一種低功耗連續(xù)波發(fā)生器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種低功耗連續(xù)波發(fā)生器，包括旋轉(zhuǎn)閥定子、渦輪、旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子、磁力機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)軸；所述的渦輪、旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子固定在所述的傳動(dòng)軸上且隨傳動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)渦輪的水力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償所述發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩中的直流分量，所述的旋轉(zhuǎn)閥定子與渦輪、旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子同軸安裝，但其不轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的磁力機(jī)構(gòu)包括永磁定子與永磁轉(zhuǎn)子，永磁轉(zhuǎn)子與傳動(dòng)軸固定連接隨傳動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，永磁定子不轉(zhuǎn)動(dòng)；通過(guò)磁力機(jī)構(gòu)的磁力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償所述發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩中的交變分量。從而有效降低電機(jī)端負(fù)載轉(zhuǎn)矩，降低供電電源功耗、提高連續(xù)波發(fā)生器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種低功耗連續(xù)波發(fā)生器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種低功耗連續(xù)波發(fā)生器，適用于隨鉆測(cè)量、隨鉆測(cè)井的井下數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)，能夠有效降低電機(jī)端負(fù)載轉(zhuǎn)矩以及供電電源功耗、提高連續(xù)波發(fā)生器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對(duì)陸地油氣、深海油氣、頁(yè)巖氣、地?zé)?、可燃冰等能源需求的不斷增大，作為其勘探開(kāi)發(fā)的最重要或唯一手段，鉆井技術(shù)也在不斷發(fā)展，20世紀(jì)80年代以來(lái)，進(jìn)入了以信息化、智能化為特點(diǎn)的自動(dòng)化鉆井階段，越來(lái)越迫切地需要快速實(shí)時(shí)獲取盡可能多的井下信息，使得井下信息傳輸技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化鉆井的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]井下信息傳輸方式主要有鉆井液脈沖法、聲波法、電磁波法等。其中鉆井液脈沖法應(yīng)用最多、魯棒性更好，它包括正脈沖法、負(fù)脈沖法和連續(xù)波法。正、負(fù)脈沖法目前應(yīng)用廣泛，但其傳輸速率較低，通常小于3bps，越來(lái)越難以滿(mǎn)足快速、實(shí)時(shí)獲取井下信息的自動(dòng)化鉆井需求。連續(xù)波方法具有魯棒性好、傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種具有廣闊應(yīng)用前景的井下信息數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，目前，國(guó)外研究較多，但僅斯倫貝謝公司擁有商業(yè)化產(chǎn)品，如PowerPul se、SI impulse，其產(chǎn)生的連續(xù)波信號(hào)速率可達(dá)16bps;國(guó)內(nèi)的有關(guān)研究仍處于理論探索階段。
[0004]1964年，美孚石油公司首次提出了連續(xù)波信號(hào)傳輸方法，該方法在位于井下的鉆鋌中安裝節(jié)流閥并允許部分或全部泥漿流過(guò)，通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)節(jié)流閥開(kāi)口大小，周期性阻斷井筒中的流動(dòng)，在鉆桿里的泥漿中形成相位連續(xù)的壓力波，簡(jiǎn)稱(chēng)連續(xù)波。通過(guò)改變阻斷鉆井液流動(dòng)的頻率或相位攜帶待傳輸井下信息，得到頻率調(diào)制或相位調(diào)制的壓力波信號(hào)。在地面上檢測(cè)該壓力波信號(hào)，然后解調(diào)該信號(hào)得到井下信息。
[0005]在連續(xù)波數(shù)據(jù)傳輸中，連續(xù)波發(fā)生器是核心設(shè)備。在高壓、高流量、連續(xù)作業(yè)等井下環(huán)境下，受高速鉆井液的影響，連續(xù)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大，且波動(dòng)很大，因?yàn)楣呐c轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速呈正比，故需要較大功率的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和供電電源，如要產(chǎn)生16bps的連續(xù)波可能需要數(shù)百瓦以上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和井下電源。此外，要提高連續(xù)波信號(hào)傳輸速率，需要增大轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，會(huì)導(dǎo)致更大的功耗需求。連續(xù)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩大，使得連續(xù)波發(fā)生器在井下服務(wù)時(shí)，只能采用高輸出功率的渦輪發(fā)電機(jī)供電，而大功率渦輪發(fā)電機(jī)成本、研發(fā)難度大，同時(shí)大轉(zhuǎn)矩波動(dòng)給連續(xù)波發(fā)生器的控制帶來(lái)很大的難度。要減小連續(xù)波發(fā)生器的供電需求，需要降低電機(jī)端的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。連續(xù)波發(fā)生器的負(fù)載轉(zhuǎn)矩是周期性波動(dòng)的，主要由轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)所受水力轉(zhuǎn)矩、高壓密封及軸承引起的摩擦轉(zhuǎn)矩組成，可以分解為直流分量與交變分量。已有有關(guān)連續(xù)波發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩的研究，集中于探討轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)所受水力轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律，尚無(wú)有效降低電機(jī)端負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方法報(bào)道，不能解決電機(jī)端負(fù)載轉(zhuǎn)矩大、電源功耗大等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種低功耗連續(xù)波發(fā)生器，在連續(xù)波發(fā)生器旋轉(zhuǎn)軸上增加或安裝渦輪結(jié)構(gòu)，通過(guò)渦輪水力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩中的直流分量，在連續(xù)波發(fā)生器旋轉(zhuǎn)軸上安裝永磁磁力機(jī)構(gòu)，通過(guò)永磁磁力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩中的交變分量，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)端負(fù)載轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。渦輪水力轉(zhuǎn)矩和磁力轉(zhuǎn)矩的能耗分別來(lái)自鉆井液和永磁定轉(zhuǎn)子，不是來(lái)源于井下電源，又因電機(jī)端負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大幅降低，故連續(xù)波發(fā)生器所需電源功耗也將大幅降低。
[0007]本發(fā)明的目的是為了解決連續(xù)波發(fā)生器電機(jī)端負(fù)載轉(zhuǎn)矩大、井下電源功耗大等問(wèn)題，提出一種低功耗連續(xù)波發(fā)生器，運(yùn)用混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的理論和理念，綜合渦輪水力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償與磁力耦合轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償方式，設(shè)計(jì)連續(xù)波發(fā)生器，降低電機(jī)轉(zhuǎn)矩負(fù)載以及井下電源功耗。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]—種低功耗連續(xù)波發(fā)生器，包括旋轉(zhuǎn)閥定子、渦輪、旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子、磁力機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)軸;所述的渦輪、旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子固定在所述的傳動(dòng)軸上且隨傳動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)渦輪的水力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償所述發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩中的直流分量，所述的旋轉(zhuǎn)閥定子與渦輪、旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子同軸安裝，但其不轉(zhuǎn)動(dòng);所述的磁力機(jī)構(gòu)包括永磁定子與永磁轉(zhuǎn)子，永磁轉(zhuǎn)子與傳動(dòng)軸固定連接隨傳動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，永磁定子不轉(zhuǎn)動(dòng);通過(guò)磁力機(jī)構(gòu)的磁力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償所述發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩中的交變分量。
[0010]進(jìn)一步的，所述傳動(dòng)軸經(jīng)過(guò)軸承安裝在軸承支撐筒中，軸承支撐筒的一端與懸掛筒的一端連接，另一端與磁力機(jī)構(gòu)支撐筒連接。
[0011]進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)閥定子安裝于懸掛筒的另一端，并采用定子壓蓋壓緊;所述定子壓蓋與打撈頭連接。
[0012]進(jìn)一步的，所述的永磁定子固定安裝于磁力機(jī)構(gòu)支撐筒中；所述的磁力機(jī)構(gòu)支撐筒與壓力平衡外筒的一端連接;所述的壓力平衡外筒的另一端與壓力平衡內(nèi)筒的一端連接;所述的壓力平衡外筒與壓力平衡內(nèi)筒之間安裝有活塞和彈簧。
[0013]進(jìn)一步的，所述的壓力平衡內(nèi)筒另一端與電機(jī)安裝筒的一端連接;所述的電機(jī)安裝筒內(nèi)部安裝有電機(jī)、減速機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器;所述的電機(jī)安裝筒的另一端與轉(zhuǎn)接堵頭連接。
[0014]進(jìn)一步的，所述渦輪的軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子同軸，或位于旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子下方，或位于旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子上方，與旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0015]進(jìn)一步的，所述渦輪至少包括2個(gè)葉片，葉片呈圓周對(duì)稱(chēng)分布，渦輪葉片的螺旋升角方向與旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向一致。
[0016]進(jìn)一步的，所述磁力機(jī)構(gòu)包括永磁定子和永磁轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子相對(duì)傳動(dòng)軸固定，永磁定子和永磁轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)與旋轉(zhuǎn)閥的葉片個(gè)數(shù)相同。
[0017]進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)閥定子和旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子的閥口形狀相同，閥口形狀均為曲線(xiàn)形式。
[0018]進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子或位于轉(zhuǎn)閥定子上方或位于轉(zhuǎn)閥定子下方，與旋轉(zhuǎn)閥定子之間有軸向間隙。
[0019]本發(fā)明的工作過(guò)程如下:
[0020]在鉆柱中，一定流量的鉆井液流經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥定子與轉(zhuǎn)子構(gòu)成的節(jié)流口以及渦輪。電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)旋轉(zhuǎn)，減速機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子、渦輪、永磁轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)閥定子固定，使旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)閥定子構(gòu)成的閥節(jié)流口大小產(chǎn)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生周期性鉆井液壓力波。鉆井液流過(guò)旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)閥水力轉(zhuǎn)矩，鉆井液流過(guò)渦輪時(shí)產(chǎn)生渦輪水力轉(zhuǎn)矩;永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中受永磁定子的影響，產(chǎn)生周期性永磁磁力轉(zhuǎn)矩;在傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，受旋轉(zhuǎn)密封和軸承的摩擦的影響，產(chǎn)生系統(tǒng)摩擦轉(zhuǎn)矩；其中渦輪水力轉(zhuǎn)矩、永磁磁力轉(zhuǎn)矩構(gòu)成的合力轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)閥水力轉(zhuǎn)矩、系統(tǒng)摩擦轉(zhuǎn)矩構(gòu)成的合力轉(zhuǎn)矩大小相等、方向相反，使得電機(jī)端的負(fù)載轉(zhuǎn)矩最小，從而降低了所需電機(jī)端的負(fù)載，降低了電機(jī)端的功耗。
[0021 ]傳動(dòng)軸在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，由軸承1、軸承II與軸承III提供徑向支撐，旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子受鉆井液沖擊時(shí)，產(chǎn)生軸向力，該軸向力通過(guò)推力軸承傳遞到軸承支撐筒上。
[0022]軸承支撐筒、磁力機(jī)構(gòu)支撐筒、壓力平衡外筒、壓力平衡內(nèi)筒、電機(jī)安裝筒、活塞、旋轉(zhuǎn)密封、轉(zhuǎn)矩堵頭構(gòu)成了封閉腔體，腔體外是鉆井液，腔體內(nèi)充滿(mǎn)了液壓油。鉆井液通過(guò)泥漿孔進(jìn)入活塞處，推動(dòng)活塞的彈簧處于預(yù)壓狀態(tài)，使腔體內(nèi)部油壓大于腔體外鉆井液壓力。傳動(dòng)軸在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中旋轉(zhuǎn)密封處會(huì)存在微量泄露，因腔體內(nèi)壓力大于腔體外壓力，使腔體內(nèi)液壓油通過(guò)旋轉(zhuǎn)密與傳動(dòng)軸之間間隙緩慢泄露到腔體外鉆井液中，從而阻止鉆井液進(jìn)入腔體內(nèi)，防止鉆井液中泥沙損壞腔體內(nèi)軸承、電機(jī)、減速機(jī)等部件。隨著液壓油的微量泄露，彈簧推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，始終保證腔體內(nèi)油壓高于腔體外鉆井液的壓力。
[0023]本發(fā)明的有益效果如下:
[0024]在連續(xù)波發(fā)生器旋轉(zhuǎn)軸上增加或安裝渦輪結(jié)構(gòu)，通過(guò)渦輪水力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩中的直流分量，在連續(xù)波發(fā)生器旋轉(zhuǎn)軸上安裝永磁磁力機(jī)構(gòu)，通過(guò)永磁磁力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩中的交變分量，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)端負(fù)載轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。渦輪水力轉(zhuǎn)矩和磁力轉(zhuǎn)矩的能耗分別來(lái)自鉆井液和永磁定轉(zhuǎn)子，不是來(lái)源于井下電源，又因電機(jī)端負(fù)載轉(zhuǎn)矩大幅降低，所以連續(xù)波發(fā)生器所需電源功耗也將大幅降低。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明主剖視圖；
[0026]圖2為本發(fā)明中的力傳遞圖；
[0027]圖3為本發(fā)明磁力機(jī)構(gòu)剖視圖；
[0028]圖4(a)、圖4(b)為本發(fā)明渦輪旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子安裝位置圖；
[0029]圖5為本發(fā)明負(fù)載轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償圖。
[0030]圖中:1.打撈頭，2.懸掛筒，3.旋轉(zhuǎn)閥定子，4.渦輪，5.旋轉(zhuǎn)密封，6.軸承I，7.軸承支撐筒，8.軸承II，9.磁力機(jī)構(gòu)，10.傳動(dòng)軸，11.壓力平衡外筒，12.彈簧，13.軸承III，14.電機(jī)安裝筒，15.電機(jī)，16.轉(zhuǎn)接堵頭，17.電連接頭，18.旋轉(zhuǎn)變壓器，19.減速機(jī)，20.聯(lián)軸器，21.壓力平衡內(nèi)筒，22.泥漿孔，23.活塞，24.液壓油，25.磁力機(jī)構(gòu)支撐筒，26.鎖緊螺母，27.推力軸承，28.導(dǎo)流壓蓋，29.旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子，30.定子壓蓋，31.鉆井液流動(dòng)方向，32.旋轉(zhuǎn)閥水力轉(zhuǎn)矩，33.渦輪水力轉(zhuǎn)矩，34.系統(tǒng)摩擦轉(zhuǎn)矩，35.磁力機(jī)構(gòu)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，36.電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，37.旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向，38.磁力機(jī)構(gòu)定子磁鋼片，39.磁力機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁鋼片，40.發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩實(shí)例，41.渦輪水力轉(zhuǎn)矩實(shí)例，42磁力轉(zhuǎn)矩實(shí)例，43.補(bǔ)償后電機(jī)端負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
【具體實(shí)施方式】
:
[0031 ]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0032]如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)的低功耗連續(xù)波發(fā)生器，包括旋轉(zhuǎn)閥定子3、渦輪4、旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子29、磁力機(jī)構(gòu)9和傳動(dòng)軸10;所述的渦輪1、旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子29固定在所述的傳動(dòng)軸10上且隨傳動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)渦輪I的水力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償所述發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩中的直流分量，所述的旋轉(zhuǎn)閥定子3與渦輪1、旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子29同軸安裝，但其不轉(zhuǎn)動(dòng);所述的磁力機(jī)構(gòu)包括永磁定子與永磁轉(zhuǎn)子，永磁轉(zhuǎn)子與傳動(dòng)軸固定連接隨傳動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，永磁定子不轉(zhuǎn)動(dòng);通過(guò)磁力機(jī)構(gòu)的磁力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償所述發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩中的交變分量。
[0033]具體的結(jié)構(gòu)如下:
[0034]所述禍輪4與傳動(dòng)軸10固定連接;所述旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子29與傳動(dòng)軸10固定連接;所述傳動(dòng)軸10經(jīng)過(guò)軸承I 6、軸承II 8安裝在軸承支撐筒7中，并采用鎖緊螺母軸向緊固；所述的軸承支撐筒7的內(nèi)部安裝有旋轉(zhuǎn)密封件5，軸承支撐筒7的一端與懸掛筒的一端連接，并采用導(dǎo)流壓蓋壓緊，另一端與磁力機(jī)構(gòu)支撐筒25連接;所述旋轉(zhuǎn)閥定子3安裝于懸掛筒的另一端，并采用定子壓蓋壓緊;所述定子壓蓋與打撈頭I連接;所述磁力機(jī)構(gòu)支撐筒25的內(nèi)部安裝有磁力機(jī)構(gòu)9。
[0035]磁力機(jī)構(gòu)9包括永磁定子與永磁轉(zhuǎn)子，永磁轉(zhuǎn)子與傳動(dòng)軸10固定連接，永磁定子固定安裝于磁力機(jī)構(gòu)支撐筒25中；磁力機(jī)構(gòu)支撐筒25與壓力平衡外筒11的一端連接;所述的壓力平衡外筒11的另一端與壓力平衡內(nèi)筒21的一端連接;所述的壓力平衡外筒11與壓力平衡內(nèi)筒21之間安裝有活塞23和彈簧12;
[0036]所述的壓力平衡內(nèi)筒21與傳動(dòng)軸10之間安裝有軸承III13;所述的壓力平衡內(nèi)筒21另一端與電機(jī)安裝筒的一端連接。
[0037]電機(jī)安裝筒內(nèi)部安裝有電機(jī)15、減速機(jī)19和旋轉(zhuǎn)變壓器18;所述的電機(jī)安裝筒14的另一端與轉(zhuǎn)接堵頭16連接;所述的轉(zhuǎn)接堵頭16內(nèi)部安裝有電連接頭17;所述的減速機(jī)19輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸連接。采用渦輪的水力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償負(fù)載轉(zhuǎn)矩的直流分量。采用磁力機(jī)構(gòu)補(bǔ)償負(fù)載轉(zhuǎn)矩的交變分量。
[0038]如圖4(a)、圖4(b)所示，渦輪的軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子同軸，或位于旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子29下方，或位于旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子29上方，與旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子29之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0039]渦輪至少包括2個(gè)葉片，葉片呈圓周對(duì)稱(chēng)分布，渦輪葉片的螺旋升角方向與旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向一致。
[0040]旋轉(zhuǎn)閥定子和旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子的閥口形狀相同，閥口形狀均為曲線(xiàn)形式。
[0041]旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子或位于轉(zhuǎn)閥定子上方或位于轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子下方，與旋轉(zhuǎn)閥定子之間有軸向間隙。旋轉(zhuǎn)閥定子與旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子的葉片個(gè)數(shù)至少2個(gè)，具體數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行確定。
[0042]具體的工作過(guò)程如下:
[0043]在鉆柱中，一定流量的鉆井液流經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥定子與轉(zhuǎn)子構(gòu)成的節(jié)流口以及渦輪。電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)旋轉(zhuǎn)，減速機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子、渦輪、永磁轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)閥定子固定，使旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)閥定子構(gòu)成的閥節(jié)流口大小產(chǎn)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生周期性鉆井液壓力波。鉆井液流過(guò)旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)閥水力轉(zhuǎn)矩，鉆井液流過(guò)渦輪時(shí)產(chǎn)生渦輪水力轉(zhuǎn)矩;永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中受永磁定子的影響，產(chǎn)生周期性永磁磁力轉(zhuǎn)矩;在傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，受旋轉(zhuǎn)密封和軸承的摩擦的影響，產(chǎn)生系統(tǒng)摩擦轉(zhuǎn)矩；其中渦輪水力轉(zhuǎn)矩、永磁磁力轉(zhuǎn)矩構(gòu)成的合力轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)閥水力轉(zhuǎn)矩、系統(tǒng)摩擦轉(zhuǎn)矩構(gòu)成的合力轉(zhuǎn)矩大小相等、方向相反，使得電機(jī)端的負(fù)載轉(zhuǎn)矩最小，從而降低了所需電機(jī)端的負(fù)載，降低了電機(jī)端的功耗。
[0044]傳動(dòng)軸在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，由軸承16、軸承II8與軸承II113提供徑向支撐，旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子受鉆井液沖擊時(shí)，產(chǎn)生軸向力，該軸向力通過(guò)推力軸承傳遞到軸承支撐筒上。
[0045]軸承支撐筒、磁力機(jī)構(gòu)支撐筒、壓力平衡外筒、壓力平衡內(nèi)筒、電機(jī)安裝筒、活塞、旋轉(zhuǎn)密封、轉(zhuǎn)矩堵頭構(gòu)成了封閉腔體，腔體外是鉆井液，腔體內(nèi)充滿(mǎn)了液壓油24。鉆井液通過(guò)泥漿孔22進(jìn)入活塞23處，推動(dòng)活塞23的彈簧12處于預(yù)壓狀態(tài)，使腔體內(nèi)部油壓大于腔體外鉆井液壓力。傳動(dòng)軸在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中旋轉(zhuǎn)密封處會(huì)存在微量泄露，因腔體內(nèi)壓力大于腔體外壓力，使腔體內(nèi)液壓油通過(guò)旋轉(zhuǎn)密與傳動(dòng)軸之間間隙緩慢泄露到腔體外鉆井液中，從而阻止鉆井液進(jìn)入腔體內(nèi)，防止鉆井液中泥沙損壞腔體內(nèi)軸承、電機(jī)、減速機(jī)等部件。隨著液壓油的微量泄露，彈簧12推動(dòng)活塞23運(yùn)動(dòng)，始終保證腔體內(nèi)油壓高于腔體外鉆井液的壓力。
[0046]如圖2所示，本發(fā)明的力傳遞的過(guò)程如下:
[0047]鉆井液按照?qǐng)D2中鉆井液流動(dòng)方向31進(jìn)入連續(xù)波發(fā)生器，給轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子一個(gè)順時(shí)針的水力轉(zhuǎn)矩；電機(jī)15驅(qū)動(dòng)減速機(jī)19旋轉(zhuǎn)，所述的減速機(jī)19驅(qū)動(dòng)主軸10逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，主軸帶動(dòng)旋渦輪以以及旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，系統(tǒng)摩擦轉(zhuǎn)矩34為順時(shí)針；渦輪水力轉(zhuǎn)矩33為逆時(shí)針，渦輪水力轉(zhuǎn)矩33補(bǔ)償發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩中的直流分量;磁力機(jī)構(gòu)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩35與電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩36方向相同為逆時(shí)針，通過(guò)永磁磁力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩中的交變分量，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)端負(fù)載轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。
[0048]如圖3所示，磁力機(jī)構(gòu)9包括磁力機(jī)構(gòu)定子磁鋼片38與磁力機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁鋼片39，磁力機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁鋼片39與傳動(dòng)軸10固定連接，磁力機(jī)構(gòu)定子磁鋼片38固定安裝于磁力機(jī)構(gòu)支撐筒25中；磁力機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁鋼片39相對(duì)傳動(dòng)軸固定，磁力機(jī)構(gòu)定子磁鋼片38與磁力機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁鋼片39的極對(duì)數(shù)與旋轉(zhuǎn)閥的葉片個(gè)數(shù)相同。
[0049]如圖5所示，表示的是本發(fā)明負(fù)載轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償圖，其中具體為發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩實(shí)例40、渦輪水力轉(zhuǎn)矩實(shí)例41、磁力轉(zhuǎn)矩實(shí)例42、補(bǔ)償后電機(jī)端負(fù)載轉(zhuǎn)矩43。
[0050]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以?xún)?nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低功耗連續(xù)波發(fā)生器，其特征在于，包括旋轉(zhuǎn)閥定子、渦輪、旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子、磁力機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)軸;所述的渦輪、旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子固定在所述的傳動(dòng)軸上且隨傳動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)渦輪的水力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償所述發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩中的直流分量，所述的旋轉(zhuǎn)閥定子與渦輪、旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子同軸安裝，但其不轉(zhuǎn)動(dòng);所述的磁力機(jī)構(gòu)包括永磁定子與永磁轉(zhuǎn)子，永磁轉(zhuǎn)子與傳動(dòng)軸固定連接隨傳動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，永磁定子不轉(zhuǎn)動(dòng);通過(guò)磁力機(jī)構(gòu)的磁力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償所述發(fā)生器負(fù)載轉(zhuǎn)矩中的交變分量。2.如權(quán)利要求1所述的低功耗連續(xù)波發(fā)生器，其特征在于，所述傳動(dòng)軸經(jīng)過(guò)軸承安裝在軸承支撐筒中，軸承支撐筒的一端與懸掛筒的一端連接，另一端與磁力機(jī)構(gòu)支撐筒連接。3.如權(quán)利要求2所述的低功耗連續(xù)波發(fā)生器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)閥定子安裝于懸掛筒的另一端，并采用定子壓蓋壓緊;所述定子壓蓋與打撈頭連接。4.如權(quán)利要求3所述的低功耗連續(xù)波發(fā)生器，其特征在于，所述的永磁定子固定安裝于磁力機(jī)構(gòu)支撐筒中；所述的磁力機(jī)構(gòu)支撐筒與壓力平衡外筒的一端連接;所述的壓力平衡外筒的另一端與壓力平衡內(nèi)筒的一端連接;所述的壓力平衡外筒與壓力平衡內(nèi)筒之間安裝有活塞和彈簧。5.如權(quán)利要求4所述的低功耗連續(xù)波發(fā)生器，其特征在于，所述的壓力平衡內(nèi)筒另一端與電機(jī)安裝筒的一端連接;所述的電機(jī)安裝筒內(nèi)部安裝有電機(jī)、減速機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器;所述的電機(jī)安裝筒的另一端與轉(zhuǎn)接堵頭連接。6.如權(quán)利要求1所述的低功耗連續(xù)波發(fā)生器，其特征在于，所述渦輪的軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子同軸，或位于旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子下方，或位于旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子上方，與旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。7.如權(quán)利要求1所述的低功耗連續(xù)波發(fā)生器，其特征在于，所述渦輪至少包括2個(gè)葉片，葉片呈圓周對(duì)稱(chēng)分布，渦輪葉片的螺旋升角方向與旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向一致。8.如權(quán)利要求1所述的低功耗連續(xù)波發(fā)生器，其特征在于，所述的永磁定子和永磁轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)與旋轉(zhuǎn)閥的葉片個(gè)數(shù)相同。9.如權(quán)利要求1所述的低功耗連續(xù)波發(fā)生器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)閥定子和旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子的閥口形狀相同，閥口形狀均為曲線(xiàn)形式。10.如權(quán)利要求1所述的低功耗連續(xù)波發(fā)生器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子或位于轉(zhuǎn)閥定子上方或位于轉(zhuǎn)閥定子下方，與旋轉(zhuǎn)閥定子之間有軸向間隙。
【文檔編號(hào)】E21B47/18GK105927215SQ201610389342
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日
【發(fā)明人】武加鋒, 王瑞和, 張銳, 秦冬黎
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(華東)