一种井下泥浆发电装置制造方法
【专利摘要】本申请涉及发电机【技术领域】，尤其涉及一种井下泥浆发电装置。该发电装置包括外壳、设置在外壳外部的涡轮、设置在涡轮上的外耦合磁铁、设置在外壳内部的驱动轴，设置在驱动轴上并与外耦合磁铁的位置对应的内耦合磁铁、与所述内耦合磁铁同轴相连的发电机，所述外壳的轮廓设置成纺锤形。将发电装置的外壳设计成纺锤形，内部不采用液压油，不仅提高发电效率而且可有效减少泥浆流过外壳时所受到的阻力，让发电装置运作得更畅顺；由于减少了阻力，因此泥浆在发电机外壳流过的速度也会加快，因此泥浆对外壳所造成的压力也会相应减小，从而提高了该发电装置在泥浆压力环境下的稳定性和可靠性。
【专利说明】一种井下泥浆发电装置
【技术领域】
[0001 ] 本申请涉及发电机【技术领域】，尤其涉及一种井下泥浆发电装置。
【背景技术】
[0002]随着地质导向技术、随钻测井技术及闭环钻井技术在油田开发过程的普遍应用，井下测控仪器系统要求充足的能源供应作为保证。目前，石油或地质钻井行业的随钻测量系统的供电方案有采用锂电池和泥浆发电机供电。随着地质导向技术、随钻测井在油田开发过程中的广泛应用，锂电池有限的供电时间和功率已不能满足复杂井下仪器对大功率电源的要求，另外，锂电池的耐高温性不足，在高温下其安全性能难以保证，污染环境，不可重复使用等缺点使得井下泥浆发电机成为一种迫切需要。
[0003]目前公知的井下泥浆发电机其原理是泥浆流体驱动涡轮旋转，带动驱动轴驱动转子旋转，切割磁力线实现发电。其传动系统采用磁力耦合技术，利用内外磁力耦合带动发电转轴旋转，切割磁力线实现发电。该技术方案实现了无接触的动力传动，使泥浆发电机得以摆脱动密封结构，一定程度上提高了设备的可靠性和稳定性。但是，由于石油随钻仪器的工作环境是在高温高压的井下，泥浆发电机的外壳在高速泥浆冲刷下，如果外壳形状不规则会造成外壳表面压力不均匀，容易形成强烈震动，会对外壳造成损害，长期以来容易使外壳疲劳，最终使发电机在井下被压裂，而现有的泥浆发电机的外壳一般采用圆柱形，虽然该形状的外壳不会出现严重的压力不均匀，但其表面仍承受着比较大的泥浆压力，这样的井下泥浆发电机在高温高压的井下工作仍然存在不少风险。
[0004]现有技术中井下发电机内部常常会采用液压平衡系统来提高发电机的抗压能力，但是一旦实现液压平衡的弹性胶囊泻漏，会导致发电机损坏而无法工作，所以采用液压平衡系统存在一定风险。而且在发电机内部充满平衡外部泥浆压力的液压油，会对发电机转轴造成相当的旋转阻力，使得发电机转轴的转速提不上去，极大的限制了发电效率。
[0005]因此，为了解决上述技术问题，提供一种发电效率高，同时抗高压能力又强，能很好的适应井下高压工作环境的可靠的井下泥浆发电机显得尤为重要。
【发明内容】
[0006]本申请的目的在于避免现有技术中的上述不足之处而提供一种井下泥浆发电装置，在提高发电效率的同时又能有效减小在发电装置工作时泥浆对其外壳造成的压力，保证该发电装置在泥浆压力环境下的稳定性、可靠性以及高效性。
[0007]本申请的目的通过以下技术方案实现:
[0008]提供一种井下泥浆发电装置，设置于钻铤中，其包括外壳、设置在外壳外部的涡轮、设置在涡轮上的外耦合磁铁、设置在外壳内部的驱动轴，设置在驱动轴上并与外耦合磁铁的位置对应的内耦合磁铁、与所述内耦合磁铁同轴相连的发电机，所述外壳的轮廓设置成纺锤形。
[0009]其中，还包括用于引导泥浆切向冲击所述涡轮的叶片的导流套。[0010]其中，在远离导流套的一端安装有中心固定器，所述中心固定器和所述导流套又固定于所述钻铤，从而使本发电装置固定安装于所述钻铤。
[0011]其中，所述涡轮上和所述外壳外部分别设置有互相滑动摩擦的第一涡轮滑动轴承和第二涡轮滑动轴承，所述第二涡轮滑动轴承支撑着所述涡轮。
[0012]其中，所述外耦合磁铁粘贴固定在所述涡轮上，所述内耦合磁铁粘贴固定在所述驱动轴上。
[0013]其中，所述外耦合磁铁和所述内耦合磁铁均为永磁铁。
[0014]其中，所述驱动轴为空心轴。
[0015]其中，所述驱动轴的轴心设置有贯穿所述驱动轴的绝缘套管，所述绝缘套管与所述驱动轴不接触，所述绝缘套管中穿有导线。
[0016]其中，所述外壳两端面设置有接线端子并通过所述接线端子将所述外壳进行密封，所述外壳内部为常压密封，两端的所述接线端子通过所述导线连通。
[0017]其中，还设置有用于在本发电装置发生故障或者停转时备用的高温电池。
[0018]本申请的有益效果:
[0019]本申请的一种井下泥浆发电装置，其外壳设计成纺锤形。将发电装置的外壳设计成纺锤形，让它具有光滑的流线型表面，可有效减少泥浆流过外壳时所受到的阻力，同时可降低发电装置在泥浆环境中的阻力，让发电装置运作得更畅顺。由于减少了阻力，因此泥浆在发电机外壳流过的速度也会加快，而根据伯努利效应，流体速度加快时，物体与流体接触的界面上的压力会减小，反之压力会增加。所以当泥浆在外壳流过的速度加快后，泥浆对外壳所造成的压力也会相应减小，从另一角度来看，可以说在一定程度上增强了外壳的抗高压能力，从而提高该发电装置在泥浆压力环境下的稳定性和可靠性。由于采用了纺锤形外壳的发电装置具有足够的抗高压能力，因此可以不需要再从内部充液压油来抵抗外壳所受的泥浆压力，即其内部可不采用液压平衡系统，而当发电装置内部取消了平衡外部泥浆压力的液压油后，发电装置内部从油腔体变成了空气腔体，液压油对驱动轴形成的阻力得以消除，能极大的减轻驱动轴所受到的旋转阻力，因此驱动轴的转速得以大幅度提升，从而大幅度的提高本发电装置的发电效率，实现了提供一种高性能、大功率发电的井下泥浆发电装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]利用附图对本申请作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本申请的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0021]图1是本申请的一种井下泥浆发电装置的结构示意图。
[0022]附图标记:
[0023]1-涡轮，
[0024]2-外耦合磁铁，
[0025]3-内耦合磁铁，
[0026]4-驱动轴，
[0027]5-轴承，[0028]6-发电机转子，
[0029]7-发电机定子线圈，
[0030]8-外壳，
[0031]9-钻铤，
[0032]10-导流套，
[0033]11-中心固定器，
[0034]12-第一涡轮滑动轴承，
[0035]13-第二涡轮滑动轴承，
[0036]14-绝缘套管，
[0037]15-导线，
[0038]16-接线端子。
【具体实施方式】
[0039]结合以下实施例对本申请作进一步描述。
[0040]一种井下泥浆发电装置，如图1所示，包括外壳8、设置在外壳8外部的涡轮1、设置在涡轮1上的外耦合磁铁2、设置在外壳8内部的驱动轴4，设置在驱动轴4上并与外耦合磁铁2的位置对应的内耦合磁铁3、与内耦合磁铁3同轴相连的发电机，所述发电机又包括发电机转子6和发电机定子线圈7，发电机定子线圈7与发电机转子6的轴向位置对应并同心。发电机转子6粘贴固定在驱动轴4上，驱动轴4由两个轴承5支撑着，发电机与内耦合磁铁3同轴相连具体为内耦合磁铁3与发电机转子6均设置在驱动轴4上，这样设置使得传动效率得到保证，能有效确保发电装置的效率。外耦合磁铁2粘贴固定在涡轮1上，而内耦合磁铁也同样是采用粘贴的方式固定在驱动轴4上，当然，其固定方式不限于粘贴。涡轮1上和外壳8外部分别设置有互相滑动摩擦的第一涡轮滑动轴承12和第二涡轮滑动轴承13，第二涡轮滑动轴承13支撑着涡轮1。由于第一涡轮滑动轴承12和第二涡轮滑动轴承13为滑动摩擦接触，且工作时与泥浆等钻井液接触，容易磨损，第一涡轮滑动轴承12和第二涡轮滑动轴承13均采用高硬面材料制造，具有极高的耐磨性。整个发电装置设置于管状的钻铤9中，而最关键的是，外壳8的轮廓设置成纺锤形。
[0041]本申请的发电装置，为了实现无接触的动力传递，依然采用磁力耦合传动系统，使发电装置能够取消动密封结构，使结构更可靠。而为了提高发电装置的抗高压能力，将发电装置的外壳设计成了纺锤形，这样设计可有效减少泥浆流过外壳时所受到的阻力，让发电装置运作更畅顺；由于减少了阻力，因此泥浆在发电机的外壳流过的速度也会加快，而根据伯努利效应，当泥浆在外壳流过的速度加快后，泥浆对外壳所造成的压力也会相应减小，从而提高了该发电装置在泥浆压力环境下的稳定性和可靠性。由于采用了纺锤形外壳的发电装置具有足够的抗高压能力，因此可以不需要再从内部充液压油来抵抗外壳所受的泥浆压力，即其内部可不采用液压平衡系统，而当发电装置内部取消了平衡外部泥浆压力的液压油后，发电装置内部从油腔体变成了空气腔体，液压油对驱动轴形成的阻力得以消除，能极大的减轻驱动轴所受到的旋转阻力，因此驱动轴的转速得以大幅度提升，从而大幅度的提高本发电装置的发电效率，实现了提供一种高性能、大功率发电的井下泥浆发电装置。
[0042]同时，为了进一步提高本申请的发电装置的稳定可靠性，在本发电装置上还设置有用于引导泥浆切向冲击涡轮I的叶片的导流套10，导流套10不仅能引导并稳定泥浆流，并且能增加流动泥浆冲击涡轮I的速度，可提高发电装置的效率。
[0043]本申请的发电装置在远离导流套10的一端安装有中心固定器11，中心固定器11和导流套10固定于钻铤10，从而使本发电装置固定安装于钻铤9，把发电装置固定好确保其不会随涡轮的旋转而转动，影响其稳定性。
[0044]为了扩充本发电装置的功能，将驱动轴4设置成空心轴，这样就可以在驱动轴4的轴心设置贯穿驱动轴4的绝缘套管14用于通过导线15,绝缘套管14从驱动轴4轴心中空空间中穿过，与驱动轴4并不接触。外壳8两端面设置有接线端子16并通过这两个接线端子16将外壳8密封，外壳8内部为常压密封，导线15穿过绝缘套管14与这两端的接线端子16连通。通过接线端子16可以把本发电装置所产生的电输出到外部电路；外部设备也可以通过一端的接线端子16经过导线15连接到另一端的接线端子16实现跟另一端的外部设备进行电子线路对接，使得本发电装置可以方便的安装在井下钻井系统中的任意位置。
[0045]为让发电装置能够持续可靠的工作，在发电装置中还设置有用于在本发电装置发生故障或者停转时备用的高温电池。
[0046]需要提出的是，为节省空间，本发电装置里的外耦合磁铁2和内耦合磁铁3均为永磁铁。
[0047]最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。
【权利要求】
1.一种井下泥浆发电装置，设置于钻铤中，其包括外壳、设置在外壳外部的涡轮、设置在涡轮上的外耦合磁铁、设置在外壳内部的驱动轴，设置在驱动轴上并与外耦合磁铁的位置对应的内耦合磁铁、与所述内耦合磁铁同轴相连的发电机，其特征在于:所述外壳的轮廓设置成纺锤形。
2.根据权利要求1所述的一种井下泥浆发电装置，其特征在于:还包括用于引导泥浆切向冲击所述涡轮的叶片的导流套。
3.根据权利要求2所述的一种井下泥浆发电装置，其特征在于:在远离导流套的一端安装有中心固定器，所述中心固定器和所述导流套又固定于所述钻铤，从而使本发电装置固定安装于所述钻铤。
4.根据权利要求1所述的一种井下泥浆发电装置，其特征在于:所述涡轮上和所述外壳外部分别设置有互相滑动摩擦的第一涡轮滑动轴承和第二涡轮滑动轴承，所述第二涡轮滑动轴承支撑着所述涡轮。
5.根据权利要求1所述的一种井下泥浆发电装置，其特征在于:所述外耦合磁铁粘贴固定在所述涡轮上，所述内耦合磁铁粘贴固定在所述驱动轴上。
6.根据权利要求1所述的一种井下泥浆发电装置，其特征在于:所述外耦合磁铁和所述内I禹合磁铁均为永磁铁。
7.根据权利要求1所述的一种井下泥浆发电装置，其特征在于:所述驱动轴为空心轴。
8.根据权利要求7所述的一种井下泥浆发电装置，其特征在于:所述驱动轴的轴心设置有贯穿所述驱动轴的绝缘套管，所述绝缘套管与所述驱动轴不接触，所述绝缘套管中穿有导线。
9.根据权利要求8所述的一种井下泥浆发电装置，其特征在于:所述外壳两端面设置有接线端子并通过所述接线端子将所述外壳进行密封，所述外壳内部为常压密封，两端的所述接线端子通过所述导线连通。
10.根据权利要求1所述的一种井下泥浆发电装置，其特征在于:还设置有用于在本发电装置发生故障或者停转时备用的高温电池。
【文档编号】F03B13/02GK203515937SQ201320504855
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】王迪华, 代春生, 杨淑萍, 杜军伟, 刘敏, 吴伟银, 杨小东 申请人:广东普洛测控科技有限公司