的作用下旋转，从而驱动发电机单元2的转子转动；
[0020]1、当流过涡轮的流体排量增加时，流体冲击涡轮叶片使得叶片向设定方向转过一定角度，通过减小叶片倾角，达到降低涡轮的输出扭矩；
[0021]所述的单元1倾角可变的涡轮驱动单元，在改变叶片倾角时，扭矩不再继续提高，从而使得涡轮的转速保持在一个下限之下稳定运行；
[0022]2、当钻井液冲击涡轮叶片的时候，会传递扭矩到预置在叶片转轴内的弹簧上，随着弹簧的变化自动调整涡轮叶片的角度，涡轮叶片的角度变小后，涡轮产生的扭矩响应变小。当两者相等时，叶片角度不再变化，涡轮保持这个固定的扭矩运行。
[0023]功率=扭矩*转速/9550............公式1
[0024]根据公式1，当发电机负载恒定时，其输出功率也为定值。当钻井液排量发生变化时，钻井液冲击叶片的冲击力也会随之变化，从而引起弹簧的弹力也随着冲击力的大小变化而变化，实现叶片角度的自动调整，使得涡轮产生的扭矩为一个定值，所以驱动的发电机转速也为定值。从而调整发电机输出功率(电压)。
[0025]3、由于涡轮最大扭矩是由叶片内置弹簧预置的，所以不同钻井液介质和不同排量的钻井液介质时，发电机的转速都能保持在一个最大扭矩下工作；
[0026]4、由于涡轮最大扭矩是由叶片内置弹簧预置的，所以涡轮的最大输出扭矩是可以通过调整内置弹簧的预紧力而调整的；
[0027]5、由于祸轮的最大扭矩决定了发电机的最大输出功率，所以发电机的最大输出功率也是可以通过调整内置弹簧的预紧力而调整的；
[0028]6、由于发电机的输出功率等于输出电压与输出电流的乘积，所以发电机的最大输出功率也是可以通过调整内置弹簧的预紧力而调整的；
[0029]7、刹车抱紧装置(3)安装于发电机转子轴上，当发电机转子不转动的时候，所述的抱紧装置处于松弛状态；当发电机转子转速超过预设值后，抱紧装置开始动作，使得转子转速降低，当发电机转子转速低于设定值后，抱紧装置自动松开。
[0030]8、电控单元(4)包括发电机电压测量比较单元和刹车电控机构两个部分，其中刹车电控机构为刹车抱紧装置提供电能，使刹车片抱紧电机转子或者松开。
[0031]9、所述的电控单元(4)中的发电机电压测量比较单元，通过测量发电机的输出电压，并与设定的发电机最高电压比较，如果测量值高于设定值，即发出指令信号，命令刹车电控机构开始工作，从而抱紧发电机转子，以降低发电机输出电压。当测量值低于设定值的最低值时，即发出指令信号，命令刹车电控机构停止工作，从而松开发电机转子。
[0032]通过以上调整方式，不仅可以最大程度保证不同钻井液流量下井下涡轮发电机转速过高的影响，同时发挥井下涡轮发电机的最大工作效率，以保证随钻仪器的电能需求。
[0033]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于随钻测量的井下涡轮发电机，包括涡轮驱动单元(1)、与涡轮驱动单元(1)连接的发电机单元(2)， 其中，所述涡轮驱动单元(1)被置于发电机单元(2)的转轴外部，当有钻井介质通过涡轮驱动单元(1)的叶片时，涡轮驱动单元(1)的叶片会在流体的作用下旋转，从而驱动发电机单元(2)的转子转动，其中，所述叶片的倾角可变。2.根据权利要求1所述的井下涡轮发电机，其中，涡轮驱动单元(1)的叶片的转轴里预置有一定预紧力的弹簧， 其中，当所述流体的流速增大时，叶片倾角增大，当所述流体的流速增小时，叶片倾角减小。3.根据权利要求2所述的井下涡轮发电机，其中，当叶片倾角变化时，所述井下涡轮发电机的输出电压随之改变。4.根据权利要求1所述的井下涡轮发电机，其中，所述钻井介质是液体或气体。5.根据权利要求1所述的井下涡轮发电机，还包括安装于发电机单元(2)的转轴上的刹车抱紧装置(3)、以及与发电机单元(2)连接的电控单元(4)。6.根据权利要求5所述的井下涡轮发电机，所述电控单元(4)用于测量发电机单元(2)的输出电压，并通过设定的上下限阈值，命令刹车抱紧装置(3)动作。7.根据权利要求5所述的井下涡轮发电机，其中，所述刹车抱紧装置(3)用于根据所述电控单元(4)的命令，抱紧或者松开发电机单元(2)的转轴。8.根据权利要求7所述的井下涡轮发电机，其中，当所述刹车抱紧装置(3)抱紧发电机单元(2)的转轴时，所述发电机单元(2)的转速降低，所述井下涡轮发电机的输出电压也随之降低。
【专利摘要】本发明公开了一种用于随钻测量的井下涡轮发电机，包括涡轮驱动单元(1)、与涡轮驱动单元(1)连接的发电机单元(2)、安装于电机转子轴上的刹车抱紧装置(3)、电控单元(4)。其中，所述涡轮驱动单元(1)置于发电机单元(2)的转轴外部，当有钻井介质通过涡轮驱动单元(1)的叶片时，涡轮驱动单元(1)的叶片会在流体的作用下旋转，从而驱动发电机单元(2)的转子转动。所述叶片的倾角可变用于随钻测量的在不同钻井液介质和使用不同排量的钻井液介质时调整井下涡轮发电机的输出电压稳定。所述刹车抱紧装置可以通过抱紧发电机转子轴而使转子转速降低；所述电控部分通过采集发电机的输出电压，而发出指令以进一步调整发电机转速。
【IPC分类】F03B13/02
【公开号】CN105443301
【申请号】CN201510830422
【发明人】张连成, 艾维平, 盛利民, 彭烈新, 王磊, 曹冲, 蓝蓉, 吕海川
【申请人】中国石油集团钻井工程技术研究院
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月25日