一种补偿式井下涡轮永磁发电机的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种发电机，具体涉及一种补偿式井下涡轮永磁发电机。该发电机包括机座、转轴、涡轮、电源管理装置和端盖，机座内通过对称设置的角接触轴承安装有转轴，角接触轴承之间的机座内壁上设置有定子组件，与定子组件对应的转轴上设置有转子组件，机座的一端螺纹安装有电源管理装置。该电机发电功率大，通过补偿式动密封和磁力耦合机构，使转子磁钢完全隔离井下泥浆，提高了发电机密封和润滑性能，延长轴承和发电机的使用寿命。
【专利说明】
一种补偿式井下涡轮永磁发电机
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种发电机，具体涉及一种补偿式井下涡轮永磁发电机。
【背景技术】
[0002]我国深层油气钻探面临的主要难题是高陡构造地层的防斜打快，现代钻井发展趋势为智能化钻井，国外实践证明MWD/LWD、自动垂钻系统和旋转导向系统等现代井下智能工具能在复杂地质条件下辅助实现快速、高质量和智能化钻井。随着现在钻井发展需要，井下智能工具逐步从单纯参数测量和信号传输工具发展成为集测量、传输和控制于一体的井下智能工具，耗电量不断增大。目前，井下供电电源主要是电池组和井下涡轮永磁发电机。电池组电源以高性能锂电池居多，电池组优点是结构紧凑，安装方便，可靠性高，输出电能平稳;缺点是电池容量有限且受温度影响大，多数容量仅能维持系统连续工作约200h，而且随着井深的不断增加，井底温度不断升高，电池组越来越不能适应井下高温环境，目前井底已达250°C左右，普通电池组只能承受的温度为160°C左右；另外更换电池引起的停钻会增加钻井费用，影响效率;而且容易引起密封泄露，废旧电池污染环境，不具有环保意义，同时在传输多参数和大功率传输时能力受限，电池组逐渐不能满足要求。井下发电机可有效解决电池组诸多弊端，理论使用时间无限，国外产品连续使用时间也可到500h以上，减少了起下钻费用，提高了工作效率，维修时只需要更换少数易损件(如轴承)，可重复使用，提供电功率较大，耐高温，代表测量技术的发展趋势。目前，拥有成熟的井下涡轮发电机技术主要是美国和俄罗斯的测井服务公司。而且国外对于这些井下涡轮发电机的关键技术以保密的做法一直垄断着国际测井服务市场，通过为各国提供技术服务来获取高额利润。为了克服我国钻探难题和适应现代智能化钻井发展趋势，研发出我国自有化井下涡轮永磁发电机已经刻不容缓。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于:提供一种可有效克服现有锂电池供电频繁更换问题，以及现有旋转动密封的硬连接方式的泥浆发电机，容易出现泄露及动密封易磨坏等不可靠问题的补偿式井下涡轮永磁发电机。
[0004]本实用新型的技术方案是:
[0005]—种补偿式井下涡轮永磁发电机，包括机座、转轴、涡轮、电源管理装置和端盖，其特征在于:机座内通过对称设置的角接触轴承安装有转轴，角接触轴承之间的机座内壁上设置有定子组件，与定子组件对应的转轴上设置有转子组件，机座的一端螺纹安装有电源管理装置;机座的另一端螺纹安装有接头;接头一侧的转轴上通过隔离罩安装有涡轮，隔离罩端头通过螺栓和垫片固装有端盖;涡轮与隔离罩之间通过对称设置的扶正轴承安装有磁力親合器外磁钢，与磁力親合器外磁钢对应的隔离罩与转轴之间安装有磁力親合器内磁钢;扶正轴承一侧的隔离罩上通过活塞环A安装有补偿弹簧A，扶正轴承另一侧的隔离罩上通过活塞环B安装有补偿弹簧B，所述的定子组件一侧的机座内设置有导线，导线的一端与电源管理装置连接。
[0006]所述的隔离罩内的转轴端头上安装有深沟球轴承。
[0007]所述的接头和隔离罩螺纹连接。
[0008]所述的电源管理装置上设置有卡扣。
[0009]本实用新型的有益效果在于:
[0010]该补偿式井下涡轮永磁发电机发电功率大，通过补偿式动密封和磁力耦合机构，使转子磁钢完全隔离井下泥浆，提高了发电机密封和润滑性能，延长轴承和发电机的使用寿命O
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型的结构示意图。
[0012]图中:1、机座，2、转轴，3、涡轮，4、电源管理装置，5、端盖，6、角接触轴承，7、定子组件，8、转子组件，9、接头，10、隔离罩，11、螺栓，12、垫片，13、扶正轴承，14、磁力耦合器外磁钢，15、磁力耦合器内磁钢，16活塞环A、，17、补偿弹簧A，18、活塞环B，19、补偿弹簧B，20、导线，21、深沟球轴承，22、弹性挡圈，23、卡扣。
【具体实施方式】
[0013]该补偿式井下涡轮永磁发电机包括机座1、转轴2、涡轮3、电源管理装置4和端盖5。机座I内通过对称设置的角接触轴承6安装有转轴2，角接触轴承6之间的机座I内壁上设置有定子组件7，与定子组件7对应的转轴2上设置有转子组件8，机座I的一端螺纹安装有电源管理装置4;机座I的另一端螺纹安装有接头9。
[0014]接头9一侧的转轴2上通过隔离罩10安装有涡轮3，隔离罩10端头通过螺栓11和垫片12固装有端盖5，隔离罩10另一端与接头9螺纹连接，隔离罩10内的转轴2端头上安装有深沟球轴承21。
[0015]涡轮3与隔离罩10之间通过对称设置的扶正轴承13安装有磁力耦合器外磁钢14，与磁力親合器外磁钢14对应的隔离罩10与转轴2之间安装有磁力親合器内磁钢15。扶正轴承13—侧的隔离罩10上通过活塞环A16安装有补偿弹簧A17，扶正轴承13另一侧的隔离罩10上通过活塞环B18安装有补偿弹簧B19。定子组件7—侧的机座I内设置有导线20，导线20的一端与电源管理装置4连接。
[0016]该补偿式井下涡轮永磁发电机由隔离罩10、磁力耦合器外磁钢14和磁力耦合器内磁钢15构成磁力耦合器;隔离罩10采用纯铁制造。磁力耦合器外磁钢14与涡轮5内部固定连接，磁力耦合器内磁钢15和转轴21固定连接，磁力耦合器内磁钢15左侧设置的弹性挡圈22和右侧的轴肩形成进一步固定，以防止磁力耦合器内磁钢15受轴向力过大左右移动。磁力耦合器外磁钢14和磁力耦合器内磁钢15共有六对磁极，磁极材料为钐钴永磁体，保证在250%以下不退磁，磁极间同性相斥、异性相吸，当泥浆驱动涡轮3和磁力耦合器外磁钢14时，磁力耦合器内磁钢15和转轴2随着同步转动。
[0017]该补偿式井下涡轮永磁发电机由活塞环A16、补偿弹簧A17、活塞环B18和补偿弹簧B19构成两组补偿式动密封结构，两组补偿式动密封结构之间充满高温润滑油，补偿弹簧使动密封内外液体的压差0.3?0.5MPa，补偿弹簧作用有2点:一是保证密封内部的压力始终高于外部，防止泥浆进入动密封内部，提高轴承使用寿命;二是补偿绝缘油的漏失以及温差引起油液体积的变化。
[0018]电源管理装置4的右端为封闭状，以在工作时阻止泥浆进入磁耦合内磁钢15和转子组件8内，保证该井下发电机在高压环境下能正常工作。电源管理装置4右端设有卡扣23，通过改变卡扣23的型号可以装配在不同井下仪器上。
[0019]该补偿式井下涡轮永磁发电机工作时，当泥浆驱动涡轮3转动时，磁力耦合器外磁钢14跟着涡轮3同步转动，磁性材料同性相斥、异性相吸，磁力耦合器外磁钢14通过磁力耦合器内磁钢15之间磁力驱动磁力耦合器内磁钢15及固连的转轴2和转子组件8转动，转子组件8转动形成旋转磁场，定子组件7内定子绕组切割磁钢线产生电能，电能通过导线20传输给电源管理装置4并整流稳压存储同时输出给井下仪器电能。
【主权项】
1.一种补偿式井下涡轮永磁发电机，包括机座(I)、转轴(2)、涡轮(3)、电源管理装置(4)和端盖(5)，其特征在于:机座(I)内通过对称设置的角接触轴承(6)安装有转轴(2)，角接触轴承(6)之间的机座(I)内壁上设置有定子组件(7)，与定子组件(7)对应的转轴(2)上设置有转子组件(8)，机座(I)的一端螺纹安装有电源管理装置(4);机座(I)的另一端螺纹安装有接头(9);接头(9)一侧的转轴(2)上通过隔离罩(10)安装有涡轮(3)，隔离罩(10)端头通过螺栓(11)和垫片(12)固装有端盖(5);涡轮(3)与隔离罩(10)之间通过对称设置的扶正轴承(13)安装有磁力耦合器外磁钢(14)，与磁力耦合器外磁钢(14)对应的隔离罩(10)与转轴(2)之间安装有磁力耦合器内磁钢(15);扶正轴承(13)—侧的隔离罩(10)上通过活塞环A(16)安装有补偿弹簧A(17)，扶正轴承(13)另一侧的隔离罩(10)上通过活塞环B(IS)安装有补偿弹簧B(19)，所述的定子组件(7)—侧的机座(I)内设置有导线(20)，导线(20)的一端与电源管理装置(4)连接。2.根据权利要求1所述的一种补偿式井下涡轮永磁发电机，其特征在于:所述的隔离罩(10)内的转轴(2)端头上安装有深沟球轴承(21)。3.根据权利要求1所述的一种补偿式井下涡轮永磁发电机，其特征在于:所述的接头(9)和隔离罩(10)螺纹连接。4.根据权利要求1所述的一种补偿式井下涡轮永磁发电机，其特征在于:所述的电源管理装置(4)上设置有卡扣(23)。
【文档编号】F03B11/06GK205663560SQ201620498793
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】董斌, 刘舒, 晏希亮, 陈斌
【申请人】长江大学