导液部件以及包含该导液部件的井下发电单元的制作方法

本发明涉及井下发电机的部件以及包括该部件的井下发电机。其属于石油设备技术领域，能够在井下靠液体驱动产生电能，并供给井下设备使用。

背景技术：

钻井工程是利用机械设备将地层钻成一定深度的圆柱形孔眼的工程。主要功用包括获取地下实物资料。即从钻井中采取岩芯、岩屑、液态样、气态样等；作为地球物理通道，获取矿层各种地球物理资料；以及用作探采结合开发地下水，油气，地热等的钻井。

而要完成这些功能，要用到各种井下设备。诸如随钻测量、随钻测井、随钻导向及测试仪器。根据现场状况，有的是不能用电缆从地面供电的。也就是需要井下供电技术。现在都是用电池作为能源，而电池的安全，操作，以及成本都是问题。

首先是安全问题。使用不当或者意外撞击等情况会导致电池短路，又恰巧保险失灵的情况下，电池瞬间产生大量热，而导致爆炸。引发安全事故。并且现在采用的电池在运输过程中也存在安全隐患。

其次还有成本问题。因为电池本身的原因不能充电，都是一次性电池。而一根8节或10节电池，只能使用100多个小时。每年国内要用上万根电池，也造成成本的上升。

最后一个很严重的问题是环境污染问题。因为电池内含有重金属，若随便丢弃，会对环境造成严重的污染。而专业的回收处理成本高，技术复杂，处理不当依然容易造成环境污染。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的在于解决现有技术中的不足，提供一种导液部件，其用于钻井用井下发电单元，所述导液部件定义被设置为改变进入驱动所述涡轮转动的流体的流动方向的多个通道。

在一些实施例中，所述导液部件的多个通道引导所述流体成角度的驱动所述叶轮的叶片。

在一些实施例中，所述导液部件引导所述流体以垂直的角度驱动所述叶轮的所述叶片。

在一些实施例中，所述导流部件包括本体和设置于所述本体内壁的多个导流挡板。

在一些实施例中，所述导流挡板平行设置。

在一些实施例中，相邻的所述导流板之间形成弧形的导流通道引导所述流体的流动。

在一些实施例中，所述导流通道被配置为先减缓所述流体的流动再对所述流体的流动加速。

在一些实施例中，所述多个通道之一由第一导流板的第一侧面和所述第二导流板的第二侧面定义，其中，所述第一侧面的截面是弧线或直线，所述第二侧面的截面是弧线。

在一些实施例中，所述导流板具有两条弧线定义的截面，其中第一弧线的曲率半径小于第二弧线的曲率半径。

本实用新型的另一个方面提供一种钻井用井下发电单元,包括涡轮发电部分，其包括由流经发电单元的流体驱动旋转的涡轮，其包括前述任意一种的导液部件。

依据本实用新型的井下用发电机提供了一种设置在叶轮上游的导液部件，其通过将从发电单元进口涌入的钻井液进行导流，减少了钻井液对叶片的过度冲击，并且可以使大多数的钻井液通过导流碰撞在叶轮叶片最大做功位置上。

附图说明

图1是根据本实用新型的一种具体实施方式的导液部件的俯视示意图；

图2a是根据本实用新型的一种具体实施方式的导液部件的剖视示意图；

图2b是图2a的局部放大图；

图3a、3b分别是根据本实用新型的具体实施方式的导液部件的结构剖视示意图；

图4a是根据本实用新型的一种具体实施方式的叶片的结构俯视图；

图4b是根据本实用新型的一种具体实施方式的叶片的结构侧视图；

图5是根据本实用新型的一种具体实施方式的井下发电单元的结构剖视图。

具体实施方式

下面结合附图及给出各实施例中的部件与单元的具体结构，对本实用新型作进一步描述。

本实用新型涉及井下用发电机，用于取代电池来为井下用电设备提供动力。本发明所提及的发电单元主要为叶轮式发电机，通过利用流体，例如钻井液来驱动涡轮叶轮,涡轮叶轮带动发电马达切割磁场产生电能。驱动叶轮转动的流体通常是钻井液，钻井液从钻杆内流下，自发电机的进口流入，向下游流向叶轮，驱动叶轮转动，从而使叶轮带动转动发电马达切割磁力线,例如切割由磁钢形成的磁场以产生电能。流体作用在叶轮上之后，经过导流板向下流动至被沿设置在发电机外壳上的导流孔导至发电单元外部继续向下流动。

在驱动叶轮的过程中，由于大量的钻井液从进口进入，且其中进口通常设置在发电单元的轴线位置，钻井液会对叶轮的叶片施加过大的冲击力，当叶轮长时间运行在这种状态下时，叶片自身以及叶片与叶轮轮毂的连接位置时有断裂等损坏情形发生。此外，钻井液从进口涌入会导致钻井液从不同方向撞击叶轮的叶片，从而使钻井液的做功效率降低。

依据本实用新型的井下用发电机提供了一种设置在叶轮上游的导液部件，其通过将从发电单元进口涌入的钻井液进行导流，减少了钻井液对叶片的过度冲击，并且可以使大多数的钻井液通过导流碰撞在叶轮叶片最大做功位置上，例如，以垂直的角度碰撞叶轮的叶片。

图1为依照本实用新型的一种实施例的导液部件的俯视图。如图1所示，导液部件100包括筒状本体101，简称筒体，以及设置于筒状本体的内壁101a 上的八个导流板102a－102h。图中，八个导流板均匀间隔设置，并设置在同一水平高度上。

图2a是依照本实用新型的一种实施例的导液部件部分的剖视图,筒状本体101具有供钻井液流过的通道，所述导流板径向向中轴线延伸以限制钻井液F的流动方向。例如，导流板102a和102b之间形成供钻井液流过的通道 103a。该通道使的钻井液不再一直沿平行与中轴线的方向流动，而是在通道的限制下改为沿着相邻导流板界定的方向流动。导流板之间的通道方向决定与一个导流板的内侧轮廓线和另一个导流板的外侧轮廓线。例如，在如图2a 所示的实施例中，导流板102a截面的轮廓线为两个弧形定义的轮廓，例如，如图2b所示，在一侧的弧形1021的曲率半径大于另一侧的弧形1022的曲率半径。这样的效果是，导流板102a的具有较大曲率半径的一侧的弧形与导流板102b的具有较小的曲率半径的弧形定义扁平的弧形通道103a。其他相邻的导流板之间也会形成与通道103a基本相同的通道。

改变钻井液的流动方向可以改变钻井液冲击叶轮200的叶片201，即与叶片201发生碰撞时的方向，从而改变对叶片201做功的效率。例如，对于某些叶片结构，可以使钻井液F以例如基本垂直的角度冲击叶片，得到提升的做工效率。

图4a示出了叶轮的示例性结构。参照图4a，其具轮毂202和平均分布并且连接于轮毂202外周上的叶片201,。叶片的数量与所述通道103的数量相同。轮毂的中部与发电机的主轴部分例如通过键槽耦接。叶片的解结构示于图4b中，例如，其可以具有类似机翼的横截面。或者，其可以具有面对通道103的凹窝，所述凹窝的法与所述通道的方向大致平行。

还可以将导流板的轮廓线设置为例如螺旋形曲面的一部分，从而两个相邻的导流板形成大致上呈螺旋形的通道。还可以将导流板的轮廓线设置为平面，从而两个相邻的导流板形成大致平行平面定义的直通道。如图3a所示的103a、103b。在图3b所示的实施例中，还可以采用截面一侧为弧形，而另一侧为直线的结构，这样的结构可以减少加工的复杂度，但同时能够达到相对好的导液效果。

导流板102a-102h可以不可分离的附连于筒体，例如单独成型后焊接在筒状本体101上，也可通过铸造方式与筒体一体成型。还可以将导流板设计成可分离组装结构，例如可通过槽、键、螺纹链接等方式固定于筒体，需要更换时，再拆下更换。

导流元件100可以设计为动力组件的一部分，如图5所示，其可以与上、下两个耦接件21、22结合密封连接，形成动力组件10的结构。例如，导流元件100的筒状本体可以延伸至叶轮200。从而从周向延伸包围叶轮部分。即叶轮200部分隐藏在导流元件下游的筒状本体定义的腔体内。如图5所示。

导液部件的100的靠近钻井液进口300的一侧可以设置安装结构104以安装例如传动轴400等结构。如图1所示，可以在筒状本体101的端面102b 上设置螺纹安装孔102c，并将端盖500固定于筒状本体上。传动轴400一般延伸穿过导液结构100的导流板102a-102h所在的区域并且例如通过键配合、螺纹配合等与叶轮相配合，传动轴400可以继续穿过叶轮200与电机单元部分600配合作为电机单元的驱动轴，在叶片旋转的带动下作切割磁场的运动产生电势差。

所述传动轴400也可以仅配合于所述叶轮部分200和所述电机单元600，而不再向上游方向延伸至导液结构。这样，端盖500上的开口可以设置在端盖的中心位置，或者自中心位置沿径向延伸的开口，例如多个开孔或开槽。

本实用新型中的发电单元可以作为井下电源例如电池的替代品。其可以在钻井作业开始前即工作以为钻杆上的用电设备供电。也可以在钻杆开始工作时同时开始工作，并通过稳压、整流等单元得到期望的稳定输出而为用用电设备供电。其中的钻井液采用钻杆中使用的钻井液F。钻井液F通过导液结构100的引导后，钻井液分成多股沿导液通道定义的方向流动的钻井液子流 F1-F8，每个子流再驱动叶轮将驱动叶轮转动后会继续向下游流动进入钻杆的其他部分。

例如，在由发电单元单独为井下用电设备供电的实施例中，钻井液由钻井液通道流过，按照导流板导向的角度冲击叶轮。叶轮在密封组件的密封和限位下，实现自由旋转。然后经由传动轴以及可选的传动装置带动电机转子转动，切割磁场产生电能电能继而通过导线传递到例如稳压整流单元再供下游用电设备使用。

由于井下的特殊环境。整套设备完全处于钻井液的包裹之中，因此需要密封和抗压措施，防止钻井液渗漏进入设备中。

主要的密封措施：是在叶轮的前后端加装动密封装置，例如软填料密封、油封密封、迷宫密封、螺旋密封、动力密封和机械密封等。通过对两个相对的密封平面施加压力，实现在高速转动的同时对工件的密封。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。