[实用新型]旋转磁场式井下发电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及井下泥浆驱动的发电装置领域，具体是一种用于钻井工程随钻仪器供电的旋转磁场式井下发电装置。

背景技术

随着现代油气钻井技术的发展，随钻仪器在钻井过程的应用越来越广泛。在钻井过程中，随钻仪器通过泥浆脉冲、电磁波或声波等方式，将井下数据发送到地面，供地面技术人员进行分析和判断，并根据数据对钻井过程进行调整。目前为井下随钻仪器供电有电池组和发电机两种途径，由于电池容量受温度影响很大，当温度达到120℃时，容量减小20%，同时电池安全性受到温度影响较大，电池的使用温度极限约为175℃。在随钻仪器中，传感器和相关电子电路的功耗通常仅有几瓦到十几瓦，而部分的井下测量与控制系统耗电最大可能达到700瓦，为延长工具在井下的操作时间，国外目前普遍将井下发电机作为井下仪器的电源，以减小电池容量和体积，利用井下发电机为电池补充电能及/或为传感器组与信号发生装置供电。

美国专利US5517464中公开了一种集成了泥浆脉冲发生器与涡轮发电机的井下MWD工具。涡轮发电机与泥浆脉冲发生器集成一体，涡轮发电机由涡轮推进器、驱动轴、变速器、三相交流发电机、转速测量装置组成。由于井下空间的限制和涡轮结构的特性，发电机提供的功率较小，一般为几十瓦，不能满足大功率要求；系统采用齿轮变速箱实现涡轮和电机的转速响应，结构复杂；线圈直接工作于泥浆中，对泥浆质量、轴承性能和线圈的绝缘性要求极高，且在井下高温、强振动恶劣环境中长期高速运转极易损坏，从而降低了涡轮发电

机的使用寿命。

中国专利201010533100.2中公开了一种石油钻井泥浆发电系统。该系统包括线圈绕组、磁铁、叶轮、上下堵头、中心轴及隔离套，其中磁铁镶嵌在叶轮轮毂内，线圈绕组固定在中心轴与上下堵头及隔离套所形成的密闭腔体内；叶轮轮毂与隔离套间隙配合，当带压泥浆从上向下冲刷时，被冲刷的叶轮旋转，使镶嵌在叶轮轮毂内的磁铁跟随叶轮同步旋转，并使线圈切割磁力线而发电；此外叶轮与隔离套之间安装耐磨合金套，叶轮旋转时耐磨合金套起到支撑和扶正作用；合金套与堵头之间安装减震器，减少泥浆冲击对耐磨合金套的影响。该系统的优点是取消了动密封，但是由于其采用转子与隔离套采用泥浆润滑的间隙配合做支撑与扶正，当用于泥浆中高速旋转的情况下时，由于泥浆中的砂粒等是常态存在的，极易砂卡导致整个系统失效和泥浆的润滑失效。另外金属材质的隔离套位于磁钢与线圈之间，在变化的磁场中有涡流损耗存在，使发电系统难以提供较大的功率。同时，涡流损耗的直接表现形式为发热，其温升不可避免。

实用新型内容

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种功率大、运转稳定的旋转磁场式井下发电装置。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

旋转磁场式井下发电装置包括涡轮转子与永久磁铁组合的转子，不旋转本体与绕组线圈、叠钢片组合的定子，以及密封插件。所述定子为：不旋转本体下端外部设内外两级阶梯凸沿，其内凸沿与上部的调整环之间形成环形槽，环形槽内套装叠钢片和绕组线圈，不旋转本体径向设有与其内孔贯通的插孔；所

述转子为：永久磁铁套在绕组线圈外，上部连接涡轮转子。涡轮转子与调整环之间通过转子上轴承与径向轴承对接，永久磁铁与不旋转本体的外凸沿通过转子下轴承与本体轴承对接，转子上轴承与径向轴承由定子压帽与不旋转本体固联后对接配合。

上述方案还包括：在定子压帽与转子上轴承和径向轴承之间增设导流定子，导流定子设有与涡轮转子相同的外流道，导流定子上设有定子泥浆通道，定子与转子之间的预留泥浆通道，定子泥浆通道与转子上轴承和径向轴承之间的间隙、定子与转子之间的泥浆通道和转子下轴承与本体轴承之间的间隙构成泥浆流道。在导流定子与转子上轴承的结合部设有滑环。转子的永久磁铁内外分别装有非导磁内护罩和铁轭，定子的绕组线圈设有绝缘外敷层，密封插件与不旋转本体插孔密封配合接入绕组线圈。