ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ДЛЯ ПИТАНИЯ АВТОНОМНЫХ ЗАБОЙНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ И НАВИГАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ

ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ДЛЯ ПИТАНИЯ АВТОНОМНЫХ ЗАБОЙНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ И НАВИГАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ


RU (11) 2170348 (13) C1

(51) 7 E21B47/022, F03B13/02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.03.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2000117716/03 
(22) Дата подачи заявки: 2000.07.04 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.07.04 
(45) Опубликовано: 2001.07.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: МОЛЧАНОВ А.А., СИРАЕВ A.X. Скважинные автономные измерительные системы с магнитной регистрацией, - М.: Недра, 1979, с. 102-103. SU 1006738 А, 23.03.1983. SU 1191567 A, 15.11.1985. SU 321617 A, 31.01.1972. SU 568718 A, 14.12.1977. RU 2109940 C1, 27.04.1998. RU 2060338 C1, 20.05.1996. US 5248896 A, 28.09.1993. DE 2146695 A, 29.01.1981. 
(71) Заявитель(и): Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "Самарские горизонты" 
(72) Автор(ы): Григашкин Г.А.; Варламов С.Е. 
(73) Патентообладатель(и): Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "Самарские горизонты" 
Адрес для переписки: 443125, г.Самара, а/я 9724, Г.А.Григашкину 

(54) ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ДЛЯ ПИТАНИЯ АВТОНОМНЫХ ЗАБОЙНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ И НАВИГАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ 

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для обеспечения электропитания автономных скважинных навигационных и геофизических приборов в процессе бурения. Задачей изобретения является повышение ресурса и надежности турбогенератора, повышение мощности с одновременным уменьшением габаритов и массы генератора. Для этого генератор содержит герметичный статор, установленный на неподвижном полом валу, ротор, установленный на подшипниках, закрепленных на неподвижном полом валу и защищенных уплотняющими устройствами. Ротор выполнен в виде внешнего корпуса, с внешней стороны которого по краям установлены рабочие лопатки турбины, а с внутренней стороны установлены постоянные магниты. На валу с двух сторон установлены электрические разъемы. Одно из уплотняющих устройств снабжено пружиной и установлено с возможностью осевого перемещения. Это обеспечивает компенсацию давления и температурного расширения смазывающей жидкости, находящейся в подшипниковых узлах и в зазоре между ротором и статором. Герметичный статор выполнен в монолите из неэлектропроводного и немагнитного материала, например стеклопластика. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к технологии обеспечения бурения скважин под нефть, газ и для других целей. Конкретно изобретение предназначено для преобразования энергии промывочной жидкости в электрическую и питания электроэнергией автономных скважинных навигационных и геофизических приборов в процессе бурения.

Известен генератор переменного тока для питания автономной скважинной аппаратуры в процессе бурения скважин малого диаметра, включающий неподвижный внутренний статор с коллектором и закрепленный на приводном валу внешний ротор, снабженный электромагнитами (патент РФ N 2060383, МКП E 21 В 47/022, 47/00 приоритет от 21.02.92 г.).

Известен генератор переменного тока для питания автономных забойные геофизических и навигационных комплексов, содержащий гидротурбину, приводимую в движение потоком промывочной жидкости, маслозаполненный статор, залитый эпоксидным компаундом, и ротор генератора переменного тока на постоянных магнитах, расположенный на одном валу с гидротурбиной (Молчанов А.А., Сираев А. Х. Скважинные автономные системы с магнитной регистрацией, М., Недра, 1979, с. 102-103). Он принят в качестве ближайшего аналога.

Этот генератор состоит из статора, размещенного внутри генератора, и шестиполюсного кольцевого магнитного ротора, выполненного снаружи. Ротор одновременно является корпусом для рабочих лопаток трехступенчатой гидротурбины. Перед каждой ступенью рабочих лопаток гидротурбины, в свою очередь установлены три ступени направляющих аппаратов, собранных на внешнем корпусе, что увеличивает диаметр устройства. Электрические разъемы находятся снизу генератора.

Для предотвращения попадания промывочной жидкости в электрогенератор и подшипниковые узлы установлены уплотняющие устройства, внутренняя полость электрогенератора заполнена трансформаторным маслом.

Ввиду того, что турбогенератор работает при различных температурах (от наружной температуры воздуха до +80...+130oC на глубинах бурения скважин до 1200. . . 3500 м и более), а масло имеет высокий коэффициент температурного расширения, введен компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости (масла). Компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости выполнен внутри входного обтекателя генератора. Он состоит из двух тонких профильных пластин, одна из которых выпуклая, а другая - вогнутая.

Компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости предназначен для компенсации изменения объема масла в маслозаполненной полости генератора в рабочих условиях при повышении температуры, а также выравнивания давления внутри и снаружи генератора.

Недостатками известного генератора являются его небольшой ресурс, низкая надежность, недостаточная мощность, большие масса и габариты устройства. Кроме того, генератор очень сложен по конструкции и нетехнологичен. Эти недостатки обусловлены в первую очередь тем, что в качестве привода используется гидротурбина с направляющими аппаратами. Использование гидротурбины с направляющими аппаратами в качестве привода предъявляет повышенные требования к качеству очистки промывочной жидкости от фракций выбуренной породы и посторонних предметов, попадание которых в зазор между рабочими и направляющими лопатками гидротурбины может привести к ее остановке (заклиниванию). Наличие направляющих аппаратов гидротурбины увеличивает диаметральный габарит генератора, что нежелательно при бурении скважин относительно малого диаметра.

Второй конструктивный недостаток - это сложность и ненадежность компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости. Из-за упругости стенок компенсатора давление смазывающей жидкости всегда меньше давления окружающей среды. Это может привести к попаданию промывочной жидкости в систему смазки.

Следующий недостаток обусловлен расположением всех разъемов с одной стороны генератора, что обуславливает подключение электрооборудования только с нижней стороны и ограничивает использование данной конструкции для устройств, требующих подключение сверху, таких как, например, аппаратура, использующая для передачи телеметрической информации на поверхность гидравлический канал связи.

Задачами создания изобретения являются повышение ресурса и надежности генератора, увеличение мощности с одновременным уменьшением габаритов и массы генератора.

Это достигается тем, что в предложенном генераторе переменного тока для питания автономных забойных геофизических и навигационных комплексов, содержащем герметичный статор, установленный на неподвижном полом валу, ротор, установленный на подшипниках, закрепленных на неподвижном полом валу и защищенных уплотняющими устройствами, и выполненный в виде внешнего корпуса, с внешней стороны которого установлены рабочие лопатки турбины, а с внутренней стороны установлены постоянные магниты, и установленные на валу электрические разъемы; одно из уплотняющих устройств снабжено пружиной и установлено с возможностью осевого перемещения для обеспечения компенсации давления и температурного расширения смазывающей жидкости, находящейся в подшипниковых узлах и в зазоре между ротором и статором, при этом электрические разъемы расположены с двух сторон вала, а рабочие лопатки установлены по краям корпуса. Герметичный статор может быть выполнен в монолите из неэлектропроводного и немагнитного материала, например стеклопластика.

Проведенные патентно-технические исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной и изобретательским уровнем. Кроме того, оно является промышленно применимым, т.е. может быть изготовлено с использованием стандартного оборудования.

Следовательно, предложенное техническое решение удовлетворяет всем критериям изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлен предлагаемый генератор.

Генератор состоит из статора 1, выполненного герметичным в монолите из неэлектропроводного, немагнитного материала, например стеклопластика, установленного на неподвижном валу (оси) 2 с электрическими разъемами 3 на концах для подключения электронного скважинного оборудования, и ротора 4, выполненного в виде корпуса 5 с установленными с внешней стороны рабочими лопатками турбины - 6 и с внутренней стороны - постоянными магнитами 7. Корпус установлен на подшипниках 8 и 9, закрепленных на неподвижном валу (оси) 2. Подшипниковые узлы защищены уплотняющими устройствами 10 и 11, одно из которых 10 подвижно в осевом направлении и снабжено пружиной 12 для компенсации давления и температурного расширения смазывающей жидкости.

При прокачке промывочной жидкости, вращается ротор 4 (внешний), магнитное поле постоянных магнитов 7 индуцирует возникновение переменного тока в обмотках статора 1, который через электрические разъемы 3 подается к электронным узлам скважинных приборов (на чертеже скважинные приборы не показаны).

Если генератор используется для питания забойных геофизических комплексов с электромагнитным каналом связи, то используется нижний электрический разъем 3, а если с гидравлическим каналом связи, то верхний электрический разъем 3. Это обеспечивает одно из основных преимуществ предложенного генератора - возможность его использования для питания электроэнергией любых систем.

При погружении устройства в скважину в процессе бурения или спуске - подъемных операциях и соответственно изменении температуры и давления окружающей среды, изменяется объем масла и меняется положение уплотняющего устройства 10 до выравнивания внутреннего и внешнего давления сред с некоторым превышением внутреннего давления.

Применение предложенного изобретения дает следующие преимущества.

1. Наличие электрических разъемов с двух сторон вала позволяет соединить генератор с другими устройствами, расположенными как сверху, так и снизу генератора.

2. Выполнение ротора в виде внешнего корпуса, вращающегося при прокачке, промывочной жидкости, с расположенными по его краям (снаружи) рабочими лопатками турбины и с закрепленными с внутренней стороны постоянными магнитами позволяет достичь максимально возможной линейной скорости магнитного поля постоянных магнитов относительно обмоток статора и максимальной мощности.

3. Отсутствие струенаправляющего аппарата предотвращает заклинивание турбины в случае попадания посторонних предметов в буровой раствор или его некачественной очистки. Кроме того, отказ от направляющего аппарата позволяет значительно уменьшить диаметр генератора.

4. В предложенном генераторе ротор установлен на подшипниках, защищенных малогабаритными уплотняющими устройствами. Снабжение одного из них пружиной и выполнение его подвижным в осевом направлении позволяет ему дополнительно выполнять функции компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости, находящейся в подшипниковых узлах и в зазоре между статором и ротором. Это упрощает конструкцию генератора, так как позволяет исключить компенсатор давления и температурного расширения как отдельное устройство.

5. Выполнение статора на неподвижном полом валу, герметичным, в монолите из неэлектропроводного и немагнитного материала, например, стеклопластика, надежно предохраняет его от разгерметизации. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Генератор переменного тока для питания автономных забойных геофизических и навигационных комплексов, содержащий герметичный статор, установленный на неподвижном полом валу, ротор, установленный на подшипниках, закрепленных на неподвижном полом валу и защищенных уплотняющими устройствами, и выполненный в виде внешнего корпуса, с внешней стороны которого установлены рабочие лопатки турбины, а с внутренней стороны установлены постоянные магниты, и установленные на валу электрические разъемы, отличающийся тем, что одно из уплотняющих устройств снабжено пружиной и установлено с возможностью осевого перемещения для обеспечения компенсации давления и температурного расширения смазывающей жидкости, находящейся в подшипниковых узлах и в зазоре между ротором и статором, при этом электрические разъемы расположены с двух сторон вала, а рабочие лопатки установлены по краям корпуса.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что герметичный статор выполнен в монолите из неэлектропроводного и немагнитного материала, например стеклопластика.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru