RU13123U1 - Погружной скважинный турбогенератор - Google Patents

Abstract

1. Погружной скважинный турбогенератор, содержащий гидротурбину, маслонаполненный электрогенератор, состоящий из герметичного корпуса со статором и размещенного внутри на валу ротора-индуктора (из постоянных магнитов), магнитную муфту между гидротурбиной и валом ротора, ведущее звено которой встроено в гидротурбину, ведомое звено встроено в электрогенератор и размещено на верхнем консольном участке вала ротора под тонкостенным участком корпуса электрогенератора, охватываемого ведущим звеном магнитной муфты, а гидротурбина с корпусом в виде патрубка с обтекателем на верхнем его торце и лопатками на наружной поверхности надета и закреплена посредством подшипниковых опор на верхней части корпуса электрогенератора с образованием полости над последним, отличающийся тем, что снабжен дополнительной подшипниковой опорой, которая размещена в кольцевом зазоре между корпусами электрогенератора и гидротурбины ниже тонкостенного участка корпуса электрогенератора, сильфонной камерой, гидравлически - посредством канала в теле последнего - сообщенной с его внутренней полостью, причем камера эта размещена в полости между корпусами электрогенератора и гидротурбины, поршнем и пружиной сжатия, размещенными в верхней части корпуса гидротурбины, причем пружина заневолена между обтекателем и поршнем, уплотнением в виде пары контактирующих друг с другом торцами колец, одно из которых размещено на корпусе электрогенератора, другое - в корпусе гидротурбины, причем на этих торцах обоих колец уплотнения нанесен высокотвердый материал, а уплотнение размещено в кольцевом зазоре между корпусами гидротурбины и электроге

Description

ПОГРУЖНОЙ СКВАЖИННЫЙ ТУРБОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится а вспомогательным устройствам для бурения направленных скважин турбинным способом.Предлагаемый погружной скважинный турбогенератор предназначен для питания забойных телеметрических систем контроля и управления процессом проходки ствола.

Известна конструкция скважинного турбогенератора /I/,содержащего гидротурбину и электрогенератор,валы которых соединены посредством муфты,а зазор в паре статор-ротор электрогенератора изначально заполнен ферромагнитной жидкостью на основе масла,ко практически негеркетичен и не защищен от воздействия и/или проникновения промывочной жидкости.

Как показала практика ведения буровых работ по проходке стволов скважин по заранее заданной траектории с использованием автоматизированных забойных систем ориентирования и управления с погружным скгажинным турбогенератором известной конструкции,так и не вышедшим на уровень промышленного/серийного/ производства по прич: не малого ресурса работы,основными недостатками являются недолговечность подшипниковых узлов и незащищенность констр;,хции от потерь ферромагнитной жидкости на масляной основе прк пульсациях давления химически активной минерализованной,с абразивными включениями промывочной жидкости/энергоносителя/ при высоких скорост.ях промывки и высоких абсолютных значениях давления в местах установки турбогенератора в бурильную колонну.

Наиболее близким - конструктивно - к предлагаемому объекту является турбогенератор /2/,сочлененный с вращателем-гидротурбиной посредством магнитной муфты,состоящей из двух полумуфт (ведущего и ведомого звеньев) цилиндрической формы,расположенных коаксиально другдругу с передачей конструктивно-нормированного вращающего момента через тонкостенный немагнитный участок корпуса генератора,причем ведущее звено магнитной муфты сочленено непосредственно с гидротурбиной, а ведомое - размещено на валу ротора генератора на его верхнем консольном участке под тонкостенным участком корпуса.Корпус заполнен маслом-диэлектриком,снабжен компенсатором изменений его объема при воздействии внешних факторов,а вращатель в виде патрубка с обтекателем на его верхнем торце,лопаткаки по периметру и веМ.о. H02K5/I2

E2IB47/022

дущей полумуфтой внутри установлен на одной подшипниковой опоре в самой верхней части корпуса генератора,при этом подшипники опори защищены от воздействия промывочной жидкости наличием в зазоре между корпусами вращателя/гидротурбины/ и генератора сальниковых уплотнений.

Стендовые,а затем и промышленные испытания показали,что к наиболее существенным недостаткам следует отнести недолговечность вышеупомянутой подшипниковой опоры на корпусе генератора (чему причиной её местоположение и исполнение),повышенная чувстьительность к воздействию высоких абсолютных значений внешнего давления в скваж1г не (до 60 МПа) с наложением на это воздействие интенсивных пульсаций давления,особенно в зоне тонкостенного участка корпуса,так как радиальные зазоры между вращающимися деталями в этой зоне невелики а стенка ослаблена.Иначе потребительские свойства известной конструкции недостаточно адаптированы к современным условиям и технологии строительства скважин по причине малой защищенности от воздействия комплекса неблагоприятных факторов и потребности Е достаточно частом сервисном обслуживании.

Целью предлагаемой полезной модели является повышение потребительских свойств известного объекта-прототипа обеспечением стойкости его к вредным воздействиям условий эксплуатации,а также исключением предпосылок к попыткам (имеющим место быть) разобрать, а затем и изменить что-либо в конструкции,не имея на месте эксплуатаг ции ни соответствующих специалистов,ни специализированного ремонтного и диагностического оборудования (то есть обеспечением так называемой молообслуживаемости).

Поставленная цель (требуемый технический результат) достигается тем,что погружной скважинный турбогенератор,содержащий гидротурбину, маслонаполненный электрогенератор,состоящий из герметичного корпуса со статором и размещенного внутри ротора-индуктора,магнитную муфту между гидротурбиной и валом ротора,ведущее звено которой встроено Е гидротурбину,ведомое звено встроено в электрогенератор и размещено на верхнем,консольном,участке вала ротора под тонкостенным немагнитным участком корпуса электрогенератора,охватываемого ведущим звеном магнитной муфты,а гидротурбина с корпусом в виде патрубка с обтекателемна его верхнем торце и лопатками по периметру надета и закреплена посредством подшипниковой опоры на верхней части корпуса электрогенератора с образованием полости над последним, снабжен дополнительной подшипниковой опорой гидротурбины, сильфонной камерой,поршнем и пружиной сжатия,уплотнением зазора корпус гидротурбины-корпус электрогенератора в виде двух элементов-колец, притертых и контактирующих друг с другом торцами из высокотвердого материала,смазкой в вышеупомянутом зазоре и полости между гидротурвиной и корпусом электрогенератора.дополнительная подшипниковая опора гидротурбины размещена в кольцевом зазоре между корпусами электрогенератора и гидротурбины ниже тонкостенного участка корпуса электрогенератора.Сильфонная камера гидравлически посредством канала в теле корпуса электрогенератора,сообщена с внутренней полостью последнего и размещена на верхнем торце его корпуса под корпусом гидротурбины.Поршень размещен в верхней части корпуса гидротурбины п од бтекат§д м JH пружина сжатия заневолена между ними.Кольца уплотнения с высокотвердыми фритертыми друг к другу) торцами размещены,соответственно,одно на корпусе электрогенератора, другое - на корпусе гидротурбины ниже дополнительной подшипниковой опоры последней. Дополнительным усовершенствованием для повышения потребительских свойств объекта является также то,что на верхнем торце поршня выполнен,, лток-указатель положения по высоте полости в корпусе гидротурбины,выступающий BBepjc из обтекателя в отверстие вгШс л еднем, причем шток-указатель ВУП нен с каналом (для заправки полости гидротурбины под поршнем смазкой) и снабжен клапаном в этом канале;это значительно улучшает работу основной и дополнительной подшипниковых опор гидротурбины на корпусе электрогенератора и контроль за наличу ем и количеством смазки между корпусами последнего и гидротурбины.

Наличием в совокупности существенных признаков (характеризующих предлагаемую конструкцию погружного скважинного генератора) вышеуказанных отличительных признаков обеспечен требуемый технический результат,а необнаружение в общедоступных источниках патентной и технической информации эквивалентных технических решений с теми же свойствами предполагает соответствие предлагаемого объекта критериям полезной модели .

На фигуре к описанию представлен (схематично) общий вид погружного скважинного генератора с разрезом по его диаметральной плоскости.

Погружной скважинный турбогенератор состоит зи (см.) гидротурбины I,электрогенератора 2 с герметичным маслозаполненным корпусом 3,внутри которого размещены статор 4 и вал 5 с ротором-индуктором 6.Гидротурбина и вал ротора связаны между собой посредством магнитной муфты 7,состоящей из двух - коаксиальных ведущего и ведомого звеньев-полумуфт,позиции 8 и 9 соответственно Ведущее звено 8 встроено в гидротурбину,а ведомое - в электрогенератор и размещено на верхнем,консольном,участке 10 вала ротора. Корпус 3 электрогенератора содерзкит тонкостенный участок II (см.

фрагмент Б на фигуре),разделяющий - с кольцевыми зазорами нормированной величины - оба звена,8 и 9,магнитной муфты.Гидротурбина состоит из корпуса 12 в виде патрубка 13 с обтекателем 14 на его встречном потоку энергоносителя (условно обозначенному стрелками) торце,надета на корпус электрогенератора открытым нижним торцем 15,снабжена рабочими лопатками 16 по периметру корпуса и зафиксирована от осевых перемещений и радиальных биений на корпусе электрогенератора подшипниковой опорой 17,над которой (конструктивно) - между корпусами электрогенератора и гидротурбины - образована полость 18 под смазку,а в кольцевом пространстве между корпусами 3 и 12 под тонкостенным участком II размещена дополнительная подшипниковая опора 19 гидротурбины.Полость 18 со смазкой для опор 17 и 19 гидротурбины сообщена гидравлически с полостью 20 электрогенератора,заполненной маслом-диэлектриком,посредством сильфонной камеры 21,размещенной на верхней части корпуса 3 и канала 22 (в теле этого корпуса} из полости 20 в сильфонную камеру 21. В полости 18 над сильфонной камерой,но под обтекателем 14 в патрубке 13 размещен поршень 23,подпружиненный в направлении вниз пружиной сжатия 24,заневоленной между обтекателем и поршнем. В кольцевом пространстве корпусов между дополнительной подшипниковой опорой 19 и нижним торцем 15 корпуса гидротурбины размещено торцевое уплотнение 25 в виде двух колец,26 и 27,контактирующих (см.фрагмент А на фигуре) притертыми друг к другу торцами из высокотвердых материалов,при этом кольцо 27 жестко и герметично закреплено в корпусе гидротурбины (вращается с ней), а кольцо 26 герметично,но подвижно в осевом направлении,установлено на теле электрогенератора. На верхнем торце 28 поршня 23 выполнен шток-указатель 29,выходящий/выступающий/ вверх через отверстие 30 в обтекателе 14 и выполненный со сквозным продольным каналом 31, в котором установлен клапан 32 для периодического пополнения/закачки/ смазки под поршень 23. Излишне,но следует отметить,что погружной скважинный турбогенератор снабжен,естественно,элементом крепления его,например в виде фланца 33, в одном из элементов бурильной колонны (изображены на фиг. условно,тонкими линиями) и электрическим разъемом 34 для подключения потребителя,а статор 4 состоит из соответствующего целям потребителя сердечником с обмотками (на фиг.изображены,но отдельными позициями не показаны) с выводами на электроразъем 34.

го с ней посредством магнитной муфты,Е З.Д.С. в обкотк.э.х статора. Однако с целью повышения потребительских CI OHCTB предлагаемой конструкции в условиях подготовки её к работе и в процессе эксплуатации предусмотрены и заложены некоторые особенности,а именно: -маслонаполнение диэлектриком корпуса электрогейератора выполнено с вакууммированкем и исключением пустотСгаэовых пузырей) через сильфонную камеру 21;

-после маслонаполнения корпуса электрогенератора на нём разме11;ают,напрессовывая, патрубок 13 гидротурбины с подшипниковыми опорами 17 и 19 и торцевым уплотнением 25;

-Еаполняют межкорпуоное пространство и полость 18 над сильфонной камерой 21 в патрубке 13 смазкой,помещают Б него поршень 23 с пружиной 24 сжатия на штоке-указателе 29 и сочленяют(воединяют) патрубок 13 с обтекателем 14,при этом шток-указатель выступает из последнего вверх на максимально заданную величину; -после установки погружного скважинного тгурбогенератора (в один из элементов бурильной колонны),закрепления его,сочленения электроразъема 34 с ответным разъемом потребителя (не показан) и спуска в скважину,турбогенератор готов к эксплуатации; -при воздействиях переменных внешних давлений (и температур) с абсолютными значениями,не превышающими заранее ожидаемых и предусмотренных конструктивным исполнением и подбором материалов,поршень 29,смазка в полости 18,сильфонная камера 21,да и объект в целом испытывают всестороннее воздействие этих,неблагоприятных, факторов,а поскольку сильфонная камера корпуса электрогенератора и полость 18 под поршнем могут изменять объем и образуют собой адаптивную систему,то работоспособность объекта не нарушается, для чего достаточно контроля (по положению штока-указателя) за количеством смазки в полости 18 и своевременного её пополнения. В связи с вышеизложенным предлагаемое техническое решение подлежит защите охранным документом изобретательского права по патентному закону Р$ в соответствии с просьбой заявителя.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, Ж ПОЛЬЗОВАННЫЕ ПРИ СОСТАЕчЛЕНИИ

ОПИСАНИЯ ПРЕДЛАГАЕМОЙ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ:

I.СССР,описание к а.с.№ 1805530,М.кл5н02К5/12,В21В47/022.30,03.90; 2.ISSA/0132-2222.HTI.Автоматизация,телемеханизация и связь в нефтяной промышленности.М.,ОАО ВНИИОЗНГ, 1997,.1,с. 13 и 14,прототип.

Claims (2)

1. Погружной скважинный турбогенератор, содержащий гидротурбину, маслонаполненный электрогенератор, состоящий из герметичного корпуса со статором и размещенного внутри на валу ротора-индуктора (из постоянных магнитов), магнитную муфту между гидротурбиной и валом ротора, ведущее звено которой встроено в гидротурбину, ведомое звено встроено в электрогенератор и размещено на верхнем консольном участке вала ротора под тонкостенным участком корпуса электрогенератора, охватываемого ведущим звеном магнитной муфты, а гидротурбина с корпусом в виде патрубка с обтекателем на верхнем его торце и лопатками на наружной поверхности надета и закреплена посредством подшипниковых опор на верхней части корпуса электрогенератора с образованием полости над последним, отличающийся тем, что снабжен дополнительной подшипниковой опорой, которая размещена в кольцевом зазоре между корпусами электрогенератора и гидротурбины ниже тонкостенного участка корпуса электрогенератора, сильфонной камерой, гидравлически - посредством канала в теле последнего - сообщенной с его внутренней полостью, причем камера эта размещена в полости между корпусами электрогенератора и гидротурбины, поршнем и пружиной сжатия, размещенными в верхней части корпуса гидротурбины, причем пружина заневолена между обтекателем и поршнем, уплотнением в виде пары контактирующих друг с другом торцами колец, одно из которых размещено на корпусе электрогенератора, другое - в корпусе гидротурбины, причем на этих торцах обоих колец уплотнения нанесен высокотвердый материал, а уплотнение размещено в кольцевом зазоре между корпусами гидротурбины и электрогенератора ниже дополнительной подшипниковой опоры, при этом полость между корпусами, уплотнением из колец и поршнем заполнена смазкой.

2. Погружной скважинный турбогенератор по п. 1, отличающийся тем, что на верхнем торце поршня выполнен шток-указатель положения поршня по высоте корпуса гидротурбины, выступающий (за его габариты) в отверстие в теле обтекания, причем шток-указатель выполнен с каналом и снабжен клапаном в этом канале (для заправки полости под поршнем смазкой).