专利名称：一种用于井下电源的泥浆涡轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及泥浆涡轮发电系统，具体涉及一种用于井下电源的涡轮。
背景技术：
目前，石油钻井行业无线随钻测量仪器的供电装置主要为锂电池，但随着随钻测井技术在钻井过程中的广泛应用，井下测控系统日渐复杂，需要充足而稳定的电力供应。而锂电池所能提供的能量和所能承受的温度均受到了限制，不能适应新变化，需要采用新技术替代。泥浆涡轮发电系统是一种取代锂电池为井下测量仪器提供电源的理想方案。但是钻井过程中的泥浆流量变化范围大，直接将现有的泥浆涡轮发电系统用于井下，会产生电源其不稳定的问题。
发明内容
为适应钻井泥浆流量变化范围较大的情况，本发明提出了一种用于井下电源的泥浆涡轮，它能有效地解决钻井泥浆流量变化范围大而带来的供电不稳定问题，从而确保井下泥浆涡轮发电系统稳定高效地向随钻测控系统提供电源。一种用于井下电源的泥浆涡轮，包括同轴的导轮机构和转轮机构，其特征在于，所述导轮叶片的进口安放角和出口安放角为定值，转轮叶片的进口安放角和出口安放角可调节。进一步的，所述转轮机构的转轮叶片数目为4 6片，转轮叶片进口安放角为 50° 70°，转轮叶片出口安放角为25° 50°。进一步的，所述导轮叶片数目为5 7片，导轮叶片进口安放角为90°，导轮叶片出口安放角为72°。本发明的技术效果体现在本发明采用导轮+转轮的结构形式，由安装在井下发电机壳体外周上的导轮，以及叶片角度可以调节的转轮一同构成。通过调节转轮的叶片角度，适应变化的泥浆流量， 为井下测量仪器提供稳定电源。实验结果表明，针对流量为20.0 40. OL/s，压降小于 0. 2MPa，转速为2200 3300rpm的钻井条件，本发明的涡轮结构能够稳定输出功率200W以上，可以为井下测量仪器稳定供电。同时，本发明与传统涡轮相比，水力工况范围扩大1倍， 最高效率达60%。
图1为本发明结构示意图。图2为本发明导轮、转轮叶片安置示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明的使用环境是石油钻井的钻杆内部。安装在钻杆中原来装有高性能锂电池的位置，又因本发明外观形状与高性能锂电池相似，因此无需改变钻杆内部的结构。如图1和图2所示，转轮机构2与传动轴机构3键连接。转轮叶片7通过螺钉固定在轮毂上，松开螺钉后可人工调节叶片角度。导轮叶片6固定在钻杆壳体上，并在以传动轴为中心的圆周上均勻分布。当钻井过程中使用的泥浆流经钻杆时，先通过导轮叶片6，其流动方向发生改变， 后通过转轮叶片7，驱动转轮2转动，进而通过传动轴3和联轴器4带动发电机转动，产生电能。整个过程中，涡轮结构将泥浆的动能转化成机械能，进而通过发电机转化成电能。实例1本实例中，导轮叶片数目为5片，导轮叶片进口安放角固定为90°，导轮叶片出口安放角固定为72° ；转轮叶片数目为4片，转轮叶片进口安放角为50° 70°，转轮叶片出口安放角为25° 50°可调节。转轮叶片的具体安放角应根据工况在可调范围内适当调节。实例2本实例中，导轮叶片数目为6片，导轮叶片进口安放角固定为90°，导轮叶片出口安放角固定为75° ；转轮叶片数目为5片，转轮叶片进口安放角为50° 70°可调节，转轮叶片出口安放角为25° 50°可调节。转轮叶片的具体安放角应根据工况在可调范围内适当调节。实例3本实例中，导轮叶片数目为7片，导轮叶片进口安放角固定为90°，导轮叶片出口安放角固定为78° ；转轮叶片数目为6片，转轮叶片进口安放角为50° 70°可调节，转轮叶片出口安放角为25° 50°可调节。转轮叶片的具体安放角应根据工况在可调范围内适当调节。将上述实例在不同工况下进行实验，实验表明实例1将导轮叶片数目设计为5片， 导轮叶片出口安放角设计为72°，且转轮叶片数目设计为4片时，发电效率最高，提供电源
最稳定。
权利要求
1.一种用于井下电源的泥浆涡轮，包括同轴的导轮机构和转轮机构，其特征在于，所述导轮叶片的进口安放角和出口安放角为定值，所述转轮叶片的进口安放角和出口安放角可调节。
2.根据权利要求1所述的用于井下电源的泥浆涡轮，其特征在于，所述转轮叶片进口安放角可调范围为50° 70°，转轮叶片出口安放角可调范围为25°飞0°。
3.根据权利要求2所述的用于井下电源的泥浆涡轮，其特征在于，所述转轮机构的转轮叶片数目为4飞片。
4.根据权利要求1所述的用于井下电源的泥浆涡轮，其特征在于，所述导轮机构的导轮叶片数目为5 7片。
5.根据权利要求4所述的用于井下电源的泥浆涡轮，其特征在于，所述导轮叶片进口安放角为90°，导轮叶片出口安放角为72°。
全文摘要
一种用于井下电源的泥浆涡轮，包括同轴的导轮机构和转轮机构，所述导轮叶片的进口安放角和出口安放角为定值，转轮叶片的进口安放角和出口安放角根据实际工况可调节。本发明能有效解决钻井泥浆流量变化范围大而带来的供电不稳定问题，实验证明，针对流量为20.0~40.0L/s，压降小于0.2MPa，转速为2200~3300rpm的钻井条件，本发明的涡轮结构能够稳定输出功率200W以上，可以为井下测量仪器稳定供电。同时，本发明与传统涡轮相比，水力工况范围扩大1倍，最高效率达60%。
文档编号F03B13/02GK102192074SQ201110092380
公开日2011年9月21日 申请日期2011年4月13日 优先权日2011年4月13日
发明者余凯, 吴小芳, 张师帅, 杨勤, 熊鹏, 胡耀民, 蒋鹏, 黄书才 申请人:华中科技大学