专利名称：钻井用非接触耦合器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种非接触耦合器，特别是涉及一种包括有旋转钻杆和套在旋转 钻杆外侧的不旋转外壳的钻井用非接触耦合器。
背景技术：
在提高驱动能力的井下钻井系统中，要对井下工作方式和环境进行实时监测和控 制，就需要将控制所需电能和双路测量信号等在旋转机械与非旋转机械之间进行相互传 输。传统的方法是接触式装置传输，通过电气连接和物理接触实现，而井下高温、高压及泥 浆存在的恶劣环境下，对于可靠性工作、信号抗干扰性较差，且不易维护和方便使用。
发明内容本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种适用于井下钻井环境应 用的电能和信号传输的非接触耦合器。本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是一种钻井用 非接触耦合器，包括有旋转钻杆和套在旋转钻杆外侧的不旋转外壳，在旋转钻杆和不旋转 外壳之间由上到下依次设置有环状的嵌入在上轴承环座内的上部轴承、定子功率电路及 导热环、下行信号耦合对、转子信号电路和套在转子信号电路外侧的定子信号电路、上行信 号耦合对、绕在转子铁芯上的转子电能耦合线圈和套在转子电能耦合线圈外侧并绕在定子 铁芯上的定子电能耦合线圈、转子功率电路及导热环以及嵌入在下轴承座内的下部轴承。所述的上轴承环座、定子功率电路及导热环、定子信号电路、定子铁芯以及下轴承 座分别固定在不旋转外壳的内壁上，其中定子功率电路及导热环、定子信号电路和定子铁 芯设置有防护层构成定子组件，所述的转子信号电路、转子铁芯以及转子功率电路及导热 环分别固定在旋转钻杆的外壁上，并设置有防护层构成转子组件。所述的上轴承环座的下端还设置有固定在不旋转外壳内壁上的定子环形电感。所述的上行信号耦合对与定子铁芯和转子铁芯之间还设置有具有抗干扰能力的 电屏蔽环对。所述的定子信号电路和转子信号电路结构相同，包括有采用RS232进行信号传输 的型号为CC1010的芯片。所述的定子功率电路及导热环、转子功率电路及导热环结构相同，均包括有采用 正激方式的电源变换电路。所述的上部轴承和下部轴承与旋转钻杆之间分别设置有轴承挡环。本实用新型具有的优点和积极效果是本实用新型的钻井用非接触耦合器，采用 非接触耦合结构实现井下旋转钻轴与可不旋转外壳之间钻井参数即信号和电能的非接触 传输。采用环形体的外形和尺寸，满足井下狭小空间、泥浆循环的要求；采用电磁隔离圈设 置在每个耦合组件之间，防止信号之间的干扰；采用在耦合器两端加装轴承、轴承挡环和轴 承环座。避免工作介质为泥浆的工况下，微小颗粒进入耦合器定子和转子之间，造成堵塞或损坏绕组的问题，以及消除循环泥浆存在金属离子时对电磁耦合效率的影响；采用高导热 的金属条，能够及时降低各电路消耗电能产生的热量；采用正激方式的电源变换电路解决 了电能传输功率大，效率高的井下工况要求。本实用新型结构耐压，密封性好，可靠性高，维 修方便，有效解决了井下钻井电能和信号传输不稳定、易受干扰，维护费用较高的缺点。
图1是本实用新型的钻井用非接触耦合器的结构示意图；图2是芯片CC1010的内 部结构原理图；图3是本实用新型的正激方式电源传输电路原理图；其中图3a是脉宽调 制模块原理图；图3b是过压过流检测模块原理图；图3c图3d电源变换模块原理图；图中 的标号分别是1_上行信号耦合对；2-下行信号耦合对；3-定子电能耦合线圈；4-转子电 能耦合线圈；5-定子信号电路；6-转子信号电路；7-定子功率电路及导热环；8-转子功率 电路及导热环；9-定子磁芯；10-转子磁芯；11-电磁屏蔽环对；12-定子环状电感；13-轴 承挡环；14-轴承；15-轴承环座；16-旋转钻杆；17-不旋转外壳；18-上轴承环座；19-上部 轴承。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合 附图详细说明本实用新型的钻井用非接触耦合器如下本实用新型的钻井用非接触耦合 器，结构和尺寸为适合井下工况，采用环形结构、抗干扰、导热和抗高温设计，总体由旋转钻 杆和可不旋转外壳两部分组成，并包含两大组件转子组件和定子组件。所有转子组件上 的零部件都粘合在轴上，与轴形成整体，并进行防护处理，形成转子组件。所有定子组件上 的零部件也与外壳内壁粘合后形成整体，并进行防护处理，形成定子组件。以上两组件装配 完成后，将转子组件导入定子组件中，两端加装轴承，严格保证外壳内径和内轴外径的同轴 度；上、下轴承加装轴承挡环，嵌入轴承环座上，防止其移出，并利于井下钻井工况使用；紧 靠上方轴承挡环放置定子环状电感。如图1所示，本实用新型的钻井用非接触耦合器，包括有旋转钻杆16和套在旋转 钻杆16外侧的不旋转外壳17，在旋转钻杆16和不旋转外壳17之间由上到下依次设置有 环状的嵌入在上轴承环座18内的上部轴承19、定子功率电路及导热环7、下行信号耦合对 2、转子信号电路5和套在转子信号电路5外侧的定子信号电路6、上行信号耦合对1、绕在 转子铁芯10上的转子电能耦合线圈4和套在转子电能耦合线圈4外侧并绕在定子铁芯9 上的定子电能耦合线圈3、转子功率电路及导热环8以及嵌入在下轴承座15内的下部轴承 4。所述的上行信号耦合对1与定子铁芯9和转子铁芯10之间还设置有具有抗干扰能力的 电屏蔽环对11，从而使本实用新型的钻井用非接触耦合器具有一定的抗干扰能力。所述的 上部轴承19和下部轴承4与旋转钻杆16之间分别设置有轴承挡环13。所述的定子功率电路及导热环7和转子功率电路及导热环8中的导热环，有效解 决了电路板消耗功率发热情况。所述的上轴承环座18、定子功率电路及导热环7、定子信号电路6、定子铁芯9以及 下轴承座15分别固定在不旋转外壳17的内壁上，所述的上轴承环座18的下端还设置有固 定在不旋转外壳17内壁上的定子环形电感12，其中定子环形电感12、定子功率电路及导热环7、定子信号电路6和定子铁芯9设置有防护层共同构成定子组件。所述的转子信号电路 5、转子铁芯10以及转子功率电路及导热环8分别固定在旋转钻杆16的外壁上，并设置有 防护层构成转子组件。所述的定子信号电路6和转子信号电路5结构相同，均包括有采用RS232进行信 号传输的型号为CC1010的芯片。所述的定子功率电路及导热环7、转子功率电路及导热环8结构相同，均包括有采 用正激方式的电源变换电路，解决了电能传输功率大，效率高的井下工况要求。对于上行信号传输，由定子信号电路进行多路信号的调制，以推动上行信号耦合 对的原边线圈。通过转子电能耦合线圈和定子电能耦合线圈的非接触电磁耦合，上行绕组 中的次边线圈感应到原边中的信号变化，经转子信号电路进行调制后，分离出多路原始信 号。对于下行信号传输，由转子信号电路进行多路信号的调制，以推动下行信号耦合 对的原边线圈。通过转子电能耦合线圈和定子电能耦合线圈的非接触电磁耦合，下行绕组 中的次边线圈感应到原边中的信号变化，经定子信号电路进行调制后，分离出多路原始信号。对需传输的电能由井下泥浆发电机提供，需从旋转钻杆部分传递到不动外壳，也 就是从转子功率电路经转子电能耦合线圈和定子电能耦合线圈的非接触电磁耦合后，传输 到定子功率电路，从而实现了井下测控装置电能的需要。
权利要求一种钻井用非接触耦合器，包括有旋转钻杆(16)和套在旋转钻杆(16)外侧的不旋转外壳(17)，其特征是在旋转钻杆(16)和不旋转外壳(17)之间由上到下依次设置有环状的嵌入在上轴承环座(18)内的上部轴承(19)、定子功率电路及导热环(7)、下行信号耦合对(2)、转子信号电路(5)和套在转子信号电路(5)外侧的定子信号电路(6)、上行信号耦合对(1)、绕在转子铁芯(10)上的转子电能耦合线圈(4)和套在转子电能耦合线圈(4)外侧并绕在定子铁芯(9)上的定子电能耦合线圈(3)、转子功率电路及导热环(8)以及嵌入在下轴承座(15)内的下部轴承(4)。
2.根据权利要求1所述的钻井用非接触耦合器，其特征是所述的上轴承环座(18)、定 子功率电路及导热环(7)、定子信号电路(6)、定子铁芯(9)以及下轴承座(15)分别固定在 不旋转外壳(17)的内壁上，其中定子功率电路及导热环(7)、定子信号电路(6)和定子铁芯 (9)设置有防护层构成定子组件，所述的转子信号电路(5)、转子铁芯(10)以及转子功率电 路及导热环(8)分别固定在旋转钻杆(16)的外壁上，并设置有防护层构成转子组件。
3.根据权利要求1所述的钻井用非接触耦合器，其特征是所述的上轴承环座(18)的 下端还设置有固定在不旋转外壳(17)内壁上的定子环形电感(12)。
4.根据权利要求1所述的钻井用非接触耦合器，其特征是所述的上行信号耦合对(1) 与定子铁芯(9)和转子铁芯(10)之间还设置有具有抗干扰能力的电屏蔽环对(11)。
5.根据权利要求1所述的钻井用非接触耦合器，其特征是所述的定子信号电路(6) 和转子信号电路(5)结构相同，均包括有采用RS232进行信号传输的型号为CC1010的芯 片。
6.根据权利要求1所述的钻井用非接触耦合器，其特征是所述的定子功率电路及导 热环(7)、转子功率电路及导热环(8)结构相同，包括有采用正激方式的电源变换电路。
7.根据权利要求1所述的钻井用非接触耦合器，其特征是所述的上部轴承(19)和下 部轴承(4)与旋转钻杆(16)之间分别设置有轴承挡环(13)。
专利摘要一种钻井用非接触耦合器，包括有旋转钻杆和套在旋转钻杆外侧的不旋转外壳，在旋转钻杆和不旋转外壳之间由上到下依次设置有环状的嵌入在上轴承环座内的上部轴承、定子功率电路及导热环、下行信号耦合对、转子信号电路和套在转子信号电路外侧的定子信号电路、上行信号耦合对、绕在转子铁芯上的转子电能耦合线圈和套在转子电能耦合线圈外侧并绕在定子铁芯上的定子电能耦合线圈、转子功率电路及导热环以及嵌入在下轴承座内的下部轴承。本实用新型结构耐压，密封性好，可靠性高，维修方便，满足井下狭小空间、泥浆循环的要求，实现井下信号和电能的非接触传输，有效解决了井下钻井电能和信号传输不稳定、易受干扰，维护费用较高的缺点。
文档编号H02J17/00GK201639368SQ20102015759
公开日2010年11月17日 申请日期2010年4月13日 优先权日2010年4月13日
发明者刘传刚, 刘景超, 姜伟, 张玺亮, 李汉兴, 蒋世全, 陈仁文, 马认琦 申请人:中国海洋石油总公司;中海油能源发展股份有限公司;中海油能源发展股份有限公司监督监理技术分公司