专利名称：钻井仪器用井下发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及钻井设备领域，特别涉及一种钻井仪器用井下发电机，主要用于为石油、矿山、地质勘探等随钻测量或者非随钻测量的钻井仪器提供电源。
背景技术：
在石油、矿山、地质勘探等领域都需要使用随钻测量或非随钻测量钻井仪器，这些仪器在中使用中都需要稳定、持续时间长、功率大的电源，而这样的电源设备在钻井仪器中需要耐受高温、高压、高振动的环境。目前，为石油、矿山、地质勘探等领域的随钻测量或非随钻测量钻井仪器的供电方式一般采用高性能锂电池供电或者有线传输供电。锂电池供电是将多节锂电池串接后装入钛合金外壳中，通过电插头与电路相连，为钻井仪器以及电路供电；但是，一方面，锂电池可以提供的电量有限，电压也比较低，不能满足大功率发射电路的用电需求，要频繁更换电池组，使仪器功能受到很大的限制；另一方面，锂电池造价比较高，大大提高了仪器的成本。有线传输供电就是把地面供电设备通过一根铠装电缆连接到·测量仪器，满足测量仪器的用电需求，测量仪器获得的数据再由这根铠装电缆传输到地面；然而有线传输供电方法旋转钻井和井斜角大于45度的井中使用很困难，因为电缆在钻柱的通道内，当钻柱旋转时，电缆很容易被绞断，另外井斜角大于45度时，仪器靠自身重量下放到井底将很困难。因此，为石油、矿山、地质勘探等领域使用的随钻测量或非随钻测量钻井仪器设计出一种大功率的发电机已为本技术领域技术人员需要迫切解决的问题。一方面保证钻井仪器的不间断供电需求，避免频繁起下钻作业，降低工人的劳动强度，提高工作效率，另一方面发电机成本低，使用寿命长，降低了钻井仪器的费用，减少了仪器的尺寸，更加方便仪器的操作。
实用新型内容为了解决现有技术的问题，具体地是解决在钻井仪器中使用锂电池的需要频繁更换、增加劳动强度，使用有限传输的电缆容易被绞断、不适合大倾斜角钻井的问题。本实用新型实施例提供了一种钻井仪器用井下发电机，该井下发电机结构简单、成本低廉、工作寿命长、安全可靠。所述技术方案如下一种钻井仪器用井下发电机，所述井下发电机包括发电机本体、磁力耦合器、泥浆涡轮和连接转轴，所述磁力耦合器设置在所述泥浆涡轮内，所述连接转轴的两端分别与所述磁力耦合器和所述发电机本体固定连接。该井下发电机发电功率大，在钻探过程中能够为钻井仪器提供稳定可靠的电源输入，保证钻井仪器正常工作。在实践中，该井下发电机应用于无线电磁波随钻测量系统中，通过地面实验和上井随钻考核，证明是一种可靠的供电设备。该井下发电机可以应用在不同的钻井仪器中，只要知道钻井仪器电源所需接口尺寸，通过修改该发电机输出端尺寸就可以保证连接，使用起来简单方便。进一步地，所述磁力耦合器包括内磁钢组件、外磁钢组件和隔磁罩，所述内磁钢组件安装在所述连接转轴上，所述外磁钢组件安装在所述泥浆涡轮内，所述隔磁罩设置在所述内磁钢组件与所述外磁钢组件之间，所述隔磁罩与所述井下发电机的机座固定连接。该磁力耦合器采用圆筒式结构，外磁钢组件是该磁力耦合器的主动磁转子，内磁钢组件是该磁力耦合器的从动磁转子。在钻井过程中泥浆驱动泥浆涡轮，泥浆涡轮带动外磁钢组件转动，外磁钢组件再驱动内磁钢组件进而驱动连接转轴转动。隔磁罩起到密封作用，隔离磁力耦合器内、外磁钢，保证该井下发电机在高压环境下能正常工作。进一步地，所述外磁钢组件包括外磁钢、外磁钢包环和磁轭，所述磁轭设置在所述泥浆涡轮和所述外磁钢之间，所述外磁钢包环设置在所述隔磁罩和所述外磁钢之间。该外磁钢采用钐钴BTS30/11，能够保证在250°C以下外磁钢不退磁。进一步地，所述内磁钢组件包括内磁钢和内磁钢包环，所述内磁钢安装在所述连接转轴上，所述内磁钢包环设置在所述内磁钢的外径上，所述内磁钢包环与所述隔磁罩之间留有转动间隙；所述连接转轴的与所述内磁钢连接段上设置有花键槽，所述内磁钢与所述连接转轴通过花键槽连接。该内磁钢采用钐钴BTS30/11，能够保证在250°C以下内磁钢不退磁。 进一步地，所述井下发电机还包括TC轴承，所述TC轴承设置在所述隔磁罩上，所述TC轴承支撑所述泥浆涡轮和所述外磁钢组件。进一步地，所述井下发电机还包括静导叶涡轮，所述静导叶涡轮安装在所述隔磁罩上，所述静导叶涡轮与所述泥浆涡轮同轴设置，所述静导叶涡轮和所述泥浆涡轮的轴向设置位置可互换。静导叶涡轮起到导流的作用，能够将泥浆涡轮排出的泥浆及时的排出，增加泥浆涡轮的做功。进一步地，所述发电机本体包括转子组件和定子组件，所述定子组件安装在所述机座上，所述转子组件间隙地设置在所述定子组件内，所述转子组件与所述连接转轴固定连接。机座使用高强度钛合金制成，保证在高压环境中能够正常使用，在机座的尾端设置有连接卡扣，通过改变该连接卡扣的扣型可以装配在不同的钻井仪器上。定子组件使用硅钢片50WW-210冲片粘接而成，可以根据设计要求，通过改变定子组件的长度而满足输出功率要求。进一步地，所述转子组件包括转子轴、磁性衬套、转子磁钢和非磁性隔离块；所述转子轴与所述连接转轴固定连接，所述磁性衬套套装在所述转子轴上，所述转子磁钢和所述非磁性隔离块相互错开地设置在所述磁性衬套上。该转子磁钢采用钐钴BTS30/11，能够保证在250°C以下转子磁钢不退磁。磁性衬套套装在转子轴上，随转子轴一起转动，形成交变磁路。转子磁钢和非磁性隔离块相互错开地设置在磁性衬套上，即一块转子磁钢紧靠着一块非磁性隔离块设置，该非磁性隔离块再紧靠着另一块转子磁钢设置，非磁性隔离块隔离相邻转子磁钢。进一步地，所述转子组件还包括套环和转子轴承座，所述套环套固在所述转子磁钢和所述非磁性隔离块的外周，所述转子轴承座固定在所述机座上，所述转子轴承座支撑所述转子轴。套环起到保护转子磁钢的作用，使得转子磁钢运转安全可靠。转子轴承座是转子轴的支撑结构，确保转子轴的平稳安全转动。进一步地，所述转子轴和所述磁性衬套为分别制作后紧固套装或者一体成型的构件。考虑发电机实际应用的需要，将磁性衬套和转子轴合并成一个零件，减少了装配工序，还增加了转子轴的强度。本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是通过泥浆涡轮驱动磁力耦合器以及连接转轴转动，进而驱动发电机本体发电，为钻井仪器提供电力，充分利用了钻井过程中产生的泥浆的旋动力。该井下发电机结构简单、安全可靠；该井下发电机经过实践验证可以输出功率240W，完全可以满足通常仪器的用电要求；该井下发电机磁力耦合部件结构可以根据仪器布置要求改变，大大增加了发电机的应用空间。
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是本实用新型实施例提供的井下发电机装配结构示意图；图2是本实用新型实施例提供的井下发电机的磁力耦合器装配结构示意图；图3是本实用新型实施例提供的井下发电机的转子组件的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。实施例本实施例提供了一种钻井仪器用井下发电机，参见图I，该井下发电机包括发电机本体I、磁力耦合器2、泥浆涡轮3和连接转轴4，磁力耦合器2设置在泥浆涡轮3内，连接转轴4的两端分别与磁力耦合器2和发电机本体I固定连接。当泥浆涡轮3在钻井过程中产生的泥浆作用下发生旋转，该泥浆涡轮3的旋转通过磁力耦合器2驱动连接转轴4旋转，连接转轴4将动力传递给电机本体I进行发电。磁力耦合器2包括内磁钢组件21、外磁钢组件22和隔磁罩23，该内磁钢组件21安装在连接转轴4上，该外磁钢组件22安装在泥浆涡轮3内，该隔磁罩23设置在内磁钢组件21与外磁钢组件22之间，隔磁罩23与井下发电机的机座5固定连接。这样，更具体地当泥浆涡轮3在钻井过程中产生的泥浆作用下发生旋转，该泥浆涡轮3的旋转带动外磁钢组件22旋转，利用磁力耦合器2的磁力传输的特性使得内磁钢组件21也发生旋转，内磁钢组件21的旋转带着连接转轴4同步旋转，连接转轴4将动力传递给电机本体I进行发电。隔磁罩23起到密封作用，隔离磁力耦合器2内磁钢组件21和外磁钢组件22，阻止泥浆等杂质进入内磁钢组件21内，保证该井下发电机在高压环境下能正常工作。该井下发电机同时设置有静导叶涡轮7，该静导叶涡轮7安装在隔磁罩23上，静导叶涡轮7与泥浆涡轮3同轴设置，静导叶涡轮7和泥浆涡轮3的轴向设置位置可互换。静导叶涡轮7起到导流的作用，能够将泥浆涡轮3排出的泥浆及时的排出，增加泥浆涡轮3的做功。结合参见图2，外磁钢组件22包括外磁钢221、外磁钢包环222和磁轭223，磁轭223设置在泥浆涡轮3和外磁钢221之间，外磁钢包环222设置在隔磁罩23和外磁钢221之间。磁轭223起到传输磁力线的作用，采用电工纯铁材料制造。外磁钢包环222呈台阶形，包括插设在隔磁罩23和外磁钢221之间的薄壁环筒和一端突出的台阶形圆环，该台阶形圆环的台阶突出高度与外磁钢221的厚度相同，该外磁钢包环222起到保护外磁钢221的作用，保证外磁钢221能够正常工作。内磁钢组件21包括内磁钢211和内磁钢包环212，该内磁钢211安装在连接转轴4上，内磁钢包环212设置在内磁钢211的外径上，内磁钢包环212与隔磁罩23之间留有转动间隙。连接转轴4的与内磁钢211连接段上设置有花键槽，内磁钢211与连接转轴4通过花键槽连接，该花键槽的槽壁的倾斜角为45°。内磁钢包环212的设置能够确保内磁钢211在高速旋转时不被甩出。该井下发电机还设置有TC轴承61、62，该TC轴承61、62设置在隔磁罩23上，TC轴承61、62支撑泥浆涡轮3和外磁钢组件22。并且该TC轴承61、62分别设置在外磁钢组件22的两端，该TC轴承61、62的外壁面支撑泥浆涡轮3，即泥浆涡轮3套装在该TC轴承61、62的外壁面上，该TC轴承61、62的两个相对端面之间夹持外磁钢组件22，这样，TC轴·承61、62也起到固定外磁钢组件22的作用。继续参见图1，发电机本体I包括转子组件11和定子组件12，定子组件12安装在机座5上，转子组件11间隙地设置在定子组件12内，转子组件11与连接转轴4固定连接。这样，连接转轴4将动力传输给转子组件11，驱动转子组件11旋转，使得发电机发电。优选地，在机座5的尾端设置有连接卡扣51，通过改变该连接卡扣51的扣型可以装配在不同的钻井仅器上。结合参见图3，转子组件11包括转子轴111、磁性衬套112、转子磁钢113和非磁性隔离块114 ;转子轴111与连接转轴4固定连接，磁性衬套112套装在转子轴111上，转子磁钢113和非磁性隔离块114相互错开地设置在磁性衬套112上。当转子轴111在连接转轴4的驱动下旋转，并且磁性衬套112随着转子轴111同步旋转，形成交变磁路，转子轴111和磁性衬套112为分别制作后紧固套装；作为另外的实施例，转子轴111和磁性衬套112可以是一体成型的构件。转子磁钢113和非磁性隔离块114相互错开地设置在磁性衬套112上即是每两块转子磁钢113之间设置有一块非磁性隔离块114，每两块非磁性隔离块114之间设置有一块转子磁钢113。转子组件11还设置有套环115和转子轴承座116，套环115套固在转子磁钢113和非磁性隔离块114的外周，转子轴承座116固定在机座5上，转子轴承座116支撑转子轴111。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种钻井仪器用井下发电机，其特征在于，所述井下发电机包括发电机本体(I)、磁力耦合器(2)、泥浆涡轮(3)和连接转轴(4)，所述磁力耦合器(2)设置在所述泥浆涡轮(3)内，所述连接转轴(4)的两端分别与所述磁力耦合器(2)和所述发电机本体(I)固定连接。
2.根据权利要求I所述的钻井仪器用井下发电机，其特征在于，所述磁力耦合器(2)包括内磁钢组件(21)、外磁钢组件(22 )和隔磁罩(23 )，所述内磁钢组件(21)安装在所述连接转轴(4)上，所述外磁钢组件(22)安装在所述泥浆涡轮(3)内，所述隔磁罩(23)设置在所述内磁钢组件(21)与所述外磁钢组件(22)之间，所述隔磁罩(23)与所述井下发电机的机 座(5)固定连接。
3.根据权利要求2所述的钻井仪器用井下发电机，其特征在于，所述外磁钢组件(22)包括外磁钢(221)、外磁钢包环(222)和磁轭(223)，所述磁轭(223)设置在所述泥浆涡轮(3)和所述外磁钢(221)之间，所述外磁钢包环(222)设置在所述隔磁罩(23)和所述外磁钢(221)之间。
4.根据权利要求2所述的钻井仪器用井下发电机，其特征在于，所述内磁钢组件(21)包括内磁钢(211)和内磁钢包环(212)，所述内磁钢(211)安装在所述连接转轴(4)上，所述内磁钢包环(212)设置在所述内磁钢(211)的外径上，所述内磁钢包环(212)与所述隔磁罩(23)之间留有转动间隙； 所述连接转轴(4 )的与所述内磁钢(211)连接段上设置有花键槽，所述内磁钢(211)与所述连接转轴(4)通过花键槽连接。
5.根据权利要求3或者4所述的钻井仪器用井下发电机，其特征在于，所述井下发电机还包括TC轴承(61、62 )，所述TC轴承(61、62 )设置在所述隔磁罩(23 )上，所述TC轴承(61、62)支撑所述泥浆涡轮(3)和所述外磁钢组件(22)。
6.根据权利要求I所述的钻井仪器用井下发电机，其特征在于，所述井下发电机还包括静导叶涡轮(7)，所述静导叶涡轮(7)安装在所述隔磁罩(23)上，所述静导叶涡轮(7)与所述泥浆涡轮(3)同轴设置，所述静导叶涡轮(7)和所述泥浆涡轮(3)的轴向设置位置可互换。
7.根据权利要求I所述的钻井仪器用井下发电机，其特征在于，所述发电机本体(I)包括转子组件(11)和定子组件(12)，所述定子组件(12)安装在所述机座(5)上，所述转子组件(11)间隙地设置在所述定子组件(12)内，所述转子组件(11)与所述连接转轴(4)固定连接。
8.根据权利要求7所述的钻井仪器用井下发电机，其特征在于，所述转子组件(11)包括转子轴(111)、磁性衬套(112)、转子磁钢(113)和非磁性隔离块(114)； 所述转子轴(111)与所述连接转轴(4 )固定连接，所述磁性衬套(112)套装在所述转子轴(111)上，所述转子磁钢(113 )和所述非磁性隔离块(114 )相互错开地设置在所述磁性衬套(112)上。
9.根据权利要求8所述的钻井仪器用井下发电机，其特征在于，所述转子组件(11)还包括套环(115)和转子轴承座(116)，所述套环(115)套固在所述转子磁钢(113)和所述非磁性隔离块(114)的外周,所述转子轴承座(116)固定在所述机座(5)上，所述转子轴承座(116)支撑所述转子轴(111)。
10.根据权利要求9所述的钻井仪器用井下发电机，其特征在于，所述转子轴(111)和所述磁性衬套(112)为分别制作后紧固 套装或者一体成型的构件。
专利摘要本实用新型公开了一种钻井仪器用井下发电机，所述井下发电机包括发电机本体(1)、磁力耦合器(2)、泥浆涡轮(3)和连接转轴(4)，所述磁力耦合器(2)设置在所述泥浆涡轮(3)内，所述连接转轴(4)的两端分别与所述磁力耦合器(2)和所述发电机本体(1)固定连接。属于钻井设备领域。本实用新型的该井下发电机结构简单、成本低廉、工作寿命长、安全可靠。
文档编号H02K49/06GK202756166SQ20122026802
公开日2013年2月27日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者魏志刚 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院