专利名称：流体自激震荡井下发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油钻采技术领域，特别涉及一种利用井下流体能 量发电的井下装置，为井下仪器和井下设备提供电源的装置，是一种 在石油井下以流体为动力的井下发电机。
背景技术：
在石油工业中，经常需要为井下仪器和井下设备提供电源。 目前，主要有两类井下电源，即电池组和涡轮式交流发电机。电 池组的优点是结构紧凑、可靠。电池组的缺点是工作寿命短；更换电 池组的费用也较高；并且电池组的工作温度范围有限，不能在温度较 高的井下工作。涡轮式交流发电机作为井下电源，是利用流体为动能 进行发电的。井下流体推动涡轮叶片旋转带动发电机发电。涡轮式交 流发电机的优点是能长时间为井下仪器和井下设备提供电力，工作寿 命长。涡轮式交流发电机的缺点是流体推动涡轮叶片旋转时，流体对 涡轮叶片冲蚀严重，工作一段时间后就需要维护和更换涡轮叶片，使 用成本比较高。涡轮发电机利用的仅是流体动能发电。
国际和国内还有利用井下流体能量发电的井下发电机，但是没有 使用流体自激震荡原理的发电机案例。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种流体自激震荡井下发电机，能利用 井下流体的能量，包括流体动能和流体压能，在井下将流体能量转换 为电能，为井下仪器和设备提供一种新的电源形式。本实用新型采用的技术方案是流体自激震荡井下发电机，主要由 阀体、锥阀部分和活塞发电部分组成，其特征在于阀体为圆柱形。 锥阀部分包括阀芯，在阀体上部有圆柱形锥阀上腔和圆柱形锥阀下腔， 在锥阀上腔和锥阀下腔之间有锥阀中腔，锥阀上腔和锥阀下腔与锥阀 中腔连通。在锥阀中腔内有阀芯。
在阀体上端面钻有锥阀入口流道，锥阀入口流道连通锥阀中腔。液 体能通过锥阀入口流道进入锥阀中腔。
在阀体下端面钻有锥阀上腔流道，锥阀上腔流道与锥阀上腔连通。 锥阀上腔内的液体能通过锥阀上腔流道流出。
在阀体下端面钻有锥阀下腔流道，锥阀下腔流道与锥阀下腔连通。 锥阀下腔内的液体能通过锥阀下腔流道流出。
当高压液体通过锥阀入口流道进入锥阀中腔，能使阀芯产生自震荡。
发电部分是在锥阀下腔的下部有一个圆柱形活塞腔。在活塞腔内有 圆柱形活塞，活塞的外壁上镶嵌有永磁体。在活塞腔内壁上镶嵌有铁 心和线圈，线圈的两端有导线引出。在活塞腔的下部有活塞下腔流道， 活塞下腔流道能平衡活塞上端与活塞下端的压力。当活塞上下往复运 动时，带动永磁体往复运动，线圈切割磁力线产生电流。本领域技术 人员熟知永磁体、铁心和线圈的发电原理和结构，不详细描述。 所述的阀芯为圆柱形，阀芯的两端分别有圆锥面。 为了控制流体的流量，在锥阀上腔流道和锥阀下腔流道内分别有节 流口。
为了阀芯振动时能带动活塞运动，在阀芯与活塞之间有弹簧。弹簧 为螺旋压縮弹簧。
为了密封使液体不能进入铁芯内，在活塞腔的内壁上有两道密封 圈，两道密封圈分别在铁芯的上部和铁芯的下部。把流体自激震荡井下发电机固定在圆柱形的壳体内。当壳体内有高 压液体进入锥阀入口流道，阀芯产生自震荡。阀芯自震荡通过弹簧带 动活塞往复震荡，线圈能发出电流，为井下仪器提供电能。
本实用新型的有益效果本实用新型流体自激震荡井下发电机安装 在井下，能为井下仪器提供不间断电流，能够满足井下仪器和设备的 电力需要。流体经过发电机产生的压力损失较小，不影响流体的正常 流动。
图1是本实用新型流体自激震荡井下发电机结构剖面示意图。
图中，l.锥阀上腔，2.阀芯，3.锥阀上腔流道，4.锥阀下腔，5.弹 簧，6.密封圈，7.铁芯，8.线圈，9.活塞下腔流道，IO.节流口， 11.锥 阀入口流道，12.锥阀下腔流道，13.永磁体，14.活塞，15.阀体，16.壳体。
具体实施方式
实施例1:以一个壳体16外径为172毫米的流体自激震荡井下发 电机为例，对本实用新型作进一步详细说明。
参阅图1。本实用新型流体自激震荡井下发电机，由阀体15、锥阀 部分和活塞发电部分组成。阀体15为圆柱形，外径为132毫米，长度 为1000毫米。阀体15是由两个半圆柱体固定在一起制成的。
在阀体15上部有一个圆柱形锥阀上腔1和一个圆柱形锥阀下腔4, 在锥阀上腔1和锥阀下腔4之间有锥阀中腔，锥阀上腔1和锥阀下腔4 与锥阀中腔连通。锥阀上腔l和锥阀下腔4直径为38毫米，锥阀中腔 为60毫米。在锥阀中腔内有阀芯2。阀芯2为圆柱形，阀芯2的两端 分别有圆锥面。阀芯2能在锥阀中腔内上下震荡。在阔体15上端面钻有锥阀入口流道11，锥阀入口流道11连通锥
阀中腔。阀体15上端面以上是高压侧，高压液体能通过锥阀入口流道 ll进入锥阀中腔。
在阀体15下端面钻有锥阀上腔流道3，锥阀上腔流道3与锥阀上 腔1连通。阀体15下端面以下是低压侧，锥阀上腔1内的液体能通过 锥阀上腔流道3流出。在锥阀上腔流道3内固定有一个节流口 10。节 流口 IO是一个内径较小的圆柱体，能控制流道通过流体的流量。
在阀体15下端面钻有锥阀下腔流道12，锥阔下腔流道12与锥阀 下腔4连通。锥阀下腔4内的液体能通过锥阀下腔流道12流出。在锥 阀下腔流道12固定有一个节流口 10。
发电部分是在锥阀下腔4的下部有一个圆柱形活塞腔，活塞腔的直 径为50毫米。在活塞腔内有圆柱形活塞14，活塞14的外壁上镶嵌有 永磁体13。在活塞腔内壁上镶嵌有铁心7和线圈8，线圈8的两端有 导线引出。在活塞腔的下部有活塞下腔流道9，活塞下腔流道9与锥阀 上腔流道3连通。
在阀芯2与活塞14之间有一个螺旋压縮弹簧5。在活塞腔的内壁 上有两道密封圈6，两道密封圈6分别在铁芯7的上部和铁芯7的下部。
最后，把流体自激震荡井下发电机固定在圆柱形的壳体16内。
简述流体自激震荡井下发电机的工作原理，有助于理解本实用新 型。将流体自激震荡井下发电机固定在壳体16内并安装井下。压力流 体从锥阀入口流道11流入阀体15内，从节流口10流出，压力有一定 的下降。流体减少的压能转化为电能。工作原理如下阀芯2和活塞 14有一个平衡点，在这平衡点上阀芯2和活塞14受到平衡力的作用， 保持静止状态，但是这是一个不稳定的平衡点。当流体流过时，由于 某种微小的扰动使阖芯2向下离开平衡点的位置(向上离开平衡点分 析方法与此类似)，流体流入锥阀上腔1的瞬时阻力比流入锥阀下腔4的瞬时阻力要小，造成锥阀上腔1的压力比锥阀下腔4高。流入锥阀
上腔l的流量增加，同时流入锥阀下腔4的流量减少，这也造成阀芯2 所受的液动力的合力向下，同时阀芯2所受的液压力的合力也向下。 这两个合力使阀芯2进一步向下运动，使得锥阀上腔1压力不断升高 锥阀下腔4压力不断下降。由于锥阀上腔1和活塞下腔压力相同，锥 阀下腔4和活塞上腔压力相同，压差使得活塞14向上移动压縮弹簧5， 弹簧5对阀芯2向上的推力变大，当这一推力大于阀芯2受到的液压 力和液动力的向下合力时，阀芯2开始向上移动。当阀芯2向上越过 平衡点时，阀芯2受到的液压力和液动力的合力改为方向向上，阀芯2 进一步向上移动，活塞上腔压力大于活塞下腔压力，活塞14向上的运 动减速，速度减到零以后活塞14开始向下运动。弹簧5对阀芯2向下 的拉力变大，当拉力大于阀芯2受到的液压力和液动力的向上合力时， 阀芯2又开始向下移动。如此循环，阀芯2形成了流体自激震荡，阀 芯2和活塞14分别为周期相同、相位不同的往复运动。由于活塞14 上有永磁体13，活塞缸的相应位置有线圈8。当活塞14作自动往复运 动时，永磁体13使通过线圈8的磁通量变化产生电能，能为井下仪器 提供电能。
权利要求1、一种流体自激震荡井下发电机，主要由阀体(15)、锥阀部分和活塞发电部分组成，其特征在于阀体(15)为圆柱形，锥阀部分包括阀芯(2)，在阀体(15)上部有圆柱形锥阀上腔(1)和圆柱形锥阀下腔(4)，在锥阀上腔(1)和锥阀下腔(4)之间有锥阀中腔，锥阀上腔(1)和锥阀下腔4与锥阀中腔连通，在锥阀中腔内有阀芯(2)；在阀体(15)上端面钻有锥阀入口流道(11)，锥阀入口流道(11)连通锥阀中腔；在阀体(15)下端面钻有锥阀上腔流道(3)，锥阀上腔流道(3)与锥阀上腔(1)连通；在阀体(15)下端面钻有锥阀下腔流道(12)，锥阀下腔流道(12)与锥阀下腔(4)连通；发电部分是在锥阀下腔(4)的下部有一个圆柱形活塞腔，在活塞腔内有圆柱形活塞(14)，活塞(14)的外壁上镶嵌有永磁体(13)，在活塞腔内壁上镶嵌有铁心(7)和线圈(8)，线圈(8)的两端有导线引出，在活塞腔的下部有活塞下腔流道(9)。
2、 根据权利要求l所述的流体自激震荡井下发电机，其特征是 所述的阀芯(2)为圆柱形，阀芯(2)的两端分别有圆锥面。
3、 根据权利要求1所述的流体自激震荡井下发电机，其特征是-在锥阔上腔流道(3)和锥阀下腔流道(12)内分别有节流口 (10)。
4、 根据权利要求1所述的流体自激震荡井下发电机，其特征是 在阀芯(2)与活塞(14)之间有弹簧(5)，弹簧(5)为螺旋压縮弹簧。
5、 根据权利要求1或2或3或4所述的流体自激震荡井下发电机， 其特征是在活塞腔的内壁上有两道密封圈(6)，两道密封圈(6)分别 在铁芯(7)的上部和铁芯(7)的下部。
专利摘要流体自激震荡井下发电机，为井下仪器和井下设备提供电源。特征是在锥阀上腔和锥阀下腔之间有锥阀中腔，锥阀上腔和锥阀下腔与锥阀中腔连通，在锥阀中腔内有阀芯。在阀体上有锥阀入口流道，锥阀入口流道连通锥阀中腔；锥阀上腔流道与锥阀上腔连通；锥阀下腔流道与锥阀下腔连通。在锥阀下腔的下部有一个圆柱形活塞腔，在活塞腔内有活塞，活塞镶嵌永磁体，在活塞腔内壁上镶嵌有铁心和线圈，线圈的两端有导线引出，在活塞腔的下部有活塞下腔流道。效果是能为井下仪器提供不间断电流，能够满足井下仪器和设备的电力需要。
文档编号F03B13/00GK201277137SQ20082012343
公开日2009年7月22日 申请日期2008年10月30日 优先权日2008年10月30日
发明者喻重山, 海 张, 磊 张, 盛利民 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