一种轴向柱塞式马达井下发电装置的制作方法

本实用新型涉及油田分层注水技术领域，具体为一种轴向柱塞式马达井下发电装置。

背景技术：

注水是国内油田的主体开发技术，由于国内油田普遍具有多层、非均质性特点，笼统分注会导致单层突进，因此广泛采用分层注水。随着自动化分层注水技术的不断应用和发展，国内分层注水技术已实现了分层流量的控制和井下参数监测。

目前自动化分层注水技术可以大体分为两类：一是采用预置电缆为井下智能配水器供电，并进行地面与井下测控信号的传输；二是采用无线方式进行地面与井下测控信号的传输，井下智能配水器采用自带电池供电。相对于预置电缆方式，无线方式具有施工简单、成本低等技术优势。但无线方式采用井下电池为配水器供电，井下空间尺寸较小严重限制了电池体积和电池容量，而井下参数采集、流量调控和数据传输，都会持续产生较高的能耗，因而导致井下智能配水器井下工作时间短、测调频率低，严重制约了无线分层注水技术的发展和应用。为此研发适用于无线分层注水技术的井下发电装置，为无线分层注水技术提供长期稳定的电能供应是急需解决的问题。

现有技术的井下发电装置大多采用涡轮换能驱动发电机，利用井下液体的流动作为动力源实现井下发电，但涡轮换能属于流速换能，功率小、转速高、扭矩小，扭矩一般在毫牛米量级，涡轮的转动受轴系摩擦扭矩的影响很大，一旦由于杂质、磨损、润滑等问题出现摩擦扭矩增大，轴系极易卡死，且卡死后由于液流仍有流通通道，不能产生足够的扭矩解卡，限制了涡轮发电机在注水领域的应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种轴向柱塞式马达井下发电装置，既能够进行准确的容积式流量计量，又能够带动发电机进行发电，为井下智能配水器提供充足的电能供应，解决了电池电能有限对配水器井下工作时间和测调频率的限制；通过优化设计该装置的结构，装置内通径为46mm，满足分层注水技术对中心注水通道内通径的要求，同时该装置结构简单、紧凑、可靠，可长期在井下高温高压环境下工作。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种轴向柱塞式马达井下发电装置，包括上接头、外筒、销钉和下接头，所述外筒的内部压装有柱塞马达组件和发电机组件，外筒通过销钉定位柱塞马达组件的轴向位置；所述外筒的两端还分别通过螺纹与上接头、下接头对应连接，且上接头的下端面压在柱塞马达组件的配流盘的上端面上，两个端面形成端面密封；其中，柱塞马达组件包括配流盘、柱塞马达转子、柱塞、磁盘、斜盘、动环、静环、静环固定环、铜套和柱塞马达中心管；发电机组件包括注塑发电机定子、注塑发电机定子定位环、注塑发电机定子固定环、发电机隔离套和发电机永磁转子；

所述配流盘采用压装方式固定在柱塞马达中心管的上端，柱塞马达中心管的外部套接柱塞马达转子，柱塞马达转子安装在配流盘的下端，柱塞马达转子的孔内放置柱塞；所述柱塞马达中心管外部还套有铜套，铜套采用压装方式固定在柱塞马达转子下端；所述磁盘套在铜套的外部，磁盘的上端面与柱塞设有1-2mm间隙，所述铜套的外部套有斜盘，斜盘上端面与磁盘下端面通过磁力吸住；所述动环采用压装方式固定在铜套中间台阶处，铜套的外部套接静环，静环上端面与动环下端面接触，所述静环固定环通过斜盘下端的螺纹固定住静环；

所述发电机永磁转子通过螺纹连接到铜套的下端，发电机永磁转子套在发电机隔离套内，发电机隔离套压装在柱塞马达中心管的外部；所述注塑发电机定子定位环、注塑发电机定子、注塑发电机定子固定环依次套在发电机隔离套的外部。

优选的，所述注塑发电机定子采用注塑工艺将硅钢片和线圈绕组封于内部，后经机加工成型，其下端面设有电源引线端子伸出。

优选的，所述发电机永磁转子与柱塞马达转子直接连接，其内壁上贴有磁钢。

优选的，柱塞马达组件和发电机组件上还配套连接环形电能控制电路，环形电能控制电路固定在柱塞马达中心管的外壁上，环形电能控制电路的上端与注塑发电机定子的电源引线端子连接，下端带有输出引线端子为井下智能配水器及充电电池供电。

优选的，所述上接头下端与外筒连接，上接头上设有用于将注入水引入到柱塞马达组件内部的液体流入孔，上接头与进水端盖之间为端面密封。

优选的，所述外筒与下接头连接，外筒上设有多个液体流出孔，以及两个销钉孔，销钉孔上拧入销钉。

优选的，所述下接头上端与外筒连接，下接头上设有供环形电能控制电路输出引线端子穿出的穿出孔。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、本轴向柱塞式马达井下发电装置，采用轴向柱塞式马达结构和发电机结构相组合的方式，将注入水的流动能量转换为电能，可为井下智能配水器进行直接供电，同时也可为充电电池进行充电。

2、本轴向柱塞式马达井下发电装置，根据注水井空间受限、需要下入测试仪器等特点，通过优化结构设计，设置中心通道内径为46mm，不占用注水管柱中心通道，在进行井下发电的同时也可下入测试仪器，注水井的正常生产测试不受影响。

3、本轴向柱塞式马达井下发电装置，其柱塞马达组件和发电机组件之间相互独立，都是沿轴向布置，不受井筒内通径有限的限制，可根据实际需求调整柱塞马达组件和发电机组件的结构参数，以满足不同的发电功率要求。

4、本轴向柱塞式马达井下发电装置，将柱塞马达转子直接与发电机永磁转子连接，不需要中间运动转换结构，避免了采用常规的旋转动密封设计导致密封易失效问题；同时注塑发电机定子通过注塑工艺将硅钢片和线圈绕组封于内部，实现了线圈绕组的密封，不需要独立的发电机密封腔。

5、本轴向柱塞式马达井下发电装置，整体结构简单、紧凑、安装简便、密封可靠，保证了装置可长期在井下高温高压液体环境下可靠工作。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型图1的a-a向剖面示意图；

图3为本实用新型的配流盘上端面结构示意图。

图中：1、上接头；2、外筒；3、配流盘；4、销钉；5、柱塞马达转子；6、柱塞；7、磁盘；8、斜盘；9、动环；10、静环；11、静环固定环；12、铜套；13、发电机隔离套；14、注塑发电机定子定位环；15、注塑发电机定子；16、发电机永磁转子；17、注塑发电机定子固定环；18、柱塞马达中心管；19、下接头；20、腰型通孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，一种轴向柱塞式马达井下发电装置，包括上接头1、外筒2、销钉4和下接头19，外筒2的内部压装有柱塞马达组件和发电机组件，柱塞马达组件包括配流盘3、柱塞马达转子5、柱塞6、磁盘7、斜盘8、动环9、静环10、静环固定环11、铜套12和柱塞马达中心管18；发电机组件包括注塑发电机定子15、注塑发电机定子定位环14、注塑发电机定子固定环17、发电机隔离套13和发电机永磁转子16。

具体装配关系为：首先组装柱塞马达组件，配流盘3与柱塞马达中心管18为过盈配合，采用压装方式将配流盘3固定在柱塞马达中心管18上端，将柱塞马达转子5套在柱塞马达中心管18外部安装在配流盘3下端，将柱塞6放置于柱塞马达转子5的孔内，将铜套12套在柱塞马达中心管18外部，铜套12与柱塞马达转子5为过盈配合，采用压装方式将铜套12固定在柱塞马达转子5下端，之后将磁盘7套在铜套12外部并使其上端面与柱塞6保持1-2mm间隙，将斜盘8套在铜套12外部，斜盘8上端面与磁盘7下端面靠磁力吸住、动环9与铜套12为过盈配合，采用压装方式将动环9固定在铜套12中间台阶处，将静环10套在铜套12外部，使静环10上端面与动环9下端面接触，将静环固定环11通过斜盘8下端螺纹固定住静环10使静环10无法轴向移动，柱塞马达组件安装完毕。

柱塞马达组件与外筒2为过盈配合，将柱塞马达组件压装入外筒2内部，外筒2上的销钉4用于定位柱塞马达组件的轴向位置；上接头1与外筒2通过螺纹连接，并且上接头1的下端面压在柱塞马达组件的配流盘3的上端面上，两个端面形成端面密封；柱塞马达组件在上接头1和销钉4的共同作用下，轴向位置完全固定。

将发电机永磁转子16通过螺纹连接到铜套12下端；将发电机隔离套13压装在柱塞马达中心管18外部，把发电机永磁转子16套在发电机隔离套13内；之后依次将注塑发电机定子定位环14、注塑发电机定子15、注塑发电机定子固定环17套在发电机隔离套13外部；下接头19和外筒2通过螺纹连接，随着下接头19的拧入，注塑发电机定子固定环17与注塑发电机定子15完全接触，从而注塑发电机定子15位置完全固定；注塑发电机定子15上的引线端子从下接头19的穿出孔穿出。

在上述实施例中，配流盘3有定位销钉4固定在外筒2上，柱塞马达转子5和配流盘3紧密贴合，保证水都进入外筒2中去，从而使水作用在柱塞6上的压力能够把柱塞6推出去；这个间隙是靠铜套12后面的弹簧产生的推力来调节的，当接触面产生磨损时，弹簧推动柱塞马达转子5继续贴紧配流盘3，保证水不泄漏；弹簧后面有调节螺母，可以调节弹簧的弹力，柱塞马达转子5中间有轴承支撑在柱塞马达中心管18上，柱塞马达中心管18内通径46；水由配流盘3上的腰型通孔20注入外筒2中，推动柱塞6向下运动，当柱塞6端部接触到斜盘8时，斜盘8对柱塞6产生一个力，由于斜盘8与柱塞6接触的面是斜的，所以这个力被分解为一个轴向分力和一个垂直分力，这个垂直分力使柱塞6对筒身中心产生一个转矩，带动柱塞马达转子5转动。

在上述实施例中，注塑发电机定子15首先采用注塑工艺将硅钢片和线圈绕组封于内部，后经机加工成型，其下端面有电源引线端子伸出；发电机永磁转子16与柱塞马达转子5直接连接，其内壁上贴有磁钢。

在上述实施例中，柱塞马达组件和发电机组件上还配套连接环形电能控制电路，环形电能控制电路具有电流整流、滤波作用，其上端与注塑发电机定子15的电源引线端子连接，下端带有输出引线端子将电能输出，为井下智能配水器提供电能，为充电电池充电，整个环形电能控制电路固定在柱塞马达中心管18外壁上。

在上述实施例中，上接头1下端与外筒2连接，上接头1上设计有液体流入孔，用于将注入水引入到柱塞马达组件内部，上接头1与进水端盖之间为端面密封。

在上述实施例中，外筒2与下接头19连接，外筒2上设计有多个液体流出孔，以及两个销钉孔，拧在其上的销钉4用于柱塞马达组件的轴向定位。

在上述实施例中，下接头19上端与外筒2连接，下接头19上设计有供环形电能控制电路输出引线端子穿出的穿出孔。

工作原理：本轴向柱塞式马达井下发电装置，现场使用时，下接头19通过油管扣与油管连接，上接头1上端可与井下智能配水器通过螺纹连接，配水器的水嘴总成机构与上接头1上端的注入水流入孔连接，正常注水时，配水器水嘴打开，注入水经水嘴进入到上接头1上的注入水流入孔道中，再经配流盘3的腰型通孔20进入到柱塞马达内部，同时注入水经配流盘3以及柱塞马达转子5进入到柱塞6的底部，使柱塞6伸出，从而柱塞6顶部与磁盘7上端面始终紧密接触，这样柱塞6、柱塞马达转子5和磁盘7共同形成不同容积的容积腔，在注入水作用下柱塞6带动柱塞马达转子5转动，转动同时水流经外筒2上的流出孔注入到地层中；在注入水流作用下，发电机永磁转子16在柱塞马达转子5带动下进行转动，并形成一个旋转磁场，注塑发电机定子15内部的线圈绕组切割磁力线，从而在注塑发电机定子15内部的线圈绕组上产生一定功率的电能，经下接头19上的穿出孔穿出，从而将电能输出给其它井下蓄电池或井下测试仪器。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。