ТУРБОГЕНЕРАТОР ДЛЯ ПИТАНИЯ СКВАЖИННОЙ АППАРАТУРЫ Российский патент 2002 года по МПК E21B47/00 

Изобретение относится к технологии бурения под нефть, газ и для других целей. Конкретно изобретение касается генератора переменного тока для питания забойных геофизических и навигационных комплексов.

Известен турбогенератор для питания скважинной аппаратуры по патенту РФ 2060383, содержащий ротор, выполненный в форме внешнего корпуса, и статор с обмотками, ось статора установлена противоположными концами в шариковых подшипниках, которые запрессованы во фланцах. Система смазки генератора в описании к этому патенту детально не раскрыта.

Известен турбогенератор для питания скважинной аппаратуры по книге Молчанова А.А. и Сираева А.Х. "Скважинные автономные измерительные системы с магнитной регистрацией". М.: Недра, 1979, с. 102...103 (прототип).

Турбогенератор содержит ротор с турбиной, установленный на двух подшипниках, статор и уплотнения подшипников. Зазоры между ротором и статором заполнены смазывающей жидкостью, которая расходуется по мере эксплуатации.

Недостатками этого турбогенератора являются его низкая надежность, обусловленная тем, что система смазки работает в сложных условиях переменного давления и температуры окружающей среды. Это предъявляет к системе смазки жесткие требования. Требуется защитить турбогенератор от проникновения внутрь бурового раствора, в котором содержатся абразивные частицы. Кроме того, периодически необходимо пополнять запас смазки при регламентных работах. Одним из недостатков является также недостаточно эффективное охлаждение обмотки, что ограничивает мощность генератора.

Задачей создания изобретения является увеличение ресурса работы турбогенератора и повышение его надежности при одновременном упрощении конструкции, облегчении эксплуатации и ремонта.

Указанная задача решена за счет того, что в турбогенераторе для питания скважинной аппаратуры, содержащем внешний ротор с корпусом и рабочими лопатками турбины, внутренний статор с обмоткой, выполненный на оси, обмотка залита герметичным неэлектропроводным материалом, устойчивым к абразивному износу, внешний ротор установлен на подшипниках скольжения, внутренние рабочие поверхности подшипников скольжения выполнены из эластичного материала, например резины, со сквозными каналами и смонтированы на съемных втулках с буртиками, а втулки закреплены на оси, причем верхний подшипник скольжения закрыт с торца обтекателем с образованием кольцевого зазора между ним и корпусом. Между нижним подшипником скольжения и опорой генератора может быть установлена коническая резиновая втулка. Сквозные каналы могут иметь в поперечном сечении форму многоугольника. Рабочие лопатки турбины установлены с обеих сторон корпуса с образованием двух рабочих ступеней турбины. На корпусе между первой и второй рабочими ступенями турбины могут быть выполнены два ряда окон.

Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью. Изобретательский уровень достигнут за счет совмещения выполнения нескольких функций одними деталями, узлами и системами.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 приведен турбогенератор, на фиг.2 - подшипник.

Турбогенератор для питания скважинной аппаратуры содержит внешний ротор 1 и внутренний статор 2. Внешний ротор 1 состоит из корпуса 3 с рабочими лопатками турбины 4. Внутренний статор 2 выполнен в виде обмотки 5 на оси 6. Обмотка 5 залита герметичным неэлектропроводным материалом, устойчивым к абразивному износу, например силиконом. Между внешним ротором 1 и внутренним статором 2 имеется зазор 7, через который проходит буровой раствор и охлаждает обмотку генератора. На оси 6 установлены подшипники скольжения: верхний 8 и нижний 9 (по направлению потока бурового раствора). Рабочие лопатки турбины 4 установлены с обеих сторон корпуса 3 с образованием двух рабочих ступеней турбины 10 и 11. Верхний подшипник скольжения 8 закрыт с торца обтекателем 12 с образованием кольцевого зазора 13 между ним и корпусом 3. Внутренний статор 2 установлен на опоре турбогенератора 14, предназначенной для крепления турбогенератора к корпусу, в котором смонтирована скважинная аппаратура (не показана).

Подшипники скольжения 8 и 9 смонтированы на съемных втулках 15 с буртиками 16, которые установлены на оси 6.

Внутренняя рабочая поверхность подшипников скольжения 8 и 9 (фиг.2) выполнена из эластичного материала, например резины. На внутренней рабочей поверхности подшипников скольжения параллельно оси выполнены сквозные каналы для прохождения бурового раствора и удаления абразивных частиц.

Возможно исполнение турбогенератора с конической втулкой 18. Эту втулку для уменьшения абразивного износа также целесообразно выполнить резиновой.

Также возможно исполнение турбогенератора с двумя рядами окон 19 и 20, выполненных в корпусе ротора 3 между рабочими ступенями турбины 10 и 11.

При работе турбогенератора буровой раствор подается на первую рабочую ступень турбины 10, а ее незначительная часть через кольцевой зазор 13, достаточно малый для того, чтобы отфильтровать крупные посторонние частицы, проходит на верхний подшипник скольжения 8, смазывает и охлаждает его. Учитывая, что верхний подшипник скольжения 8 может быть выполнен из резины или резины, армированной металлом, он длительное время не подвергается износу. При эксплуатации турбогенератора изнашиваются только съемные втулки 15, которые выполняют из износостойкого материала и легко меняются при регламентных работах.

Аналогично осуществляется смазка и охлаждение буровым раствором нижнего подшипника скольжения 9. Буровой раствор поступает на нижний подшипник скольжения 9 через зазор 7 и выходит за ним в сторону опоры турбогенератора 14.

Коническая втулка 18 направляет поток в сторону проточных окон опоры турбогенератора, уменьшая гидравлические потери и износ деталей.

В случае исполнения с двумя рядами окон 19 и 20 на корпусе 3 между рабочими ступенями турбины 10 и 11 схема смазки и прохождения бурового раствора через генератор несколько отличается. Часть бурового раствора, прошедшая через верхний подшипник скольжения 8, проходит через окна 19 и 20, удаляя из зазора 7 абразивные частицы.

Применение изобретения позволило:
1. Увеличить надежность и ресурс работы турбогенератора.

2. Улучшить рабочие характеристики генератора за счет более эффективного охлаждения обмотки генератора.

3. Обеспечить его смазку без использования смазочной жидкости.

4. Облегчить эксплуатацию и ремонт.

5. Упростить конструкцию.

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано для питания автономных забойных геофизических и навигационных комплексов. Задача создания изобретения - обеспечение надежности работы турбогенератора и увеличение его ресурса, упрощение конструкции при облегчении эксплуатации и ремонта. Турбогенератор содержит внешний ротор с корпусом и рабочими лопатками турбины, внутренний статор с обмоткой, выполненный на оси. Обмотка залита герметичным неэлектропроводным материалом, устойчивым к абразивному износу. Внешний ротор установлен на подшипниках скольжения. Внутренние рабочие поверхности подшипников скольжения выполнены из эластичного материала, например резины, со сквозными каналами и смонтированы на съемных втулках с буртиками, а втулки закреплены на оси. Верхний подшипник скольжения закрыт с торца обтекателем с образованием кольцевого зазора между ним и корпусом. Между нижним подшипником скольжения и опорой генератора может быть установлена коническая резиновая втулка. Сквозные каналы могут иметь в поперечном сечении форму многоугольника. Рабочие лопатки турбины могут быть установлены с обеих сторон корпуса с образованием двух рабочих ступеней турбины. При этом на корпусе между первой и второй рабочими ступенями турбины могут быть выполнены два ряда окон. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Турбогенератор для питания скважинной аппаратуры, содержащий внешний ротор с корпусом и рабочими лопатками турбины, внутренний статор с обмоткой, выполненный на оси, отличающийся тем, что обмотка залита герметичным неэлектропроводным материалом, устойчивым к абразивному износу, внешний ротор установлен на подшипниках скольжения, внутренние рабочие поверхности подшипников скольжения выполнены из эластичного материала, например резины, со сквозными каналами и смонтированы на съемных втулках с буртиками, а втулки закреплены на оси, причем верхний подшипник скольжения закрыт с торца обтекателем с образованием кольцевого зазора между ним и корпусом. 2. Турбогенератор по п. 1, отличающийся тем, что между нижним подшипником скольжения и опорой генератора установлена коническая резиновая втулка. 3. Турбогенератор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что сквозные каналы имеют в поперечном сечении форму многоугольника. 4. Турбогенератор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что рабочие лопатки турбины установлены с обеих сторон корпуса с образованием двух рабочих ступеней турбины. 5. Турбогенератор по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что на корпусе между первой и второй рабочими ступенями турбины выполнены два ряда окон.