ГЕНЕРАТОР Российский патент 2005 года по МПК E21B47/00 

Изобретение относится к электрическим машинам. Конкретно изобретение предназначено для генератора питания скважинной аппаратуры. Генератор преобразует энергию промывочной жидкости в электрическую, необходимую для питания скважинных навигационных и геофизических приборов в процессе бурения и передатчика электромагнитного канала связи.

Известен генератор переменного тока для питания телеметрической системы в процессе бурения скважин малого диаметра, включающий неподвижный внутренний статор с коллектором и закрепленный на приводном валу внешний ротор, снабженный электромагнитами (патент РФ №2060383, МКП Е 21 В 47/022, 47/00, приоритет от 21.02.92 г). Система смазки представляет собой полость между ротором и статором, заполненную смазывающей жидкостью.

Известен автономный турбинный агрегат (электрогенератор), также предназначенный для питания электрической энергией телеметрической системы, содержащий гидротурбину, приводимую в движение потоком промывочной жидкости, маслозаполненный статор, залитый эпоксидным компаундом, и ротор генератора переменного тока на постоянных магнитах, расположенный на одном валу с гидротурбиной (Молчанов А.А., Сираев А.X. Скважинные автономные системы с магнитной регистрацией. М.: Недра, 1979, с.102-103).

Этот генератор состоит из статора, размещенного внутри агрегата, и шестиполюсного кольцевого магнитного ротора, выполненного снаружи. Ротор одновременно является корпусом для рабочих лопаток трехступенчатой гидротурбины. Перед каждой ступенью рабочих лопаток гидротурбины, в свою очередь, установлены три ступени направляющих аппаратов, собранных на внешнем корпусе, что увеличивает диаметр устройства. Для предотвращения попадания промывочной жидкости в электрогенератор и подшипниковые узлы установлены уплотняющие устройства, внутренняя полость электрогенератора заполнена трансформаторным маслом.

Ввиду того что электрогенератор работает в интервале температур от -40 до +130°С, при глубинах бурения до 3500 м и более, а объем масла изменяется при изменении температуры, введен компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости (масла). Компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости выполнен внутри входного обтекателя генератора. Он состоит из двух тонких профильных пластин, одна из которых выпуклая, а другая вогнутая. Компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости предназначен для компенсации изменения объема масла в маслозаполненной полости генератора в рабочих условиях при повышении температуры, а также выравнивания давления внутри и снаружи генератора.

Недостатками этого генератора являются:

- низкая надежность,

- малый ресурс,

- большие габариты и масса устройства,

- сложность конструкции.

Эти недостатки обусловлены, в первую очередь, тем, что в качестве привода используется многоступенчатая турбина с направляющими аппаратами. Использование гидротурбины с направляющими аппаратами в качестве привода предъявляет повышенные требования к качеству очистки промывочной жидкости от фракций выбуренной породы и посторонних предметов, попадание которых в зазор между рабочими и направляющими лопатками гидротурбины может привести к ее остановке (заклиниванию). Наличие направляющих аппаратов гидротурбины увеличивает диаметральный габарит электрогенератора, что нежелательно при бурении скважин относительно малого диаметра.

Второй конструктивный недостаток - это сложность и ненадежность компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости. Из-за упругости стенок компенсатора давление смазывающей жидкости всегда меньше давления окружающей среды. Это может привести к попаданию промывочной жидкости в систему смазки электрогенератора и к износу подшипников, уплотнений и других деталей.

Известен также электрогенератор по пат. РФ №2173925, основной особенностью которого можно считать систему смазки. Система смазки этого электрогенератора содержит заправочное устройство на его переднем торце, полость между внешним ротором и статором, заполненную смазывающей жидкостью, и компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости, размещенный со стороны устройства для крепления генератора, выполненный в виде поршня, установленного с возможностью осевого перемещения и уплотнения, установленного внутри поршня с возможностью осевого перемещения вместе с ним. Недостатком этого устройства является сложность заправки системы смазывающей жидкостью и низкий ресурс уплотнения.

Известен электрогенератор питания телеметрических систем по св. РФ №34638, прототип.

Этот электрогенератора содержит заправочное устройство в его передней части, полость между внешним ротором и статором, заполненную смазывающей жидкостью, и компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости, размещенный со стороны устройства для крепления генератора, выполненный в виде поршня, установленного внутри ротора с возможностью осевого перемещения, и уплотнения, установленного, в свою очередь, внутри поршня с возможностью осевого перемещения вместе с ним, поршень выполнен с возможностью дренажа смазывающей жидкости в полностью заправленном положении в зазор между ротором и узлом крепления генератора.

Недостатком этой системы смазки является то, что из-за совмещения функций компенсатора и уплотнения снижается их ресурс.

Известен генератор по св. РФ №13123, который содержит ротор с турбиной, статор, узел крепления и емкость для резервного запаса смазывающей жидкости, выполненную в виде стакана, выполненного в передней части генератора с установленным внутри подпружиненным поршнем, и заправочное устройство (прототип). Генератор и турбина значительно отдалены друг от друга в осевом направлении и разобщены магнитной муфтой, что увеличивает габариты генератора и снижает надежность смазки.

Задача создания генератора: уменьшение веса и габаритов генератора и повышение надежности смазки

Задача изобретения: повышение надежности работы системы смазки.

Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что генератор, содержащий корпус с обмотками возбуждения, узел крепления, ротор с валом, магнитами и турбиной, установленный через подшипники в корпусе, и емкость для резервного запаса смазывающей жидкости в виде стакана, выполненного в передней части генератора с установленным внутри подпружиненным поршнем и заправочным устройством, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один передний подшипник установлен во втулке, которая сцентрирована в выступающей части корпуса, закрытого с другой стороны осью, зафиксированной от поворота и имеющей кольцевую проточку под обмотку и цилиндрический выступ, во внутренней расточке которого установлен, по меньшей мере, один задний подшипник, а внутри вала выполнено сквозное осевое отверстие. Между передним подшипником и ротором установлена регулировочная шайба. Обмотки возбуждения установлены в корпусе и зафиксированы штифтами от смещения. Пружина частично размещена внутри поршня. Заправочной устройство выполнено в виде клапана, установленного в канале штока, закрытом пробкой. Заправочное устройство выполнено в виде клапана, установленного в канале штока, закрытом пробкой.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения. Новизна подтверждается патентными исследованиями, изобретательский уровень - новой компоновкой генератора. Для изготовления всех узлов электрогенератора не требуются дефицитные материалы и вновь разработанные технологии, что гарантирует промышленную применимость. В ЗАО НПФ "Самарские Горизонты" запланировано серийное производство генераторов.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где приведена схема смазки электрогенератора

Генератор содержит устройство для крепления генератора 1, корпус компенсатора 2 с турбиной 3, являющиеся основными деталями ротора. Основной деталью статора является корпус 4. Ротор установлен на передних и задних подшипниках 5 и 6 соответственно корпусе 4. В корпусе 4 установлена обмотка возбуждения 7, а на валу 8, входящем в состав ротора - магниты 9.

Генератор содержит емкость для резервного запаса смазывающей жидкости 10, которая состоит из стакана 11, установленного внутри поршня 12, и пружины 13, подпружинивающей поршень 12. Заправочное устройство содержит заправочный канал А, пробку 14, клапан 15. Вал 8 уплотнен относительно ротора 2 уплотнением 16. Уплотнение 16 и передние упорные подшипники 20 установлены во втулке 17. Втулка 17 сцентрирована в выступающей части корпуса 4 (в передней части). Между передними подшипниками 5 и валом 8 установлена регулировочная шайба 18. Со стороны другого (заднего торца) корпуса 4 герметично установлена осью 19, которая зафиксирована от поворота и имеет кольцевую проточку под обмотку и цилиндрический выступ, во внутренней расточке которого установлен, по меньшей мере, один задний подшипник 6. На оси 19 установлен узел крепления 1, а внутри выполнен гермовывод 20. Система смазки содержит кроме заправочного канала А, выполненного в штоке, полость Б под поршнем 12, осевой канал В внутри вала 8, полость Г в нижней части корпуса 4 генератора, наклонный канал Д, и полость Е внутри оси 19. Наклонный канал Д сообщает полости Г и Е.

Устройство работает следующим образом. При заправке отвинчивают пробку 13 и заправляют смазку через обратный клапан 15 и канал А в полость Б под поршнем 12. Далее смазывающая жидкость по осевому каналу В поступает полость Г, заполняя тем самым всю внутреннюю полость генератора, в том числе полости подшипников 5 и 6 и далее по наклонному каналу Д полость Е внутри оси 19.

При эксплуатации в составе колонны бурильных труб буровой раствор подается на турбину 3, при этом корпус турбины 4 и внешний ротор 2 вращаются. В электрообмотке 7 возникает ЭДС. По мере расходования смазки поршень 12 перемещается вверх. После каждого рейса производят дозаправку генератора смазывающей жидкостью, для этого отворачивают пробку 13 и осуществляют заправку полостей генератора.

Применение изобретения позволило:

1. Уменьшить габариты и вес генератора.

2. Повысить надежность уплотнения полости электрогенератора.

3. Облегчить и упростить процесс заправки системы смазывающей жидкостью.

4. Упростить конструкцию электрогенератора за счет отказа от применения направляющих аппаратов турбины и максимального упрощения конструкции уплотнения.

5. Упростить сборку и разборку электрогенератора.

6. Улучшить ремонтопригодность электрогенератора.

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано для питания электронных узлов забойных телеметрических систем. Генератор содержит корпус с обмотками возбуждения, узел крепления, ротор с валом, магнитами и турбиной, установленный через подшипники в корпусе, и емкость для резервного запаса смазывающей жидкости в виде стакана, выполненного в передней части генератора с установленным внутри подпружиненным поршнем и заправочным устройством. По меньшей мере, один передний подшипник установлен во втулке, которая сцентрирована в выступающей части корпуса, закрытого с другой стороны осью, зафиксированной от поворота и имеющей кольцевую проточку под обмотку и цилиндрический выступ, во внутренней расточке которого установлен, по меньшей мере, один задний подшипник. Внутри вала выполнено сквозное осевое отверстие. Между передним подшипником и ротором может быть установлена регулировочная шайба. Обмотки возбуждения могут быть установлены в корпусе и зафиксированы штифтами от смещения. Возможно частичное размещение пружины поршня. Заправочное устройство может быть выполнено в виде клапана, установленного в канале штока, закрытом пробкой. Изобретение позволяет повысить надежность системы смазки генератора, уменьшить его вес и габариты. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Генератор, содержащий корпус с обмотками возбуждения, узел крепления, ротор с валом, магнитами и турбиной, установленный через подшипники в корпусе, и емкость для резервного запаса смазывающей жидкости в виде стакана, выполненного в передней части генератора с установленными внутри подпружиненным поршнем и заправочным устройством, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один передний подшипник установлен во втулке, которая сцентрирована в выступающей части корпуса, закрытого с другой стороны осью, зафиксированной от поворота и имеющей кольцевую проточку под обмотку и цилиндрический выступ, во внутренней расточке которого установлен, по меньшей мере, один задний подшипник, а внутри вала выполнено сквозное осевое отверстие.2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что между передним подшипником и ротором установлена регулировочная шайба.3. Генератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что обмотки возбуждения установлены в корпусе и зафиксированы штифтами от смещения.4. Генератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что пружина частично размещена внутри поршня.5. Генератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что заправочное устройство выполнено в виде клапана, установленного в канале штока, закрытом пробкой.