УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ВАЛА СТАТОРА ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ Российский патент 2007 года по МПК H02K5/124 E21B47/22 

Предлагаемое изобретение относится к области геофизических исследований бурящихся нефтегазовых скважин и может быть использовано в турбогенераторах, обеспечивающих электроэнергией автономные скважинные навигационные и геофизические приборы в процессе бурения.

Известен турбогенератор для питания автономных забойных геофизических и навигационных комплексов, содержащий гидротурбину, приводимую в движение потоком промывочной жидкости, статор и ротор турбогенератора переменного тока на постоянных магнитах, расположенных на одном валу с гидротурбиной (Молчанов А.А., Сираев А.Х. Скважинные автономные измерительные системы с магнитной регистрацией. - М.: Недра, 1979. - С.102-109.).

Этот турбогенератор состоит из залитого эпоксидным компаундом статора, размещенного на центральном валу, шестиполюсного кольцевого магнитного ротора, выполненного в виде корпуса гидротурбины, сальника из свинцово-графитных элементов для уплотнения приводного вала, масляного компенсатора.

Для предотвращения попадания промывочной жидкости в турбогенератор и подшипниковые узлы установлены уплотняющие устройства, внутренняя полость турбогенератора заполнена трансформаторным маслом.

Ввиду того что турбогенератор работает при различных температурах (от наружной температуры воздуха до температуры +80°С...+130°С на глубинах бурения скважин до 1200...3500 м и более), а масло имеет высокий коэффициент температурного расширения, в конструкции имеется компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости (масла).

Недостатками турбогенератора являются невысокий ресурс его работы, низкая надежность, так как должным образом не обеспечивается уплотнение внутренней полости турбогенератора, а также большие габариты.

Известно также устройство генератора переменного тока для питания автономных забойных геофизических и навигационных комплексов (патент РФ №2170348; Е21В 47/022. Приоритет от 07.04.2000 г.).

Генератор содержит герметичный статор, установленный на неподвижном полом валу, ротор, установленный на подшипниках, закрепленных на неподвижном полом валу и защищенных уплотняющими устройствами, и выполненный в виде внешнего корпуса, с внешней стороны которого установлены рабочие лопатки турбины, а с внутренней стороны установлены постоянные магниты, и установленные на валу электрические разъемы; одно из уплотняющих устройств снабжено пружиной и установлено с возможностью осевого перемещения для обеспечения компенсации давления и температурного расширения смазывающей жидкости, находящейся в подшипниковых узлах и зазоре между ротором и статором, при этом электрические разъемы расположены с двух сторон вала, а рабочие лопатки установлены по краям корпуса. Герметичный статор может быть выполнен в монолите из неэлектропроводного и немагнитного материала, например стеклопластика.

В процессе бурения или спуско-подъемных операциях одной из причин отказа турбогенераторов при тяжелых режимах работы (перепад давления, вибрация, высокая температура) является разгерметизация внутреннего объема. В известном генераторе при резком увеличении внешнего давления пружина торцевого уплотнения может не скомпенсировать скачок давления, при этом промывочная жидкость попадает внутрь турбогенератора и, как следствие, происходит электрический пробой статорных обмоток, попадание промывочной жидкости в систему смазки турбогенератора.

Другим недостатком является отсутствие компенсатора, осуществляющего передачу внешнего давления в маслонаполненную полость турбогенератора и служащего для пополнения утечек масла в системе.

Таким образом, недостатками известного генератора являются низкая надежность и невысокий ресурс его работы.

Целью предлагаемого устройства является повышение надежности и увеличение ресурса работы турбогенераторов.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для уплотнения вала статора турбогенераторов, содержащем герметичный статор, установленный на неподвижном полом валу, ротор, установленный на подшипниках, закрепленных на неподвижном полом валу и защищенных уплотняющими устройствами, герметичный статор на выходе из корпуса ротора снабжен втулкой с винтоканавочным уплотнением, выполняющим роль винтового насоса, для увеличения давления на уплотняющем устройстве с внутренней полости турбогенератора.

Кроме того, имеется обгонная муфта, обеспечивающая нереверсивность винтового насоса, и компенсатор, предназначенный для выравнивания давления внутри и снаружи турбогенератора, а также пополнения утечек масла внутри турбогенератора. В неподвижном полом валу выполнены проходные отверстия для соединения полости компенсатора с внутренней полостью турбогенератора и подачи масла к винтовому насосу.

На фиг.1 представлена конструкция устройства для уплотнения вала статора турбогенератора.

На фиг.2 представлен вид А - винтоканавочное уплотнение.

Устройство состоит из герметичного статора 1, установленного на неподвижном полом валу 2, ротора 3, установленного на подшипниках 4, закрепленных на неподвижном полом валу 2.

Подшипниковый узел защищен уплотняющими устройствами 5, 6, 7, 8 и 9, одно из которых 5 подвижно в осевом направлении и снабжено пружиной 10. На выходе из корпуса ротора 3 статор 1 снабжен втулкой 11 с винтоканавочным уплотнением 12 (фиг.2).

Нереверсивность винтового насоса (винтоканавочного уплотнения) обеспечивается обгонной муфтой 13. Для выравнивания давления внутри и снаружи турбогенератора, а также пополнения утечек масла внутри турбогенератора имеется компенсатор 14. 15 - проходные отверстия для соединения полости компенсатора с внутренней полостью турбогенератора.

Устройство работает следующим образом.

При прокачке промывочной жидкости вращается ротор 3 с магнитами, магнитное поле которых индуцирует возникновение переменного тока в обмотках статора 1, который через электрические разъемы подается к электрической схеме скважинного прибора (на чертеже не показано).

Герметичность внутри турбогенератора со статорными обмотками обеспечивается уплотнением 5 и пружиной 10 (торцевое уплотнение) и втулкой с винтоканавочным уплотнением 11, выполняющим роль винтового насоса, создающим дополнительное давление на уплотняющем устройстве. Таким образом, давление внутри турбогенератора всегда выше, чем давление, создаваемое промывочной жидкостью, эффективность достигается стабильностью контакта в паре трения уплотнения 5 и 6.

Применение обгонной муфты обеспечивает нереверсивность винтового насоса, т.е. обеспечивает работу во всем диапазоне работы от начала вращения ротора до его остановки.

В устройстве предусмотрен компенсатор 14, обеспечивающий выравнивание давления внутри и снаружи турбогенератора, а также пополнение утечек масла внутри турбогенератора.

Использование в конструкции устройства для уплотнения турбогенераторов совместно торцевого и винтоканавочных уплотнений позволяет повысить надежность и увеличить ресурс работы турбогенераторов.

Изобретение относится к области электротехники и геофизических исследований и может быть использовано в силовых электрических машинах, обеспечивающих электроэнергией автономные скважинные навигационные и геофизические приборы в процессе бурения при исследовании бурящихся нефтегазовых скважин. Техническая задача, на достижение которой направлено данное изобретение, состоит в увеличении ресурса работы скважинных приборов и повышении надежности уплотнения вала статора в силовых электрических машинах. Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Устройство для уплотнения вала статора турбогенераторов, содержащих герметичный статор, установленный на неподвижном полом валу, и ротор, установленный на подшипниках, которые закреплены на неподвижном полом валу и защищены уплотняющими устройствами, согласно изобретению, включает втулку с винтоканавочным уплотнением, исполняющим роль винтового насоса, обеспечивающего повышение давления в уплотняющем устройстве во внутренней полости турбогегератора, и обгонную муфту, обеспечивающую нереверсивность винтового насоса, при этом втулкой с винтоканавочным уплотнением снабжен герметичный статор турбогенератора на выходе из корпуса ротора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для уплотнения вала статора турбогенераторов, содержащих герметичный статор, установленный на неподвижном полом валу, и ротор, установленный на подшипниках, которые закреплены на неподвижном полом валу и защищены уплотняющими устройствами, отличающееся тем, что включает втулку с винтоканавочным уплотнением, исполняющим роль винтового насоса, обеспечивающего повышение давления в уплотняющем устройстве во внутренней полости турбогегератора, и обгонную муфту, обеспечивающую нереверсивность винтового насоса, при этом втулкой с винтоканавочным уплотнением снабжен герметичный статор турбогенератора на выходе из корпуса ротора.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено компенсатором давления, обеспечивающим выравнивание давления внутри и снаружи турбогенератора, причем проходные отверстия в неподвижном полом валу турбогенератора предназначены для соединения полости компенсатора давления с внутренней полостью турбогенератора и подачи масла к винтовому насосу.