Тепловой привод Советский патент 1981 года по МПК E21B47/00 

(54) ТЕПЛОВОЙ ПРИВОД

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано в скважинных приборах с механизмами возвратно-поступательного действия. Известны электромеханические и гидравлические приводы, лрименяемые в скважинных приборах 1. Однако они не могут быть использованы при температурах выше 473°К. Наиболее близким по технической cyi ности и достигаемому результату к изобрё тению является устройство теплового привода, содержащее корпус, камеру с рабочей жидкостью, теплоизолирующий элемент, пор шень-толкатель с силовым щтоком и электронагреватель 2. Недостатком данного устройства является низкое быстродействие и большое потребление энергии при его работе. Цель изобретения - увеличение быстродействия работы привода и уменьшение потребляемой им энергии. Указанная цель достигается тем, что тепловой привод снабжен размещенной ниже камеры с рабочей жидкостью дополнительной камерой, заполненной жидкостью с высоким коэффициентом теплопроводности, в которой установлен поршень-разделитель, связанный с поршнем-толкателем посредством телескопических гильз, причем теплоизолирующий элемент выполнен в корпусе в виде кольцевой камеры, заполненной газом и гидравлически связанной с дополнительной камерой. На фиг. 1 изображено предложенное устройство в начале рабочего хода, общий вид; на фиг. 2 - тоже, в конце рабочего хода; на фиг. 3 - то же, в начале обратного хода силового штока. Устройство состоит из корпуса 1, боковыми стенками которого являются концентрично расположенные цилиндрические поверЯности 2 и 3. Между стенками имеется кольцевая камера А, заполненная при рабочем ходе привода воздухом. В нижней части корпуса имеется камера Б, которая сообщена с камерой А и заполнена жидкостью с высоким коэффициентом теплопроводности. В камере Б установлен разделительный поршень 4 с уплотнениями 5 и б и фиксаторами 7. Камера Г над разделительным поршнем 5 заполнена сжатым газом (воздухом) под давлением 2-5 кгс/см при нормальной температуре или рабочей жидкостью. Поршень 4 при помощи-телескопических гильз 8 соединен с поршнем-толкателем 9 и уплотняется элементами 5 и 6. Рабочая плошадь поршня 9 больше площади поршня 4. Камера В над Поршнем 9 заполнена не более чем на 207о ее объема (при крайнем нижнем положении поршня 9) рабочей жидкостью с размещенным в ней электронагревателем 10. Поршень 9 уплотнен элементом 11, а его шток уплотнен элементом 12. Днища кор пуса теплоизолированы от скважинной среды. Интенсивность отвода тепла в окружающую среду зависит при прочих равных условиях от теплопроводности многослойной стенки корпуса, которая зависит от того, каким веществом заполнена камера А. Устройство работает следуюшим образом. Кольцевая камера А заполнена воздухом. При включении электронагревателя 10 рабочая жидкость над поршнем 9 нагревается до кипения, испаряется, и за счет этого создается избыточное давление паров, под действием которого он начинает перемещаться вниз. Нагревателю 10 сообщают .мошность, достаточную для испарения рабочей жидкости в большем количестве, чем конденсирующаяся, чтобы поршень 9 перемещался под действием избыточного давления в камере В. При рабочем ходе привода .камера А заполнена воздухом, теплопроводность которого во .много раз меньще теплопроводности жидкости, заполняющей камеру А при обратном ходе привода. Поэтому тепловой поток, а значит и потери тепла в окружающую среду через стенку корпуса при рабочем ходе привода значительно меньше, чем при обратном ходе. Остановка привода в нужном положении можкт осушествляться снижением подводимой к нагревателю мощности до величины, обеспечивающей испарение рабочей жидкости в количестве, равном конденсирую щейся. В это.м случае поршень-разделитель 4 находится в положении, показанно.м на фиг. 2, камера А заполнена воздухом. Для осуществления обратного хода нужно подвести к нагревателю мощность, обеспечивающую испарение рабочей жидкости в количестве, большем конденсирующейся, чтобы поршень-толкатель переместился под дей ствием избыточного давления в камере В вниз до упора,. При достижении поршнем 9 крайнего нижнего положения (см. фиг. 3) отключается электронагреватель 10, фиксаторы 7 убираются и поршень 4 под действием давления сжатого воздуха (или паров рабочейЖидкости) над ним перемещается вниз и вытесняет жидкость из камеры Б в камеру А. Так как коэффициент теплопроводности этой жидкости во много раз больше, чем у воздуха, то из камеры В начинается интенсивный отвод тепла к скважинной среде. Над порщнем 9 пар начинает интенсивно конденсироваться, а следовательно, снижается и давление паров над ним и поршень 9 начинает двигаться вверх. Когда зазоры в телескопических гильзах выбраны, то поршень 9 при своем движении начинает перемещать вверх и поршень 5. Жидкость из камеры А перетекает в камеру Бпод действием силы тяжести и разности давлений в камерах А и Б. При достижении поршнем 9 крайнего верхнего положения (см. фиг. 1.) фиксаторы 7 поршня 4 раскрываются, удерживая его от перемещения вниз, при этом жидкость из камеры А полностью перетекает в камеру Б. Далее работа привода повторяется как изложено выше. В предлагаемом устройстве рабочий ход осуществляется при очень малой потере тепла, так как теплопередача через стенку -мала, а обратный ход наоборот осуществляется при интенсивном отводе тепла. Поэтому как рабочий ход, так и обратный ход осуществляется быстро. Причем при обратном ходе потребления энергии нет. В качестве жидкости, заполняющей камеру Б, для работы в средах с высокой температурой могут использоваться легкоплавкие сплавы (например, сплав ВУДА). Можно для этой цели применять любые жидкости с большим коэффициентом теплопроводности. Для заполнения камеры А, при рабочем ходе привода, можно применять (кроме воздуха) и другие жидкости или газы с малым коэффициентом теплопроводности. В на честве рабочей жидкости над порщнем 9 может применяться вода или другая жидкость. Необходимость в остановке привода может быть исключена, если управляемый элемент (клапан, прижимное устройство и т.д.) снабжен фиксатором, удерживающим его в нужном положении. В этом случае потребление энергии приводом при выполнении управляемым элементом своей функции не будет, так как поршень 9 не нужно удерживать в промежуточном между верхним и нижним положениями и он, дойдя вниз до упора, возвращается в верхнее положение. Экономический эффект от использования предлагаемого устройства выражается в повышении эффективности исследования за счет его быстродействия и уменыЬения потребления энергии. Формула изобретения Тепловой привод, содержащий корпус, камеру с рабочей жидкостью, теплопроизолирующий элемент, поршень-толкатель с силовым штоком и электронагреватель, отличающийся тем, что, с целью увеличения быст родействия работы привода и уменьшения потребляемой им энергии, он снабжен размещенной ниже камеры с рабочей жидкостью дополнительной камерой, заполненной

жидкостью с высоким коэффициентом теплопроводности, в которой установлен поршеньразделитель, связанный с поршнем-толкателем посредством телескопических гильз, причем теплоизолирующий элемент выполнен в корпусе в виде кольцевой камеры, заполненной газом и гидравлически связанной с дополнительной камерой.

П

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

10 11

Г

5 5