CN201277137Y - 流体自激震荡井下发电机 - Google Patents

Abstract

流体自激震荡井下发电机，为井下仪器和井下设备提供电源。特征是：在锥阀上腔和锥阀下腔之间有锥阀中腔，锥阀上腔和锥阀下腔与锥阀中腔连通，在锥阀中腔内有阀芯。在阀体上有锥阀入口流道，锥阀入口流道连通锥阀中腔；锥阀上腔流道与锥阀上腔连通；锥阀下腔流道与锥阀下腔连通。在锥阀下腔的下部有一个圆柱形活塞腔，在活塞腔内有活塞，活塞镶嵌永磁体，在活塞腔内壁上镶嵌有铁心和线圈，线圈的两端有导线引出，在活塞腔的下部有活塞下腔流道。效果是：能为井下仪器提供不间断电流，能够满足井下仪器和设备的电力需要。

Description

流体自激震荡井下发电机

技术领域

本实用新型涉及石油钻采技术领域，特别涉及一种利用井下流体能量发电的井下装置，为井下仪器和井下设备提供电源的装置，是一种在石油井下以流体为动力的井下发电机。

背景技术

在石油工业中，经常需要为井下仪器和井下设备提供电源。

目前，主要有两类井下电源，即电池组和涡轮式交流发电机。电池组的优点是结构紧凑、可靠。电池组的缺点是工作寿命短；更换电池组的费用也较高；并且电池组的工作温度范围有限，不能在温度较高的井下工作。涡轮式交流发电机作为井下电源，是利用流体为动能进行发电的。井下流体推动涡轮叶片旋转带动发电机发电。涡轮式交流发电机的优点是能长时间为井下仪器和井下设备提供电力，工作寿命长。涡轮式交流发电机的缺点是流体推动涡轮叶片旋转时，流体对涡轮叶片冲蚀严重，工作一段时间后就需要维护和更换涡轮叶片，使用成本比较高。涡轮发电机利用的仅是流体动能发电。

国际和国内还有利用井下流体能量发电的井下发电机，但是没有使用流体自激震荡原理的发电机案例。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种流体自激震荡井下发电机，能利用井下流体的能量，包括流体动能和流体压能，在井下将流体能量转换为电能，为井下仪器和设备提供一种新的电源形式。

本实用新型采用的技术方案是：流体自激震荡井下发电机，主要由阀体、锥阀部分和活塞发电部分组成，其特征在于：阀体为圆柱形。锥阀部分包括阀芯，在阀体上部有圆柱形锥阀上腔和圆柱形锥阀下腔，在锥阀上腔和锥阀下腔之间有锥阀中腔，锥阀上腔和锥阀下腔与锥阀中腔连通。在锥阀中腔内有阀芯。

在阀体上端面钻有锥阀入口流道，锥阀入口流道连通锥阀中腔。液体能通过锥阀入口流道进入锥阀中腔。

在阀体下端面钻有锥阀上腔流道，锥阀上腔流道与锥阀上腔连通。锥阀上腔内的液体能通过锥阀上腔流道流出。

在阀体下端面钻有锥阀下腔流道，锥阀下腔流道与锥阀下腔连通。锥阀下腔内的液体能通过锥阀下腔流道流出。

当高压液体通过锥阀入口流道进入锥阀中腔，能使阀芯产生自震荡。

发电部分是在锥阀下腔的下部有一个圆柱形活塞腔。在活塞腔内有圆柱形活塞，活塞的外壁上镶嵌有永磁体。在活塞腔内壁上镶嵌有铁心和线圈，线圈的两端有导线引出。在活塞腔的下部有活塞下腔流道，活塞下腔流道能平衡活塞上端与活塞下端的压力。当活塞上下往复运动时，带动永磁体往复运动，线圈切割磁力线产生电流。本领域技术人员熟知永磁体、铁心和线圈的发电原理和结构，不详细描述。

所述的阀芯为圆柱形，阀芯的两端分别有圆锥面。

为了控制流体的流量，在锥阀上腔流道和锥阀下腔流道内分别有节流口。

为了阀芯振动时能带动活塞运动，在阀芯与活塞之间有弹簧。弹簧为螺旋压缩弹簧。

为了密封使液体不能进入铁芯内，在活塞腔的内壁上有两道密封圈，两道密封圈分别在铁芯的上部和铁芯的下部。

把流体自激震荡井下发电机固定在圆柱形的壳体内。当壳体内有高压液体进入锥阀入口流道，阀芯产生自震荡。阀芯自震荡通过弹簧带动活塞往复震荡，线圈能发出电流，为井下仪器提供电能。

本实用新型的有益效果：本实用新型流体自激震荡井下发电机安装在井下，能为井下仪器提供不间断电流，能够满足井下仪器和设备的电力需要。流体经过发电机产生的压力损失较小，不影响流体的正常流动。

附图说明

图1是本实用新型流体自激震荡井下发电机结构剖面示意图。

图中，1.锥阀上腔，2.阀芯，3.锥阀上腔流道，4.锥阀下腔，5.弹簧，6.密封圈，7.铁芯，8.线圈，9.活塞下腔流道，10.节流口，11.锥阀入口流道，12.锥阀下腔流道，13.永磁体，14.活塞，15.阀体，16.壳体。

具体实施方式

实施例1：以一个壳体16外径为172毫米的流体自激震荡井下发电机为例，对本实用新型作进一步详细说明。

参阅图1。本实用新型流体自激震荡井下发电机，由阀体15、锥阀部分和活塞发电部分组成。阀体15为圆柱形，外径为132毫米，长度为1000毫米。阀体15是由两个半圆柱体固定在一起制成的。

在阀体15上部有一个圆柱形锥阀上腔1和一个圆柱形锥阀下腔4，在锥阀上腔1和锥阀下腔4之间有锥阀中腔，锥阀上腔1和锥阀下腔4与锥阀中腔连通。锥阀上腔1和锥阀下腔4直径为38毫米，锥阀中腔为60毫米。在锥阀中腔内有阀芯2。阀芯2为圆柱形，阀芯2的两端分别有圆锥面。阀芯2能在锥阀中腔内上下震荡。

在阀体15上端面钻有锥阀入口流道11，锥阀入口流道11连通锥阀中腔。阀体15上端面以上是高压侧，高压液体能通过锥阀入口流道11进入锥阀中腔。

在阀体15下端面钻有锥阀上腔流道3，锥阀上腔流道3与锥阀上腔1连通。阀体15下端面以下是低压侧，锥阀上腔1内的液体能通过锥阀上腔流道3流出。在锥阀上腔流道3内固定有一个节流口10。节流口10是一个内径较小的圆柱体，能控制流道通过流体的流量。

在阀体15下端面钻有锥阀下腔流道12，锥阀下腔流道12与锥阀下腔4连通。锥阀下腔4内的液体能通过锥阀下腔流道12流出。在锥阀下腔流道12固定有一个节流口10。

发电部分是在锥阀下腔4的下部有一个圆柱形活塞腔，活塞腔的直径为50毫米。在活塞腔内有圆柱形活塞14，活塞14的外壁上镶嵌有永磁体13。在活塞腔内壁上镶嵌有铁心7和线圈8，线圈8的两端有导线引出。在活塞腔的下部有活塞下腔流道9，活塞下腔流道9与锥阀上腔流道3连通。

在阀芯2与活塞14之间有一个螺旋压缩弹簧5。在活塞腔的内壁上有两道密封圈6，两道密封圈6分别在铁芯7的上部和铁芯7的下部。

最后，把流体自激震荡井下发电机固定在圆柱形的壳体16内。

简述流体自激震荡井下发电机的工作原理，有助于理解本实用新型。将流体自激震荡井下发电机固定在壳体16内并安装井下。压力流体从锥阀入口流道11流入阀体15内，从节流口10流出，压力有一定的下降。流体减少的压能转化为电能。工作原理如下：阀芯2和活塞14有一个平衡点，在这平衡点上阀芯2和活塞14受到平衡力的作用，保持静止状态，但是这是一个不稳定的平衡点。当流体流过时，由于某种微小的扰动使阀芯2向下离开平衡点的位置(向上离开平衡点分析方法与此类似)，流体流入锥阀上腔1的瞬时阻力比流入锥阀下腔4的瞬时阻力要小，造成锥阀上腔1的压力比锥阀下腔4高。流入锥阀上腔1的流量增加，同时流入锥阀下腔4的流量减少，这也造成阀芯2所受的液动力的合力向下，同时阀芯2所受的液压力的合力也向下。这两个合力使阀芯2进一步向下运动，使得锥阀上腔1压力不断升高锥阀下腔4压力不断下降。由于锥阀上腔1和活塞下腔压力相同，锥阀下腔4和活塞上腔压力相同，压差使得活塞14向上移动压缩弹簧5，弹簧5对阀芯2向上的推力变大，当这一推力大于阀芯2受到的液压力和液动力的向下合力时，阀芯2开始向上移动。当阀芯2向上越过平衡点时，阀芯2受到的液压力和液动力的合力改为方向向上，阀芯2进一步向上移动，活塞上腔压力大于活塞下腔压力，活塞14向上的运动减速，速度减到零以后活塞14开始向下运动。弹簧5对阀芯2向下的拉力变大，当拉力大于阀芯2受到的液压力和液动力的向上合力时，阀芯2又开始向下移动。如此循环，阀芯2形成了流体自激震荡，阀芯2和活塞14分别为周期相同、相位不同的往复运动。由于活塞14上有永磁体13，活塞缸的相应位置有线圈8。当活塞14作自动往复运动时，永磁体13使通过线圈8的磁通量变化产生电能，能为井下仪器提供电能。

Claims (5)

1、一种流体自激震荡井下发电机，主要由阀体(15)、锥阀部分和活塞发电部分组成，其特征在于：阀体(15)为圆柱形，锥阀部分包括阀芯(2)，在阀体(15)上部有圆柱形锥阀上腔(1)和圆柱形锥阀下腔(4)，在锥阀上腔(1)和锥阀下腔(4)之间有锥阀中腔，锥阀上腔(1)和锥阀下腔4与锥阀中腔连通，在锥阀中腔内有阀芯(2)；

在阀体(15)上端面钻有锥阀入口流道(11)，锥阀入口流道(11)连通锥阀中腔；

在阀体(15)下端面钻有锥阀上腔流道(3)，锥阀上腔流道(3)与锥阀上腔(1)连通；

在阀体(15)下端面钻有锥阀下腔流道(12)，锥阀下腔流道(12)与锥阀下腔(4)连通；

发电部分是在锥阀下腔(4)的下部有一个圆柱形活塞腔，在活塞腔内有圆柱形活塞(14)，活塞(14)的外壁上镶嵌有永磁体(13)，在活塞腔内壁上镶嵌有铁心(7)和线圈(8)，线圈(8)的两端有导线引出，在活塞腔的下部有活塞下腔流道(9)。

2、根据权利要求1所述的流体自激震荡井下发电机，其特征是：所述的阀芯(2)为圆柱形，阀芯(2)的两端分别有圆锥面。

3、根据权利要求1所述的流体自激震荡井下发电机，其特征是：在锥阀上腔流道(3)和锥阀下腔流道(12)内分别有节流口(10)。

4、根据权利要求1所述的流体自激震荡井下发电机，其特征是：在阀芯(2)与活塞(14)之间有弹簧(5)，弹簧(5)为螺旋压缩弹簧。

5、根据权利要求1或2或3或4所述的流体自激震荡井下发电机，其特征是：在活塞腔的内壁上有两道密封圈(6)，两道密封圈(6)分别在铁芯(7)的上部和铁芯(7)的下部。

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