RU2453698C2 - Downhole generator - Google Patents
Downhole generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2453698C2 RU2453698C2 RU2010106932/03A RU2010106932A RU2453698C2 RU 2453698 C2 RU2453698 C2 RU 2453698C2 RU 2010106932/03 A RU2010106932/03 A RU 2010106932/03A RU 2010106932 A RU2010106932 A RU 2010106932A RU 2453698 C2 RU2453698 C2 RU 2453698C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- cavity
- generator
- permanent magnets
- compensation piston
- Prior art date
Links
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract 7
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract 5
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
Images
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрическим машинам. Конкретно изобретение предназначено для генератора, устанавливаемого в скважину и предназначенного, например, для питания скважинного прибора. Генератор преобразует энергию промывочной жидкости в электрическую, необходимую для питания скважинных навигационных и геофизических приборов в процессе бурения и передатчика электромагнитного канала связи. Для работы телеметрической системы на большой глубине требуется увеличение мощности передающего устройства до 1 кВт и более. Получить большую мощность при малых габаритах генератора весьма проблематично.The invention relates to electric machines. Specifically, the invention is intended for a generator installed in a well and intended, for example, to power a downhole tool. The generator converts the energy of the flushing fluid into electrical energy, which is necessary to power the downhole navigation and geophysical instruments during drilling and the transmitter of the electromagnetic communication channel. For the telemetry system to work at great depths, an increase in the power of the transmitting device to 1 kW or more is required. To get more power with the small dimensions of the generator is very problematic.
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).A self-contained turbine unit (electric generator), also designed to power the telemetry system, contains a hydraulic turbine driven by a wash fluid stream, an oil-filled stator filled with an epoxy compound, and a rotor of an alternating current generator with permanent magnets located on the same shaft with a hydraulic turbine. (Molchanov A.A., Siraev A.X. Borehole autonomous systems with magnetic recording. M., Nedra, 1979, pp. 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.This generator consists of a stator located inside the unit and a six-pole annular magnetic rotor made from the outside. The rotor is also a casing for the working blades of a three-stage hydraulic turbine. In front of each stage of the working blades of the hydraulic turbine, in turn, there are three stages of guide vanes assembled on the outer casing, which increases the diameter of the device. To prevent the flushing fluid from entering the generator and the bearing units, sealing devices are installed, the internal cavity of the generator is filled with transformer oil.
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.Due to the fact that the generator operates in the temperature range from -40 to + 130 ° C, at drilling depths of up to 3500 m or more, and the oil volume changes with temperature, a compensator for pressure and thermal expansion of the lubricating fluid (oil) is introduced. The compensator for pressure and thermal expansion of the lubricating fluid is made inside the inlet fairing of the generator. It consists of two thin profile plates, one of which is convex and the other is concave. The compensator for pressure and thermal expansion of the lubricating fluid is designed to compensate for changes in the volume of oil in the oil-filled cavity of the generator under operating conditions with increasing temperature, as well as equalizing the pressure inside and outside the generator.
Недостатками этого генератора являются низкая надежность, малый ресурс, большие габариты и масса устройства, сложность конструкции.The disadvantages of this generator are low reliability, small resource, large dimensions and weight of the device, the complexity of the design.
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.These shortcomings are due primarily to the fact that a multistage turbine with guide vanes is used as a drive. The use of a hydraulic turbine with guiding devices as a drive places high demands on the quality of cleaning the washing liquid from fractions of drill cuttings and foreign objects, the ingress of which into the gap between the working and guide vanes of the hydraulic turbine can lead to its stop (jamming). The presence of guiding devices of a hydraulic turbine increases the diametrical dimension of the electric generator, which is undesirable when drilling wells of relatively small diameter.
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.The second design flaw is the complexity and unreliability of the pressure compensator and thermal expansion of the lubricating fluid. Due to the elasticity of the walls of the compensator, the pressure of the lubricating fluid is always less than the pressure of the environment. This can result in flushing fluid entering the generator’s lubrication system and in the wear of bearings, seals and other parts.
Известен электрогенератор по патенту РФ №2331149, прототип. Этот электрогенератор содержит защитный корпус, по меньшей мере, один узел крепления, ротор с гидротурбиной и устройство преобразования механической энергии в электрическую.Known electric generator according to the patent of the Russian Federation No. 2331149, prototype. This electric generator contains a protective housing, at least one attachment point, a rotor with a hydraulic turbine and a device for converting mechanical energy into electrical energy.
Недостатки электрогенератора - ненадежность и сложность конструкции, обуслоленная низкой надежность обмоток возбуждения, и низкая надежность, из-за неблагоприятных условий работы обмотки возбуждения.The disadvantages of the generator are the unreliability and complexity of the design, due to the low reliability of the field windings, and low reliability, due to adverse operating conditions of the field coil.
Задачи его создания - упрощение конструкции, повышение мощности при уменьшении диаметральных габаритов и веса электрогенератора.The tasks of its creation are to simplify the design, increase power while reducing the diametrical dimensions and weight of the generator.
Решение указанной задачи достигнуто в скважинном генераторе, содержащем защитный корпус, электрический разъем, по меньшей мере, один узел крепления, ротор с гидротурбиной и постоянными магнитами и обмотку возбуждения, неподвижно установленную во внутренней полости защитного корпуса, тем, что согласно изобретению между постоянными магнитами и обмоткой возбуждения выполнена герметичная магнитопроницаемая перегородка. К ротору прикреплен диск. Постоянные магниты могут быть установлены на торце диска, а магнитопроницаемая перегородка выполнена радиальной. Постоянные магниты могут быть установлены на цилиндрической поверхности диска, а магниопроницаемая перегородка выполнена цилиндрической. Магнитопроницаемая перегородка может содержать магнитопроницаемые части. На верхнем торце ротора может быть выполнено отверстие для заправки смазывающей жидкости в полость ротора. Генератор может содержать, по меньшей мере, один компенсатор давления и температурного расширения, сообщающийся с полостью ведущей полумуфты. Обмотка возбуждения и электрический разъем могут быть соединены проводами, проходящими через отверстия, выполненные в защитном корпусе и залитые компаундом.The solution to this problem was achieved in a downhole generator containing a protective housing, an electrical connector, at least one attachment point, a rotor with a hydraulic turbine and permanent magnets and an excitation winding, motionlessly installed in the inner cavity of the protective housing, so that according to the invention between the permanent magnets and the field winding is sealed magnetically permeable partition. A disc is attached to the rotor. Permanent magnets can be mounted on the end of the disk, and the magnetically permeable partition is made radial. Permanent magnets can be mounted on the cylindrical surface of the disk, and the magnesium-permeable partition is made cylindrical. The magnetically permeable partition may comprise magnetically permeable parts. At the upper end of the rotor, a hole can be made for filling the lubricant into the rotor cavity. The generator may contain at least one compensator for pressure and thermal expansion, communicating with the cavity of the leading coupling half. The field winding and the electrical connector can be connected by wires passing through holes made in a protective housing and filled with a compound.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1 и 2, где на фиг.1 представлен первый вариант генератора, на фиг.2 представлен второй вариант генератора,The invention is illustrated in FIG. 1 and 2, where Fig. 1 shows a first embodiment of a generator, Fig. 2 shows a second embodiment of a generator,
Скважинный генератор (фиг.1 и 2) установлен в колонне бурильных труб или в обсадной колонне (на фиг.1 и 2 не показано) и содержит защитный корпус 1 и, по меньшей мере, одно устройство крепления 2. В устройстве крепления 2 электрогенератора выполнены отверстия 3 для прохода бурового раствора.The downhole generator (FIGS. 1 and 2) is installed in the drill pipe string or in the casing (not shown in FIGS. 1 and 2) and contains a
Электрогенератор содержит ротор 4 с гидротурбиной 5. Гидротурбина 5 имеет наклонно установленные плоские лопатки, установленные под углом 20…60° к оси.The generator contains a rotor 4 with a
Защитный корпус 1 имеет в нижней части электрический разъем 6, к которому подсоединены высоковольтные провода 7, соединяющие электрический разъем 6 с обмоткой (обмотками) возбуждения 8. Обмотка возбуждения 8 неподвижно установлена во внутренней герметичной полости 9 защитного корпуса 1. Генератор содержит постоянные магниты 10, определенным образом связанные с ротором 4, и герметичную магнитопроницаемую перегородку 11 между обмоткой возбуждения 8 и постоянными магнитами 10. Магнитопроницаемая перегородка 11 может иметь магнитопроницаемые части 12, а в целом выполнена из прочной стали. Ротор 4 установлен на подшипниках 13 и 14. Подшипник 13 со стороны гидротурбины защищен уплотнением 15 для предотвращения утечки смазывающей жидкости из полости 16, в которой размещен ротор 4 и которую невозможно выполнить абсолютно герметичной. Установка подшипника 14 в скважинном генераторе не обязательна при хорошей балансировке ротора 4 и гидротурбины 5.The
Для заполнения смазывающей жидкостью полости 16 предусмотрено осевое отверстие 17, выполненное в роторе 4, в его верхней части, и заглушенное винтом 18.To fill the
Для компенсации расхода смазывающей жидкости, температурных расширений и переменного давления в скважине должен быть предусмотрен, по меньшей мере, один компенсатор давления и температурного расширения 19 (фиг.2 и 3), выполненный в передней части защитного корпуса 1 генератора (фиг.2). Наиболее целесообразно выполнить 2…8 компенсаторов давления и температурного расширения 19 небольших габаритов и разместить их внутри защитного корпуса 1 со стороны гидротурбины 5, так как в компенсации нуждается только полость 16, а внутренняя полость 9 выполнена герметичной и может быть заполнена инертным газом или неэлектропроводной компенсаторной жидкостью, или компаундом и не нуждается в компенсации при условии выполнения стенок защитного корпуса 1 достаточной толщины для противодействия гидростатическому давлению в скважине 600…1000 атм.To compensate for the flow of lubricating fluid, thermal expansions and variable pressure in the well, at least one compensator for pressure and thermal expansion 19 (FIGS. 2 and 3) must be provided in front of the
Каждый компенсатор давления и температурного расширения 19 содержит компенсационный поршень 20, установленный и уплотненный относительно защитного корпуса 1. Полость 21 под компенсационным поршнем 20 отверстием (отверстиями) 22 соединена с полостью 16, а полость 23 над компенсационным поршнем 20 соединена отверстием (отверстиями) 24 с окружающей средой для компенсации изменения давления и температурного расширения смазывающей жидкости. Компенсационный поршень 20 подпружинен пружиной 25 в сторону, противоположную от гидротурбины 5, для создания избыточного давления в полости 16. Это исключит попадания бурового раствора, содержащего абразивные частица, внутрь полости 16.Each compensator for pressure and
К ротору 4 прикреплен диск 26, на торце которого радиально установлены постоянные магниты 10. При этом магнитопроницаемая перегородка 11 выполнена радиальной (фиг.1).A
Возможен вариант исполнения генератора (фиг.2), в котором на диске 16 закреплена цилиндрическая часть 26, на которой установлены постоянные магниты 10. При этом магнитопроницаемая перегородка 11 выполнена цилиндрической и соединена с внутренним торцом 27 защитного корпуса 1 и внутренней перегородкой 28 с образованием внутренней герметичной полости 9. На боковой поверхности защитного корпуса 1 выполнено дренажное отверстие 29, закрытое пробкой 30, предназначенное для выпуска воздуха при заправке полости 16 смазывающей жидкостью. Для вывода проводов 7 предназначены отверстия 31, залитые компаундом после монтажа проводов 7, это также способствует полной герметизации внутренней герметичной полости 9, в которой находится обмотка (обмотки) возбуждения 8.A generator embodiment is possible (FIG. 2), in which a
При работе генератора (фиг.1 и 2) буровой раствор проходит через гидротурбину 5, которая начинает вращаться с ротором 4 и диском 26. Магнитный поток проходит через магнитопроницаемую перегородку 11 (или ее магнитопроницаемые части 12) и возбуждает электрический ток в обмотке возбуждения 8. Полученное напряжение по проводам 7 передается на электрический разъем 6.During the operation of the generator (Figs. 1 and 2), the drilling fluid passes through a
При изменении объема смазывающей жидкости в полости 16 по любой причине осуществляется соответствующее перемещение компенсационного поршня 20. Вследствие этого внутри полости 16 всегда поддерживается давление на 2…5 атм больше, чем давление окружающей среды. Это препятствует проникновению абразивных частиц, содержащихся в буровом растворе внутри полости 16. Если применено несколько компенсаторов давления и температурного расширения 19, то при засорении одного из отверстий 22 (или нескольких отверстий 22, если применено 4…8 компенсаторов давления и температурного расширения 19) остальные компенсаторы давления и температурного расширения 19 будут выполнять свою функцию, даже при работе только одного из них. Это значительно повышает надежность генератора и его ресурс.When the volume of the lubricating fluid in the
Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:
1. Упростить конструкцию генератора и повысить его надежность за счет применения неподвижных обмоток возбуждения и их размещения в абсолютно герметичной полости.1. Simplify the design of the generator and increase its reliability through the use of fixed field windings and their placement in a completely sealed cavity.
2. Значительно увеличить ресурс работы подшипников за счет уменьшения диаметра ротора до минимально возможного.2. Significantly increase the service life of bearings by reducing the diameter of the rotor to the minimum possible.
3. Уменьшить дисбаланс ротора генератора за счет уменьшения его диаметра и длины. На роторе закреплены только гидротурбина и диск.3. To reduce the imbalance of the rotor of the generator by reducing its diameter and length. Only a turbine and a disk are fixed to the rotor.
4. Упростить конструкцию генератора.4. Simplify the design of the generator.
5. Уменьшить осевые габариты генератора, особенно при радиальном расположении постоянных магнитов на торце диска (фиг.1).5. To reduce the axial dimensions of the generator, especially with a radial arrangement of permanent magnets at the end of the disk (figure 1).
6. Улучшить ремонтопригодность генератора за счет выполнения обмоток возбуждения неразборными и заполнения полости, в которой они установлены, инертным газом или неэлектропроводной жидкостью, или компаундом.6. Improve maintainability of the generator by performing excitation windings non-separable and filling the cavity in which they are installed with an inert gas or non-conductive liquid, or compound.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010106932/03A RU2453698C2 (en) | 2010-02-24 | 2010-02-24 | Downhole generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010106932/03A RU2453698C2 (en) | 2010-02-24 | 2010-02-24 | Downhole generator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010106932A RU2010106932A (en) | 2011-08-27 |
RU2453698C2 true RU2453698C2 (en) | 2012-06-20 |
Family
ID=44756411
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010106932/03A RU2453698C2 (en) | 2010-02-24 | 2010-02-24 | Downhole generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2453698C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2775211C1 (en) * | 2021-12-20 | 2022-06-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "ГеоМаш" | Downhole hydro generator |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU907718A1 (en) * | 1980-06-11 | 1982-02-23 | Предприятие П/Я А-1575 | Magnetic clutch |
SU1561160A1 (en) * | 1988-03-03 | 1990-04-30 | Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики | Contactless synchronous generator |
RU16233U1 (en) * | 2000-08-22 | 2000-12-10 | Шмелев Михаил Юрьевич | GENERATOR |
RU2321744C1 (en) * | 2007-01-30 | 2008-04-10 | Николай Борисович Болотин | Birotatory generator |
RU2325519C1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-05-27 | Николай Борисович Болотин | Borehole birotatory electric generator |
RU2357345C2 (en) * | 2006-10-11 | 2009-05-27 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Submersible direct current motor |
EA013829B1 (en) * | 2005-08-09 | 2010-08-30 | Думитру Божиук | Electric motor generator |
-
2010
- 2010-02-24 RU RU2010106932/03A patent/RU2453698C2/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU907718A1 (en) * | 1980-06-11 | 1982-02-23 | Предприятие П/Я А-1575 | Magnetic clutch |
SU1561160A1 (en) * | 1988-03-03 | 1990-04-30 | Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики | Contactless synchronous generator |
RU16233U1 (en) * | 2000-08-22 | 2000-12-10 | Шмелев Михаил Юрьевич | GENERATOR |
EA013829B1 (en) * | 2005-08-09 | 2010-08-30 | Думитру Божиук | Electric motor generator |
RU2357345C2 (en) * | 2006-10-11 | 2009-05-27 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Submersible direct current motor |
RU2321744C1 (en) * | 2007-01-30 | 2008-04-10 | Николай Борисович Болотин | Birotatory generator |
RU2325519C1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-05-27 | Николай Борисович Болотин | Borehole birotatory electric generator |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2775211C1 (en) * | 2021-12-20 | 2022-06-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "ГеоМаш" | Downhole hydro generator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010106932A (en) | 2011-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20120091732A1 (en) | Power generating apparatus with an annular turbine | |
RU2421612C1 (en) | Multi-phase power generator of downhole equipment | |
US9631725B2 (en) | ESP mechanical seal lubrication | |
RU2453698C2 (en) | Downhole generator | |
RU2426875C1 (en) | Borehole generator | |
RU2331149C1 (en) | Borehole electric generator | |
RU2432461C1 (en) | High-voltage borehole generator | |
RU2321744C1 (en) | Birotatory generator | |
RU2418348C1 (en) | Electric power generator of downhole telemetric system | |
RU2426874C1 (en) | Borehole generator | |
RU2334340C1 (en) | Drilling electric generator | |
RU2325519C1 (en) | Borehole birotatory electric generator | |
RU2324815C1 (en) | Well electric generator | |
RU2419720C1 (en) | Borehole generator | |
RU2442892C1 (en) | Well generator | |
RU2435027C1 (en) | Birotatory borehole generator | |
RU2426873C1 (en) | High-voltage borehole generator | |
RU2425973C1 (en) | Bore-hole generator | |
RU2442890C2 (en) | Well generator | |
RU2417311C1 (en) | Electro-generator of power supply for borehole equipment | |
RU2334099C1 (en) | Power generator for well equipment | |
RU2400906C1 (en) | Power supply generator of bottomhole telemetric system | |
RU2417313C1 (en) | Generator of power supply for borehole equipment | |
RU2422631C1 (en) | Generator of telemetric system supply | |
RU2321742C1 (en) | Electric generator |