турбогенератор

Формула изобретения

Турбогенератор для питания скважинной аппаратуры, содержащий герметичный корпус, заполненный смазочно-охлаждающей жидкостью, с внешним статором и внутренним ротором, расположенным на валу турбогенератора, установленном на подшипниках качения, размещенных с обеих сторон ротора, и верхний обтекатель, на конической поверхности которого выполнены отверстия, при этом на валу дополнительно установлено компенсирующее устройство, включающее в себя обойму, стакан компенсатора, заполненный смазочно-охлаждающей жидкостью, поршень и пружину, расположенную между поршнем и верхним обтекателем, причем полость стакана компенсатора соединена с полостью герметичного корпуса через осевое отверстие, отличающийся тем, что турбогенератор снабжен дополнительным уплотняющим устройством, установленным на валу между стаканом компенсатора и статором генератора, и опорой-центратором, установленной в средней части снаружи герметичного корпуса, указанное осевое отверстие выполнено внутри вала, а подшипники качения, установленные с обеих сторон ротора, расположены на расстоянии не более 120 мм друг от друга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано для питания автономных забойных геофизических и навигационных комплексов.

Известен генератор переменного тока для питания автономной скважинной аппаратуры в процессе колонкового бурения скважины малого диаметра, включающий закрепленный на приводном валу ротор, статор неподвижности и коллектор, у которого ротор снабжен электромагнитами, малогабаритными источниками тока питания электромагнитов с механическим ключом и выполнен в виде корпуса, состоящего из двух разъемных частей, в одной из которых рядами размещены электромагниты, а в другой также рядами - малогабаритные источники тока питания и механический ключ, причем малогабаритные источники тока питания изолированы от воздействия коррозионной среды и соединены последовательно в ряду, ряды источников питания тока соединены между собой параллельно, а их выводы и соответствующие им выводы электромагнитов соединены между собой через контакты механического ключа (патент РФ №2060383, кл. Е 21 В 47/00, 47/022, от 21.02.92 г.).

Недостатком известного генератора является его сложность.

Известен также турбогенератор для питания скважинной аппаратуры, содержащий внешний ротор с корпусом и рабочими лопатками турбины, внутренний статор с обмоткой, выполненный на оси, в котором обмотка залита герметичным неэлектропроводным материалом, устойчивым к абразивному износу, внешний ротор установлен на подшипниках скольжения, внутренние рабочие поверхности подшипников скольжения выполнены из эластичного материала, например резины, со сквозными каналами и смонтированы на съемных втулках с буртиками, а втулки закреплены на оси, причем верхний подшипник скольжения закрыт с торца обтекателем с образованием кольцевого зазора между ним и корпусом (патент РФ №2184225 по кл. Е 21 В 47/00, от 01.08.2000 г.).

Недостатками известного турбогенератора являются сложность ремонта статорной обмотки, повышенный износ внутренней поверхности ротора из-за присутствия абразивных частиц в буровом растворе, кроме того, вследствие изготовления внутренних поверхностей подшипников скольжения из резины осуществить сборку статор-ротор без перекоса осей весьма сложно.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения (прототипом) является погружной скважинный турбогенератор, содержащий герметичный корпус, полость которого заполнена маслом-диэлектриком (смазочно-охлаждающей жидкостью) с внешним статором и внутренним ротором, расположенным на валу ротора (вал турбогенератора), установленным в подшипниках качения, в том числе расположенных с обеих сторон ротора, и содержащий верхний обтекатель с конической поверхностью, на которой выполнены отверстия, и установленный на валу посредством магнитной муфты корпус гидротурбины в виде патрубка с верхним обтекателем, заполненного смазочно-охлаждающей жидкостью, поршень и пружину, размещенную между поршнем и верхним обтекателем (св. на ПМ №13123, кл. 7: Н 02 К 5/12, Е 21 В 7/02, опубл. БИМП №8 от 20.03.2000 г.).

Недостатком известного турбогенератора является его сложность и недостаточная надежность.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а также увеличение ресурса работы и полезной мощности турбогенератора и повышение его надежности.

Поставленная задача решается в предлагаемом изобретении за счет того, что в турбогенераторе для питания скважинной аппаратуры, содержащем герметичный корпус, заполненный смазочно-охлаждающей жидкостью, с внешним статором и внутренним ротором, расположенным на валу турбогенератора, установленном на подшипниках качения, размещенных с обеих сторон ротора, и верхний обтекатель, на конической поверхности которого выполнены отверстия, при этом на валу дополнительно установлено компенсирующее устройство, включающее в себя обойму, стакан компенсатора, заполненный смазочно-охлаждающей жидкостью, поршень и пружину, расположенную между поршнем и верхним обтекателем, причем полость стакана компенсатора соединена с полостью герметичного корпуса через осевое отверстие, при этом турбогенератор снабжен дополнительным уплотняющим устройством, установленным на валу между стаканом компенсатора и статором генератора, и опорой-центратором, установленной в средней части снаружи герметичного корпуса, указанное осевое отверстие выполнено внутри вала, а подшипники качения, установленные с обеих сторон ротора, расположены на расстоянии не более 120 мм друг от друга.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображен предлагаемый турбогенератор, в разрезе.

Турбогенератор содержит нижний обтекатель 1, соединенный с корпусом 2, снаружи которого в его средней части установлена опора-центратор 3, которая при работе генератора увеличивает его жесткость и устойчивость. Нижний обтекатель 1 снабжен фланцем 5 с отверстиями для крепления и наружной конической поверхностью 4 для плавного прохождения бурового раствора. Турбогенератор устанавливается в буровую колонну и закрепляется посредством фланца 5. В корпусе 2 установлена статорная обмотка 6 турбогенератора. На валу 10 по обе стороны ротора 7 на расстоянии не более 120 мм друг от друга установлены подшипники качения 8 и 9, ротор 7 с постоянными магнитами и уплотняющее устройство 11, содержащее торцевое уплотнение, например, из двух колец, одно из которых может быть подпружинено и иметь возможность осевого перемещения, а второе может иметь возможность радиального перемещения вместе с валом. На валу 10 установлено также компенсирующее устройство, состоящее из обоймы 12, стакана 14 компенсатора с полостью 21, заполненной смазочно-охлаждающей жидкостью, поршня 15 и пружины 20. Внутренняя полость 19 корпуса 2 турбогенератора заполнена смазочно-охлаждающей жидкостью. На обойме 12 установлена турбина 16, которая крепится втулкой 13 и верхним обтекателем 17. На конической поверхности обтекателя 17 выполнены отверстия 18 для попадания бурового раствора на внешнюю сторону поршня 15 компенсирующего устройства. Полость 21 компенсирующего устройства соединена с полостью 19 турбогенератора через внутреннее отверстие 22, проходящее вдоль оси вала 10. Уплотняющее устройство 11 расположено между стаканом 14 компенсатора и полостью статора 6.

При работе турбогенератора буровой раствор подается в направлении, показанном стрелкой. Под давлением раствора турбина 16 начинает вращаться, а вместе с ней вращается и вал 10, и ротор 7. Попадая через отверстия 18 на наружную поверхность поршня 15, буровой раствор создает давление на поршень, которое, в свою очередь, передается на смазочно-охлаждающую жидкость в полостях 19 и 21, тем самым осуществляется выравнивание внешнего давления бурового раствора с внутренним давлением смазочно-охлаждающей жидкости в полостях турбогенератора. Вследствие этого при совершении вращательного движения вала турбогенератора буровой раствор практически не попадает в его внутренние полости, кроме того, попаданию бурового раствора внутрь генератора препятствует и уплотняющее устройство 11. Таким образом, предлагаемый турбогенератор надежно защищен от попадания бурового раствора внутрь генератора, что позволяет уменьшить зазор между статором и ротором до величины не более 0,2 мм и тем самым значительно увеличить полезную мощность генератора при тех же габаритах. Заполнение полостей генератора смазочно-охлаждающей жидкостью позволяет обеспечить охлаждение частей генератора без использования бурового раствора, а использование подшипников качения позволяет более точно центрировать вал.

Изобретение позволяет значительно уменьшить абразивный износ частей турбогенератора из-за попадания абразивных частиц, содержащихся в буровом растворе, тем самым повышается ресурс генератора, полезная мощность и надежность его работы в условиях переменных давления и температуры. Кроме того, использование опоры-центратора повышает жесткость и устойчивость при работе турбогенератора, а установка подшипников качения на расстоянии не более 120 мм друг от друга позволяет увеличить полезную мощность турбогенератора.