RU2184225C2

RU2184225C2 - Turbo-generator to energize down-hole equipment

Info

Publication number: RU2184225C2
Application number: RU2000120632/03A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Григашкин; С.Е. Варламов
Original assignee: Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "Самарские Горизонты"
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2002-06-27

Abstract

FIELD: hole drilling, power supply of independent driving geophysical and navigation complexes. SUBSTANCE: turbo-generator has outer rotor with housing and working blades of turbine, inner stator with winding put on axis. Winding is encapsulated in sealing non- conductive material resistant to abrasive wear. Outer rotor is supported in plain bearings. Internal working surfaces of plain bearings are made of elastic material, for example, rubber, have through ducts and are put on separable bushings with collars, bushings being anchored on axle. Upper plain bearing is shut off from butt by fairing to form circular clearance between housing and it. Conical rubber bushing can be installed between lower plain bearing and generator support. Through ducts can have shape of polygon in cross-section. Working blades of turbine can be mounted on both sides of housing to form two working stages of turbine. Two rows of windows are made in housing between first and second working stages of turbine. EFFECT: improved operational reliability and prolonged service life of turbo-generator, simplified design with facilitation of operation and repair. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технологии бурения под нефть, газ и для других целей. Конкретно изобретение касается генератора переменного тока для питания забойных геофизических и навигационных комплексов. The invention relates to a technology for drilling for oil, gas and for other purposes. Specifically, the invention relates to an alternator for powering downhole geophysical and navigation systems.

Известен турбогенератор для питания скважинной аппаратуры по патенту РФ 2060383, содержащий ротор, выполненный в форме внешнего корпуса, и статор с обмотками, ось статора установлена противоположными концами в шариковых подшипниках, которые запрессованы во фланцах. Система смазки генератора в описании к этому патенту детально не раскрыта. A known turbogenerator for feeding downhole equipment according to the patent of the Russian Federation 2060383, comprising a rotor made in the form of an external housing, and a stator with windings, the stator axis is installed at opposite ends in ball bearings, which are pressed into the flanges. The lubrication system of the generator in the description of this patent is not disclosed in detail.

Известен турбогенератор для питания скважинной аппаратуры по книге Молчанова А.А. и Сираева А.Х. "Скважинные автономные измерительные системы с магнитной регистрацией". М.: Недра, 1979, с. 102...103 (прототип). Known turbogenerator for powering downhole equipment according to the book of A. Molchanov and Siraeva A.Kh. "Downhole autonomous measuring systems with magnetic recording." M .: Nedra, 1979, p. 102 ... 103 (prototype).

Турбогенератор содержит ротор с турбиной, установленный на двух подшипниках, статор и уплотнения подшипников. Зазоры между ротором и статором заполнены смазывающей жидкостью, которая расходуется по мере эксплуатации. The turbogenerator comprises a rotor with a turbine mounted on two bearings, a stator and bearing seals. The gaps between the rotor and the stator are filled with lubricating fluid, which is consumed during operation.

Недостатками этого турбогенератора являются его низкая надежность, обусловленная тем, что система смазки работает в сложных условиях переменного давления и температуры окружающей среды. Это предъявляет к системе смазки жесткие требования. Требуется защитить турбогенератор от проникновения внутрь бурового раствора, в котором содержатся абразивные частицы. Кроме того, периодически необходимо пополнять запас смазки при регламентных работах. Одним из недостатков является также недостаточно эффективное охлаждение обмотки, что ограничивает мощность генератора. The disadvantages of this turbogenerator are its low reliability, due to the fact that the lubrication system operates in difficult conditions of variable pressure and ambient temperature. This places stringent demands on the lubrication system. It is required to protect the turbogenerator from penetrating into the drilling fluid, which contains abrasive particles. In addition, it is periodically necessary to replenish the supply of lubricant during routine maintenance. One of the disadvantages is also insufficiently effective cooling of the winding, which limits the power of the generator.

Задачей создания изобретения является увеличение ресурса работы турбогенератора и повышение его надежности при одновременном упрощении конструкции, облегчении эксплуатации и ремонта. The objective of the invention is to increase the service life of the turbogenerator and increase its reliability while simplifying the design, facilitating operation and repair.

Указанная задача решена за счет того, что в турбогенераторе для питания скважинной аппаратуры, содержащем внешний ротор с корпусом и рабочими лопатками турбины, внутренний статор с обмоткой, выполненный на оси, 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. Между нижним подшипником скольжения и опорой генератора может быть установлена коническая резиновая втулка. Сквозные каналы могут иметь в поперечном сечении форму многоугольника. Рабочие лопатки турбины установлены с обеих сторон корпуса с образованием двух рабочих ступеней турбины. На корпусе между первой и второй рабочими ступенями турбины могут быть выполнены два ряда окон. This problem is solved due to the fact that in the turbine generator for supplying downhole equipment containing an external rotor with a casing and turbine blades, an internal stator with a winding made on the axis, the winding is filled with a sealed non-conductive material resistant to abrasion, the external rotor is mounted on bearings sliding, internal working surfaces of sliding bearings are made of elastic material, such as rubber, with through channels and mounted on removable sleeves with collars, and bushings fixed on the axis, and the upper sliding bearing is closed from the end of the fairing with the formation of an annular gap between it and the housing. A conical rubber sleeve may be installed between the lower plain bearing and the generator support. The through channels may have a polygon shape in cross section. The turbine blades are installed on both sides of the casing with the formation of two turbine stages. On the housing between the first and second working stages of the turbine, two rows of windows can be made.

Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью. Изобретательский уровень достигнут за счет совмещения выполнения нескольких функций одними деталями, узлами и системами. Patent studies have shown that the proposed technical solution has novelty, inventive step and industrial applicability. The inventive step is achieved by combining the performance of several functions with one parts, components and systems.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 приведен турбогенератор, на фиг.2 - подшипник. The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a turbogenerator, figure 2 - bearing.

Турбогенератор для питания скважинной аппаратуры содержит внешний ротор 1 и внутренний статор 2. Внешний ротор 1 состоит из корпуса 3 с рабочими лопатками турбины 4. Внутренний статор 2 выполнен в виде обмотки 5 на оси 6. Обмотка 5 залита герметичным неэлектропроводным материалом, устойчивым к абразивному износу, например силиконом. Между внешним ротором 1 и внутренним статором 2 имеется зазор 7, через который проходит буровой раствор и охлаждает обмотку генератора. На оси 6 установлены подшипники скольжения: верхний 8 и нижний 9 (по направлению потока бурового раствора). Рабочие лопатки турбины 4 установлены с обеих сторон корпуса 3 с образованием двух рабочих ступеней турбины 10 и 11. Верхний подшипник скольжения 8 закрыт с торца обтекателем 12 с образованием кольцевого зазора 13 между ним и корпусом 3. Внутренний статор 2 установлен на опоре турбогенератора 14, предназначенной для крепления турбогенератора к корпусу, в котором смонтирована скважинная аппаратура (не показана). The turbine generator for supplying the downhole equipment contains an external rotor 1 and an internal stator 2. The external rotor 1 consists of a housing 3 with turbine blades 4. The internal stator 2 is made in the form of a winding 5 on the axis 6. The winding 5 is filled with a sealed non-conductive material resistant to abrasion e.g. silicone. Between the outer rotor 1 and the inner stator 2 there is a gap 7 through which the drilling fluid passes and cools the generator winding. Slide bearings are installed on axis 6: top 8 and bottom 9 (in the direction of the mud flow). The working blades of the turbine 4 are installed on both sides of the casing 3 with the formation of two working stages of the turbine 10 and 11. The upper sliding bearing 8 is closed from the end of the cowling 12 with the formation of an annular gap 13 between it and the casing 3. The inner stator 2 is mounted on the support of the turbogenerator 14, intended for fastening the turbogenerator to the housing in which the downhole equipment (not shown) is mounted.

Подшипники скольжения 8 и 9 смонтированы на съемных втулках 15 с буртиками 16, которые установлены на оси 6. The bearings 8 and 9 are mounted on removable sleeves 15 with shoulders 16, which are mounted on the axis 6.

Внутренняя рабочая поверхность подшипников скольжения 8 и 9 (фиг.2) выполнена из эластичного материала, например резины. На внутренней рабочей поверхности подшипников скольжения параллельно оси выполнены сквозные каналы для прохождения бурового раствора и удаления абразивных частиц. The inner working surface of the bearings 8 and 9 (figure 2) is made of an elastic material, such as rubber. On the inner working surface of the sliding bearings parallel to the axis, through channels are made for passing the drilling fluid and removing abrasive particles.

Возможно исполнение турбогенератора с конической втулкой 18. Эту втулку для уменьшения абразивного износа также целесообразно выполнить резиновой. It is possible to design a turbogenerator with a conical sleeve 18. This sleeve is also advisable to make rubber to reduce abrasive wear.

Также возможно исполнение турбогенератора с двумя рядами окон 19 и 20, выполненных в корпусе ротора 3 между рабочими ступенями турбины 10 и 11. It is also possible to design a turbogenerator with two rows of windows 19 and 20, made in the rotor housing 3 between the working stages of the turbine 10 and 11.

При работе турбогенератора буровой раствор подается на первую рабочую ступень турбины 10, а ее незначительная часть через кольцевой зазор 13, достаточно малый для того, чтобы отфильтровать крупные посторонние частицы, проходит на верхний подшипник скольжения 8, смазывает и охлаждает его. Учитывая, что верхний подшипник скольжения 8 может быть выполнен из резины или резины, армированной металлом, он длительное время не подвергается износу. При эксплуатации турбогенератора изнашиваются только съемные втулки 15, которые выполняют из износостойкого материала и легко меняются при регламентных работах. During operation of the turbogenerator, the drilling fluid is supplied to the first working stage of the turbine 10, and its insignificant part through the annular gap 13, small enough to filter out large foreign particles, passes to the upper sliding bearing 8, lubricates and cools it. Given that the upper sliding bearing 8 can be made of rubber or rubber reinforced with metal, it does not undergo wear for a long time. During operation of the turbogenerator, only removable sleeves 15 are worn, which are made of wear-resistant material and are easily changed during routine maintenance.

Аналогично осуществляется смазка и охлаждение буровым раствором нижнего подшипника скольжения 9. Буровой раствор поступает на нижний подшипник скольжения 9 через зазор 7 и выходит за ним в сторону опоры турбогенератора 14. Lubrication and cooling by the drilling fluid of the lower plain bearing 9 are carried out in the same way. The drilling fluid enters the lower plain bearing 9 through the gap 7 and extends beyond it towards the support of the turbogenerator 14.

Коническая втулка 18 направляет поток в сторону проточных окон опоры турбогенератора, уменьшая гидравлические потери и износ деталей. The tapered sleeve 18 directs the flow towards the flow windows of the turbogenerator support, reducing hydraulic losses and wear of parts.

В случае исполнения с двумя рядами окон 19 и 20 на корпусе 3 между рабочими ступенями турбины 10 и 11 схема смазки и прохождения бурового раствора через генератор несколько отличается. Часть бурового раствора, прошедшая через верхний подшипник скольжения 8, проходит через окна 19 и 20, удаляя из зазора 7 абразивные частицы. In the case of execution with two rows of windows 19 and 20 on the housing 3 between the working stages of the turbine 10 and 11, the lubrication and passage of the drilling fluid through the generator is somewhat different. The part of the drilling fluid that passed through the upper plain bearing 8 passes through the windows 19 and 20, removing abrasive particles from the gap 7.

Применение изобретения позволило:
1. Увеличить надежность и ресурс работы турбогенератора.The application of the invention allowed:
1. To increase the reliability and service life of the turbogenerator.

2. Улучшить рабочие характеристики генератора за счет более эффективного охлаждения обмотки генератора. 2. Improve the performance of the generator due to more efficient cooling of the generator winding.

3. Обеспечить его смазку без использования смазочной жидкости. 3. Provide lubrication without using lubricant.

4. Облегчить эксплуатацию и ремонт. 4. Facilitate operation and repair.

5. Упростить конструкцию. 5. Simplify the design.

Claims

1. A turbogenerator for supplying downhole equipment, comprising an external rotor with a casing and turbine blades, an internal stator with a winding made on an axis, characterized in that the winding is filled with a sealed non-conductive material resistant to abrasion, the external rotor is mounted on sliding bearings, internal the working surfaces of sliding bearings are made of an elastic material, such as rubber, with through channels and mounted on removable sleeves with shoulders, and the sleeves are mounted on an axis, etc. whereby the upper plain bearing is closed at the end of the fairing with the formation of an annular gap between it and the housing.

2. The turbogenerator according to claim 1, characterized in that a conical rubber sleeve is installed between the lower sliding bearing and the generator support.

3. A turbogenerator according to claim 1 or 2, characterized in that the through channels have a polygon shape in cross section.

4. Turbogenerator according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the turbine blades are installed on both sides of the casing with the formation of two working stages of the turbine.

5. The turbogenerator according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that on the housing between the first and second working stages of the turbine made two rows of windows.