Система смазки генератора питания телеметрической системы

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к системам смазки генераторов питания скважинной аппаратуры. Технический результат изобретения - упрощение заправки генератора смазывающей жидкостью, заключается в том, что в системе смазки генератора скважинной аппаратуры, содержащей заправочное устройство на его переднем торце, полость между внешним ротором и статором, заполненную смазывающей жидкостью, и компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости, размещенный со стороны устройства для крепления генератора, выполненный в виде поршня, установленного внутри ротора с возможностью осевого перемещения, и уплотнения, установленного, в свою очередь, внутри поршня с возможностью осевого перемещения вместе с ним, поршень выполнен с возможностью дренажа смазывающей жидкости при полной заправке в окружающую среду через зазор между ротором и поршнем. 2. з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электрическим машинам. Конкретно изобретение предназначено для смазки генератора питания скважинной аппаратуры. Генератор преобразует энергию промывочной жидкости в электрическую, необходимую для питания скважинных навигационных и геофизических приборов в процессе бурения и передатчика электромагнитного канала связи.

Известен генератор переменного тока для питания автономной скважинной аппаратуры в процессе бурения скважин малого диаметра, включающий неподвижный внутренний статор с коллектором и закрепленный на приводном валу внешний ротор, снабженный электромагнитами (патент РФ №2060383, МКП Е 21 В 47/022, 47/00, приоритет от 21.02.92 г). Система смазки представляет собой полость между ротором и статором, заполненную смазывающей жидкостью.

Известен автономный турбинный агрегат, 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).

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.

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.

Недостатками этого генератора являются:

- низкая надежность,

- малый ресурс,

- большие габариты и масса устройства,

- сложность конструкции.

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.

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.

Известна также система смазки электрогенератора по пат. РФ №2173925 (прототип). Система смазки электрогенератора содержит заправочное устройство на его переднем торце, полость между внешним ротором и статором, заполненную смазывающей жидкостью, и компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости, размещенный со стороны устройства для крепления генератора, выполненный в виде поршня, установленного с возможностью осевого перемещения и уплотнения, установленного внутри поршня с возможностью осевого перемещения вместе с ним.

Недостаток - сложность заправки системы смазывающей жидкостью.

Задачами создания изобретения являются: упрощение заправки системы смазывающей жидкостью.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что система смазки электрогенератора, содержащая заправочное устройство на его переднем торце, полость между внешним ротором и статором, заполненную смазывающей жидкостью, и компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости, размещенный со стороны устройства для крепления генератора, выполненный в виде поршня, установленного внутри ротора с возможностью осевого перемещения, и уплотнения, установленного, в свою очередь, внутри поршня с возможностью осевого перемещения вместе с ним, поршень выполнен с возможностью дренажа смазывающей жидкости в полностью заправленном положении в зазор между ротором и узлом крепления генератора. Возможность дренажа смазывающей жидкости в зазор между ротором и узлом крепления генератора обеспечена за счет ступенчатой проточки внутри ротора против поршня при его крайнем положении, соответствующем полной заправке смазывающей жидкостью. Полость между внешним ротором и статором сообщается с окружающей средой посредством каналов и/или отверстий, выполненных в поршне или внешнем роторе.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения. Наличие изобретательского уровня подтверждено патентными исследованиями, изобретательского уровня - новыми функциями уплотнения и компенсатора температурного расширения смазывающей жидкости. Для изготовления всех узлов электрогенератора не требуются дефицитные материалы и вновь разработанные технологии.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг.1...5, где

на фиг.1 приведена система смазки генератора,

на фиг.2 - положение поршня при работе,

на фиг.3...5 положение поршня при полностью заправленной системе.

Генератор (фиг.1) содержит устройство для крепления генератора 1, внешний ротор 2 с турбиной 3 и корпусом турбины 4, статор 5, выполненный с осью 6, электрообмоткой 7, подшипники 8, уплотнения 9 и компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости 10, который выполнен в виде поршня 11, установленного с возможностью осевого перемещения и подпружиненного пружиной 12. Пружина 12 упирается в упорное кольцо 13. На оси 6 установлена втулка 14, зафиксированная выступом 15 и уплотненная относительно вала уплотнительным кольцом 16. Внутри компенсатора давления и температурного расширения 10 установлено уплотнение, например, в виде резиновой армированной манжеты 17. Конструкция резиновой армированной манжеты 17 совмещена с конструкцией компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости 10 в один узел. "Манжеты резиновые армированные для валов", выполненные по ГОСТ 8752-79, предназначены для уплотнения вращающихся валов, а "манжеты для гидравлических устройств" по ГОСТ 14879-74 предназначены для уплотнения валов при поступательном перемещении. Особенностью уплотнения в виде резиновой армированной манжеты 17 является то, что она одновременно выполняет обе функции, уплотнение при вращении и одновременном перемещении, но конструктивно она выполнена по ГОСТ 8752-79. Значительное поступательное перемещение уплотнения в виде резиновой манжеты связано с тем, что, во-первых, температура смазывающей жидкости изменяется в широком диапазоне от отрицательных до +110°С, при этом запас смазывающей жидкости постепенно расходуется в окружающую среду (буровой раствор). Поршень 11 центрируется по наружному диаметру, а сообщение полости “А” с внешней средой осуществляется через каналы “Г” (Фиг.2), или каналы “Г” и “Д” (Фиг.3), или одновременно через отверстия “Е” и канал “Г” (фиг.4), или через каналы “Ж”, которые выполнены во внешнем статоре (Фиг.5).

На одном из торцов электрогенератора выполнен заправочный узел 18, который включает пробку 19 с уплотнением 20, седло клапана 21, шарик 22, пружину 23, отверстие “Б”. Через другой торец проходят провода 24, герметизированы фигурной манжетой 25. Электроконтакты 26 выведены наружу, а на наружной цилиндрической поверхности размещены уплотнительные кольца 27. Внутренний диаметр ротора 2 d1 резко переходит в больший диаметр d2 для обеспечения прокачки смазывающей жидкости в зазор “С” между компенсатором давления и температурного расширения смазывающей жидкости 10 и узлом крепления генератора 1.

Полость “А” между внешним ротором 2 и статором 5 при работе должна быть заполнена смазывающей жидкостью.

Устройство работает следующим образом.

После сборки поршень 11 занимает исходное положение (Фиг.2) и в полости “А” находится воздух. При заправке отвинчивают пробку 19 и заправляют смазывающую жидкость в полость “А” до перемещения поршня 11 в крайне нижнее положение. При этом нижний торец поршня 11 выходит на уровень увеличенного диаметра d2, и через каналы “D” (фиг.3), или отверстия “Е” (фиг.4), или каналы “Ж” в образовавшийся зазор выходит смазывающая жидкость с пузырьками воздуха. Когда пузырьки воздуха перестанут выходить через зазор “С”, прекращают заправку генератора смазывающей жидкостью и завинчивают пробку 19.

При эксплуатации в составе колонны бурильных труб буровой раствор подается на турбину 3, при этом корпус турбины 4 и внешний ротор 2 вращаются. В электрообмотке 7 статора 5 возникает ЭДС. Давление бурового раствора через поршень 10 передается в полость “А”. За счет дополнительного усилия, создаваемого пружиной 12, давление смазывающей жидкости становится больше, чем давление бурового раствора. Уплотнение 11, выполненное в виде резиновой армированной манжеты, герметизирует полость “А” и в отличие от торцового уплотнения, которое применялось ранее, практически не пропускает смазывающую жидкость наружу, а буровой раствор внутрь. Это обусловлено совмещением функций компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости с уплотнением. Такая конструкция обеспечила постоянное избыточное давление в полости “А”, а это, как показал опыт эксплуатации увеличивает межремонтный ресурс электрогенератора примерно в 10 раз.

Применение изобретения позволило:

1. Обеспечить промывку генератора от попавшего через уплотнения бурового раствора.

2. Исключить повреждение уплотнения при заправке.

3. Регламентировать в генераторе начальное давление.

4. Облегчить и упростить процесс заправки системы смазывающей жидкостью.

5. Предотвратить попадание воздушных пузырьков в систему смазки, что нежелательно в связи с тем, что устройство работает при очень высоких гидростатических давлениях.

6. Увеличить заправочный объем смазывающей жидкости при уменьшении габаритов генератора за счет размещения этого объема внутри конструкции и уменьшения металлоемкости деталей компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости.

7. Повысить надежность и ресурс работы электрогенератора за счет обеспечения избыточного давления смазывающей жидкости и исключения попадания бурового раствора в систему смазки за счет избыточного давления, создаваемого пружиной.

8. Обеспечить температурную компенсацию расширения объема смазывающей жидкости в широком диапазоне.

9. Упростить конструкцию электрогенератора за счет отказа от применения направляющих аппаратов турбины и максимального упрощения конструкции уплотняющего устройства.

10. Уменьшить вес и габариты генератора за счет отказа от сложного компенсатора, а также применения турбины без направляющих аппаратов.

11. Увеличить объем компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости при тех же габаритах электрогенератора.

12. Упростить сборку электрогенератора.

13. Улучшить ремонтопригодность генератора.

14. Улучшить условия работы деталей уплотнения поршня.

Формула изобретения

1. Система смазки генератора скважинной аппаратуры, содержащая заправочное устройство на его переднем торце, полость между внешним ротором и статором, заполненную смазывающей жидкостью, и компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости, размещенный со стороны устройства для крепления генератора, выполненный в виде поршня, установленного внутри ротора с возможностью осевого перемещения, и уплотнения, установленного, в свою очередь, внутри поршня с возможностью осевого перемещения вместе с ним, отличающаяся тем, что поршень выполнен с возможностью дренажа смазывающей жидкости при полной заправке в окружающую среду через зазор между ротором и поршнем.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что возможность дренажа смазывающей жидкости в окружающую среду обеспечена за счет ступенчатой проточки внутри ротора против поршня при его крайнем положении, соответствующем полной заправке смазывающей жидкостью.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что полость между внешним ротором и статором сообщается с окружающей средой посредством каналов и/или отверстий, выполненных в поршне или во внешнем роторе.

РИСУНКИ



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть применено в уплотнениях вала электрических машин, например турбогенераторах, используемых в качестве синхронных компенсаторов

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть применено в уплотнениях вала электрических машин, например турбогенераторах, используемых в качестве синхронных компенсаторов

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя

Изобретение относится к области электромашиностроения

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для работы в составе электронасосного агрегата, используемого для добычи скважинной жидкости из скважин различных диаметров и глубин

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в погружных маслонаполненных электродвигателях, предназначенных для привода погружных насосов при откачке жидкости из скважин

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в конструкциях гидрозащиты погружных маслозаполненных электродвигателей с системой телеметрии, предназначенных для привода насосов добычи нефти

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в установках погружных электронасосов для добычи нефти

Изобретение относится к области бурения нефтяных скважин и направлено на решение задачи оперативного управления и контроля процессом бурения направленных скважин

Изобретение относится к области наклонного и горизонтального бурения и предназначено для использования в нефтедобывающей промышленности

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при кустовом бурении скважин, предусматривающем контроль кривизны скважины

Изобретение относится к строительной технике и предназначено для обнаружения пробойников (П), применяемых для пробивания скважин в грунте

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано при инклинометрии скважин в процессе бурения

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для определения положения в пространстве устройств для образования скважин при их проходке, в частности при прокладке инженерных коммуникаций под препятствиями бестраншейным методом

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при кустовом бурении скважин, предусматривающем контроль кривизны скважины

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин

Изобретение относится к бурению наклонных и горизонтальных скважин, в частности к способам передачи информации от забойных телеметрических систем на дневную поверхность и обратно

Изобретение относится к буровой технике, в частности к средствам контроля забойных параметров при бурении и геофизических исследованиях скважин

Изобретение относится к буровой измерительной технике, в частности к средствам контроля забойных параметров при бурении и геофизических исследованиях скважины
Наверх