Система смазки генератора питания телеметрической системы

Изобретение относится к электрическим машинам, предназначенным для питания скважинной аппаратуры телеметрических систем контроля забойных параметров, предназначенных для информационного сопровождения бурения нефтяных и газовых скважин. Техническим результатом изобретения является повышение надежности генератора, увеличение ресурса его работы, снижение затрат на техническое обслуживание, а также повышение надежности уплотнения генератора после его промывки смазывающей жидкостью (СЖ). Для этого система содержит заправочное устройство, полость между внешним ротором и статором, заполненную СЖ, компенсатор давления и температурного расширения СЖ, выполненный в виде поршня. Указанный компенсатор расположен в верхней части генератора и объединен с ротором генератора, который с другой стороны соединен с нижним обтекателем, в котором установлено торцевое уплотнение (ТУ). Возможность дренажа СЖ в окружающую среду обеспечена за счет отжима подвижной подпружиненной части ТУ. Причем суммарное усилие пружин, прижимающих подвижную часть ТУ к неподвижной, выше нагрузки, которая создается на подвижной части ТУ давлением СЖ генератора, вызванной действием пружины компенсатора на поршень компенсатора давления, и перепадом давления на турбине генератора. Неподвижная часть ТУ выполнена с заплечиком, упирающимся в торец внутреннего кольца подшипника, зафиксирована и уплотнена на оси статора генератора. Подвижная часть ТУ установлена с возможностью осевого перемещения в нижнем обтекателе генератора и уплотнена относительно его внутренней поверхности и подпружинена относительно кольца. На наружной поверхности кольца установлены штифты, входящие в пазы, выполненные на торце нижнего обтекателя генератора. На подвижной части ТУ выполнены пазы, в которые для ограничения хода и предотвращения выпадения пружин входят установочные винты, расположенные в резьбовых отверстиях выполненных на боковой поверхности кольца. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к электрическим машинам, предназначенным для питания скважинной аппаратуры телеметрических систем контроля забойных параметров, предназначенных для информационного сопровождения бурения нефтяных и газовых скважин.

Известно устройство для смазки турбогенератора автономного скважинного агрегата по АС №1059339. Устройство для смазки турбогенератора автономного скважинного агрегата содержит размещенный в полом валу ротора турбогенератора лубрикатор, включающий подпружиненный поршень и раздаточный канал, сообщенный с надпоршневым пространством полости вала, и заправочную горловину. Устройство для повышения эксплуатационной надежности снабжено втулкой, расположенной в полости вала и закрепленной на нем, полым сигнальным штоком, концентрично установленным во втулке с возможностью осевого перемещения, взаимодействующим с поршнем и подпружиненным относительно втулки, и обратным клапаном, расположенным на выходе горловины и закрепленным совместно с ней на удаленном от поршня конце штока, а раздаточный канал выполнен в стенке вала. Недостатком системы смазки является отсутствие возможности промывки генератора смазывающей жидкостью без разборки генератора.

Известна система смазки автономного турбинного генератора по патенту РФ №20541. Система смазки автономного турбинного генератора содержит уплотнения, компенсатор температурного расширения смазывающей жидкости, выполненный в виде поршня, на торце которого расположен выдвижной шток-индикатор с нанесенной градуировкой, соответствующей оставшейся и израсходованной смазывающей жидкости. Между торцом стакана и поршнем установлена пружина. Полость между торцом стакана и поршнем сообщена с рабочей средой. Поршень выполнен пустотелым. Недостатком системы смазки является отсутствие возможности промывки генератора смазывающей жидкостью с заменой масла без разборки генератора.

Известна система смазки генератора питания телеметрической системы по патенту РФ на изобретение №2239699, 10.11.2004 (прототип). Система смазки генератора скважинной аппаратуры содержит заправочное устройство на его переднем торце, полость между внешним ротором и статором, заполненную смазывающей жидкостью, компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости. Компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости размещен со стороны устройства для крепления генератора и выполнен 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. Возможность дренажа смазывающей жидкости в окружающую среду обеспечена за счет ступенчатой проточки внутри ротора напротив 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 во внешнем роторе.

Недостатком прототипа является:

1. Малый объем компенсатора давления, вызванный наличием центральной оси, что снижает объем компенсатора вдвое при той же длине.

2. Поршень кольцевой формы, так как не только увеличивается суммарный периметр, требующий уплотнения, но и повышается возможность его заклинивания, что приводит к снижению давления внутри генератора и поступлению внутрь бурового раствора.

3. Отсутствие центровки поршня компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости при его выходе в ступенчатую проточку внутри ротора, что приводит к перекосу поршня и как следствие к разгерметизации генератора, выходу из строя подшипников и отказу генератора. Одной из причин перекоса поршня может быть также попадание крупных частиц бурового раствора между поршнем компенсатора и ступенчатой проточкой.

4. Низкая надежность, связанная с закупоркой каналов, выполненных в поршне или во внешнем роторе составляющими бурового раствора, что приводит к увеличению времени технического обслуживания или делает невозможным дальнейшее использование генератора без замены вышедших из строя деталей.

Задачами создания изобретения являются: повышение надежности генератора, увеличение ресурса его работы, снижение затрат на техническое обслуживание, а также повышение надежности уплотнения генератора после его промывки смазывающей жидкостью.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что система смазки генератора питания телеметрической системы, содержащая заправочное устройство, полость между ротором и статором генератора, заполненную смазывающей жидкостью, компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости, выполненный в виде подпружиненного поршня. Компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости расположен в верхней части генератора и объединен с ротором генератора, который с другой стороны соединен с нижним обтекателем. В нижнем обтекателе установлено торцевое уплотнение, состоящее из неподвижной части, зафиксированной на оси статора генератора, и подпружиненной подвижной части, установленной в нижнем обтекателе с возможностью отжима для обеспечения дренажа смазывающей жидкости в окружающую среду. Причем внутренняя поверхность обтекателя, в котором помещается подвижная часть торцевого уплотнения, выполнена гладкой без изменения диаметра. Причем суммарное усилие пружин, прижимающих подвижную часть торцевого уплотнения к неподвижной, выше нагрузки, которая создается на подвижной части торцевого уплотнения давлением смазывающей жидкости генератора, вызванной действием пружины компенсатора на поршень компенсатора давления, и перепадом давления на турбине генератора. Неподвижная часть торцевого уплотнения выполнена с заплечиком, упирающимся в торец внутреннего кольца подшипника, зафиксирована и уплотнена на оси статора генератора. Подвижная часть торцевого уплотнения установлена с возможностью осевого перемещения в нижнем обтекателе генератора и уплотнена относительно его внутренней поверхности и подпружинена относительно кольца, на наружной поверхности которого установлены штифты, входящие в пазы, выполненные на торце нижнего обтекателя генератора. На подвижной части торцевого уплотнения выполнены пазы, в которые для ограничения хода и предотвращения выпадения пружин входят установочные винты, расположенные в резьбовых отверстиях, выполненных на боковой поверхности кольца.

Предложенное техническое решение обладает новизной, промышленной применимостью и изобретательским уровнем, что подтверждается патентными исследованиями, и тем, что оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

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

На фиг.1 приведен генератор перед заправкой смазывающей жидкостью.

На фиг.2 приведен генератор во время заправки.

На фиг.3 приведен увеличенный нижний обтекатель, с торцевым уплотнением.

На фиг.4 приведен увеличенный нижний обтекатель с торцевым уплотнением, с отжатой подвижной подпружиненной частью торцевого уплотнения. Стрелками показан путь смазывающей жидкости при дальнейшем повышении давления во внутренней полости генератора при ее дренаже.

На фиг.5 приведена подвижная часть торцевого уплотнения.

На фиг.6 приведен разрез А-А подвижной части торцевого уплотнения.

На фиг.7 приведены отдельные детали подвижной части торцевого уплотнения.

Генератор (фиг.1) содержит устройство для крепления генератора 1, внешний ротор 2 с турбиной 3. Внешний ротор 2 с закрепленными на нем магнитами 4 установлен через подшипники 5 и 6 на статоре 7. Статор 7 выполнен с осью 8 и залитой герметиком электрообмоткой 9. В систему смазки генератора питания телеметрической системы входит заправочное устройство 10, состоящее из пробки 11 с уплотнением 12, седла клапана 13 и выполняющего функции клапана шарика 14, прижатого к седлу клапана 13 пружиной клапана 15. Полость между внешним ротором 2 и статором 7 заполнена смазывающей жидкостью. Компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости 16 выполнен в виде поршня 17 и цилиндра 18. Для предотвращения попадания внутрь генератора бурового раствора за счет создания внутри генератора давления выше давления окружающей среды, поршень 17 подпружинен пружиной компенсатора давления 19. Компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости 16 расположен в верхней части генератора и объединен с ротором 2 генератора, который с другой стороны соединен с нижним обтекателем 20, в котором установлено торцевое уплотнение 21. Торцевое уплотнение 21 состоит из неподвижной части 22 и подвижной 23 подпружиненной пружинами торцевого уплотнения 24 относительно кольца 25. Трущиеся поверхности 26 торцевого уплотнения 21 выполнены в виде твердосплавных колец. Возможность дренажа смазывающей жидкости в окружающую среду обеспечена за счет отжима подвижной подпружиненной части торцевого уплотнения 23. Причем суммарное усилие пружин 24, прижимающих подвижную часть торцевого уплотнения 23 к неподвижной 22, выше нагрузки, которая создается на подвижной части торцевого уплотнения 23 давлением смазывающей жидкости генератора, вызванной действием пружины компенсатора 19 на поршень компенсатора давления 17, и перепадом давления на турбине 3 генератора. Неподвижная часть торцевого уплотнения 22 выполнена с заплечиком 27, упирающимся в торец внутреннего кольца подшипника 6. Она зафиксирована винтами 28 и уплотнена на оси статора генератора 8 уплотнительным кольцом 29. Подвижная часть торцевого уплотнения 23 установлена с возможностью осевого перемещения в нижнем обтекателе 20 генератора, уплотнена относительно его внутренней поверхности уплотнительным кольцом 30 и подпружинена относительно кольца 25, на наружной поверхности которого установлены штифты 31, входящие в пазы 32, выполненные на торце нижнего обтекателя 20 генератора. На подвижной части торцевого уплотнения 23 выполнены пазы 33, в которые для ограничения хода и предотвращения выпадения пружин торцевого уплотнения 24 входят установочные винты 34, расположенные в резьбовых отверстиях, выполненных на боковой поверхности кольца 25.

Устройство работает следующим образом. Перед заправкой генератора (фиг.1) отворачивают пробку 11 с уплотнением 12, присоединяют маслонасос. Генератор переворачивают турбиной вниз и закачивают смазку. При этом пружина 19 сжимается, поршень 17 компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости 16 передвигается до упора, и смазывающая жидкость заполняет весь объем цилиндра 18. При дальнейшем повышении давления на подвижной части торцевого уплотнения 23 создается осевая нагрузка, сжимающая пружины торцевого уплотнения 24. Между подвижной 23 и неподвижной 22 частями торцевого уплотнения 21 образуется зазор, в который выходит воздух. О заправке генератора судят по отсутствию пузырьков в вытекающей смазке. После заправки генератора отсоединяют маслонасос и заворачивают пробку 11 с уплотнением 12. Готовый к работе генератор крепят при помощи устройства для крепления генератора 1 к телеметрической системе и через кожух генератора к колонне бурильных труб. Телеметрическая система и кожух генератора на фиг.1...7 не показаны.

Во время бурения включаются в работу буровые насосы. Буровой раствор воздействует на лопасти турбины 3 и приводит во вращение внешний ротор 2 с закрепленными на нем магнитами 4. В залитой герметиком электрообмотке 9, входящей в состав статора 7, возникает ЭДС. Вместе с внешним ротором 2 вращается компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости 16, а также нижний обтекатель 20, в котором установлена подвижная часть торцевого уплотнения 23. Пружины торцевого уплотнения 24 прижимают трущиеся поверхности 26 подвижной и неподвижной части торцевого уплотнения 21 относительно кольца 25, которое зафиксировано от поворота штифтами 31 в пазах 32, выполненных на торце нижнего обтекателя 20. Пазы 33, выполненные на подвижной части торцевого уплотнения 23 и входящие в них установочные винты 34, обеспечивают вращение подвижной части торцевого уплотнения 23 вместе с внешним ротором 2 и нижним обтекателем 20, а также осевое перемещение при износе трущихся поверхностей 26, заправке или промывке генератора смазывающей жидкостью. На поршне 17 компенсатора давления 16 возникает нагрузка, которая создается действием пружины компенсатора давления 19 и перепадом давления на турбине генератора 3, что обеспечивает избыточное давление внутри генератора. Более высокое давление внутри генератора обеспечивает смазку трущихся поверхностей торцевого уплотнения 21, выполненных в виде твердосплавных колец 26, во время работы и препятствует проникновению внутрь генератора бурового раствора. При этом постепенно уменьшается запас смазывающей жидкости в цилиндре 18, от объема которого в значительной мере зависит ресурс работы генератора.

После подъема колонны бурильных труб к генератору снова подсоединяют маслонасос и осуществляют, не разбирая его, промывку от попавшего бурового раствора с одновременной заменой смазки. В генераторе создается давление, которое сначала сжимает пружину компенсатора давления 19, при этом происходит полное заполнение цилиндра 18 смазывающей жидкостью, после чего сжимаются пружины торцевого уплотнения 24 и подвижная часть торцевого уплотнения 23 отходит от неподвижной 22. Внутренняя поверхность обтекателя 20, в котором перемещается уплотненная кольцом 30 подвижная часть торцевого уплотнения 23, выполнена гладкой без изменений диаметра, что создает хорошее направление и предотвращает заклинивание подвижной части торцевого уплотнения 23 при возврате ее назад пружинами 24. Через образовавшийся зазор прокачивают смазывающую жидкость. После выключения маслонасоса давление в генераторе снижается, и пружины торцевого уплотнения 24 возвращают подвижную часть торцевого уплотнения 23 до упора твердосплавных колец 26. При этом герметичность генератора восстанавливается с полностью заряженным компенсатором давления и температурного расширения смазывающей жидкости 16 и с избыточным давлением, которое обеспечивает сжатая пружина компенсатора давления 19.

Применение изобретения позволило:

1. Повысить надежность генератора.

2. Увеличить ресурс работы генератора.

3. Снизить время технического обслуживания.

4. Снизить затраты на техническое обслуживание.

5. Обеспечить промывку генератора смазывающей жидкостью.

6. Обеспечить удаление попавшего через торцевое уплотнение внутрь бурового раствора.

7. Повысить надежность уплотнения генератора после его промывки смазывающей жидкостью.

8. Значительно увеличить объем компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости.

9. Повысить ресурс работы деталей и уплотнительных колец компенсатора давления.

1. Система смазки генератора питания телеметрической системы, содержащая заправочное устройство, полость между ротором и статором генератора, заполненную смазывающей жидкостью, компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости, выполненный в виде подпружиненного поршня, отличающаяся тем, что компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости расположен в верхней части генератора и объединен с ротором генератора, который с другой стороны соединен с нижним обтекателем, в нижнем обтекателе установлено торцевое уплотнение, состоящее из неподвижной части, зафиксированной на оси статора генератора, и подпружиненной подвижной части, установленной в нижнем обтекателе с возможностью отжима для обеспечения дренажа смазывающей жидкости в окружающую среду, причем внутренняя поверхность обтекателя, в котором помещается подвижная часть торцевого уплотнения, выполнена гладкой без изменения диаметра.

2. Система смазки генератора питания телеметрической системы по п.1, отличающаяся тем, что суммарное усилие пружин, прижимающих подвижную часть торцевого уплотнения к неподвижной выше нагрузки, которая создается на подвижной части торцевого уплотнения давлением смазывающей жидкости генератора, вызванной действием пружины компенсатора на поршень компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости, и перепадом давления на турбине генератора.

3. Система смазки генератора питания телеметрической системы по п.1, отличающаяся тем, что неподвижная часть торцевого уплотнения выполнена с заплечиком, упирающимся в торец внутреннего кольца подшипника, зафиксирована и уплотнена на оси статора генератора, а подвижная часть торцевого уплотнения установлена с возможностью осевого перемещения в нижнем обтекателе генератора и уплотнена относительно его внутренней поверхности.

4. Система смазки генератора питания телеметрической системы по п.1 или 2, отличающаяся тем, что подвижная часть торцевого уплотнения подпружинена относительно кольца, на наружной поверхности которого установлены штифты, входящие в пазы, выполненные на торце нижнего обтекателя генератора.

5. Система смазки генератора питания телеметрической системы по п.1 или 2, отличающаяся тем, что на подвижной части торцевого уплотнения выполнены пазы, в которые для ограничения хода и предотвращения выпадения пружин входят установочные винты, расположенные в резьбовых отверстиях, выполненных на боковой поверхности кольца.