本發(fā)明涉及井下發(fā)電機(jī)的部件以及包括該部件的井下發(fā)電機(jī)。其屬于石油設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，能夠在井下靠液體驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生電能，并供給井下設(shè)備使用。

背景技術(shù)：

鉆井工程是利用機(jī)械設(shè)備將地層鉆成一定深度的圓柱形孔眼的工程。主要功用包括獲取地下實(shí)物資料。即從鉆井中采取巖芯、巖屑、液態(tài)樣、氣態(tài)樣等；作為地球物理通道，獲取礦層各種地球物理資料；以及用作探采結(jié)合開(kāi)發(fā)地下水，油氣，地?zé)岬鹊你@井。

而要完成這些功能，要用到各種井下設(shè)備。諸如隨鉆測(cè)量、隨鉆測(cè)井、隨鉆導(dǎo)向及測(cè)試儀器。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況，有的是不能用電纜從地面供電的。也就是需要井下供電技術(shù)?，F(xiàn)在都是用電池作為能源，而電池的安全，操作，以及成本都是問(wèn)題。

首先是安全問(wèn)題。使用不當(dāng)或者意外撞擊等情況會(huì)導(dǎo)致電池短路，又恰巧保險(xiǎn)失靈的情況下，電池瞬間產(chǎn)生大量熱，而導(dǎo)致爆炸。引發(fā)安全事故。并且現(xiàn)在采用的電池在運(yùn)輸過(guò)程中也存在安全隱患。

其次還有成本問(wèn)題。因?yàn)殡姵乇旧淼脑虿荒艹潆?，都是一次性電池。而一?節(jié)或10節(jié)電池，只能使用100多個(gè)小時(shí)。每年國(guó)內(nèi)要用上萬(wàn)根電池，也造成成本的上升。

最后一個(gè)很嚴(yán)重的問(wèn)題是環(huán)境污染問(wèn)題。因?yàn)殡姵貎?nèi)含有重金屬，若隨便丟棄，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。而專業(yè)的回收處理成本高，技術(shù)復(fù)雜，處理不當(dāng)依然容易造成環(huán)境污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種導(dǎo)液部件，其用于鉆井用井下發(fā)電單元，所述導(dǎo)液部件定義被設(shè)置為改變進(jìn)入驅(qū)動(dòng)所述渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的流體的流動(dòng)方向的多個(gè)通道。

在一些實(shí)施例中，所述導(dǎo)液部件的多個(gè)通道引導(dǎo)所述流體成角度的驅(qū)動(dòng)所述葉輪的葉片。

在一些實(shí)施例中，所述導(dǎo)液部件引導(dǎo)所述流體以垂直的角度驅(qū)動(dòng)所述葉輪的所述葉片。

在一些實(shí)施例中，所述導(dǎo)流部件包括本體和設(shè)置于所述本體內(nèi)壁的多個(gè)導(dǎo)流擋板。

在一些實(shí)施例中，所述導(dǎo)流擋板平行設(shè)置。

在一些實(shí)施例中，相鄰的所述導(dǎo)流板之間形成弧形的導(dǎo)流通道引導(dǎo)所述流體的流動(dòng)。

在一些實(shí)施例中，所述導(dǎo)流通道被配置為先減緩所述流體的流動(dòng)再對(duì)所述流體的流動(dòng)加速。

在一些實(shí)施例中，所述多個(gè)通道之一由第一導(dǎo)流板的第一側(cè)面和所述第二導(dǎo)流板的第二側(cè)面定義，其中，所述第一側(cè)面的截面是弧線或直線，所述第二側(cè)面的截面是弧線。

在一些實(shí)施例中，所述導(dǎo)流板具有兩條弧線定義的截面，其中第一弧線的曲率半徑小于第二弧線的曲率半徑。

本實(shí)用新型的另一個(gè)方面提供一種鉆井用井下發(fā)電單元,包括渦輪發(fā)電部分，其包括由流經(jīng)發(fā)電單元的流體驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的渦輪，其包括前述任意一種的導(dǎo)液部件。

依據(jù)本實(shí)用新型的井下用發(fā)電機(jī)提供了一種設(shè)置在葉輪上游的導(dǎo)液部件，其通過(guò)將從發(fā)電單元進(jìn)口涌入的鉆井液進(jìn)行導(dǎo)流，減少了鉆井液對(duì)葉片的過(guò)度沖擊，并且可以使大多數(shù)的鉆井液通過(guò)導(dǎo)流碰撞在葉輪葉片最大做功位置上。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式的導(dǎo)液部件的俯視示意圖；

圖2a是根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式的導(dǎo)液部件的剖視示意圖；

圖2b是圖2a的局部放大圖；

圖3a、3b分別是根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式的導(dǎo)液部件的結(jié)構(gòu)剖視示意圖；

圖4a是根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式的葉片的結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖4b是根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式的葉片的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖5是根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式的井下發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)剖視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及給出各實(shí)施例中的部件與單元的具體結(jié)構(gòu)，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。

本實(shí)用新型涉及井下用發(fā)電機(jī)，用于取代電池來(lái)為井下用電設(shè)備提供動(dòng)力。本發(fā)明所提及的發(fā)電單元主要為葉輪式發(fā)電機(jī)，通過(guò)利用流體，例如鉆井液來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪葉輪,渦輪葉輪帶動(dòng)發(fā)電馬達(dá)切割磁場(chǎng)產(chǎn)生電能。驅(qū)動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的流體通常是鉆井液，鉆井液從鉆桿內(nèi)流下，自發(fā)電機(jī)的進(jìn)口流入，向下游流向葉輪，驅(qū)動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使葉輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電馬達(dá)切割磁力線,例如切割由磁鋼形成的磁場(chǎng)以產(chǎn)生電能。流體作用在葉輪上之后，經(jīng)過(guò)導(dǎo)流板向下流動(dòng)至被沿設(shè)置在發(fā)電機(jī)外殼上的導(dǎo)流孔導(dǎo)至發(fā)電單元外部繼續(xù)向下流動(dòng)。

在驅(qū)動(dòng)葉輪的過(guò)程中，由于大量的鉆井液從進(jìn)口進(jìn)入，且其中進(jìn)口通常設(shè)置在發(fā)電單元的軸線位置，鉆井液會(huì)對(duì)葉輪的葉片施加過(guò)大的沖擊力，當(dāng)葉輪長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在這種狀態(tài)下時(shí)，葉片自身以及葉片與葉輪輪轂的連接位置時(shí)有斷裂等損壞情形發(fā)生。此外，鉆井液從進(jìn)口涌入會(huì)導(dǎo)致鉆井液從不同方向撞擊葉輪的葉片，從而使鉆井液的做功效率降低。

依據(jù)本實(shí)用新型的井下用發(fā)電機(jī)提供了一種設(shè)置在葉輪上游的導(dǎo)液部件，其通過(guò)將從發(fā)電單元進(jìn)口涌入的鉆井液進(jìn)行導(dǎo)流，減少了鉆井液對(duì)葉片的過(guò)度沖擊，并且可以使大多數(shù)的鉆井液通過(guò)導(dǎo)流碰撞在葉輪葉片最大做功位置上，例如，以垂直的角度碰撞葉輪的葉片。

圖1為依照本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的導(dǎo)液部件的俯視圖。如圖1所示，導(dǎo)液部件100包括筒狀本體101，簡(jiǎn)稱筒體，以及設(shè)置于筒狀本體的內(nèi)壁101a 上的八個(gè)導(dǎo)流板102a－102h。圖中，八個(gè)導(dǎo)流板均勻間隔設(shè)置，并設(shè)置在同一水平高度上。

圖2a是依照本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的導(dǎo)液部件部分的剖視圖,筒狀本體101具有供鉆井液流過(guò)的通道，所述導(dǎo)流板徑向向中軸線延伸以限制鉆井液F的流動(dòng)方向。例如，導(dǎo)流板102a和102b之間形成供鉆井液流過(guò)的通道 103a。該通道使的鉆井液不再一直沿平行與中軸線的方向流動(dòng)，而是在通道的限制下改為沿著相鄰導(dǎo)流板界定的方向流動(dòng)。導(dǎo)流板之間的通道方向決定與一個(gè)導(dǎo)流板的內(nèi)側(cè)輪廓線和另一個(gè)導(dǎo)流板的外側(cè)輪廓線。例如，在如圖2a 所示的實(shí)施例中，導(dǎo)流板102a截面的輪廓線為兩個(gè)弧形定義的輪廓，例如，如圖2b所示，在一側(cè)的弧形1021的曲率半徑大于另一側(cè)的弧形1022的曲率半徑。這樣的效果是，導(dǎo)流板102a的具有較大曲率半徑的一側(cè)的弧形與導(dǎo)流板102b的具有較小的曲率半徑的弧形定義扁平的弧形通道103a。其他相鄰的導(dǎo)流板之間也會(huì)形成與通道103a基本相同的通道。

改變鉆井液的流動(dòng)方向可以改變鉆井液沖擊葉輪200的葉片201，即與葉片201發(fā)生碰撞時(shí)的方向，從而改變對(duì)葉片201做功的效率。例如，對(duì)于某些葉片結(jié)構(gòu)，可以使鉆井液F以例如基本垂直的角度沖擊葉片，得到提升的做工效率。

圖4a示出了葉輪的示例性結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D4a，其具輪轂202和平均分布并且連接于輪轂202外周上的葉片201,。葉片的數(shù)量與所述通道103的數(shù)量相同。輪轂的中部與發(fā)電機(jī)的主軸部分例如通過(guò)鍵槽耦接。葉片的解結(jié)構(gòu)示于圖4b中，例如，其可以具有類似機(jī)翼的橫截面?；蛘?，其可以具有面對(duì)通道103的凹窩，所述凹窩的法與所述通道的方向大致平行。

還可以將導(dǎo)流板的輪廓線設(shè)置為例如螺旋形曲面的一部分，從而兩個(gè)相鄰的導(dǎo)流板形成大致上呈螺旋形的通道。還可以將導(dǎo)流板的輪廓線設(shè)置為平面，從而兩個(gè)相鄰的導(dǎo)流板形成大致平行平面定義的直通道。如圖3a所示的103a、103b。在圖3b所示的實(shí)施例中，還可以采用截面一側(cè)為弧形，而另一側(cè)為直線的結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)可以減少加工的復(fù)雜度，但同時(shí)能夠達(dá)到相對(duì)好的導(dǎo)液效果。

導(dǎo)流板102a-102h可以不可分離的附連于筒體，例如單獨(dú)成型后焊接在筒狀本體101上，也可通過(guò)鑄造方式與筒體一體成型。還可以將導(dǎo)流板設(shè)計(jì)成可分離組裝結(jié)構(gòu)，例如可通過(guò)槽、鍵、螺紋鏈接等方式固定于筒體，需要更換時(shí)，再拆下更換。

導(dǎo)流元件100可以設(shè)計(jì)為動(dòng)力組件的一部分，如圖5所示，其可以與上、下兩個(gè)耦接件21、22結(jié)合密封連接，形成動(dòng)力組件10的結(jié)構(gòu)。例如，導(dǎo)流元件100的筒狀本體可以延伸至葉輪200。從而從周向延伸包圍葉輪部分。即葉輪200部分隱藏在導(dǎo)流元件下游的筒狀本體定義的腔體內(nèi)。如圖5所示。

導(dǎo)液部件的100的靠近鉆井液進(jìn)口300的一側(cè)可以設(shè)置安裝結(jié)構(gòu)104以安裝例如傳動(dòng)軸400等結(jié)構(gòu)。如圖1所示，可以在筒狀本體101的端面102b 上設(shè)置螺紋安裝孔102c，并將端蓋500固定于筒狀本體上。傳動(dòng)軸400一般延伸穿過(guò)導(dǎo)液結(jié)構(gòu)100的導(dǎo)流板102a-102h所在的區(qū)域并且例如通過(guò)鍵配合、螺紋配合等與葉輪相配合，傳動(dòng)軸400可以繼續(xù)穿過(guò)葉輪200與電機(jī)單元部分600配合作為電機(jī)單元的驅(qū)動(dòng)軸，在葉片旋轉(zhuǎn)的帶動(dòng)下作切割磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電勢(shì)差。

所述傳動(dòng)軸400也可以僅配合于所述葉輪部分200和所述電機(jī)單元600，而不再向上游方向延伸至導(dǎo)液結(jié)構(gòu)。這樣，端蓋500上的開(kāi)口可以設(shè)置在端蓋的中心位置，或者自中心位置沿徑向延伸的開(kāi)口，例如多個(gè)開(kāi)孔或開(kāi)槽。

本實(shí)用新型中的發(fā)電單元可以作為井下電源例如電池的替代品。其可以在鉆井作業(yè)開(kāi)始前即工作以為鉆桿上的用電設(shè)備供電。也可以在鉆桿開(kāi)始工作時(shí)同時(shí)開(kāi)始工作，并通過(guò)穩(wěn)壓、整流等單元得到期望的穩(wěn)定輸出而為用用電設(shè)備供電。其中的鉆井液采用鉆桿中使用的鉆井液F。鉆井液F通過(guò)導(dǎo)液結(jié)構(gòu)100的引導(dǎo)后，鉆井液分成多股沿導(dǎo)液通道定義的方向流動(dòng)的鉆井液子流 F1-F8，每個(gè)子流再驅(qū)動(dòng)葉輪將驅(qū)動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)后會(huì)繼續(xù)向下游流動(dòng)進(jìn)入鉆桿的其他部分。

例如，在由發(fā)電單元單獨(dú)為井下用電設(shè)備供電的實(shí)施例中，鉆井液由鉆井液通道流過(guò)，按照導(dǎo)流板導(dǎo)向的角度沖擊葉輪。葉輪在密封組件的密封和限位下，實(shí)現(xiàn)自由旋轉(zhuǎn)。然后經(jīng)由傳動(dòng)軸以及可選的傳動(dòng)裝置帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，切割磁場(chǎng)產(chǎn)生電能電能繼而通過(guò)導(dǎo)線傳遞到例如穩(wěn)壓整流單元再供下游用電設(shè)備使用。

由于井下的特殊環(huán)境。整套設(shè)備完全處于鉆井液的包裹之中，因此需要密封和抗壓措施，防止鉆井液滲漏進(jìn)入設(shè)備中。

主要的密封措施：是在葉輪的前后端加裝動(dòng)密封裝置，例如軟填料密封、油封密封、迷宮密封、螺旋密封、動(dòng)力密封和機(jī)械密封等。通過(guò)對(duì)兩個(gè)相對(duì)的密封平面施加壓力，實(shí)現(xiàn)在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)對(duì)工件的密封。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。