ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР ПИТАНИЯ СКВАЖИННОЙ АППАРАТУРЫ

Полезная модель относится к области электромашиностроения и применимо преимущественно при проектировании генераторов для питания скважинного прибора забойной телеметрической системы.
Известна электрическая машина по А.С. СССР №1297183, МПК 4 Н02К 21/12, содержащая внешний ротор с постоянными магнитами и внутренний статор с электрообмоткой. Этот двигатель воздушного охлаждения и имеет малоэффективную систему смазки подшипников.
Известна электрическая машина по патенту РФ №2061992, МПК 6 Н02К 15/00, содержащая ротор, статор, подшипники и уплотнительные устройства. Полость между статором и ротором заполнена смазывающей жидкостью. Гибкая диафрагма, установленная в емкости, заполненной смазывающей жидкостью и сообщающейся с маслозаполненной полостью выполняет роль компенсатора при незначительных изменениях давления и температуры.
Недостатком этой электрический машины является то, что она приспособлена для работы в естественных условиях окружающей среды при атмосферном давлении и незначительном диапазоне изменения температур. Например, электрическая машина не работоспособна при давлении окружающей среды в сотни атмосфер, особенно, если эта среда жидкая и содержит абразивные частицы, воду, поверхостно-активные вещества (ПАВ). Жидкость, содержащая абразивные частицы, воду, ПАВ и т.д. может проникнуть через уплотнительные устройства в обмотку статора, что приведет к короткому замыканию обмотки.
Известен автономный турбинный (электрогенератор) предназначенный для питания электрической энергией телеметрической системы содержащий гидротурбину, приводимую в движение потоком промывочной жидкости, маслозаполненный статор, залитый эпоксидным компаундом и ротор генератора переменного тока на постоянных магнитах, расположенных на одном валу с гидротурбиной (Молчанов А.А., Сираев А.Х., «Скважинные автономные системы с магнитной регистрацией». Недра, 1979 г, с.102-103), прототип.
Недостатком этого генератора является то, что при значительных изменениях температуры и давления окружающей среды, внутреннего перегрева обмотки при значительных токовых нагрузках, из-за малой теплопроводности эпоксидных и иных резиноподобных компаундов, воздействия на них ПАВ и нефти и пр. включений,
компаунды растрескиваются или разрушаются, что со временем приводит к потере диэлектрических и механических свойств компаундов и короткому замыканию обмоток.
Задачей создания полезной модели является повышение надежности работы электрогенераторов для питания забойной аппаратуры при большом диапазоне изменений температуры, давления окружающей среды, токовых нагрузок и воздействия агрессивных компонентов бурового раствора.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что электрогенератор питания скважинной аппаратуры, содержащий статор с обмоткой и ротор с одной или несколькими турбинами, отличающийся тем, что обмотка статора герметично закрыта защитной втулкой, выполненной из немагнитной стали. Для снижения потерь от воздействия вихревых токов, в качестве материала втулки может быть применена немагнитная сталь с высоким удельным электрическим сопротивлением. Немагнитной принято считать стали с немагнитностью м=1,002. Высоким удельным электрическим сопротивлением обладают стали с большим содержанием никеля и хрома, которые применяются для нагревательных элементов.
Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью. Новизна подтверждается патентными исследованиями. Промышленная применимость подтверждается тем, что для изготовления устройства необходимы известные технологии и недифицитные материалы.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах фиг.1 и 2, где:
на фиг.1 приведен чертеж электрогенератора,
на фиг.2 приведен чертеж передней части электрогенератора.
Генератор (фиг.1) содержит статор 1, ротор 2 с полостью «А» между ними, которая может быть заполнена маслом. Ротор 2 может содержать одну или несколько турбин 3. Для примера на фиг.1 приведен электрогенератор с двумя турбинами 3: в передней части ротора 2 установлена турбина 3 выполненная в виде корпуса 4 с лопатками 5, выполненными под углом к оси турбины 3, в задней части ротора 2 установлена вторая турбина 3. Статор содержит обмотку 6, размещенную в полости «Б» концентрично оси 7 между торцовыми стенками 8 и закрытую герметично снаружи защитной втулкой 9. Защитная втулка 9 может быть, например, приварена, припаяна, развальцована к торцовым стенкам 8 или может быть установлена на уплотнительных кольцах с применением например, резьбового соединения. В роторе 2 установлены постоянные магниты 10. Канал заправки маслом «В» заглушен пробкой 11. К обмотке 6
проводами 12 подключен кабельный наконечник 13, который загерметизирован уплотнением (уплотнение на фиг.1 и 2 не показано).
При работе генератора, установленного в составе компоновки колонны бурильных труб, через турбину 3 проходит буровой раствор. Ротор 2 с постоянными магнитами 10 вращается. В обмотке 6, которая установлена в статоре 1 возникает напряжение, которое по проводам 12 передается на кабельный наконечник 13 и далее на скважинную аппаратуру (скважинная аппаратура на фиг.1 и 2 не показана).
При попадании бурового раствора в полость «А» между статором 1 и ротором 2 масло частично или полностью вытесняется и высокое давление воздействует на защитную втулку 9, но в полость «Б», в которой находится обмотка 6 буровой раствор, содержащий воду, абразивные частицы и ПАВ не проникает. В результате этого исключено повреждение обмотки 6 и снижение электрических характеристик электрогенератора.
Аналогичная схема защиты обмотки может быть применена и в классической схеме электрогенератора с наружным статором с обмотками и внутренним вращающимся ротором.
Применение полезной модели позволило:
1. Значительно повысить надежность и ресурс электрогенератора.
2. Исключить попадание бурового раствора внутрь обмотки статора.
3. Сохранить оптимальные энергетические характеристики электрогенератора за счет применения защитной втулки из немагнитной стали.
4. Обеспечить работу генератора в широком диапазоне воздействий температуры, давления бурового раствора, значительных токовых нагрузках.
5. Уменьшить затраты на обслуживание и ремонт.