專利名稱：一種用于井下電源的泥漿渦輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)，具體涉及一種用于井下電源的渦輪。
背景技術(shù)：
目前，石油鉆井行業(yè)無線隨鉆測量儀器的供電裝置主要為鋰電池，但隨著隨鉆測井技術(shù)在鉆井過程中的廣泛應(yīng)用，井下測控系統(tǒng)日漸復(fù)雜，需要充足而穩(wěn)定的電力供應(yīng)。而鋰電池所能提供的能量和所能承受的溫度均受到了限制，不能適應(yīng)新變化，需要采用新技術(shù)替代。泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)是一種取代鋰電池為井下測量儀器提供電源的理想方案。但是鉆井過程中的泥漿流量變化范圍大，直接將現(xiàn)有的泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)用于井下，會產(chǎn)生電源其不穩(wěn)定的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為適應(yīng)鉆井泥漿流量變化范圍較大的情況，本發(fā)明提出了一種用于井下電源的泥漿渦輪，它能有效地解決鉆井泥漿流量變化范圍大而帶來的供電不穩(wěn)定問題，從而確保井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定高效地向隨鉆測控系統(tǒng)提供電源。一種用于井下電源的泥漿渦輪，包括同軸的導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)輪葉片的進(jìn)口安放角和出口安放角為定值，轉(zhuǎn)輪葉片的進(jìn)口安放角和出口安放角可調(diào)節(jié)。進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)目為4 6片，轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口安放角為 50° 70°，轉(zhuǎn)輪葉片出口安放角為25° 50°。進(jìn)一步的，所述導(dǎo)輪葉片數(shù)目為5 7片，導(dǎo)輪葉片進(jìn)口安放角為90°，導(dǎo)輪葉片出口安放角為72°。本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在本發(fā)明采用導(dǎo)輪+轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)形式，由安裝在井下發(fā)電機(jī)殼體外周上的導(dǎo)輪，以及葉片角度可以調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)輪一同構(gòu)成。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪的葉片角度，適應(yīng)變化的泥漿流量， 為井下測量儀器提供穩(wěn)定電源。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，針對流量為20.0 40. OL/s，壓降小于 0. 2MPa，轉(zhuǎn)速為2200 3300rpm的鉆井條件，本發(fā)明的渦輪結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定輸出功率200W以上，可以為井下測量儀器穩(wěn)定供電。同時，本發(fā)明與傳統(tǒng)渦輪相比，水力工況范圍擴(kuò)大1倍， 最高效率達(dá)60%。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明導(dǎo)輪、轉(zhuǎn)輪葉片安置示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
本發(fā)明的使用環(huán)境是石油鉆井的鉆桿內(nèi)部。安裝在鉆桿中原來裝有高性能鋰電池的位置，又因本發(fā)明外觀形狀與高性能鋰電池相似，因此無需改變鉆桿內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。如圖1和圖2所示，轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)2與傳動軸機(jī)構(gòu)3鍵連接。轉(zhuǎn)輪葉片7通過螺釘固定在輪轂上，松開螺釘后可人工調(diào)節(jié)葉片角度。導(dǎo)輪葉片6固定在鉆桿殼體上，并在以傳動軸為中心的圓周上均勻分布。當(dāng)鉆井過程中使用的泥漿流經(jīng)鉆桿時，先通過導(dǎo)輪葉片6，其流動方向發(fā)生改變， 后通過轉(zhuǎn)輪葉片7，驅(qū)動轉(zhuǎn)輪2轉(zhuǎn)動，進(jìn)而通過傳動軸3和聯(lián)軸器4帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生電能。整個過程中，渦輪結(jié)構(gòu)將泥漿的動能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，進(jìn)而通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成電能。實(shí)例1本實(shí)例中，導(dǎo)輪葉片數(shù)目為5片，導(dǎo)輪葉片進(jìn)口安放角固定為90°，導(dǎo)輪葉片出口安放角固定為72° ；轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)目為4片，轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口安放角為50° 70°，轉(zhuǎn)輪葉片出口安放角為25° 50°可調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)輪葉片的具體安放角應(yīng)根據(jù)工況在可調(diào)范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)節(jié)。實(shí)例2本實(shí)例中，導(dǎo)輪葉片數(shù)目為6片，導(dǎo)輪葉片進(jìn)口安放角固定為90°，導(dǎo)輪葉片出口安放角固定為75° ；轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)目為5片，轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口安放角為50° 70°可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)輪葉片出口安放角為25° 50°可調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)輪葉片的具體安放角應(yīng)根據(jù)工況在可調(diào)范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)節(jié)。實(shí)例3本實(shí)例中，導(dǎo)輪葉片數(shù)目為7片，導(dǎo)輪葉片進(jìn)口安放角固定為90°，導(dǎo)輪葉片出口安放角固定為78° ；轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)目為6片，轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口安放角為50° 70°可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)輪葉片出口安放角為25° 50°可調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)輪葉片的具體安放角應(yīng)根據(jù)工況在可調(diào)范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)節(jié)。將上述實(shí)例在不同工況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明實(shí)例1將導(dǎo)輪葉片數(shù)目設(shè)計(jì)為5片， 導(dǎo)輪葉片出口安放角設(shè)計(jì)為72°，且轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)目設(shè)計(jì)為4片時，發(fā)電效率最高，提供電源
最穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種用于井下電源的泥漿渦輪，包括同軸的導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)輪葉片的進(jìn)口安放角和出口安放角為定值，所述轉(zhuǎn)輪葉片的進(jìn)口安放角和出口安放角可調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于井下電源的泥漿渦輪，其特征在于，所述轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口安放角可調(diào)范圍為50° 70°，轉(zhuǎn)輪葉片出口安放角可調(diào)范圍為25°飛0°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于井下電源的泥漿渦輪，其特征在于，所述轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)目為4飛片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于井下電源的泥漿渦輪，其特征在于，所述導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)的導(dǎo)輪葉片數(shù)目為5 7片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于井下電源的泥漿渦輪，其特征在于，所述導(dǎo)輪葉片進(jìn)口安放角為90°，導(dǎo)輪葉片出口安放角為72°。
全文摘要
一種用于井下電源的泥漿渦輪，包括同軸的導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)，所述導(dǎo)輪葉片的進(jìn)口安放角和出口安放角為定值，轉(zhuǎn)輪葉片的進(jìn)口安放角和出口安放角根據(jù)實(shí)際工況可調(diào)節(jié)。本發(fā)明能有效解決鉆井泥漿流量變化范圍大而帶來的供電不穩(wěn)定問題，實(shí)驗(yàn)證明，針對流量為20.0~40.0L/s，壓降小于0.2MPa，轉(zhuǎn)速為2200~3300rpm的鉆井條件，本發(fā)明的渦輪結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定輸出功率200W以上，可以為井下測量儀器穩(wěn)定供電。同時，本發(fā)明與傳統(tǒng)渦輪相比，水力工況范圍擴(kuò)大1倍，最高效率達(dá)60%。
文檔編號F03B13/02GK102192074SQ201110092380
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者余凱, 吳小芳, 張師帥, 楊勤, 熊鵬, 胡耀民, 蔣鵬, 黃書才 申請人:華中科技大學(xué)