Изобретение относится к электрическим машинам. Конкретно изобретение предн-значено для генератора, устанавливаемого в скважину и предназначенного, например, для питания скважинного прибора. Генератор преобразует энергию промывочной жидкости в электрическую, необходимую для питания скважинных навигационных и геофизических приборов в процессе бурения и передатчика электромагнитного канала связи. Для работы телеметрической системы на большой глубине требуется увеличение мощности передающего устройства до 1 кВт и более. Получить большую мощность при малых габаритах генератора весьма проблематично.
Скважинный генератор (рис.1…3) установлен в колонне бурильных труб или в обсадной колонне (на рис. 1…3 не показано) и содержит защитный корпус 1 и, по меньшей мере, одно устройство крепления 2. В устройстве крепления 2 электрогенератора выполнены отверстия 3 для прохода бурового раствора.
Электрогенератор содержит ротор 4 с гидротурбиной 5. Гидротурбина 5 имеет наклонно-установленные плоские лопатки, установленные под углом 20 …60 0.
Защитный корпус 1 имеет в нижней части электрический разъем 6, к которому под-соединены провода 7 от обмоток возбуждения 8. Провода 7 проходят внутри отверстий 9 и залиты компаундом 10. Генератор содержит ротор генератора 11, промежуточный вал 12 между роторами 4 и 11, дополнительный ротор 13. Дополнительный ротор 13 выполнен с возможность вращения в сторону противоположную по сравнению с ротором генератора 11 и установлен коаксиально ротору генератора 11 и обмоткам возбуждения 8 и между ними. Кроме того, редуктор (или мультипликатора) 14 установлен между ротором 4 и промежуточным валом 12. Постоянные магниты 15 установлены на роторе генератора 11. (Фиг. 1 и 2). Ротор 4 установлен на подшипниках 16 и 17 и закрыт уплотнениями 18. Ротор генератора 11 установлен на подшипниках 17 и 19. Подшипник 19 установлен в основании 20 и уплотнен уплотнением 21. Редуктор (мультипликатор) 14 для первого варианта исполнения конструкции генератора установлен в полости 22 (рис. 1).

Для заполнения смазывающей жидкостью полости 22, в которой размещен ротор 4, предусмотрено осевое отверстие 23, выполненное в роторе 4 и заглушенные винтом 24. На дополнительном роторе 13 в пазах 25 установлены вставки из магнитопроницаемого материала 26.
Обмотки возбуждения 8 могут быть соединены последовательно, параллельно или последовательно-параллельно.
Для компенсации расхода смазывающей жидкости, температурных расширений и пе-ременного давления в скважине предусмотрен, по меньшей мере, один компенсатор давления и температурного расширения 27 (рис. 1 и 3), выполненный в передней части защитного корпуса 1 генератора. Наиболее целесообразно выполнить 2…8 компенсаторов давления и температурного расширения 27 и разместить из внутри защитного корпуса 1 со стороны гидротурбины 5, так как в компенсации нуждается только полость 22, а другие полости выполнены герметичными и могут быть заполнены инертным газом и не нуждаются в компенсации при условии выполнения стенок защитного корпуса достаточной толщины.
Для дренажа воздуха при заполнении полости 22 смазывающей жидкостью предусмотрены дренажные отверстия 28, закрытые пробками 29.
Каждый компенсатор давления и температурного расширения 27 (рис. 2) содержит компенсационный поршень 30. Полость 31 под компенсационным поршнем 30 отверстием (отверстиями) 32 соединена с полостью 22, а полость 33 над компенсационным поршнем 30 соединена отверстием (отверстиями) 34 с окружающей средой для компенсации изменения давления и температурного расширения смазывающей жидкости. Компенсационный поршень 30 подпружинен пружиной 35 в сторону противоположную гидротурбине 5 для создания избыточного давления в полости 11.

В одном из вариантов исполнения конструкции генератора может быть предусмотрена магнитная муфта 36 (рис. 3).

Магнитная муфта 36 содержит ведущую и ведомую полумуфты 37 и 38 с постоянны-ми магнитами 39 и герметичной перегородкой 40 между ними, выполненной полностью магнитопроницаемой или имеющей магнитопроницаемые части 41. Ведущая полумуфта 37 установлена в полости 42, а ведомая полумуфта 38 установлена в герметичной полости 43. При этом возможны два варианта исполнения магнитной муфты 36: торцовая муфта или цилиндрическая муфта. Полость 43 ведомой полумуфты 39 изолирована от полости 44, в которой размещены детали ротора генератора 11: обмотки возбуждения 11 и постоянные магниты 11. Полости 43 и 44 выполнены герметичными, герметизация между ними может быть не предусмотрена. Перегородка 44 между этими полостями предназначена для установки подшипника 19 и уплотнений 20 и 21. Эти полости могут быть заполнены инертным газом или неэлектропродной жидкостью.
При работе генератора (рис. 1 …3 ) буровой раствор проходит через гидротурбину 5, которая начинают вращаться с ротором 4 (фиг. 1) и ведущей полумуфтой 39 (фиг. 3) при ее наличии. Магнитный поток проходит через магнитопроницаемую перегородку 40 или маг-нитопроводящие части 41 и приводит во вращение ведомую полумуфту 38 Ведомая полу-муфта 38 приводит во вращение вал генератора 11, одновременно через редуктор (мультипликатор) 14 приводится во вращение дополнительный ротор 13 с магнитопроницаемыми вставками 26, которые периодически пересекают магнитное поле, проходящее через обмотки возбуждения 8. В обмотках возбуждения 8 вырабатывается электричество и по проводам 7 передается на электрический разъем 6.
При изменении объема смазывающей жидкости в полости 22 (рис. 1) или 42 (рис. 3) по любой причине осуществляется соответствующее перемещение компенсационного поршня 30. Вследствие этого внутри полости 22 (или 42, см. рис. 3) всегда поддерживается давление на 2…5 атм больше, чем давление окружающей среды. Это препятствует проникновению абразивных частиц, содержащихся в буровом растворе внутрь полости 22 или 42. Если применено несколько компенсаторов давления и температурного расширения 27, то при засорении одного из отверстий 32 (или нескольких отверстий 32, если применено 4..8 компенсаторов давления и температурного расширения 27), остальные компенсаторы давления и температурного расширения 27 будут выполнять свою функцию, даже при работе одного из них. Это значительно повышает надежность генератора и его ресурс.
Применение изобретения позволило:
1. Упростить конструкцию генератора, за счет применения обмоток большого количества одинаковых по конструкции деталей: обмоток возбуждения, дисков и постоянных магнитов.
2. Увеличить мощность и напряжение на электрических выводах генератора за счет быстрого изменения магнитного потока, проходящего через обмотки возбуждения, особенно значительно это изменение достигнуто применением биротативной схемы и редуктора (мультипликатора).
3. Значительно увеличить ресурс работы подшипника за счет уменьшения диаметра ротора до минимально-возможного.
4. Уменьшить дисбаланс ротора генератора за счет уменьшения его диаметра и длины. На роторе закреплены только гидротурбина и ведомая полумуфта.
5. Повысить надежность электрогенератора за счет:
— отсутствия вращения обмоток возбуждения и постоянных магнитов и вращения тонких и легких дисков,
— полной герметизации его основных полостей: полости ведомой полумуфты и электростатического генератора и за счет выполнения уплотнения полости ведущей полумуфты по относительно небольшому диаметру ротора.
6. Улучшить ремонтопригодность генератора за счет простоты конструкции и унификации его основных узлов и деталей: постоянных магнитов, обмоток возбуждения и дисков.

Автор статьи: Патентный поверенный РФ Болотин Николай Борисович