一种悬浮式液力发电装置的制作方法

1.本发明属于发电设备的技术领域，特别涉及一种悬浮式液力发电装置。


背景技术：

2.随着石油工业注采技术的自动化和智能化发展，越来越多的井下工具或设备需要供电，目前井下电控工具主要采用电缆或一次性电池供电，前者存在投资成本高、施工繁琐等缺点，后者容量有限，限制了井下电控工具功能的发挥，且电池耗尽后需将工具整体捞出，施工复杂，影响生产。同时，常见的涡轮发电装置存在启动流量大、能量转化率低、寿命短等缺点，无法适应井下恶劣环境和生产需求。
3.在井下作业时，液体流动会产生一定的能量，通过采用发电装置，将液体流动的能量转化为电能，可以为井下作业提供电能。
4.根据上述相关技术，亟需一种可将井下液体流动能量转化为电能，解决井下电能长期供应难题的发电装置。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明公开了一种悬浮式液力发电装置。方案如下：
6.一种悬浮式液力发电装置，包括外壳和下接头，所述外壳内依次设置有下半轴、叶轮、上半轴、发电机永磁转子和发电机定子；所述发电机定子连接有引线；所述外壳上设置有与叶轮位置相对应的进水孔；所述下半轴和下接头上均设置有排水孔；所述外壳内设置有用于限定下半轴和上半轴位置的限位件；所述外壳端部设置有封堵件，所述引线穿出封堵件。
7.更进一步的，所述下半轴包括下半轴本体和下半轴轴头，所述下半轴轴头位于下半轴本体靠近下接头的一端，下半轴本体和下半轴轴头相互靠近的一端连接；下半轴本体和下半轴轴头上均设置有所述排水孔。
8.更进一步的，所述上半轴包括上半轴本体和上半轴轴头，上半轴和下半轴连接，上半轴轴头位于上半轴本体远离下接头的一端并与上半轴本体固定连接，上半轴本体和上半轴轴头之间设置有径向销钉作为紧固件。
9.更进一步的，所述外壳端部的封堵件为定子固定丝堵，所述定子固定丝堵与所述外壳的端部螺纹配合，所述定子的引线穿出所述定子固定丝堵。
10.更进一步的，叶轮包括径向叶轮和轴向叶轮，径向叶轮、轴向叶轮、上半轴以及下半轴的轴线重合。
11.更进一步的，进水孔在外壳上设置有两处，进水孔以叶轮的轴线为中心呈中心对称，进水孔连通外壳的内外两侧，进水孔倾斜设置，倾斜方向为由外向内并与外壳的内径方向偏斜；所述进水孔的位置与所述径向叶轮相对应。
12.更进一步的，限位件包括若干内磁环和若干外磁环，所述内磁环套设在所述下半轴本体和所述上半轴本体的外部，相邻的所述内磁环相抵且相互靠近的一侧磁性相同；所
述外磁环安装在外壳中并位于所述内磁环外部，所述内磁环和所述外磁环相对应的面磁性相同。
13.更进一步的，所述外壳内设置有外磁固定环，所述外磁固定环与所述外壳螺纹配合并与所述外磁环抵紧。
14.更进一步的，所述叶轮上设置有叶轮中间套，叶轮中间套与轴向叶轮以及径向叶轮过盈配合，叶轮中间套两端分别与轴向叶轮以及径向叶轮相抵紧。
15.更进一步的，所述下接头上设置有下端支撑，所述下端支撑端部和所述上半轴轴头端部设置有硬质金属球，所述下半轴轴头的端部和所述发电机定子端部设置有硬质合金片，所述下端支撑上的硬质金属球与所述下半轴轴头上的硬质合金片相抵；所述上半轴轴头上的硬质金属球与所述发电机定子上的硬质合金片相抵。
16.本发明至少具有如下的优点：
17.1、悬浮式的结构设计有效地避免了动密封和高效转动之间的矛盾，极大降低了液流冲击带来的摩擦阻力以及液流杂质对结构的影响，使本结构在不同工况下都能实现高效发电；结构简单，转化效率高且、易于加工具有较高的可行性。
18.2、动力结构和外壳等附件通过转配式的方式进行组装，可以分开进行加工组装再组合到一起，施工较为方便。
19.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1示出了本技术实施例的发电装置内部结构示意图；
22.图2示出了本技术实施例的进水孔结构示意图。
23.附图标记：1、下接头；2、外壳；3、下半轴轴头；4、外磁环；5、内磁环；6、下半轴本体；7、轴向叶轮；8、径向叶轮；9、上半轴本体；10、上半轴轴头；11、发电机永磁转子；12、发电机定子；13、定子固定丝堵；14、外磁固定环；15、叶轮中间套；16、下端支撑；17、硬质金属球；18、硬质合金片。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为
基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
26.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
27.参照图1，本技术实施例公开了一种悬浮式发电装置，其包括外壳2和下接头1，外壳2内依次安装有下半轴、叶轮、上半轴、发电机永磁转子11和发电机定子12。
28.发电机定子12连接有引线，外壳2上开设有与叶轮位置相对应的进水孔，进水孔在图1中通过b表示。在将发电装置送入到井下作业时，通过进水孔进水并带动叶轮转动，在转动时进行发电装置的发电。所述下半轴和下接头1上均开设有排水孔，水流通过排水孔排出。
29.下半轴包括下半轴本体6和下半轴轴头3，下半轴轴头3位于下半轴本体6靠近下接头1的一端，下半轴本体6和下半轴轴头3相互靠近的一端连接，下半轴本体6和下半轴轴头3上均设置有所述排水孔。上半轴包括上半轴本体9和上半轴轴头10，上半轴轴头10位于上半轴本体9远离下接头1的一端并与上半轴本体9固定连接，上半轴本体9和上半轴轴头10之间安装有径向销钉作为紧固件，通过径向销钉的结构将上半轴本体9和上半轴轴头10固定连接在一起。下半轴本体6的端部和上半轴轴头10过盈配合，将上半轴和下半轴连接在一起。在下半轴转动时会带动上半轴一起转动。发电机永磁转子11上贴有磁钢，发电机永磁转子11和上半轴轴头10过盈配合，通过压装的方式和上半轴轴头10连接，实现了上半轴轴头10和发电机永磁转子11之间的连接，在下半轴转动时会带动上半轴以及发电机永磁转子11一起转动。发电机定子12内设置有线圈绕组，在发电机永磁转子11在转动时会切割磁感线，实现发电，通过发电机定子12的引线将电流导出。
30.在外壳2的端部安装有定子固定丝堵13作为封堵件，定子固定丝堵13与外壳2的端部螺纹配合，安装在外壳2上，定子上连接的引线穿出定子固定丝堵13被引出，用于将电能传出。定子固定丝堵13和下接头1分别安装在外壳2的两端。
31.叶轮包括径向叶轮8和轴向叶轮7，径向叶轮8、轴向叶轮7、上半轴以及下半轴的轴线重合，轴向叶轮7位于径向叶轮8和下半轴之间。在叶轮上安装有中间套，叶轮中间套15与轴线叶轮以及径向叶轮8过盈配合，叶轮中间套15两端分别与轴向叶轮7以及径向叶轮8相抵紧。通过叶轮中间套15将轴向叶轮7和径向叶轮8连接在一起，在轴线叶轮转动时会带动径向叶轮8一起转动。径向叶轮8和轴向叶轮7均位于下半轴本体6的外部并与下半轴本体6的外部过盈配合。在叶轮转动时会带动下半轴转动，下半轴转动时会带动上半轴转动，从而实现了发电机永磁转子11的转动。
32.参照图2，进水孔在外壳2上开设有两处，进水孔以叶轮的轴线为中心呈中心对称，
进水孔连通外壳2的内外两侧，进水孔倾斜设置，倾斜方向为由外向内并与外壳2的内径方向偏斜，所述进水孔的位置与所述径向叶轮8相对应。在通过进水孔进水时，水流会通过进水孔进入到外壳2中，冲击到径向叶轮8上，带动叶轮和下半轴进行转动，用于进行发电装置的发电。
33.下接头1上设置有下端支撑16，下端支撑16端部和所述上半轴轴头10端部设置有硬质金属球17，下半轴轴头3的端部和所述发电机定子12端部设置有硬质合金片18，所述下端支撑16上的硬质金属球17与所述下半轴轴头3上的硬质合金片18相抵。上半轴轴头10上的硬质金属球17与所述发电机定子12上的硬质合金片18相抵。通过硬质金属球17的结构，在转动时减小了摩擦，减少能量损失，使得叶轮可以更高效地进行转动。
34.在外壳2内安装有固定上半轴和下半轴位置的限位件，限位件包括多个内磁环5和外磁环4，内磁环5套设在所述下半轴本体6和所述上半轴本体9的外部，相邻的所述内磁环5相抵且相互靠近的一侧磁性相同。所述外磁环4安装在外壳2中并位于所述内磁环5外部，所述内磁环5和所述外磁环4相对应的面磁性相同。在外壳2内安装有外磁固定环14，外磁固定环14与外壳2螺纹配合并与外磁环4抵紧。因为外磁环4的位置被外磁固定环14限定，而且因为内磁环5和外磁环4相互靠近的一面磁性相反，在安装完成之后，使得内磁环5和上半轴、下半轴处于悬置的状态，减少转动时收到的阻力。
35.本发电装置的组装方式如下：首先组装由上半轴、下半轴、叶轮和发电机永磁转子11组成的动力系统组件，根据同磁极相斥的原理，将内磁环5依次套在下半轴本体6下部，并保持内磁环5相互靠近的一侧磁极相同，下半轴轴头3通过螺纹连接固定在下半轴本体6下端，并将相互排斥的内磁环5固定压紧至相邻内磁环5贴紧。
36.然后将轴向叶轮7、叶轮中间套15和径向叶轮8采用过盈配合，从下半轴本体6上压装在下半轴本体6中间，上半轴本体9同样采用过盈配合，压装在下半轴本体6上端，且压紧径向叶轮8，使径向叶轮8压紧叶轮中间套15，叶轮中间套15压紧轴向叶轮7，在上半轴本体9与下半轴本体6的连接位置打入径向销钉用以防松。之后根据同磁极相斥的原理，将内磁环5套在上半轴外部，并保证相邻磁环面磁极相同，将上半轴轴头10通过螺纹连接固定在上半轴上端，并将相互排斥的内磁环5固定压紧至相邻内磁环5贴紧，至此动力系统组装完毕。将贴有磁钢的发电机永磁转子11采用过盈配合，压装在上半轴轴头10上。
37.根据同磁极相斥的原理，将外磁环4从外壳2的上下两端分别装入外壳2中，并保证相邻磁环面磁极相同，且外磁环4与内磁环5相对应的面保证磁极相同，用外磁环4固定环通过螺纹形式将外磁环4固定压紧在外壳2内。将下端支撑16通过螺纹固定在下接头1内部，将下接头1以螺纹连接方式固定在外壳2下端，将动力系统从外壳2上端插入外壳2内部，使下半轴轴头3上的硬质合金片18顶在下端支撑16的硬质金属球17上形成点接触，然后把发电机定子12装入定子固定丝堵13下端槽内，发电机定子12上端的引线端子从定子固定丝堵13上端穿出，然后把装有发电机定子12的定子固定丝堵13通过螺纹连接，安装到外壳2上端，通过调节下端支撑16和定子固定丝堵13使整个动力系统悬浮起来。
38.本发电装置的使用方法如下：在使用时，将发电装置送入到井下，液流从外壳2上的进水孔进入，冲击径向叶轮8，冲击径向叶轮8的液流流向下面的轴向叶轮7，从而使整个悬浮的动力系统转动，进而带动与上半轴轴头10连接的发电机永磁转子11转动，并形成一个旋转磁场，发电机定子12内部的线圈绕组切割磁力线，从而在发电机定子12内部的线圈
绕组上产生一定功率的电能，经定子固定丝堵13内部穿出的引线端子穿出，从而将电能输出给其它井下蓄电池或井下测试仪器。在整个动力系统转动的同时，液流会依次通过下半轴、下半轴轴头3、下端支撑16以及下接头1四个部件的排水孔将内部的液流排出。
39.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种悬浮式液力发电装置，包括外壳(2)和下接头(1)，其特征在于，所述外壳(2)内依次设置有下半轴、叶轮、上半轴、发电机永磁转子(11)和发电机定子(12)；所述发电机定子(12)连接有引线；所述外壳(2)上设置有与叶轮位置相对应的进水孔；所述下半轴和下接头(1)上均设置有排水孔；所述外壳(2)内设置有用于限定下半轴和上半轴位置的限位件；所述外壳(2)端部设置有封堵件，所述引线穿出封堵件。2.根据权利要求1所述的一种悬浮式液力发电装置，其特征在于，所述下半轴包括下半轴本体(6)和下半轴轴头(3)，所述下半轴轴头(3)位于下半轴本体(6)靠近下接头(1)的一端，下半轴本体(6)和下半轴轴头(3)相互靠近的一端连接；下半轴本体(6)和下半轴轴头(3)上均设置有所述排水孔。3.根据权利要求2所述的一种悬浮式液力发电装置，其特征在于，所述上半轴包括上半轴本体(9)和上半轴轴头(10)，上半轴和下半轴连接，上半轴轴头(10)位于上半轴本体(9)远离下接头(1)的一端并与上半轴本体(9)固定连接，上半轴本体(9)和上半轴轴头(10)之间设置有径向销钉作为紧固件。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种悬浮式液力发电装置，其特征在于，所述外壳(2)端部的封堵件为定子固定丝堵(13)，所述定子固定丝堵(13)与所述外壳(2)的端部螺纹配合，所述定子的引线穿出所述定子固定丝堵(13)。5.根据权利要求1所述的一种悬浮式液力发电装置，其特征在于，叶轮包括径向叶轮(8)和轴向叶轮(7)，径向叶轮(8)、轴向叶轮(7)、上半轴以及下半轴的轴线重合。6.根据权利要求5所述的一种悬浮式液力发电装置，其特征在于，进水孔在外壳(2)上设置有两处，进水孔以叶轮的轴线为中心呈中心对称，进水孔连通外壳(2)的内外两侧，进水孔倾斜设置，倾斜方向为由外向内并与外壳(2)的内径方向偏斜；所述进水孔的位置与所述径向叶轮(8)相对应。7.根据权利要求3所述的一种悬浮式液力发电装置，其特征在于，限位件包括若干内磁环(5)和若干外磁环(4)，所述内磁环(5)套设在所述下半轴本体(6)和所述上半轴本体(9)的外部，相邻的所述内磁环(5)相抵且相互靠近的一侧磁性相同；所述外磁环(4)安装在外壳(2)中并位于所述内磁环(5)外部，所述内磁环(5)和所述外磁环(4)相对应的面磁性相同。8.根据权利要求7所述的一种悬浮式液力发电装置，其特征在于，所述外壳(2)内设置有外磁固定环(14)，所述外磁固定环(14)与所述外壳(2)螺纹配合并与所述外磁环(4)抵紧。9.根据权利要求5所述的一种悬浮式液力发电装置，其特征在于，所述叶轮上设置有叶轮中间套(15)，叶轮中间套(15)与轴向叶轮(7)以及径向叶轮(8)过盈配合，叶轮中间套(15)两端分别与轴向叶轮(7)以及径向叶轮(8)相抵紧。10.根据权利要求3所述的一种悬浮式液力发电装置，其特征在于，所述下接头(1)上设置有下端支撑(16)，所述下端支撑(16)端部和所述上半轴轴头(10)端部设置有硬质金属球(17)，所述下半轴轴头(3)的端部和所述发电机定子(12)端部设置有硬质合金片(18)，所述下端支撑(16)上的硬质金属球(17)与所述下半轴轴头(3)上的硬质合金片(18)相抵；所述上半轴轴头(10)上的硬质金属球(17)与所述发电机定子(12)上的硬质合金片(18)相抵。

技术总结
本发明涉及一种悬浮式液力发电装置，包括外壳和下接头，所述外壳内依次设置有下半轴、叶轮、上半轴、发电机永磁转子和发电机定子；所述发电机定子连接有引线；所述外壳上设置有与叶轮位置相对应的进水孔；所述下半轴和下接头上均设置有排水孔；所述外壳内设置有用于限定下半轴和上半轴位置的限位件；所述外壳端部设置有封堵件，所述引线穿出封堵件。本发明具有可将井下液体流动能量转化为电能，解决井下电能长期供应难题的效果。能长期供应难题的效果。能长期供应难题的效果。


技术研发人员：杨清海 付涛 孙福超 于川 李明 廖成龙 明尔扬
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：2021.12.24
技术公布日：2023/6/28