Устройство, вырабатывающее электроэнергию, с кольцевой турбиной
Номер патента: 19728
Опубликовано: 30.05.2014
Авторы: Онсруд Гисле, Сторстрем Олав, Фаллет Трулс, Лунд Бьернар
Формула / Реферат
1. Устройство, вырабатывающее электроэнергию с использованием потока текучей среды, проходящего в трубе (12), включающее в себя цилиндрический корпус (13) и кольцевую турбину (4) с турбинными лопатками (4а) для приведения в действие электрогенератора, отличающееся тем, что содержит
магнитные подшипники и/или подшипники (8, 9, 10), смазываемые текучей средой, для опирания турбины (4);
центральный проход (17) текучей среды, проходящий через все устройство, вырабатывающее электроэнергию;
впускной циклон (1а), включающий в себя первый статический формирователь (1) потока с одной или несколькими направляющими лопастями и камерой (2) циклона для сосредоточения механических примесей из твердых частиц в потоке, проходящем вдоль наружного периметра устройства.
2. Устройство по п.1, дополнительно включающее в себя вторые статические формирователи (3) потока для дополнительного ускорения потока текучей среды для создания вращающего потока, который должен толкать турбинные лопатки (4а) для вращения турбины (4).
3. Устройство по п.1, в котором центральный проход (17) потока цилиндрического корпуса (13) имеет внутренний диаметр 100 мм для обеспечения прохода скважинных инструментов.
4. Устройство по п.1, в котором подшипники являются подшипниками, смазываемыми текучей средой, и текучая среда для подшипников (8, 9, 10), смазываемых текучей средой, является, по существу, текучей средой, свободной от твердых частиц, выходящей из камеры (2) циклона.
5. Устройство по п.4, в котором подшипники (8, 9, 10), смазываемые текучей средой, являются как радиально, так и аксиально поддерживающими подшипниками и перемещают турбину (4) к радиально и аксиально центральному положению.
6. Устройство по п.4, в котором давление текучей среды для радиально и аксиально поддерживающих подшипников (8, 9, 10), смазываемых текучей средой, создается перепадом давления на турбине (4) между стороной впуска и стороной выпуска.
7. Устройство по п.2, в котором вторые статические формирователи (3) потока имеют конструкцию для создания потока текучей среды, вращающегося почти без какого-либо компонента перемещения потока в аксиальном направлении относительно продольного направления устройства, для оптимизации угла атаки в текучей среде и минимизации аксиальных сил и равнодействующей радиальной силы на подшипнике.
8. Устройство по п.1, в котором набегающая и входная кромки лопаток турбины (4) являются симметричными.
9. Устройство по п.1, в котором турбина (4) и статор являются магнитно сбалансированными для создания радиальной подвески, снижающей требования к радиальным подшипникам.
10. Устройство по п.1, в котором цилиндрический корпус (13) сконструирован с возможностью закрепления в трубе (12) и может спускаться в трубу (12) на каротажном кабеле или гибкой насосно-компрессорной трубе.
11. Устройство по п.1, дополнительно включающее в себя электронный регулятор мощности и/или средство управления для изменения соотношения расхода между турбиной (4) и центральным проходом (17) потока.

Текст
Изобретение касается устройства, вырабатывающего электроэнергию с использованием потока текучей среды, проходящего в трубе (14). Устройство включает в себя цилиндрический корпус (13) и кольцевую турбину (4) для приведения в действие электрогенератора. Подшипники (8, 9, 10),смазываемые текучей средой, поддерживают турбину (4). Центральный проход (17) текучей среды проходит через все устройство, вырабатывающее электроэнергию. Ступень кондиционера рабочей текучей среды удаляет механические примеси твердых частиц из текучей среды для доведения до требуемых параметров текучей среды перед входом в подшипник (8, 9, 10), смазываемый текучей средой. Первый статический формирователь (1) потока включен в состав ступени кондиционера текучей среды для создания вращающегося вихревого потока, действующего для сосредоточения механических примесей из твердых частиц в потоке, проходящем вдоль наружного периметра устройства и подачи потока без механических примесей в подшипники (8, 9, 10). Настоящее изобретение касается устройства, вырабатывающего электроэнергию с использованием потока текучей среды, проходящего в трубе. Устройство включает в себя кольцевую турбину, опирающуюся снаружи на трубчатый кожух. Устройство может иметь конфигурацию для установки почти в любом месте в скважине или трубе. Электроэнергия часто необходима в трубах, в частности, для скважинного мониторинга и управления скважиной, но другие области могут включать в себя мониторинг и передачу данных в нефтяных или газовых линиях для получения информации, относящейся к таким параметрам, как расход, давление,температура, накопление отложений, осадки и т.д., и передачи данных в блок управления. Электроэнергию в скважине можно также использовать для открытия или закрытия клапанов, анализа скважинных текучих сред, отбора проб текучей среды, удаления нарастающих отложений и т.д. Другие варианты использования электроэнергии в скважинах включают в себя осуществление беспроводной связи, ставшей эффективным инструментом мониторинга и управления нефтяными скважинами, особенно на промысле с "управлением притоком" и "умными скважинами". В конкретных ситуациях необходимо выполнение измерений расхода и в некоторых случаях дросселирование притока текучей среды в скважину из конкретной зоны скважины. Электричество можно передавать в скважине по кабельным линиям, но использование кабельных линий считается сложным и невыгодным во многих ситуациях, и проблемные зоны часто являются практически недостижимыми для кабеля, так что подачу электроэнергии для измерений и управления приходится осуществлять на месте работы. Другие системы используют электрические аккумуляторы/батареи, но это имеет очевидные ограничения. По практическим соображениям во многих случаях является неприемлемым блокирование всего сечения скважины устройством обеспечения электроснабжения. Соответственно необходимо использовать узкое кольцевое пространство, образованное между, например, обсадной колонной и сдвоенным пакером, для обеспечения выполнения эксплуатации скважины. Различные скважинные электрогенераторы с турбинами и генераторами переменного тока, обычно приводимые в действие потоком бурового раствора, уже разработаны, но данные генераторы не приспособлены для использования с добываемыми текучими средами. Различные системы, использующие буровой раствор, уже разработаны для обеспечения электроснабжения в скважинах, но данные генераторы обычно эксплуатируют во время бурения. В документе ЕР 0747568 описан инструмент каротажа во время бурения, установленный в пустотелой бурильной колонне и выполненный с габаритами с возможностью образования кольцевого прохода между бурильной колонной и корпусом инструмента, через данный проход осуществляется циркуляция текучей среды. Инструмент включает в себя турбину с турбинными лопатками, приводящую в действие генератор переменного тока. Инструмент может включать в себя отклоняющий фильтр, обуславливающий перепуск части скважинной текучей среды мимо турбинных лопаток, обеспечивающий проход только фильтрованного потока на турбинные лопатки, таким образом уменьшая риск закупоривания или заклинивания отходами. Частицы, слишком крупные для прохода через фильтр/отклонитель, отклоняются за пределы перепускной муфты и для прохода через байпас потока. В документе FR 2867627 описан скважинный генератор переменного тока с внешним ротором или турбиной. В показанном решении буровые растворы могут входить в зазор междустатором и ротором/турбиной через окно для смазки и охлаждения генератора переменного тока и подшипников. Более крупные вовлеченные частицы отклоняются от окна под действием лопастей статора и наклонной конфигурации окна. Генератор переменного тока, вместе с тем, предназначен для использования в соединении с буровыми растворами или промывочным раствором, и не предназначен для использования в соединении с добываемыми текучими средами, такими как нефть, газ и вода. В документе US 7537051 описана скважинная компоновка выработки электроэнергии с компонентом колонны скважинного инструмента, содержащим канал. Муфта установлена в канале с возможностью вращения и имеет центральный проход текучей среды и множество турбинных лопаток. Муфта соединена с элементом, вырабатывающим электроэнергию так, что вращение муфты перемещает элемент,вырабатывающий электроэнергию, и возбуждает электрический ток. Вместе с тем, в некоторых случаях может являться предпочтительной возможность установки устройства, вырабатывающего электроэнергию, в трубе или любой трубчатой части и выработка электроэнергии с использованием потока текучей среды, проходящего в трубе. Текучая среда в таком случае может являться газом, проходящим в газовой линии, нефтью, проходящей в нефтяной линии, и т.д., но обычно не должна являться текучей средой, конкретно созданной для целей привода, такой как буровой раствор. Настоящее изобретение касается такого устройства. Устройство изобретения является скважинным генератором специального назначения для выработки электроэнергии с использованием добываемых текучих сред в углеводородной скважине, но не ограничено таким использованием. Задачей настоящего изобретения является создание генератора, который должен обеспечивать спуск инструментов в трубе с проходом через генератор, в частности, в скважине, и создание устройства, обеспечивающего доступ в скважину инструментам через устройство. В скважине добычи углеводородов труба должна обычно являться обсадной колонной, хвостовиком или некоторым видом эксплуатационной колонны насосно-1 019728 компрессорных труб. Добываемая текучая среда должна обычно являться мультифазной текучей средой из нефти, воды, газа и твердых частиц. Значительно более низкую мощность можно получать в сравнении с системами, вырабатывающими электроэнергию под действием циркулирующего бурового раствора, но полученная мощность может все равно являться достаточной для энергоснабжения различных компонентов. Кроме того, целью изобретения является создание более надежного генератора, в котором больше твердых частиц, вовлеченных в поток, удаляется из потока, входящего в турбину. Изобретение можно использовать в двух различных режимах работы. В одном режиме устройство изобретения размещено перед перфорационными отверстиями в трубе и перепад давления снаружи и внутри трубы используется для приведения в действие турбины. В данном режиме можно всю текучую среду, проходящую через перфорационные отверстия, направлять в устройство изобретения, и расход может обычно являться небольшим. Во втором режиме устройство изобретения размещено в сужении в трубе. Перепад давления в сужении при этом используется для приведения в действие турбины. Кроме того, целью настоящего изобретения является создание устройства, где главная часть текучей среды обходит устройство по центру устройства. В некоторых условиях может вместе с тем появляться необходимость дросселирования расхода текучей среды, обходящей турбину, включением в состав некоторого вида дросселя для увеличения расхода через турбину. Настоящее изобретение касается устройства, вырабатывающего электроэнергию с использованием потока текучей среды, проходящего в трубе. Устройство включает в себя цилиндрический корпус и кольцевую турбину для приведения в действие электрогенератора. Кроме того, устройство включает в себя подшипники, смазываемые текучей средой, для опирания турбины, центральный проход текучей среды, проходящий через все устройство, вырабатывающее электроэнергию, ступень кондиционера рабочей текучей среды для удаления механических примесей твердых частиц из текучей среды, для доведения до требуемых параметров текучей среды перед входом в подшипник, смазываемый текучей средой, и первый статический формирователь потока, включенный в состав ступени кондиционера текучей среды, для создания вращающегося вихревого потока, действующего для сосредоточения механических примесей из твердых частиц в потоке, проходящем вдоль наружного периметра устройства и подачи потока без механических примесей в подшипники. Турбина должна обычно быть выполнена из легкого материала с хорошей износостойкостью, такого как титан. Генератор может быть соединен с электронным контроллером, оптимизирующим электрическую нагрузку в широком диапазоне расходов и режимов потока. Текучая среда должна обычно являться комбинацией нефти, воды и газа изменяющейся плотности и вязкости и с обычными механическими примесями в виде песка. Изменения давления, температуры и расхода могут являться значительными. Цилиндрический корпус образует первую площадь сечения, и проем образует вторую площадь сечения. Вторая площадь может быть больше первой площади. Другими словами, устройство может оставлять открытой большую часть скважины, обеспечивая проход скважинного инструмента, или более или менее не суженный поток текучей среды. Диаметр прохода потока может соответственно являться достаточным для обеспечения прохода скважинных инструментов. Текучую среду для подшипников, смазываемых текучей средой, может обеспечивать текучая среда,приводящая в действие турбину. Подшипник может быть выполнен в виде небольшого кольцевого пространства между турбиной и стенкой кожуха и может образовывать гидродинамический радиальный подшипник для турбины. Аксиальную опору турбины можно получить с помощью наклонных поверхностей подшипника. Верхняя часть поверхностей подшипника может включать в себя радиальные углубления или канавки для создания радиального подсасывающего действия для внесения вклада в прокачку текучей среды через подшипник. Аксиальные канавки могут обеспечивать даже распределение смазывающей текучей среды по поверхностям подшипника и сбор механических примесей, таких как зерна песка, вовлеченные в поток текучей среды. Подшипники, смазываемые текучей средой, могут создавать как радиальную, так и аксиальную поддержку и могут действовать, центрируя положение турбины радиально и аксиально. Радиальную и аксиальную поддержку может создавать перепад давления на турбине. Кроме того,устройство может использовать магнитные подшипники в качестве замены или в дополнение к подшипникам, смазываемым текучей средой. Ступень кондиционера текучей среды удаляет механические примеси из текучей среды и доводит до требуемых параметров текучую среду перед входом в подшипники, смазываемые текучей средой. Генератор может быть соединен с электронным контроллером, оптимизирующим электрическую нагрузку в широком диапазоне расходов и режимов потока. Показатели работы устройства являются компромиссом между мощностью, синхронным моментом и поддержкой текучей среды, и показатели работы могут регулироваться электронным контроллером для оптимизации мощности на выходе. Контроллер может обеспечивать оптимальную выработку электроэнергии и жизненный цикл уст-2 019728 ройства, и контроллер может являться электронным регулятором мощности. Контроллер может обеспечивать автономную оптимизацию работы генератора на основе измеренных локальных параметров окружающей среды и оборудования, таких как нагрузка от подключенных устройств, рабочая температура или приток в скважине. Соответственно устройство может включать в себя датчики или другое средство измерения локальных параметров окружающей среды. Одним способом регулирования устройства является перекоммутация проводов катушки генератора для корректировки показателей работы. Средство управления может согласовывать выход электроэнергии от генератора для соответствия зарядке батареи, а также электропитанию скважинных передатчиков сигналов и измерительных электронных схем. Средство управления может менять соотношение расхода между внутренним и наружным путями прохода. Ротор и статор можно магнитно сбалансировать для создания радиальной подвески, снижающей требования к радиальным подшипникам, в частности, в условиях включения в работу. Компоновка кондиционирования, включающая в себя первые стационарные направляющие лопасти, может обеспечивать кондиционирование, сепарирование или очистку текучей среды, создавая вихревое движение или действие гидроциклона, придавая такое вращение текучей среде, что тяжелые твердые частицы концентрируются вдоль наружных краев устройства. Соответственно вихревое движение создает, по существу, свободную от частиц фазу текучей среды,входящую в пути прохода потока в подшипниках для смазки и центрирования турбины. Компоновка или ступень кондиционирования может также использовать несколько направляющих лопастей для оптимизации угла атаки в текучей среде и минимизации осевых нагрузок и равнодействующей радиальных сил на подшипниках. Текучая среда может представлять собой мультифазную текучую среду, и мультифазные текучие среды имеют тенденцию обуславливать асимметричные нагрузки на компоненты. Направляющие лопасти должны также иметь тенденцию обеспечивать прохождение гомогенной фазы по турбине в мультифазном потоке. Конструктивное исполнение турбинных лопаток, как предварительных кондиционеров потока, оптимизировано для максимизации выработки электроэнергии с одновременной минимизацией осевой нагрузки. Набегающие и выходные кромки турбинных лопаток могут являться симметричными. Цилиндрический корпус может быть выполнен с возможностью закрепления в существующем трубном изделии ствола скважины. Устройство можно спускать в существующий ствол скважины с использованием каротажного кабеля или гибкой насосно-компрессорной трубы, может включать в себя зоны соединения с такими элементами или освобождения от таких элементов и устройство может быть установлено в трубе или скважине обычным путем. Устройство может дополнительно включать в себя наружный цилиндрический защитный кожух для защиты устройства при развертывании. Устройство может дополнительно включать в себя средство связи, и средство связи может передавать эксплуатационные параметры на другое устройство в стволе скважины или на поверхности. Устройство может также включать в себя средство управления, обеспечивающее оптимальную выработку электроэнергии и срок службы с использованием электронного регулятора мощности. Средство управления может обеспечивать автономную оптимизацию работы генератора, основанную на локальных условиях окружающей среды и техусловиях. Условия окружающей среды и техусловия могут включать в себя нагрузку от подключенных устройств, рабочей температуры или расход в трубчатом изделии. Средство управления может перекоммутировать проводку катушки генератора для корректировки показателей работы. Средство управления может согласовывать выход электроэнергии от генератора на соответствие зарядке батареи, а также энергоснабжения скважинных передатчиков сигналов и измерительных электронных схем. Средство управления может также иметь конструктивное исполнение с возможностью изменения соотношения расхода между внутренним и наружным путями прохода. Расход можно изменять, включая в состав скользящие муфты на впускных или выпускных окнах, и исполнительные механизмы управления муфтами на основе параметров измерений, например от датчиков, и контроллер мощности. Краткое описание прилагаемых чертежей На фиг. 1 показана схема сечения первого варианта осуществления изобретения; на фиг. 2 показано сечение, перпендикулярное сечению фиг. 1, варианта осуществления, одинакового с показанным на фиг. 1; на фиг. 3 показано сечение второго варианта осуществления изобретения; на фиг. 4 показан вид в перспективе третьего варианта осуществления изобретения; на фиг. 5 показано сечение третьего варианта осуществления; на фиг. 6 показан вид сбоку четвертого варианта осуществления изобретения. Подробное описание вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи На фиг. 1 показана схема сечения первого варианта осуществления устройства согласно изобретению в первом режиме работы, когда устройство изобретения размещено перед перфорационными каналами или впусками 14 в трубе 12, такой как обсадная колонна, и перепад давления снаружи и внутри трубы используют для приведения в действие турбины 4. Текучая среда, обычно текучие среды, добываемые в скважине, могут проходить через впуск 14, через впускной циклон 1b, генерирующий вихревое движение вокруг цилиндрического корпуса 13, кожуха или стенки сдвоенного пакера, формирователя 3 потока для дополнительного ускорения вихревого движения или вращающегося потока, турбину 4, вращаемую вращающимся потоком от формирователя 3 потока, магниты 6, прикрепленные к турбине 4 и вращаемые турбиной, токосъемные катушки 7 для выработки электроэнергии под действием вращающегося магнитного поля, создаваемого магнитами 6, и выпуск 15 для текучей среды над турбиной 4. По каналам 11 смазки текучая среда подается на подшипники турбины 4. Впускной циклон 1b, генерирующий вихревое движение, отделяет механические примеси в форме твердых частиц от текучей среды, поскольку твердые частицы должны стремиться перемещаться вдоль наружного диаметра, а текучая среда без механических примесей, перемещающаяся вдоль внутреннего диаметра кожуха 13, может направляться через канал 11 смазки к подшипникам турбины 4. Действие сепарирования можно сравнить с действием гидроциклона. Выпуск 15 может быть выполнен в виде золотникового клапана для регулирования расхода через устройство. Турбина, формирователь потока и токосъемные катушки размещены в трубчатом элементе, например сдвоенном пакере, создающем кожух 13 для компоновки изобретения. Пакеры 16 уплотнены между трубой 12 и кожухом 13. Магниты 6 могут представлять собой постоянные магниты, прикрепленные к турбине, и система с магнитами и токосъемными катушками может вносить вклад в стабилизацию аксиального положения турбины, и радиальные магнитные силы могут быть точно сбалансированы для уменьшения сил на радиальных подшипниках. На фиг. 2 показано сечение трубы, такой как труба с компоновкой изобретения фиг. 1, где турбина 4 показана кольцевой турбиной в кольцевом пространстве снаружи кожуха 13 и внутри трубы 12, такой как обсадная колонна. Фиг. 3 соответствует во многих аспектах фиг. 1, но показывает второй режим, где устройство изобретения размещено в сужении в трубе. При этом перепад давления на сужении используют для приведения в действие турбины. На фиг. 3 показан, таким образом, немного отличающийся вариант осуществления изобретения. На фиг. 3 поток отбирается внутри трубы 12, проходит через впуск 14, через впуск 1b циклона, генерирующего вихревое движение вокруг кожуха 13, через статический формирователь 3 потока, через вращающуюся турбину 4 и выходит через выпуск 15 и обратно в трубу 12. Пакер 16 уплотняется между кожухом 13 и трубой 12. Труба 12 может, конечно, являться любым хвостовиком, обсадной колонной или трубчатым элементом с внутренним прохождением потока. Часть текучей среды, проходящей через компоновку изобретения, может направляться через каналы 11 смазки,которые могут образовывать каналы смазки под давлением. Вторая часть текучей среды, возможно с механическими примесями, может проходить по трубе 12 и выходить через выпуск 15. В варианте осуществления фиг. 3 магниты 6 размещены над турбиной 4 и вырабатывают электроэнергию в статических катушках 7 генератора, размещенных снаружи магнитов 6 и смежно с ними. Внутренний диаметр кожуха 13 может обычно составлять 100 мм, наружный диаметр кожуха может обычно составлять 144 мм и внутренний диаметр турбины может обычно составлять 120 мм. Устройство изобретения может иметь толщину всего лишь 10 мм, даже если диаметр скважины составляет около 150 мм, оставляя проем в устройстве с диаметром 130 мм. На фиг. 4 показан вид в перспективе третьего варианта осуществления изобретения, где первые статические формирователи 1 потока размещены на впуске текучей среды. Формирователи 1 потока придают текучей среде вращение, так что механические примеси в форме твердых частиц вращаются и должны стремиться к перемещению вдоль наружной стенки камеры 2 циклона, при этом поток текучей среды без твердых частиц создается вдоль кожуха 13. Данную очищенную текучую среду можно затем использовать в гидродинамических подшипниках турбины 4. Вторые формирователи 3 потока дополнительно ускоряют поток текучей среды для создания вращающегося потока, который должен толкать турбинные лопатки 4 а для вращения турбины 4. Турбинные лопатки 4 а искривлены для направления вращающегося потока в противоположном направлении так, что вращение текучей среды над турбиной значительно уменьшается для улучшения КПД компоновки. Кольцо турбины может быть гидродинамически подвешено в радиальном и аксиальном направлении с помощью чистых скважинных текучих сред, проходящих в зазорах между кольцом 4 турбины и трубчатым кожухом 13. Текучие среды могут очищаться действием гидродинамического циклона в формирователе 3 потока, где тяжелые частицы, такие как песок, удаляются из текучих сред, используемых для динамической подвески. Низкое трение покоя между компонентами можно обеспечивать подбором материала в самоочищающихся зонах подшипника для создания низкого трения покоя во время включения в работу. Можно выбирать направление потока в кольцевом пространстве, компенсирующее силу тяжести, действующую на турбину. На фиг. 5 в сечении варианта осуществления, показанного на фиг. 4, различные компоненты показаны более подробно. На фиг. 5 ясно показано, как текучая среда должна проходить через впуск 14, через статический первый формирователь 1 потока, через камеру 2 циклона, через второй формирователь 3 потока, через турбину 4 и обратно в трубу 12 через выпуск 15. Твердые частицы в текучей среде, входящей во впуск 14, должны стремиться к перемещению вдоль наружной стенки камеры 2 циклона, а, по существу, свободная от твердых частиц текучая среда должна перемещаться вдоль внутренней стенки камеры 2 циклона, дополнительно проходя в аксиальный упорный подшипник 8, радиальный подшипник 10, находящийся под давлением канал 11 смазки и обратно в поток остальной текучей среды. Соответственно зазор может быть создан между трубой 12 и концами лопаток турбины 4 для создания пути беспрепятственного прохода текучей среды с механическими примесями вдоль внутренней стенки трубы и для предотвращения абразивного воздействия текучей среды с механическими примесями на турбину. Кольцевые магниты 6 а, 6b и 6c показаны размещенными на кольцевой турбине 4 и данные магниты 6 а, 6b, 6 с совмещены с токосъемными катушками 7 а, 7b и 7 с генератора. Скважинный поток должен проходить, как указано стрелками справа на фиг. 5. Поток должен распределяться между центральным проемом, который в нормальных условиях должен проводить главную часть потока, и потоком в кольцевом пространстве, который частично используется для приведения в действие турбины и частично для создания потока текучей среды на поверхностях подшипников. Давление для приведения в действие турбины и смазки подшипников возникает в результате гидродинамического перепада давления между впускной стороной и выпускной стороной насосно-компрессорной трубы, проводящей основной поток. Поток текучей среды, проходящий вдоль внутренней стенки, должен приходить к работающим под давлением каналам 11 смазки для подачи как на аксиальные упорные подшипники 8 и 9, так и на радиальный подшипник 10. Все подшипники конструктивно исполнены так, что турбина приводится к нейтральному положению с равномерным распределением зазоров по всем подшипникам. Турбина может адаптироваться к различным уровням подачи благодаря включению в состав дросселирующего кольца в трубе 12 или хвостовике. Если прогнозируют очень низкую интенсивность потока, основное отверстие можно герметизировать пробкой так, что вся текучая среда проходит через турбину. В условиях нормальной работы основная часть текучей среды проходит через цилиндрическую центральную секцию 17. На фиг. 6 показано альтернативное конструктивное исполнение компоновки изобретения, где формирователи 3 потока выполнены с возможностью образования потока текучей среды, вращающегося почти без какого-либо компонента перемещения потока в аксиальном направлении, соответствующем продольному направлению устройства. Турбина 4 показана с криволинейными турбинными лопатками 4 а. Турбинные лопатки 4 а почти не передают аксиального усилия на турбину, и текучая среда отбрасывается от турбины почти без вращения при самом высоком КПД. Показанное изобретение может иметь конструктивное исполнение в виде толстостенной трубы,подвешенной или собранной в обсадной колонне или хвостовике нефтяной скважины, обычно в стандартном ниппельном, или муфтовом соединении, возможно с использованием фрикционных крепежных элементов и уплотнений или пакеров. Турбина может иметь конструктивное исполнение в виде свободно вращающегося широкого кольца. В показанных вариантах осуществления имеются три кольцевых магнита 6 а, 6b и 6c, собранные в кольце турбины, но большее или меньшее число магнитов можно, конечно,использовать. Кольцевые магниты должны возбуждать ток в токосъемных катушках 7 а, 7b и 7 с, неподвижно закрепленных в неподвижном трубчатом валу или кожухе 13. В показанных вариантах осуществления имеются три кольца для генерирования трехфазного тока. Данное является практичным с точки зрения управления, когда необходим постоянный ток, поскольку уменьшается потребность в конденсаторных емкостях. Генератор может быть построен с минимальным использованием железа для уменьшения магнитного залипания, если генератор смещается от центрального положения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство, вырабатывающее электроэнергию с использованием потока текучей среды, проходящего в трубе (12), включающее в себя цилиндрический корпус (13) и кольцевую турбину (4) с турбинными лопатками (4 а) для приведения в действие электрогенератора, отличающееся тем, что содержит магнитные подшипники и/или подшипники (8, 9, 10), смазываемые текучей средой, для опирания турбины (4); центральный проход (17) текучей среды, проходящий через все устройство, вырабатывающее электроэнергию; впускной циклон (1 а), включающий в себя первый статический формирователь (1) потока с одной или несколькими направляющими лопастями и камерой (2) циклона для сосредоточения механических примесей из твердых частиц в потоке, проходящем вдоль наружного периметра устройства. 2. Устройство по п.1, дополнительно включающее в себя вторые статические формирователи (3) потока для дополнительного ускорения потока текучей среды для создания вращающего потока, который должен толкать турбинные лопатки (4 а) для вращения турбины (4). 3. Устройство по п.1, в котором центральный проход (17) потока цилиндрического корпуса (13) имеет внутренний диаметр 100 мм для обеспечения прохода скважинных инструментов. 4. Устройство по п.1, в котором подшипники являются подшипниками, смазываемыми текучей сре-5 019728 дой, и текучая среда для подшипников (8, 9, 10), смазываемых текучей средой, является, по существу,текучей средой, свободной от твердых частиц, выходящей из камеры (2) циклона. 5. Устройство по п.4, в котором подшипники (8, 9, 10), смазываемые текучей средой, являются как радиально, так и аксиально поддерживающими подшипниками и перемещают турбину (4) к радиально и аксиально центральному положению. 6. Устройство по п.4, в котором давление текучей среды для радиально и аксиально поддерживающих подшипников (8, 9, 10), смазываемых текучей средой, создается перепадом давления на турбине (4) между стороной впуска и стороной выпуска. 7. Устройство по п.2, в котором вторые статические формирователи (3) потока имеют конструкцию для создания потока текучей среды, вращающегося почти без какого-либо компонента перемещения потока в аксиальном направлении относительно продольного направления устройства, для оптимизации угла атаки в текучей среде и минимизации аксиальных сил и равнодействующей радиальной силы на подшипнике. 8. Устройство по п.1, в котором набегающая и входная кромки лопаток турбины (4) являются симметричными. 9. Устройство по п.1, в котором турбина (4) и статор являются магнитно сбалансированными для создания радиальной подвески, снижающей требования к радиальным подшипникам. 10. Устройство по п.1, в котором цилиндрический корпус (13) сконструирован с возможностью закрепления в трубе (12) и может спускаться в трубу (12) на каротажном кабеле или гибкой насоснокомпрессорной трубе. 11. Устройство по п.1, дополнительно включающее в себя электронный регулятор мощности и/или средство управления для изменения соотношения расхода между турбиной (4) и центральным проходом
МПК / Метки
МПК: E21B 41/00, E21B 4/04
Метки: электроэнергию, турбиной, вырабатывающее, устройство, кольцевой
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/9-19728-ustrojjstvo-vyrabatyvayushhee-elektroenergiyu-s-kolcevojj-turbinojj.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство, вырабатывающее электроэнергию, с кольцевой турбиной</a>
Предыдущий патент: Эксцентриково-циклоидальное зацепление зубчатых профилей с криволинейными зубьями
Следующий патент: Стекло дверцы стиральной машины с фронтальной загрузкой
Случайный патент: Аппарат для возбуждения и искусственного осеменения животных