[發明專利]基于摩擦納米的旋轉圓柱體式渦輪鉆具自驅動轉速傳感器

在審

• 申請號: 201910630132.5
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN110346593A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 吳川;張鴻飛;樊辰星
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01P3/24
• 分類號: G01P3/24;G01P3/48;H02N1/04
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 鄒桂敏

本發明提供一種基于摩擦納米的旋轉圓柱體式渦輪鉆具自驅動轉速傳感器，包括外殼、筒體、驅動軸和電路板，筒體固定于外殼內部，筒體的兩端密封，驅動軸貫穿筒體且可轉動，驅動軸與筒體內壁存在間隙，筒體內壁設有環繞其軸線均勻設置的多個弧形金屬片，驅動軸的外壁設有柔性摩擦材料膜，電路板分別連接所有金屬片與摩擦材料膜，電路板設置于外殼內，驅動軸一端伸出外殼且該端連接渦輪鉆具的轉動軸，外殼連接渦輪鉆具的殼體，電路板監測摩擦材料膜與各金屬片摩擦產生的電信號，并根據電信號計算渦輪鉆具的轉速。本發明的有益效果：自驅動式轉速傳感器依據摩擦納米發電機的發電原理，實現渦輪鉆具轉速實時測量，無需外接電源即可工作。

技術領域

本發明涉及地質鉆井及儀器儀表設備技術領域，尤其涉及一種基于摩擦納米的旋轉圓柱體式渦輪鉆具自驅動轉速傳感器。

背景技術

近年來，在井下煤炭開采、天然氣開采、地熱能開采中，其使用環境(高溫、高壓)嚴苛，且隨著表層能源的逐漸枯竭，要求的鉆井深度不斷增加，隨著深部鉆探的持續發展,傳統的螺桿鉆具已經越來越不適應深孔下的高溫高壓的復雜地底環境。而在這種情況下渦輪鉆具的性能要優于普通螺桿鉆具。轉速作為渦輪鉆具的一項直觀的性能參數，對于渦輪鉆具的深入研究非常重要，當下測量該參數的方法為直接利用現有轉速傳感器進行測量，或者在渦輪節上安裝具有轉速測量功能的測量短節。但這些方法需要外接電源對傳感器進行供電，或者需要連接線路從而在地面進行供電，而傳感器的外接電源一般為各類電池，檢修人員需要經常更換和檢測電池是否正常工作，不利于渦輪鉆具轉速的長時間測量。

發明內容

有鑒于此，本發明的實施例提供了一種基于摩擦納米的旋轉圓柱體式渦輪鉆具自驅動轉速傳感器。

本發明的實施例提供一種基于摩擦納米的旋轉圓柱體式渦輪鉆具自驅動轉速傳感器，包括外殼、筒體、驅動軸和電路板，所述筒體固定于所述外殼內部，所述筒體的兩端密封，所述驅動軸貫穿所述筒體且可轉動，所述驅動軸與所述筒體內壁存在間隙，所述筒體內壁設有環繞其軸線均勻設置的多個弧形金屬片，所述驅動軸的外壁設有柔性摩擦材料膜，所述電路板分別連接所有金屬片與所述摩擦材料膜，所述電路板設置于所述外殼內，所述驅動軸一端伸出所述外殼且該端用于連接渦輪鉆具的轉動軸，所述外殼用于連接所述渦輪鉆具的殼體，所述電路板用于監測所述摩擦材料膜與各所述金屬片摩擦產生的電信號，并根據所述電信號計算渦輪鉆具的轉速。

進一步地，所述筒體內壁設有環繞其軸線均勻設置的多個凸起弧面，每一所述金屬片粘接固定于一所述凸起弧面。

進一步地，所述筒體一端設有軸承，所述驅動軸一端貫穿連接所述軸承，另一端抵緊電路艙，所述電路艙外壁連接所述外殼內壁，所述電路板固定于所述電路艙內，所述電路艙和所述軸承分別密封所述筒體兩端。

進一步地，所述電路艙的中部設有集流環，所述驅動軸的一端插入所述集流環內且可轉動。

進一步地，所述驅動軸的外壁設有支撐塊，所述摩擦材料膜的一端固定于所述支撐塊上。

進一步地，所述金屬片為銅箔片，所述摩擦材料膜為聚四氟乙烯薄膜。

進一步地，所述驅動軸為中空軸體，所述驅動軸表面設有兩槽口，所述摩擦材料膜固定于所述槽口處，所述槽口用于布設所述電路板與所述摩擦材料膜連接導線。

進一步地，所述外殼包括外筒和內筒，所述內筒設置于所述外筒內部，且所述外筒與所述內筒之間通過多個肋板連接。

本發明的實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：本發明的基于摩擦納米的旋轉圓柱體式渦輪鉆具自驅動轉速傳感器，依據摩擦納米發電機的發電原理，結合渦輪鉆具的結構及運動特點，通過檢測摩擦材料膜與金屬片摩擦生電產生的周期性電信號，并根據產生電流信號的頻率確定渦輪鉆具的轉速，實現轉速傳感器實時測量轉速，且由于渦輪鉆桿轉速一般較高，所以利用摩擦材料進行發電產生電能，實現傳感器的自供電，將儲存的電能可驅動電路板上其他元件，傳感器為自驅動式轉速傳感器，無需外接電源即可工作。