一種連續波脈沖發生器風洞實驗裝置的制作方法

本發明涉及一種用于模擬井下連續波信號的發生和檢測的實驗裝置，特別涉及一種連續波脈沖發生器風洞模擬實驗裝置。

背景技術：

目前，在石油鉆井行業的隨鉆測量領域，鉆井液連續壓力波信息傳輸方式代表著無線隨鉆測量技術的發展方向。該傳輸方式最早是在1977年提出的，目前，Schlumberger、Baker Hughes、Halliburton和APS等公司擁有相關產品或技術，其技術相對已經成熟。連續波鉆井液高速數據傳輸系統研究能夠突破隨鉆測控技術發展的瓶頸，推動隨鉆測井及地質導向技術更好地為石油勘探開發服務，創造出巨大的經濟和社會效益。

目前，國內開發的無線隨鉆測量系統大多是以正脈沖泥漿壓力波傳輸的，對連續波信號的發生和傳輸階段的理論研究以及MWD設備的研制還處于起初階段。對連續波泥漿脈沖發生器的研究，幾乎還是空白。連續波泥漿脈沖發生器研制有兩個關鍵的地方，一個是轉子和定子轉閥結構的確定，另一個是連續波信號處理。而對于以上兩個關鍵點如果僅僅通過數值模擬來分析的話，由于井下儀器工作環境比較復雜，很難真實地模擬連續波儀器井下工作的實際狀況，因此有必要開展連續波脈沖發生器實驗裝置的設計和研發。通過該裝置可以開展以下方面的研究：1）研究信號波形隨閥口形狀、轉定子軸向間隙、信號頻率的變化規律；2）研究水力轉閥隨閥口形狀、轉子厚度、轉子葉片傾角、轉子閥瓣個數、流量、信號頻率的變化規律；3）研究連續波信號在管路中的反射、疊加現象。對工作在井下的信號發生器設計與控制，由于其所處的特殊工況環境，進行井下實驗成本高、周期長，且受多種因素制約。根據動力相似理論，空氣動力與鉆井液具有相似的雷諾系數，可以利用空氣動力模擬鉆井液流動，基于此理念可以采用風洞實驗裝置可模擬復雜的井下作業環境。中國專利（ZL201120235402.1）公布了一種連續波信號發生器風洞模擬實驗裝置，該裝置在一定程度上可以模擬井下信號發生器的設計與控制過程，但是也存在一定的問題，無法模擬鉆頭處反射，而鉆頭處反射信號對連續波信號影響較大，因此，設計了一種用于連續波脈沖發生器的可以模擬鉆頭反射的風洞實驗裝置。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種更加方便、快捷、廉價地模擬井下連續波發生器工作狀態的連續波脈沖發生器風洞實驗裝置。

一種連續波脈沖發生器風洞實驗裝置，包括鼓風機1、信號發生器轉閥6、傳動軸8、電機10、實驗段外殼體12和數據采集系統，鼓風機1的出風管與實驗段外殼體12密封連接構成貫通風道，信號發生器轉閥6、傳動軸8和電機10設在實驗段外殼體12內，信號發生器轉閥6包括與實驗段外殼體12連接的定子和與電機10傳動軸8連接的轉子,其中：在鼓風機1的出風管上連接旁通管和旁通閥2、空氣流量計3,在信號發生器轉閥6的進風端的實驗段外殼體12內設置壓力傳感器陣列5,在信號發生器轉閥6的進/出風端的實驗段外殼體12內設置壓差傳感器7,在傳動軸8上設置扭矩傳感器9, 空氣流量計3、壓力傳感器陣列5、壓差傳感器7、扭矩傳感器9通過數據采集系統與上位機連接；在實驗段外殼體12出風端還密封連接有連接模擬鉆頭11，模擬鉆頭11上分布若干與風道貫通的水眼，在模擬鉆頭11外設置U型阻風罩13，U型阻風罩13封閉端與模擬鉆頭11工作面端相對。

上述方案進一步包括：

設在實驗段外殼體12內的信號發生器轉閥6定子與轉子間距為可調節設置。可調節設置方式包括：定子與實驗段外殼體12固定連接，轉子通過固定銷與傳動軸滑動鎖定配合；或者定子與實驗段外殼體12通過固定銷滑動鎖定配合，轉子與傳動軸固定連接。

鼓風機1與實驗段外殼體12以及實驗段外殼體12與模擬鉆頭11均通過法蘭連接構成直通風道。

本實驗裝置在基于動力相似的基礎上更加方便、快捷、廉價地模擬井下連續波發生器工作狀態，所需動力小，系統壓力低，拆裝方便，以空氣為介質不需要建立完全封閉的環路。與現有技術相比，該實驗裝置不僅能夠模擬井下信號發生器的設計與控制過程，研究信號波形隨閥口形狀、轉定子軸向間隙、信號頻率的變化規律，研究水力轉閥隨閥口形狀、轉子厚度、轉子葉片傾角、轉子閥瓣個數、流量、信號頻率的變化規律，還能夠模擬井下鉆頭反射，研究連續波信號在管路中的反射、疊加現象。該裝置為連續波脈沖發生器的研制提供強有力的技術保障。

附圖說明：

圖1為連續波脈沖發生器風洞實驗裝置結構示意簡圖。

1、鼓風機， 2、旁通閥，3、空氣流量計，4、法蘭，5、壓力傳感器陣列，6、信號發生器轉閥，7、壓差傳感器，8、傳動軸，9、扭矩傳感器，10、電機，11、模擬鉆頭，12、實驗段外殼體，13、U型阻風罩。

具體實施方式：

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

如圖1所示，本發明提出的一種連續波脈沖發生器風洞實驗裝置包括：鼓風機1、旁通閥2、空氣流量計3、法蘭4、壓力傳感器陣列5、信號發生器轉閥6、壓差傳感器7、傳動裝置8、扭矩傳感器9、電機10、模擬鉆頭11、實驗段外殼體12、U型阻風罩13。空氣流量計3、壓力傳感器陣列5、壓差傳感器7、扭矩傳感器9測量的數據通過數據采集系統與上位機連接。根據設計的流量要求，鼓風機1產生的風量在經過旁通閥2時，可以通過調節旁通閥2的開關，同時監測空氣流量計3數值以達到設計的流量范圍。

在轉子旋轉的過程中，轉閥口從最大流通面積變化到最小流通面積，然后再從最小流通面積變化到最大流通面積。當轉閥流通面積增大時，氣體流動暢通，壓力減小；當流通面積減小時，氣體流動受阻，壓力增大。在轉子轉動過程中，轉子與定子之間切割流體，產生不同的壓力差，從而產生了壓力波動信號。所以，按一定規律控制電機的旋轉速度，就會產生一定規律的壓力波動信號。

上述的信號發生器轉閥6包括轉子和定子，它與壓力傳感器陣列5、壓差傳感器7、傳動軸8、扭矩傳感器9、電機10及實驗段外殼體12構成了信號發生實驗段。根據實驗需要，壓力傳感器陣列5可由2個或更多個壓力傳感器組成，通過壓力傳感器陣列5獲取多個實時壓力數據，利用數據融合方法對多個壓力檢測數據進行綜合分析，可以有效去除連續波信號中的反射干擾；壓差傳感器7的兩端分布在信號發生器轉閥6的左右兩側，通過監測壓差傳感器數值，可以分析信號經過信號發生器轉閥6壓力變化情況；扭矩傳感器9用于監測電機8不同的工作模式下以及不同的信號發生器轉閥6組合產生的扭矩；信號發生器的定子通過螺絲固定在實驗段外殼體上12，轉子由固定裝置固定以保證轉子不能前后移動，同時固定裝置上帶有刻度標尺，可根據需要調節轉子和定子之間的距離；電機10通過傳動軸8帶動轉子旋轉，電機10與電機驅動器及旋轉變壓器相連，電機驅動器又與上位機相連，通過上位機可以控制電機按照一定的模式進行工作。

通過信號發生實驗段，可以開展以下研究：1信號波形隨閥口形狀、轉定子軸向間隙、信號頻率的變化規律；2水力轉閥隨閥口形狀、轉子厚度、轉子葉片傾角、轉子閥瓣個數、流量、信號頻率的變化規律。

上述的模擬鉆頭11上分布若干水眼，從信號發生實驗段流出的風通過模擬鉆頭11的水眼繼續向右傳播，右側為封閉段，與一個比實驗段外殼體12直徑更大的U型阻風罩13相連。通過增加模擬鉆頭11及U型阻風罩13，使得從信號發生實驗段產生的波動經過鉆頭處會有一部分反射，這可以有效模擬井下鉆井液壓力波遇鉆頭反射的狀況，反射回來的波會與信號發生實驗段產生的波形成疊加，這對于我們研究連續波信號在管路中的反射、疊加現象有著重要的作用。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。