潜油永磁电机三维温度场及转轴动力学特性研究

发布时间：2020-06-10 11:17

【摘要】：在高粘度稠油井的开采中,高速感应电机潜油螺杆泵系统存在效率低下、运行安全性低、容易卡顿等缺点,严重时将导致电机损毁甚至整个潜油系统报废。因此,研究输出稳定性高、安全性好、可靠性高的节能环保型大功率潜油永磁电机是采油业的未来发展趋势。本文以提高潜油永磁电机效率、降低输出转矩波动、满足高温绝缘要求、提升电机运行可靠性为目标,对电机结构参数展开了优化研究,设计了一种适用于开采复杂油井的高效潜油永磁电机。首先,完成了潜油电机本体设计及电机参数变化对电机性能影响的研究。根据潜油永磁电机极槽配合分类,对比了不同槽口形状及不同极槽配合方案下的电机电磁性能指标,给出了影响气隙磁密正弦性的电磁参数;基于最优极弧系数法和磁极偏心距,进行了转子磁极优化设计。仿真结果表明,电机空载反电势、气隙磁密波形的畸变率被有效降低,提升了电机性能及输出稳定性。然后,进行了稳态运行工况下电机温度场变化特性的研究。基于电磁场理论,计算了电机损耗并分析了损耗产生的部位,进而利用有限元仿真平台建立了三维稳态温度场模型,分析了流体速度、绝缘材料对电机温升的影响,给出了绝缘材料的选择方案与液体流速的限制要求,保障了电机高温状况下的安全运行。最后,针对电机转轴动力学特性进行模态分析,研究了转轴固有频率及相应模态振型,设计了一种改进的转轴机械结构;针对电机转轴应力场分析了单边磁拉力对电机转轴挠度的影响。仿真结果表明这种改进型转轴机械结构能有效提升转轴低阶模态频率、避免因共振导致电机定转子摩擦以及降低电机转轴应力形变,达成电机各项指标。
【图文】：

采油系统,潜油螺杆泵

些采油系统失去了长久以来的优势。传统的游梁式采油系统主要由动力设备、减速器、曲柄-连杆-游梁机构和辅助装备四部分组成，如图 1-1 所示。图1-1 传统游梁式采油系统近年来，随着对采油方法的深入研究，无杆采油设备得到了迅速发展，潜油螺杆泵作为无杆采油设备的出色代表逐渐得到工程界重视[1]。这种容积式潜油螺杆泵不会出现被液固混合油堵塞导致运行卡顿的现象，并且改善了传统离心泵容积效率随原油粘度升高而下降的缺点，可用于高难度原油井开采任务。控制柜接线盒井口出油管泄漏阀扶正装置套管人工井底油管锚传动装置潜油电机柔性轴螺杆泵图1-2 潜油螺杆泵装置示意图

剖面图,转子结构,样机

a) 样机转子剖面图 b) 样机转子节图1-3 样机转子结构近年来，，大量学者专注于特殊结构潜油电机的设计与研究。文献[19]提出了一种新型结构的单元电机，并指出这种单元组合电机具有组合度高、设计灵
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM351

【参考文献】