基于磁传动技术的钻井泥浆涡轮发电机设计

发布时间：2017-09-03 16:16

  本文关键词：基于磁传动技术的钻井泥浆涡轮发电机设计

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【摘要】：本文针对基于磁传动技术的钻井泥浆涡轮发电机进行了研究,对其结构进行设计,达到通过磁力驱动将涡轮的高速旋转运动无接触地传递给发电机转子,实现发电机与泥浆动力液完全隔离的目的：在结构设计的基础上,运用ANSYS软件,建立磁场模型,分析对比了磁力驱动机构的结构尺寸对磁力矩及隔离套内涡流的影响。主要工作和研究成果可概括为如下几个方面：通过对现有涡轮发电机进行对比,在现有的泥浆发电机基础上,利用Kalsi密封,结合补偿弹簧,设计出新型的补偿式动密封涡轮发电机结构,实现电机与钻井泥浆隔离的功能,使高速轴承润滑条件得到改善,极大地提高了动密封的可靠性,对发电机电机的选用要求大大降低。利用MATLAB软件对磁力驱动机构中的永磁体结构尺寸进行计算,在满足磁力矩并且永磁体用量最小的条件下,计算出永磁体的结构几何尺寸及隔离套尺寸。对磁力驱动机构模型进行简化,建立磁感应强度微分方程及隔离套内涡流密度微分方程,结合有限元理论基础,利用ANSYS软件进行有限元分析,得到二维磁场的磁感应强度、隔离套内涡流强度、磁场受力情况；经过三维磁场的分析,得到端部有漏磁现象的结论。利用ANSYS二维静态磁场分析,针对不同的径向结构尺寸进行建模并仿真,分析磁转子平均作用半径、磁极厚度、隔离套厚度、工作气隙厚度对磁力矩密度及隔离套内涡流强度的影响；利用三维静态磁场分析磁极长度对永磁体组件受力影响。本论文对钻井泥浆涡流发电机的进一步研究具有重要的指导意义。
【关键词】：泥浆涡轮发电机 磁力驱动 有限元 磁场
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE92;TM31
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 本文研究的背景及意义9-12
• 1.1.1 井下设备动力源介绍9-10
• 1.1.2 磁力驱动技术介绍10-11
• 1.1.3 本文研究的意义11-12
• 1.2 国内外发展概况12-13
• 1.2.1 国外研究概况12
• 1.2.2 国内研究概况12-13
• 1.3 本文研究的主要工作任务13-14
• 1.4 题目来源14-15
• 第二章 钻井泥浆涡轮发电机设计15-42
• 2.1 钻井泥浆涡轮发电机结构及原理15-18
• 2.1.1 普通涡轮发电机结构及原理15-16
• 2.1.2 轴向磁力驱动泥浆发电机16-17
• 2.1.3 圆筒式磁力驱动泥浆发电机17-18
• 2.2 补偿式动密封涡轮发电机结构18-23
• 2.2.1 圆筒式磁力驱动机构19-20
• 2.2.2 Kalsi密封20-21
• 2.2.3 补偿式涡轮发电机结构布局及工作原理21-22
• 2.2.4 补偿式动密封涡轮发电机特点22-23
• 2.3 磁力驱动机构结构参数设计23-34
• 2.3.1 磁力驱动机构磁路的配置方式24
• 2.3.2 磁力矩计算24-27
• 2.3.3 工作气隙设计27
• 2.3.4 磁力驱动机构材料选择27-29
• 2.3.5 补偿弹簧材料29
• 2.3.6 永磁体设计29-32
• 2.3.7 隔离套设计32-34
• 2.4 发电机主要参数34-41
• 2.4.1 永磁发电机的设计特点34
• 2.4.2 额定数据34-35
• 2.4.3 永磁材料选择35
• 2.4.4 定子绕组和定子冲片35-37
• 2.4.5 永磁体尺寸37
• 2.4.6 转子尺寸37-38
• 2.4.7 磁路计算38-40
• 2.4.8 电压调整率40-41
• 2.5 小结41-42
• 第三章 磁力驱动机构磁场的有限元分析与软件建模42-58
• 3.1 有限元分析的理论基础42-46
• 3.1.1 电磁场理论基础43-44
• 3.1.2 电磁场微分方程44-45
• 3.1.3 电磁场边界条件45-46
• 3.1.4 有限元计算方法46
• 3.2 磁力驱动机构磁场2D有限元分析46-53
• 3.2.1 2D有限元模型的磁场分析47
• 3.2.2 基本假设47-48
• 3.2.3 2D建模、设置物理环境48-49
• 3.2.4 网格划分、施加边界条件49-50
• 3.2.5 2D有限元模型后处理分析50-53
• 3.3 磁力驱动机构磁场3D有限元分析53-57
• 3.3.1 3D有限元模型的磁场计算53-54
• 3.3.2 基本假设54
• 3.3.3 3D建模、设置物理环境54-55
• 3.3.4 网格划分、施加边界条件55-56
• 3.3.5 3D有限元模型后处理分析56-57
• 3.4 小结57-58
• 第四章 磁力驱动机构结构的参数优选58-66
• 4.1 磁转子平均作用半径与磁极厚度对磁力驱动机构的影响58-59
• 4.2 磁转子平均作用半径与隔离套厚度对磁力驱动机构的影响59-60
• 4.3 磁转子平均作用半径与工作气隙厚度对磁力驱动机构的影响60-62
• 4.4 磁极厚度与隔离套厚度对磁力驱动机构的影响62-63
• 4.5 磁极长度与磁转子平均作用半径对磁力驱动机构的影响63
• 4.6 有限元仿真值与理论值对比63-64
• 4.7 小结64-66
• 第五章 结论与展望66-68
• 5.1 结论66-67
• 5.2 展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 攻读学位期间所发表的论文72

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本文编号：786028