JC70DB外转子电机直驱单轴绞车设计与研究

发布时间：2017-03-27 19:00

  本文关键词：JC70DB外转子电机直驱单轴绞车设计与研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：绞车是石油钻机的核心设备,其性能的优劣直接影响到钻井的质量、效率和成本。传统绞车的驱动形式主要为多台电动机串联减速器的驱动形式,此结构导致绞车的整体体积庞大,传动效率低下以及维护繁琐等问题。针对国内石油钻机市场对深井钻井的高性能绞车的迫切需求,本文设计了一种能够适用于7000m井深的新型绞车。本文首先介绍了电驱动绞车的主要发展趋势,对传统绞车的工作原理以及绞车的主要零部件结构进行分析,并结合外转子电机的工作原理和结构特点,提出一种外转子电机直接驱动绞车运动的设计方案。重点介绍了绞车的设计思路、结构特点以及主要参数,本绞车滚筒采用3台低速、大扭矩的交流变频外转子电动机直接驱动,采用交流变频技术来控制滚筒的转速。驱动电机和绞车一体化设计,无大型减速箱、大型离合器等配套部件,极大地减小了绞车的整体体积,使用、运输等更加方便快捷。本文依据绞车滚筒的结构和输入功率,确定了驱动电机的外形尺寸、电机极数和转子磁路。最后通过数学计算和软件模拟,对绞车的起升性能进行了分析,对重要零部件进行了力学计算、三维建模、静力学分析,并对绞车进行了动力学分析。结果表明,该绞车的设计能够满足钻井工况的需求。本绞车的设计思路、总体方案、技术性能与结构特点突破了传统绞车设计思维模式。在整体结构和性能上具有较高的创新性和先进性,是一种具有良好发展前景的新型电驱动单轴绞车。绞车整体具有体积小、重量轻、结构简单、效率高、自动化程度高等特点,为未来绞车的研究和发展开辟了新的方向,为我国深井钻机绞车的研究提供了良好的技术支撑。本绞车能够同时满足陆地和海洋石油钻机的要求,可提高我国石油钻机的性能,提升我国石油钻机在国际市场的竞争力。
【关键词】：外转子电机 单轴绞车 交流变频 直驱
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE922
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-14
• 第1章 绪论14-25
• 1.1 课题背景与意义14-20
• 1.1.1 绞车的工作原理与结构15-17
• 1.1.2 外转子电机的工作原理与结构17-18
• 1.1.3 绞车的发展趋势18-19
• 1.1.4 外转子电机在机械装备中的应用19-20
• 1.2 外转子电机直驱绞车的国内外研究现状20-22
• 1.2.1 外转子电机直驱绞车的国外研究现状20-22
• 1.2.2 外转子电机直驱绞车的国内研究现状22
• 1.3 本论文的主要研究内容及创新点22-25
• 1.3.1 本论文的主要研究内容22-23
• 1.3.2 本论文的创新点23-25
• 第2章 外转子电机直驱绞车结构及传动方案设计25-34
• 2.1 绞车的设计要求25
• 2.2 外转子电机直驱绞车滚筒结构部件的改进25-26
• 2.3 外转子电机直驱绞车滚筒工作原理26-27
• 2.3.1 旋转磁场的产生26
• 2.3.2 旋转磁场的方向26-27
• 2.3.3 外转子电机直驱滚筒运动工作原理27
• 2.4 外转子电机直驱绞车传动方案设计27-29
• 2.4.1 传统绞车传动方案分析27-28
• 2.4.2 外转子电机直驱绞车传动方案分析28-29
• 2.5 JC70DB外转子电机直驱绞车技术参数与设计29-32
• 2.5.1 最大起升重量及快绳拉力的计算29-30
• 2.5.2 起升速度30
• 2.5.3 钢丝绳的确定30-31
• 2.5.4 外转子电机直驱绞车滚筒的计算31-32
• 2.6 本章小结32-34
• 第3章 绞车用外转子永磁同步电机设计34-45
• 3.1 绞车用外转子电机的数学模型34-36
• 3.2 绞车用外转子电机的主要参数间的关系36-38
• 3.3 绞车用外转子电机外形尺寸设计38
• 3.4 绞车用外转子电机定子槽型以及绕组设计38-41
• 3.4.1 定子槽数的设计38-39
• 3.4.2 外转子电机绕组设计39-41
• 3.4.3 绞车外转子电机定子槽型设计41
• 3.5 绞车用外转子电机外转子设计41-44
• 3.5.1 永磁材料的确定41-42
• 3.5.2 永磁体尺寸的确定42-43
• 3.5.3 转子磁路设计43-44
• 3.6 绞车用外转子电机的确定44
• 3.7 本章小结44-45
• 第4章 外转子电机直驱绞车起升性能分析45-55
• 4.1 外转子电机的工作特性45-47
• 4.1.1 外转子电机变频调速的基本方式45
• 4.1.2 电机在基频以下调速45-46
• 4.1.3 电机在基频以上调速46-47
• 4.2 外转子电机直驱绞车起升性能分析47-49
• 4.3 外转子电机直驱绞车技术性能分析49-50
• 4.4 外转子电机直驱绞车机动起升时间50-52
• 4.5 外转子电机直驱绞车自动送钻52-54
• 4.5.1 PID控制技术53
• 4.5.2 基于PID的绞车恒压自动送钻控制53-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第5章 外转子电机直驱绞车结构与强度设计55-70
• 5.1 外转子电机直驱绞车滚筒轴部件结构设计与强度核算55-61
• 5.1.1 绞车滚筒轴结构设计55-60
• 5.1.2 绞车滚筒轴强度校核60-61
• 5.2 外转子电机直驱绞车滚筒结构设计与强度核算61-65
• 5.2.1 绞车滚筒结构设计61-63
• 5.2.2 绞车滚筒强度核算63-65
• 5.3 外转子电机直驱绞车重要零部件的有限元分析65-69
• 5.3.1 有限元分析的基本原理65
• 5.3.2 绞车滚筒有限元分析计算65-68
• 5.3.2.1 绞车滚筒模型建立65-66
• 5.3.2.2 模型网格划分与受力加载66-68
• 5.3.2.3 对比分析68
• 5.3.3 绞车滚筒轴有限元分析计算68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第6章 外转子电机直驱绞车动力学分析70-78
• 6.1 外转子电机直驱绞车力学模型的建立70-71
• 6.2 模态分析71-75
• 6.2.1 外转子电机直驱绞车滚筒轴模态分析72-73
• 6.2.2 外转子电机直驱绞车滚筒模态分析73-75
• 6.3 外转子电机直驱绞车动力学分析75-77
• 6.3.1 求解过程分析75
• 6.3.2 求解结果分析75-77
• 6.4 本章小结77-78
• 结论与展望78-80
• 结论78-79
• 展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文85

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