一体化潜油螺杆泵永磁同步电机结构设计及优化

发布时间：2020-09-12 08:20

　　电机是潜油螺杆泵采油系统中的最重要的动力源,也是采油系统性能的关键。通常传统潜油螺杆泵由螺杆泵、柔性轴、保护器、潜油电机、控制器、齿轮减速器和井下传感器顺次连接组成,导致了整个机组传动链较长,机构复杂使故障点增加、制造和检修的操作复杂,成本增加。同时由于潜油电机多节电动机串联连接,导致整体电机和泵长度过长,体积过大,在定向井,水平井中没有良好通过率和适应性。所以设计一款螺杆泵和电机属于内外结构的小体积的高效率、低速永磁电机(一体化潜油螺杆泵)有重要研究意义。本文所设计一体化潜油螺杆泵装置的工作原理为:首先螺杆转子、定子整体嵌入电机的转子内部,电机的转子套在螺杆泵定子外并与之固定,在当定子通电后,磁引力拉动转子旋转,同时螺杆泵定子衬套随电机转子旋转,螺杆泵转子相对转动,在螺杆泵衬套中伴随着密封腔的形成、推进、消失到再次形成,完成石油举升到地面。本文利用电机经验设计法设计出一体化潜油螺杆泵永磁同步电机的定子铁芯、转子铁芯以及线圈的设计的电磁本体设计以及电机轴、机壳、端盖设计以及轴承选型等结构设计;应用Ansoft电磁分析软件对中空转子永磁同步电机进行瞬态仿真模拟,通过仿真模型,得到其磁力线分布,磁密云图,磁密度矢量分布图,同时通过改变电流,气隙,永磁体宽度的大小来观察电机特性,并进行结构优化;随后利用Ansys对一体化潜油螺杆泵永磁电机的三维模型进行温度场有限元分析,得到绕组,机壳,定转子,永磁体,润滑油以及整体的温度场分布。计算过程中将充分考虑一体化潜油螺杆泵内部润滑油与永磁电机中空部分井液的充分热量交换进行温度场计算分析。同时充分考虑不同井温、不同负载的对一体化潜油螺杆泵永磁电机的各部分温度影响规律。
【学位单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE933.3
【部分图文】：

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意义采年限的增长和采油技术的不断提现有的抽油机和潜油电泵带来了较维修费用较高、效率低下同时对于低高粘度、高含砂及高气油比井，且具优点[3]。螺杆泵通过驱动方式可分为油螺杆泵不仅没有地驱螺杆泵易造节能、扬程大，排量大适应稠油井、杆泵的井下机组结构由螺杆泵、柔井下传感器依次连接组成[7]，这种过，并且这种传动链过长的结构导致机直接驱动的井下机组[8]。同时由潜长，体积过大，在定向井，水平井中组示意图如下图 1.1 所示。

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潜油螺杆泵永磁同步电动机结构设计计一体化潜油螺杆泵永磁同步潜油电动机的结构最大特点就是螺杆泵衬套固定，随着电机转子运动，螺杆泵衬套所在定子随之子的相对运动完成油液举升。为防止电机扫膛发生，所以单节电样可以减轻轴向的转子重量同时保证其中间的间隙；电机端盖和轴承，两节转子连接处添加扶正轴承，这样不仅让电机震动和定转子的偏心运动引起故障。油螺杆泵永磁同步电机在井下为竖立放置，电机内腔装满了高度到润滑止推轴承的作用。当电机旋转时，会使得内部的润滑油着电机轴的空心区域通过轴预留的空隙流到扶正轴承上，扶正轴的间隙流到绕组的端部，进而流回电机轴的空心区域，实现闭环考虑到井液与电机的热交换还考虑到润滑油在一定程度上也会油把电机转子的热量以及轴承的热量通过润滑油的流动带到电壳进行散热。一体化潜油螺杆泵永磁同步电机结构示意图如图

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一体化潜油螺杆泵永磁同步电机结构示意图如图 2.2 所示。图 2.2 一体化潜油螺杆泵永磁同步电机结构示意图2.3.1 一体化潜油螺杆泵永磁同步电机总体结构方案如图 2.3 所示，一体化潜油螺杆泵永磁同步电机结构主要由上接头、转子、电机外壳、定子隔磁段、定子、止推轴承、扶正轴承等主要部分组成。本设计的主要特点是电机轴做成空心分段构成转子节，永磁体装配方式选择表贴式，与对应的定子段构成单节电机，每节电机连接处有扶正轴承连接。

【参考文献】