潜油直线电机举升系统动态仿真

发布时间：2017-04-13 08:15

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【摘要】：随着直线电机技术的不断发展与完善,直线电机因其优异的驱动性能在抽油设备中的应用越来越广泛。直线电机可以直接驱动抽油泵做往复直线运动,不需要中间传动装置,能满足采油工艺自动控制的要求和适应恶劣的工作环境,在提高系统总效率和节能方面优势明显。在应用过程中,系统的剧烈振动、动子与定子之间严重磨损以及举升力不足等问题也暴露出来。本文针对出现的问题,以机械系统动力学为基础,对潜油直线电机举升系统进行研究,主要包括以下几个方面:对潜油直线电机举升系统的结构和工作原理进行了分析,建立了井下机组纵向振动的力学模型、边界条件的仿真模型、数学模型以及数值仿真模型;建立了潜油直线电机举升系统动态参数计算模型。应用电磁学理论推导了永磁同步直线电动机单边磁拉力,分析单边磁拉力作为激励力引起的井下机组横向振动,将动子和连接杆作为整体研究,建立了其横向振动仿真模型,求得固有频率、振型以及动力响应。在横向振动研究的基础上,分析了气隙变化对永磁同步直线电动机电磁推力、电磁功率、功率因数以及效率性能参数的影响。利用matlab对潜油直线电机举升系统动态参数进行仿真计算,得到了潜油直线电机动子运动规律、潜油直线电机载荷变化规律、潜油直线电机功率变化规律以及气隙与潜油直线电机性能参数的关系曲线,计算了潜油直线电机的推力以及功率,为潜油直线电机举升系统设计和参数优化提供了理论依据。
【关键词】：直线电机 纵向振动 横向振动 气隙变化 仿真模型
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE933
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 国内外机械采油系统的发展概况及发展趋势10-14
• 1.1.1 直线电机的发展概况以及研究现状11-13
• 1.1.2 直线电机举升系统的研究现状13-14
• 1.2 课题研究的目的及意义14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-16
• 第2章 潜油直线电机举升系统组成与工作原理16-24
• 2.1 潜油直线电机举升系统主要组成及特点16-18
• 2.1.1 潜油直线电机举升系统主要组成部分16-18
• 2.1.2 潜油直线电机举升系统的特点18
• 2.2 潜油直线电机举升系统的工作原理18-22
• 2.2.1 潜油柱塞泵的工作原理18-19
• 2.2.2 潜油直线电机的工作原理19-22
• 2.3 本章小结22-24
• 第3章 潜油直线电机举升机组纵向振动24-38
• 3.1 井下机组纵向振动的力学模型和数学模型24-26
• 3.1.1 井下机组纵向振动力学模型24-25
• 3.1.2 井下机组纵向振动数学模型25-26
• 3.2 井下机组纵向振动顶部边界条件仿真模型26-29
• 3.2.1 潜油柱塞泵柱塞液体载荷仿真模型26-27
• 3.2.2 泵筒内液体压力变化规律仿真模型27-29
• 3.2.3 柱塞与泵筒之间液体摩擦力仿真模型29
• 3.3 井下机组纵向振动底部边界条件仿真29-32
• 3.3.1 直线电机动子上冲程运动规律的数学模型29-30
• 3.3.2 直线电机动子下冲程运动规律的数学模型30-32
• 3.4 井下机组纵向振动的数值仿真模型32-35
• 3.4.1 井下机组纵向自由振动数学模型32-33
• 3.4.2 井下机组的强迫振动响应33-35
• 3.5 潜油直线电机的动态参数仿真35-37
• 3.5.1 直线电机的推力35-37
• 3.5.2 直线电机的功率37
• 3.6 本章小结37-38
• 第4章 潜油直线电机举升机组横向振动38-59
• 4.1 井下机组横向分布力的计算模型38-43
• 4.1.1 单边磁拉力的分析模型38-39
• 4.1.2 气隙平均磁密的计算模型39-41
• 4.1.3 单边磁拉力的求解41-43
• 4.2 井下机组的横向振动43-54
• 4.2.1 基于弹性体理论的井下机组横向振动仿真模型43-47
• 4.2.2 井下机组横向振动的有限元分析模型47-54
• 4.3 气隙变化对永磁同步直线电动机性能参数的影响54-58
• 4.3.1 永磁同步直线电动机等效电路54-56
• 4.3.2 气隙变化对永磁同步直线电动机的影响56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 潜油直线电机举升系统动态参数分析59-72
• 5.1 潜油直线电机动子运动规律的仿真实例分析59-61
• 5.2 潜油直线电机载荷变化规律的仿真实例分析61-62
• 5.3 潜油直线电机举升机组横向振动仿真实例分析62-67
• 5.4 气隙变化对永磁同步直线电动机性能参数影响的仿真实例分析67-71
• 5.5 本章小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78

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本文编号：303190