目前石油的開采中稠油井的比例不斷增加,稠油井一般選擇轉(zhuǎn)速較低的螺桿泵。傳統(tǒng)的潛油電機由于直徑限制,定子槽數(shù)不宜過多,因此很難通過電磁設(shè)計增加極數(shù)降低轉(zhuǎn)速,需要配備減速器一起使用,造成采油系統(tǒng)存在可靠性低、系統(tǒng)效率低等問題。采用分數(shù)槽集中繞組的三相永磁同步潛油電機可以通過合理的電磁設(shè)計方案達到多極少槽的目的,在稠油井的開采中得到越來越多的關(guān)注。但是,分數(shù)槽大長徑比低速潛油永磁同步電機通常采用滑動軸承,存在氣隙不均勻的固有缺陷,某些極槽配合組合會帶來較大的單邊磁拉力,造成低速潛油永磁同步電機的振動加劇和軸承偏磨等問題。本文針對采用分數(shù)槽集中繞組的低速潛油永磁同步電機的電磁設(shè)計和機械結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題進行了研究,主要工作如下:首先,比較了不同極槽配合方案對繞組系數(shù)和齒槽轉(zhuǎn)矩的影響,選擇最佳的極槽配合方案,根據(jù)該極槽配合方案設(shè)計了一臺低速潛油永磁同步電機,并通過有限元仿真驗證了該電磁設(shè)計方案的合理性。其次,通過理論分析推導出單邊磁拉力的解析表達式,分析得出除了轉(zhuǎn)子偏心原因產(chǎn)生單邊磁拉力之外,由極槽配合導致的定子拓撲結(jié)構(gòu)不對稱也會產(chǎn)生單邊磁拉力,本文分別推導了這兩種單邊磁拉力及二者合力的解析表達... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：57 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

感應電機潛油螺桿泵采油系統(tǒng)

第1章緒論3速器保護器，增加了機械損耗降低了系統(tǒng)的整體效率，另外減速器保護器還提高了系統(tǒng)的密封成本并且降低了系統(tǒng)的可靠性。而由于永磁電機可以通過電磁設(shè)計降低轉(zhuǎn)速從而省去減速器，所以最新的研發(fā)方向是永磁電機直接驅(qū)動螺桿泵，使用永磁電機直驅(qū)螺桿泵成套系統(tǒng)安裝示意圖如圖1.3。圖1.3低速潛油永磁電機驅(qū)動的螺桿泵采油系統(tǒng)Fig.1.3Oilextractionsystemofpermanentmagnetmotorforsubscribescrewpump總的來說，選擇低速潛油永磁同步電機直接驅(qū)動螺桿泵有如下優(yōu)勢：1）三相永磁同步電機在質(zhì)量方面較同功率的三相異步電機輕，在運行可靠性和效率方面也好于后者。2）我國是世界上稀土資源最多的國家[12]。3）低速潛油永磁同步電機直驅(qū)螺桿泵可以提高油田舉升系統(tǒng)的可靠性。4）省去了減速器及減速器保護器，減小了其機械損耗，綜合下來永磁直驅(qū)螺桿泵系統(tǒng)要比普通螺桿泵系統(tǒng)要節(jié)電17%左右[2,13]。5）省去減速器還可以降低成本，提高系統(tǒng)可靠性。6）永磁電機功率因數(shù)較感應電機要高，采用永磁電機相較于感應電機降低了對電力系統(tǒng)的諧波污染[14]。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1潛油電機國外研究現(xiàn)狀俄羅斯和美國對潛油異步電機及同步電機的研究起步較早，技術(shù)相對成熟。潛油電機由A.S.艾路托諾夫首先開發(fā)成功，1926年美國工程師首次開發(fā)出通過潛油電機驅(qū)動螺桿泵的成套系統(tǒng)，并成功將其應用在實際油田生產(chǎn)中[15]。之后，前蘇聯(lián)先后研制成功了電動潛油單螺桿泵，雙螺桿和三螺桿螺桿泵采油系統(tǒng)。螺桿泵的特點是轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)矩大，其結(jié)構(gòu)如圖1.4所示。

沈陽工業(yè)大學碩士學位論文4a單螺桿泵b雙螺桿泵c三螺桿泵圖1.4螺桿泵示意圖Fig.1.4Screwpump目前，隨著稠油井占比不多增多，井下潛油電機驅(qū)動螺桿泵采油系統(tǒng)在全球各大油田使用的占比越來越多。潛油螺桿泵技術(shù)已成為與抽油機技術(shù)、潛油電泵技術(shù)、氣舉技術(shù)是目前油田中最常用到的幾種采油技術(shù)，相比于其他另外三種技術(shù)，潛油螺桿泵技術(shù)在處理黏度與質(zhì)量均遠高于普通原油的稠油方面更具優(yōu)勢[16]。井下潛油電機驅(qū)動螺桿泵采油系統(tǒng)由于掛泵深度加大，導致供電距離長，針對這一問題，美國ODI公司設(shè)計的潛油電機通過電壓等級來降低供電線路損耗，但由于轉(zhuǎn)速較高需要減速器降速后驅(qū)動螺桿泵[17]。隨著變頻調(diào)速技術(shù)及相關(guān)傳感器件的發(fā)展，可以通過時時檢測井下供液量的多少控制電機的電流，進而控制電機轉(zhuǎn)速及螺桿泵排量，從而使系統(tǒng)性能最優(yōu)化[18]。美國Reda公司與貝克休斯公司分別研發(fā)了行星齒輪減速器達和雙行星齒輪減速器[19]。隨著20世紀80年代磁王釹鐵硼的面世，研究人員將低速潛油電機的研發(fā)焦點逐漸轉(zhuǎn)移到永磁電機上。俄羅斯是最先研發(fā)和制造三相永磁同步潛油電動機的國家之一，所生產(chǎn)的產(chǎn)品得到廣泛應用[20]。RITEK-ITC公司在2001年首先制造出全球第一臺低速潛油永磁同步電機，在轉(zhuǎn)速一樣時，該電機的功率密度能達到傳統(tǒng)潛油電機的兩倍。同年，該公司還開發(fā)了可直驅(qū)螺桿泵，轉(zhuǎn)速低于500rpm的低速永磁同步潛油電機。2006年，俄羅斯Borets公司開發(fā)出10極低速潛油永磁同步電機，可用于對潛油螺桿泵的直驅(qū)。Novomet公司開發(fā)出低速低速潛油永磁同步電機，電機極數(shù)為14極[21]。雖然各公司都對低速潛油永磁同步電機進行了研究，但是根據(jù)目前各公司官網(wǎng)上的樣本顯示，推出成系列化的低速潛油永磁同步電機的企業(yè)相對較少，且大多數(shù)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]人工舉升技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢探討[J]. 姜磊.  設(shè)備管理與維修. 2018(22)
[2]基于Ansys潛油電機轉(zhuǎn)軸動力學仿真分析[J]. 裴學良.  微電機. 2018(07)
[3]潛油永磁直線電機單邊磁拉力分析與計算[J]. 李德儒.  沈陽工業(yè)大學學報. 2017(01)
[4]我國石油現(xiàn)狀與能源補貼的合理性[J]. 吳奇芳,林嫻琪,解儒晨.  新經(jīng)濟. 2015(26)
[5]稀土永磁材料在永磁電機中的應用[J]. 鄭大偉,朱明剛,鄭立允,李衛(wèi).  微特電機. 2015(04)
[6]潛油電機驅(qū)動采油技術(shù)的發(fā)展[J]. 蔡淑蘭.  化學工程與裝備. 2014(10)
[7]石油開采技術(shù)的應用與創(chuàng)新[J]. 劉庚.  化工管理. 2014(18)
[8]潛油螺桿泵直驅(qū)單元組合超細長永磁電機研究[J]. 張炳義,劉忠奇,楊帥,馮桂宏.  石油機械. 2014(05)
[9]提高潛油電機質(zhì)量及運行可靠性方法研究[J]. 滕達,宋懿勛,龐玉霞.  石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督. 2013(10)
[10]螺桿泵采油技術(shù)研究[J]. 王春巖.  化工管理. 2013(08)

博士論文
[1]分數(shù)槽集中繞組永磁同步電機的若干問題研究[D]. 段世英.華中科技大學 2014
[2]永磁同步電機電磁振動分析[D]. 楊浩東.浙江大學 2011
[3]大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計研究[D]. 姚學詩.南京航空航天大學 2002

碩士論文
[1]極高溫潛油感應電機電磁設(shè)計及溫升研究[D]. 劉鐵法.沈陽工業(yè)大學 2017
[2]低速潛油螺桿泵永磁同步電機設(shè)計與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D]. 王仲.沈陽工業(yè)大學 2017
[3]大型感應電機不平衡磁拉力計算及轉(zhuǎn)子動力學特性分析[D]. 施道龍.哈爾濱理工大學 2016
[4]大型汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子偏心故障動態(tài)分析[D]. 毛可意.哈爾濱理工大學 2015
[5]永磁電機的設(shè)計與分析[D]. 王瑋.南京理工大學 2014
[6]六極永磁潛油電機設(shè)計研究[D]. 潘雅繽.哈爾濱理工大學 2012
[7]潛油螺桿泵驅(qū)動電機設(shè)計與熱分析[D]. 孔祥龍.哈爾濱工業(yè)大學 2011
[8]數(shù)控機床伺服系統(tǒng)永磁同步電動機噪聲與振動特性研究[D]. 余麗梅.沈陽工業(yè)大學 2011



本文編號：3500263