本文關鍵詞：基于磁傳動技術的鉆井泥漿渦輪發(fā)電機設計

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【摘要】：本文針對基于磁傳動技術的鉆井泥漿渦輪發(fā)電機進行了研究,對其結構進行設計,達到通過磁力驅動將渦輪的高速旋轉運動無接觸地傳遞給發(fā)電機轉子,實現(xiàn)發(fā)電機與泥漿動力液完全隔離的目的：在結構設計的基礎上,運用ANSYS軟件,建立磁場模型,分析對比了磁力驅動機構的結構尺寸對磁力矩及隔離套內渦流的影響。主要工作和研究成果可概括為如下幾個方面：通過對現(xiàn)有渦輪發(fā)電機進行對比,在現(xiàn)有的泥漿發(fā)電機基礎上,利用Kalsi密封,結合補償彈簧,設計出新型的補償式動密封渦輪發(fā)電機結構,實現(xiàn)電機與鉆井泥漿隔離的功能,使高速軸承潤滑條件得到改善,極大地提高了動密封的可靠性,對發(fā)電機電機的選用要求大大降低。利用MATLAB軟件對磁力驅動機構中的永磁體結構尺寸進行計算,在滿足磁力矩并且永磁體用量最小的條件下,計算出永磁體的結構幾何尺寸及隔離套尺寸。對磁力驅動機構模型進行簡化,建立磁感應強度微分方程及隔離套內渦流密度微分方程,結合有限元理論基礎,利用ANSYS軟件進行有限元分析,得到二維磁場的磁感應強度、隔離套內渦流強度、磁場受力情況；經過三維磁場的分析,得到端部有漏磁現(xiàn)象的結論。利用ANSYS二維靜態(tài)磁場分析,針對不同的徑向結構尺寸進行建模并仿真,分析磁轉子平均作用半徑、磁極厚度、隔離套厚度、工作氣隙厚度對磁力矩密度及隔離套內渦流強度的影響；利用三維靜態(tài)磁場分析磁極長度對永磁體組件受力影響。本論文對鉆井泥漿渦流發(fā)電機的進一步研究具有重要的指導意義。
【關鍵詞】：泥漿渦輪發(fā)電機 磁力驅動 有限元 磁場
【學位授予單位】：西安石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE92;TM31
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 本文研究的背景及意義9-12
• 1.1.1 井下設備動力源介紹9-10
• 1.1.2 磁力驅動技術介紹10-11
• 1.1.3 本文研究的意義11-12
• 1.2 國內外發(fā)展概況12-13
• 1.2.1 國外研究概況12
• 1.2.2 國內研究概況12-13
• 1.3 本文研究的主要工作任務13-14
• 1.4 題目來源14-15
• 第二章 鉆井泥漿渦輪發(fā)電機設計15-42
• 2.1 鉆井泥漿渦輪發(fā)電機結構及原理15-18
• 2.1.1 普通渦輪發(fā)電機結構及原理15-16
• 2.1.2 軸向磁力驅動泥漿發(fā)電機16-17
• 2.1.3 圓筒式磁力驅動泥漿發(fā)電機17-18
• 2.2 補償式動密封渦輪發(fā)電機結構18-23
• 2.2.1 圓筒式磁力驅動機構19-20
• 2.2.2 Kalsi密封20-21
• 2.2.3 補償式渦輪發(fā)電機結構布局及工作原理21-22
• 2.2.4 補償式動密封渦輪發(fā)電機特點22-23
• 2.3 磁力驅動機構結構參數(shù)設計23-34
• 2.3.1 磁力驅動機構磁路的配置方式24
• 2.3.2 磁力矩計算24-27
• 2.3.3 工作氣隙設計27
• 2.3.4 磁力驅動機構材料選擇27-29
• 2.3.5 補償彈簧材料29
• 2.3.6 永磁體設計29-32
• 2.3.7 隔離套設計32-34
• 2.4 發(fā)電機主要參數(shù)34-41
• 2.4.1 永磁發(fā)電機的設計特點34
• 2.4.2 額定數(shù)據(jù)34-35
• 2.4.3 永磁材料選擇35
• 2.4.4 定子繞組和定子沖片35-37
• 2.4.5 永磁體尺寸37
• 2.4.6 轉子尺寸37-38
• 2.4.7 磁路計算38-40
• 2.4.8 電壓調整率40-41
• 2.5 小結41-42
• 第三章 磁力驅動機構磁場的有限元分析與軟件建模42-58
• 3.1 有限元分析的理論基礎42-46
• 3.1.1 電磁場理論基礎43-44
• 3.1.2 電磁場微分方程44-45
• 3.1.3 電磁場邊界條件45-46
• 3.1.4 有限元計算方法46
• 3.2 磁力驅動機構磁場2D有限元分析46-53
• 3.2.1 2D有限元模型的磁場分析47
• 3.2.2 基本假設47-48
• 3.2.3 2D建模、設置物理環(huán)境48-49
• 3.2.4 網格劃分、施加邊界條件49-50
• 3.2.5 2D有限元模型后處理分析50-53
• 3.3 磁力驅動機構磁場3D有限元分析53-57
• 3.3.1 3D有限元模型的磁場計算53-54
• 3.3.2 基本假設54
• 3.3.3 3D建模、設置物理環(huán)境54-55
• 3.3.4 網格劃分、施加邊界條件55-56
• 3.3.5 3D有限元模型后處理分析56-57
• 3.4 小結57-58
• 第四章 磁力驅動機構結構的參數(shù)優(yōu)選58-66
• 4.1 磁轉子平均作用半徑與磁極厚度對磁力驅動機構的影響58-59
• 4.2 磁轉子平均作用半徑與隔離套厚度對磁力驅動機構的影響59-60
• 4.3 磁轉子平均作用半徑與工作氣隙厚度對磁力驅動機構的影響60-62
• 4.4 磁極厚度與隔離套厚度對磁力驅動機構的影響62-63
• 4.5 磁極長度與磁轉子平均作用半徑對磁力驅動機構的影響63
• 4.6 有限元仿真值與理論值對比63-64
• 4.7 小結64-66
• 第五章 結論與展望66-68
• 5.1 結論66-67
• 5.2 展望67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻69-72
• 攻讀學位期間所發(fā)表的論文72

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