油井下封层用特殊电动机设计及其起动性能研究

摘要

目前国内应用于高温、高压、小直径油管内的作业设备主要靠从国外引进，费用高昂，所以新型电缆式可回收型桥塞装置的研制，是填补国内技术空白，实现国内油田封堵技术发展的突破口之一。
　　 井下电动机作为该装置的动力源，需要在深井电缆的供电下带泵工作，提供高压将封堵所需油液打入桥塞，以实现可靠封堵。但是油井下高温、高压环境和油管尺寸等因素给电动机的选型和电磁设计带来很大限制。
　　 本文以油田应用较为广泛的鼠笼式潜油电机为参考，选用笼型异步电动机作为井下封层用电机，重点对电机的电磁设计开展了研究，并应用三维有限元法计算电机隔磁段部分的端部漏抗，最后就漏抗参数值的变化对电机起动性能的影响作仿真分析，具体完成的研究工作如下：
　　 首先，在分析封层用电机分节、串联运行特点的基础上，结合异步电机的基本原理和电机工作环境，研究单节电机的电磁参数的设计。除在转子齿磁路计算和斜槽设计方面对传统的计算方法进行了改进和修正外，在以下两个方面也对电机作了特殊设计：
　　 ①电机的定子槽型选用有别于传统潜油电机的半闭口梨形槽设计。
　　 ②结合课题实际需要，将电机的循环润滑油路的一部分——转轴空心腔，作为可膨胀桥塞封堵作业过程中，油液的过流通道。
　　 其次，针对封层用电机特殊的多节结构，应用有别于传统异步电动机端部漏抗计算法的方法，利用有限元分析软件，分别建立了定子铜叠片和转子扶正轴承部分的三维模型，并通过此模型计算电机隔磁段处定转子端部漏抗。
　　 最后，运用Matlab/Simulink搭建出电机模型，就隔磁段的存在所引起的端部漏抗参数的变化对电机起动性能的影响进行了仿真研究，通过不同漏抗参数下电机起动过程的仿真对比，验证了隔磁段漏抗对封层用电机起动性能的影响。
　　 本文的研究工作对提高笼型潜油电机端部漏抗参数和性能计算的准确性具有重要的参考价值，也为“变径管串堵装置用电机及其起动性能研究”项目中，电缆式可回收型桥塞设备的国产化提供技术支持。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1项目背景介绍

1.2国内外研究现状

1.2.1封层技术的发展概况

1.2.2潜油电机的研究现状

1.3本文研究的目的和意义

1.4本文研究的内容

2封层用电机的结构和特点

2.1引言

2.2封层用电机与传统异步机的区别

2.3封层用电机的基本结构

2.3.1电机的基本结构

2.3.2电机的结构特点

2.4本章小结

3封层用电机的设计

3.1引言

3.2封层用电机的设计特点

3.2.1线负荷A与气隙磁密Bδ的选择

3.2.2主要尺寸比λ的确定

3.2.3气隙的确定

3.2.4定子绕组与铁心的设计

3.2.5转子铁心的设计

3.2.6转子齿磁路的计算

3.2.7斜槽的设计与计算

3.2.8电机的散热系统设计

3.2.9电机内部油液过流通道的设计

3.3封层用电机的单节电机设计参数

3.4本章小结

4封层用电机的端部漏抗分析

4.1引言

4.2正弦三维电磁场的基本方程

4.3定子端部漏抗分析

4.3.1定子端部漏抗计算公式推导

4.3.2定子铜叠片处磁场储能的计算

4.3.3定子铜叠片有限元分析

4.4转子端部漏抗分析

4.4.1转子端部漏抗计算公式推导

4.4.2转子扶正轴承有限元分析

4.5计算结果比较

4.6本章小结

5封层用电机的起动性能研究

5.1引言

5.2电机的起动性能

5.3电机的起动方式

5.4电机的软起动

5.5封层用电机起动性能仿真

5.5.1封层用电机数学模型

5.5.2封层用电机软起动系统的仿真模型

5.5.3实例分析

5.6本章小结

6总结与展望

6.1论文的主要研工作

6.2后续工作的展望

致 谢

参考文献

附 录