文档介绍：硕士学位论文
潜油螺杆泵驱动电机设计与热分析
DESIGN AND THERMAL ANALYSIS OF
SUBMERSIBLE SREW PUMP DRIVE MOTOR
孔祥龙
哈尔滨工业大学
2011 年 6 月
国内图书分类号:TM351 学校代码:10213
国际图书分类号:621 密级:公开
工学硕士学位论文
潜油螺杆泵驱动电机设计与热分析
硕士研究生:孔祥龙
导师:郝双晖教授
申请学位:工学硕士
学科:机械设计及理论
所在单位:机电工程学院
答辩日期:2011 年 6 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: TM351
: 621
Dissertation for the Master Degree in Engineering
DESIGN AND THERMAL ANALYSIS OF
SUBMERSIBLE SREW PUMP DRIVE MOTOR
Candidate: Kong Xianglong
Supervisor: Prof. Hao Shuanghui
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Mechanical Design and Theory
Affiliation: School of Mechatronics Engineering
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
随着油田开采的不断深入,传统的游梁式采油系统已经难以适应油田开采中
后期复杂的井况,而由异步电机驱动的潜油螺杆泵采油系统因电机转速较高,难
以适应高粘度油和高含砂油等复杂井况。所以,研究开发低转速、大扭矩、高效
节能的潜油螺杆泵永磁同步电机具有重要意义。
潜油螺杆泵永磁同步电机是一种立式的悬垂电机,它采用定、转子分段的细
长结构,各段定子铁心之间用隔磁段铜片隔开,各段转子之间用扶正滑动轴承支
撑,转子上贴有永磁体,定、转子间装有润滑油。
针对潜油电机的结构特点,本文提出了两种电机总体结构方案,并对两种方
案进行了对比分析,从而确定电机的总体结构方案。根据总体结构方案,对电机
的定子、转子、上下接头和止推轴承等零部件进行了基本结构设计。
鉴于潜油电机定、转子分段的细长特点,本文利用 ANSYS 有限元软件对电
机转轴进行了模态分析,计算电机转轴在稳态运行过程中的固有频率和振型,从
而确定电机转轴工作过程中可能发生共振的转速区域。单边磁拉力易对潜油电机
转轴的挠度产生较大影响,本文对电机单节转子的单边磁拉力进行了计算,并通
过有限元静力学分析法对电机转轴在单边磁拉力作用下的变形进行了分析。
潜油电机运行过程中内部的发热和散热过程比较复杂。本文对电机在井温
70 o C 时稳态运行过程中的绕组损耗、铁心损耗和机械损耗进行了计算,通过流
体力学知识确定了电机稳态运行过程中各表面的传热系数,建立了电机二维、三
维稳态温度场模型,对电机稳态温度场进行了计算,并与理论计算值进行了对比
分析。通过表面传热系数和绝缘材料对电机温度变化影响的分析,掌握电机的散
热情况。
最后,将潜油电机和螺杆泵、控制器等连接在一起搭建潜油电机地面损耗和
温度测试实验平台,并利用地面损耗和温度测试实验测得的数据及 ANSYS 有限
元软件对潜油电机进行了暂态温度场分析,将分析结果与实验数据进行了对比,
以掌握电机从起动到稳态运行过程中的发热和散热情况。
关键词:螺杆泵;潜油电机;有限元;温度场
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
ABSTRACT
With the constant deepening of oil exploitation, the conventional beam
pumping system has been difficult to adapt to plex