潛油電機機械損耗及隔磁段電磁參數(shù)計算分析.pdf

1、潛油電機作為潛油電泵機組的動力部分，是一種立式三相異步電動機，工作于數(shù)千米井下的特殊環(huán)境中，定轉(zhuǎn)子采用分段的細長結(jié)構(gòu)，氣隙中充滿專用潤滑油。轉(zhuǎn)子由同軸的若干個獨立的籠型轉(zhuǎn)子單元組成，每兩個單元之間裝有扶正軸承；與扶正軸承相對應(yīng)的定子鐵心處裝有隔磁段。顯然，普通三相感應(yīng)電動機的通用設(shè)計方法不再完全適合潛油電機，但是目前國內(nèi)外還沒有一種完善的充分考慮其特殊結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境的設(shè)計方法，多數(shù)仍是采用傳統(tǒng)普通異步電機設(shè)計方法，這在工程實踐中很難滿足

2、實際準(zhǔn)確度需求，誤差很大。 本文根據(jù)國內(nèi)外潛油電機設(shè)計的研究現(xiàn)狀，分析了目前設(shè)計中所存在的問題。針對設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)問題，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點運用電磁場理論、流體理論等技術(shù)理論對潛油電機的設(shè)計方法進行了深入具體的研究，形成了具有高準(zhǔn)確度的設(shè)計方法。 首先研究了氣隙中充滿專用潤滑油后對潛油電機機械損耗的影響，著重分析了電機高速旋轉(zhuǎn)時潤滑油對轉(zhuǎn)子形成的油摩損耗，采用流體力學(xué)的原理并結(jié)合潛油電機穩(wěn)態(tài)運行時止推軸承動塊、靜塊及扶正軸承

3、的摩擦損耗的經(jīng)驗公式得到了潛油電機機械損耗的準(zhǔn)確計算方法，通過對實例的計算、實驗對比，證明了該方法的有效性。 分析了潛油電機隔磁段處漏磁對電機性能參數(shù)的影響，定義了潛油電機特有的隔磁段漏抗。建立了隔磁段三維有限元模型，通過求解其中的磁場儲能來獲得該漏抗值，實驗證明隔磁段漏抗對電機的性能參數(shù)有較大的影響，在電機的設(shè)計中必須考慮。 同時利用有限元模型，在保證計算結(jié)果正確的前提下，對定轉(zhuǎn)子鐵心磁導(dǎo)率的非線性做了簡化后計算了轉(zhuǎn)子

4、扶正軸承中的附加渦流損耗。分析了采用現(xiàn)有鋼外套扶正軸承的潛油電機其附加損耗對電機效率的影響，并研究了采用新型具有大電阻率而又不導(dǎo)磁的合金材料制造扶正軸承外套時，可將該損耗顯著降低，對電機效率影響可忽略不計。 結(jié)合潛油電機直徑很小長度很大難以采用傳統(tǒng)斜槽，文中通過將轉(zhuǎn)子槽中心線與鍵中心線設(shè)計成某一定特定角度，轉(zhuǎn)子鐵心疊壓時分別采用沖片的正反面，形成不同的轉(zhuǎn)子鐵心，安裝在扶正軸承的兩側(cè)，在整個電機中起到了等效斜槽的作用。 研

5、制了兩臺模擬實驗樣機，樣機設(shè)計時考慮了既能夠反映所要研究的問題又要結(jié)構(gòu)簡單易于制造。兩臺實驗樣機采用相同的電磁設(shè)計方案，不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計。樣機由兩段組成，輸出功率6kW，電壓290V，總裝完成后電機的長度是1.6m。樣機中一臺定轉(zhuǎn)子之間裝有隔磁段和扶正軸承；另一臺樣機沒有扶正軸承，轉(zhuǎn)子分段處用卡簧固定。 樣機制造完成后，首先應(yīng)用前文所述方法對樣機的扶正軸承附加渦流損耗及其機械損耗進行了理論計算。購置了相關(guān)實驗設(shè)備并分別對兩臺樣機進

6、行了實驗，分析兩組實驗數(shù)據(jù)，得到了扶正軸承附加渦流損耗和機械損耗的實驗值。最后對比相關(guān)參數(shù)的計算值與實驗值表明，考慮本文所提出的參數(shù)后的計算結(jié)果更加接近實驗值，直接驗證了研究內(nèi)容的正確性。對樣機的定子隔磁段漏抗進行了間接驗證，證明了文中所述理論計算方法具有很高的準(zhǔn)確度。 在上述研究基礎(chǔ)上，對潛油電機隔磁段漏抗做了應(yīng)用研究，深入研究了隔磁段漏抗隨電機功率等級、隔磁段寬度、隔磁段數(shù)量以及扶正軸承與相鄰兩段轉(zhuǎn)子相對位置的變化，對現(xiàn)有各