潛油電機(jī)機(jī)械損耗及隔磁段電磁參數(shù)計(jì)算分析.pdf

1、潛油電機(jī)作為潛油電泵機(jī)組的動(dòng)力部分，是一種立式三相異步電動(dòng)機(jī)，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(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，氣隙中充滿專用潤(rùn)滑油。轉(zhuǎn)子由同軸的若干個(gè)獨(dú)立的籠型轉(zhuǎn)子單元組成，每?jī)蓚€(gè)單元之間裝有扶正軸承；與扶正軸承相對(duì)應(yīng)的定子鐵心處裝有隔磁段。顯然，普通三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的通用設(shè)計(jì)方法不再完全適合潛油電機(jī)，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(jì)方法，多數(shù)仍是采用傳統(tǒng)普通異步電機(jī)設(shè)計(jì)方法，這在工程實(shí)踐中很難滿足

2、實(shí)際準(zhǔn)確度需求，誤差很大。 本文根據(jù)國內(nèi)外潛油電機(jī)設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀，分析了目前設(shè)計(jì)中所存在的問題。針對(duì)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)問題，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)運(yùn)用電磁場(chǎng)理論、流體理論等技術(shù)理論對(duì)潛油電機(jī)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入具體的研究，形成了具有高準(zhǔn)確度的設(shè)計(jì)方法。 首先研究了氣隙中充滿專用潤(rùn)滑油后對(duì)潛油電機(jī)機(jī)械損耗的影響，著重分析了電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)潤(rùn)滑油對(duì)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(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)止推軸承動(dòng)塊、靜塊及扶正軸承

3、的摩擦損耗的經(jīng)驗(yàn)公式得到了潛油電機(jī)機(jī)械損耗的準(zhǔn)確計(jì)算方法，通過對(duì)實(shí)例的計(jì)算、實(shí)驗(yàn)對(duì)比，證明了該方法的有效性。 分析了潛油電機(jī)隔磁段處漏磁對(duì)電機(jī)性能參數(shù)的影響，定義了潛油電機(jī)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(chǎng)儲(chǔ)能來獲得該漏抗值，實(shí)驗(yàn)證明隔磁段漏抗對(duì)電機(jī)的性能參數(shù)有較大的影響，在電機(jī)的設(shè)計(jì)中必須考慮。 同時(shí)利用有限元模型，在保證計(jì)算結(jié)果正確的前提下，對(duì)定轉(zhuǎn)子鐵心磁導(dǎo)率的非線性做了簡(jiǎn)化后計(jì)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(jī)其附加損耗對(duì)電機(jī)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(shí)，可將該損耗顯著降低，對(duì)電機(jī)效率影響可忽略不計(jì)。 結(jié)合潛油電機(jī)直徑很小長(zhǎng)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(jì)成某一定特定角度，轉(zhuǎn)子鐵心疊壓時(shí)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(gè)電機(jī)中起到了等效斜槽的作用。 研

5、制了兩臺(tái)模擬實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，樣機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了既能夠反映所要研究的問題又要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制造。兩臺(tái)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)采用相同的電磁設(shè)計(jì)方案，不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。樣機(jī)由兩段組成，輸出功率6kW，電壓290V，總裝完成后電機(jī)的長(zhǎng)度是1.6m。樣機(jī)中一臺(tái)定轉(zhuǎn)子之間裝有隔磁段和扶正軸承；另一臺(tái)樣機(jī)沒有扶正軸承，轉(zhuǎn)子分段處用卡簧固定。 樣機(jī)制造完成后，首先應(yīng)用前文所述方法對(duì)樣機(jī)的扶正軸承附加渦流損耗及其機(jī)械損耗進(jìn)行了理論計(jì)算。購置了相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備并分別對(duì)兩臺(tái)樣機(jī)進(jìn)

6、行了實(shí)驗(yàn)，分析兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了扶正軸承附加渦流損耗和機(jī)械損耗的實(shí)驗(yàn)值。最后對(duì)比相關(guān)參數(shù)的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值表明，考慮本文所提出的參數(shù)后的計(jì)算結(jié)果更加接近實(shí)驗(yàn)值，直接驗(yàn)證了研究?jī)?nèi)容的正確性。對(duì)樣機(jī)的定子隔磁段漏抗進(jìn)行了間接驗(yàn)證，證明了文中所述理論計(jì)算方法具有很高的準(zhǔn)確度。 在上述研究基礎(chǔ)上，對(duì)潛油電機(jī)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(jī)功率等級(jí)、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(duì)位置的變化，對(duì)現(xiàn)有各