新型潜油式直线抽油机电机的设计及分析

论文摘要

目前,我国大多数油田进入中后期高含水开采,对机械采油设备的开发与研究技术水平要求也越来越高。然而,多年来大量投入使用的抽油机,无论是游梁式还是无游梁式,其动力设备都是旋转电机,都必须经过复杂的能量转换和传递才能变成直线往复运动。这样就不可避免地存在系统转换效率低、“大马拉小车”和系统稳定性差的问题。为有效地解决这些问题,采用潜油式直线电机的抽油机应运而生。潜油式直线电机抽油机改变了传统抽油机的运动机理,直接利用直线电机的直线往复运动带动抽油杆上下运动,从而达到举升油井内液体的目的。直线电机作为潜油式直线电机抽油机的核心部分,是本文研究的主要对象。本文首先概述了国内外抽油机的类型、发展情况及存在的主要问题,并阐述了直线电机的发展历程、基本结构、工作原理及发趋势和研究现状。随后对各种类型的直线电机的性能进行比较,最终选用了圆筒型永磁同步直线电机作为动力系统来驱动抽油机。通过研究圆筒型永磁同步直线电机的特殊结构和等效电路,提出用于抽油机的直线电机的主要参数设计,得出用于具体工况下圆筒型永磁同步直线电机的主要参数,确定其尺寸及结构,再对电机进行磁路计算,以及性能计算。然后用Ansys软件对电机进行电磁分析,分析其磁场分布,计算其电磁力,验证推力的计算结果。最后与常规抽油机的实测数据进行比较,得出这种新型的潜油式直线电机抽油机比常规抽油机节能,具有较高的系统效率的结论。本文的研究对于此类电机、抽油机的研究具有一定的学术意义及应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外无游梁式抽油机的发展现状
• 1.2 主要的无游梁式抽油机
• 1.2.1 链条抽油机
• 1.2.2 液压抽油机
• 1.2.3 直线电机抽油机
• 1.3 直线电机的应用及发展概况
• 1.3.1 探索实验时代
• 1.3.2 工业应用时代
• 1.3.3 实用商品时代
• 1.3.4 中国直线电机的研制历史与发展
• 1.4 本课题研究的意义及目标
• 第2章 直线电机驱动的基本原理
• 2.1 直线驱动装置与直线系统概述
• 2.2 直线电机的基本结构
• 2.3 直线电机的基本工作原理
• 2.4 直线电机作为井下动力系统的优势
• 2.5 潜油式直线电机抽油机的原理
• 2.6 本章小结
• 第3章 直线电机的设计
• 3.1 直线电机的设计
• 3.1.1 井下电机的特殊性
• 3.1.2 潜油电机时同步与异步电机的比较
• 3.1.3 直线感应电机
• 3.1.4 直线同步电机
• 3.1.5 直线直流电机
• 3.1.6 圆筒型永磁直线同步电机
• 3.2 永磁材料主要性能参数
• 3.2.1 稀土永磁直线电机的特点
• 3.2.2 稀土永磁在直线电机中的应用
• 3.2.3 永磁体最大磁能积的利用
• 3.3 电机的电磁设计
• 3.3.1 设计要求
• 3.3.2 主要尺寸
• 3.3.3 磁路计算
• 3.3.4 参数计算
• 3.3.5 性能计算
• 3.4 其他方案计算
• 3.5 边端效应及其在设计中的影响
• 3.6 防腐、密封及高温问题
• 3.7 本章小结
• 第4章 电机磁场的有限元分析
• 4.1 有限元法概述
• 4.2 永磁同步直线电机的有限元分析方法
• 4.3 计算结果和分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢