潛油電機設計及多物理場耦合計算

目錄
前言
第1章 潛油電機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1
1.1 潛油電機的結構及特點 1
1.1.1 潛油電機的基本結構 1
1.1.2 潛油電機的結構特點 4
1.2 潛油電機的研究現(xiàn)狀 6
1.2.1 潛油電機電磁設計 6
1.2.2 潛油電機多物理場耦合 10
1.3 潛油電機的發(fā)展趨勢 12
第2章 潛油電機設計 15
2.1 潛油電機設計概述 15
2.1.1 潛油電機設計流程 15
2.1.2 潛油電機設計特點 19
2.2 6極潛油電機設計 30
2.2.1 定轉子槽數(shù)及繞組的設計 30
2.2.2 主要結構尺寸確定 34
2.3 分數(shù)槽集中繞組潛油電機設計 37
2.3.1 分數(shù)槽集中繞組潛油電機電抗修正 38
2.3.2 分數(shù)槽集中繞組潛油電機性能分析 48
2.3.3 雙分數(shù)槽集中繞組潛油電機設計 52
2.3.4 雙分數(shù)槽集中繞組潛油電機性能分析 56
2.4 異步啟動永磁潛油電機設計 62
2.4.1 永磁潛油電機設計特點 62
2.4.2 4極異步啟動永磁潛油電機樣機 65
2.5 6極永磁潛油電機設計 67
2.5.1 6極永磁潛油電機結構 67
2.5.2 轉子斜極式設計及齒槽定位力矩計算 68
2.5.3 空載漏磁系數(shù)計算 72
2.5.4 空載漏磁系數(shù)影響因素 76
第3章 潛油電機優(yōu)化設計 83
3.1 免疫遺傳算法 83
3.1.1 免疫遺傳算法原理 83
3.1.2 免疫遺傳算法流程 85
3.1.3 免疫遺傳算法在數(shù)學模型上的應用 87
3.2 基于免疫遺傳算法的潛油電機優(yōu)化設計 89
3.2.1 潛油電機優(yōu)化設計數(shù)學模型 89
3.2.2 潛油電機優(yōu)化設計的目標函數(shù) 90
3.2.3 優(yōu)化設計約束條件 91
3.2.4 優(yōu)化變量的選取 93
3.2.5 免疫遺傳算法優(yōu)化程序設計 94
3.3 潛油電機優(yōu)化設計實例計算 97
3.3.1 潛油電機優(yōu)化過程的參數(shù)選用 97
3.3.2 優(yōu)化設計的結果與分析 100
第4章 潛油電機分段處電磁參數(shù)計算 102
4.1 三維渦流電磁場基礎 102
4.1.1 流體場控制方程 102
4.1.2 渦流場邊界條件 105
4.1.3 隔磁段漏抗求解方法 106
4.2 潛油電機三維渦流場模型 107
4.2.1 建模遵循的原則 107
4.2.2 模型的建立 108
4.3 隔磁段漏抗的計算 112
4.3.1 隔磁段漏抗計算的有限元分析 112
4.3.2 實例計算與試驗驗證 114
4.4 扶正軸承附加損耗的計算 116
4.4.1 轉子轉動效應 116
4.4.2 鐵心磁導率非線性問題的處理 117
4.4.3 附加損耗結果分析 120
4.4.4 間接試驗驗證 122
4.5 隔磁段電磁參數(shù)求解中存在的問題 124
第5章 潛油電機分段處多場耦合計算 125
5.1 潛油電機分段處各場數(shù)學模型 125
5.1.1 分段處電磁場數(shù)學模型 125
5.1.2 分段處溫度場數(shù)學模型 126
5.1.3 分段處受力分布數(shù)學模型 128
5.2 潛油電機分段處耦合特性研究 130
5.2.1 分段處電磁場分析 130
5.2.2 分段處溫度場分析 134
5.2.3 分段處受力分析 138
5.3 分段處尺寸變化對電動機耦合特性的影響 141
第6章 潛油電機三維穩(wěn)態(tài)傳熱特性研究 146
6.1 潛油電機冷卻及流體特點 146
6.1.1 潛油電機特殊的油路系統(tǒng) 146
6.1.2 潛油電機內流體流動的約束條件 147
6.1.3 計算邊界條件 152
6.1.4 通用控制方程及其離散化 154
6.2 潛油電機損耗分布特性的數(shù)值分析 155
6.2.1 鐵心損耗數(shù)值計算 155
6.2.2 分段處渦流損耗數(shù)值計算 158
6.2.3 機械損耗數(shù)值計算 159
6.2.4 定轉子銅耗數(shù)值計算 160
6.2.5 熱源的分布 161
6.3 潛油電機穩(wěn)態(tài)傳熱特性研究 161
6.3.1 傳熱模型建立 161
6.3.2 相關系數(shù)的確定 163
6.3.3 流速與傳熱特性的關系 164
6.3.4 流體流動特性對傳熱特性的影響 166
第7章 基于流體網絡解耦的潛油電機溫升預測 170
7.1 潛油電機流體網絡模型 170
7.1.1 數(shù)學模型及邊界條件 170
7.1.2 流體場的網絡模型 172
7.1.3 物理模型及網格剖分 175
7.2 傳熱模型的建立及損耗的計算 178
7.2.1 傳熱模型的建立 178
7.2.2 電機損耗的計算 180
7.3 潛油電機流體場及傳熱計算 185
7.3.1 電機溫度場計算結果 185
7.3.2 電機流體場的熱效應 189
7.4 試驗數(shù)據(jù)對比分析 194
第8章 熱網絡法在潛油電機溫度預測中的應用 196
8.1 潛油電機熱網絡模型的建立 196
8.1.1 熱網絡法基本原理 196
8.1.2 潛油電機的熱網絡模型 197
8.2 潛油電機熱網絡模型參數(shù)的求解 199
8.2.1 等效熱阻 199
8.2.2 熱源及熱容 204
8.3 基于熱網絡法計算潛油電機溫度 205
8.3.1 熱網絡法計算電機溫度原理 206
8.3.2 求解程序設計 207
8.3.3 溫度計算結果及試驗驗證 209
8.4 熱力學第二定律在潛油電機傳熱中的應用 212
8.4.1 各節(jié)點熵產計算 213
8.4.2 各節(jié)點*損率計算 214
第9章 潛油電機溫升試驗 217
9.1 潛油電機測試平臺構建 217
9.1.1 潛油電機試驗的現(xiàn)狀 217
9.1.2 潛油電機工作狀態(tài)模擬 219
9.1.3 溫升測試裝置研制 222
9.2 潛油電機溫度測試試驗 225
9.2.1 測溫方案的制定 225
9.2.2 樣機溫度測試 227
第10章 潛油電機溫升降低措施 231
10.1 電機內部油路循環(huán)系統(tǒng)的強化 231
10.1.1 打油葉輪的設計及安裝 231
10.1.2 電機內充油外循環(huán)套筒的設計 232
10.2 電機磁負荷的優(yōu)化分布 233
10.2.1 定子磁通密度的優(yōu)化 233
10.2.2 轉子磁通密度的優(yōu)化 234
10.3 電機制造工藝改進 236
10.3.1 定子壓裝工藝的改進 236
10.3.2 定子繞組下線工藝及工裝匹配的改進 239
10.4 油井井液流速的提高 241
10.4.1 合理選配電機外徑 241
10.4.2 減小油井的套管內徑 242
10.4.3 增大油井的排量 243
參考文獻 245