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混合励磁井下涡轮发电机设计及试验研究

石油机械 2011年第7期39卷 8-10,14页

作者：王智明郭云尚捷中海油服油田技术事业部

针对现有井下发电机功率小、耐高温性能差的问题,设计了一种混合励磁井下涡轮发电机。给出了该发电机的设计方案和计算步骤,分析了高温环境对涡轮发电机的影响及采取的措施,并对其导轮及涡轮型式对发电量的影响做了分析。通过试验研究... 详细信息

针对现有井下发电机功率小、耐高温性能差的问题,设计了一种混合励磁井下涡轮发电机。给出了该发电机的设计方案和计算步骤,分析了高温环境对涡轮发电机的影响及采取的措施,并对其导轮及涡轮型式对发电量的影响做了分析。通过试验研究了高温、高压、钻井泵排量与涡轮发电机性能的关系。结果表明,高压对发电机输出功率无影响,效率随温度的升高而明显下降,在实验室条件下,发电机功率能够满足系统供电要求。

关键词：随钻测量混合励磁井下涡轮发电机导轮涡轮

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井下涡轮发电机水力性能测试平台设计

湖北工业大学学报 2013年第5期28卷 42-44页

作者：孟凡贺董树伟中国地质大学工程学院

通过对井下涡轮发电机的基本结构和工作原理的理论分析,确定井下涡轮发电机的主要性能参数,以及提高发电机输出性能的主要方法,针对性地设计了一套井下涡轮发电机水力性能测试平台,并对测控系统进行了测试.结果表明,测控系统能够实时采... 详细信息

通过对井下涡轮发电机的基本结构和工作原理的理论分析,确定井下涡轮发电机的主要性能参数,以及提高发电机输出性能的主要方法,针对性地设计了一套井下涡轮发电机水力性能测试平台,并对测控系统进行了测试.结果表明,测控系统能够实时采集和处理数据,并能进行电子调节阀的比例控制.

关键词：井下涡轮发电机水力性能测试平台组态软件

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井下外磁转子式涡轮发电机设计与试验研究

石油钻探技术 2015年第6期43卷 114-119页

作者：陈威中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东青岛266580 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院山东东营257017

为了满足自动垂直钻井系统涡轮发电机寿命及功率需求,采用理论计算方法和仿真分析方法确定井下外磁转子式涡轮发电机电气参数,建立仿真分析模型,进行电磁场、场路耦合以及温度场分析,对发电机电磁特性、损耗以及温度变化进行数值模拟。... 详细信息

为了满足自动垂直钻井系统涡轮发电机寿命及功率需求,采用理论计算方法和仿真分析方法确定井下外磁转子式涡轮发电机电气参数,建立仿真分析模型,进行电磁场、场路耦合以及温度场分析,对发电机电磁特性、损耗以及温度变化进行数值模拟。理论计算和数值模拟结果表明,发电机输出功率达到设计额定功率800 W,在额定转速下的最大功率输出时定子稳态温升23℃。利用现场试验对理论计算与仿真数据以及发电机寿命进行验证,试验结果为额定转速下最大输出功率1 000 W,稳态定子温升20.5℃,仿真与试验数据基本吻合,发电机运行320h后仍能正常工作。研究表明,井下外磁转子式涡轮发电机功率输出性能达到设计目标,可以为井下各类仪器设备用电源提供技术保障。

关键词：自动垂直钻井系统井下涡轮发电机电磁场温度场

基于叶片载荷的涡轮发电机叶片反问题优化设计研究

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农业机械学报 2023年第S2期54卷 192-198页

作者：权辉孙军张晓泽王国震闫保永瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400039 兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039

针对传统水力设计难以满足井下涡轮发电机的性能要求,提出了一种以叶片载荷为设计变量,输出功率为目标函数的反问题优化设计方法。基于井下涡轮发电机叶片载荷分布规律,采用“三段式”对其进行参数化,依据初始模型叶片载荷分布形式,对N... 详细信息

针对传统水力设计难以满足井下涡轮发电机的性能要求,提出了一种以叶片载荷为设计变量,输出功率为目标函数的反问题优化设计方法。基于井下涡轮发电机叶片载荷分布规律,采用“三段式”对其进行参数化,依据初始模型叶片载荷分布形式,对NC处载荷进行线性增减,每次变化为0.2倍,设计6种不同叶片载荷分布方案,采用反问题方法设计叶轮模型,计算6种方案的输出功率,得出最高输出功率为方案Ⅱ,值为118.867 W,初始模型输出功率为93.2796 W,最低为方案Ⅳ,输出功率为80.77 W;其中方案Ⅱ的前加载点处载荷相较于初始模型增加0.2倍;对叶片载荷进行分析,得出了井下涡轮发电机输出功率随前加载点处载荷先增加后减小。基于叶片载荷与性能之间的关系以及本文所设计的叶片优化模型,经过不断计算迭代得到了适用于井下涡轮发电机高性能的目标叶片载荷分布方案,目标叶片载荷前加载点处的载荷相较于初始模型增加0.28倍;依据该方案进行反问题设计,对目标叶片载荷与模拟载荷进行比较,二者较为接近;经过数值计算得到同等条件下,经过叶片载荷分布反问题设计模型的输出功率为129.8 W,相较于前6种方案中最高输出功率增长10.933 W,提升9.26%;叶片压力最高值的位置处于前加载点附近,前加载点一直处于高压区,证明了基于叶片载荷分布对井下涡轮发电机的反问题优化设计方法和理论的可行性。

关键词：井下涡轮发电机叶片载荷反问题设计方法优化算法数值模拟

油气井下大功率涡轮永磁发电机特性研究与结构改进

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油气井下大功率涡轮永磁发电机特性研究与结构改进

作者：李怡珍西安石油大学

学位级别：硕士

随着油气勘探开发技术的不断进步,钻井技术与钻井装备正朝着自动化、集成化、智能化、信息化的方向发展。相应地,井下仪器对供电的要求越来越高,使得涡轮永磁发电机逐渐成为井下仪器的主要供电方式之一。然而,井下涡轮永磁发电机存在着... 详细信息

随着油气勘探开发技术的不断进步,钻井技术与钻井装备正朝着自动化、集成化、智能化、信息化的方向发展。相应地,井下仪器对供电的要求越来越高,使得涡轮永磁发电机逐渐成为井下仪器的主要供电方式之一。然而,井下涡轮永磁发电机存在着高温影响永磁材料的磁性能、钻井液过流冲蚀易造成线圈失效、狭小空间限制下的大功率需求等技术问题。对此,本文采用理论分析、模型仿真与实验研究相结合的研究方法,对井下涡轮永磁发电机进行特性研究及结构改进设计,主要工作内容及阶段性成果如下:1、分析了井下高温工作环境对井下涡轮发电机所用永磁体的要求,考察并对比分析了几种不同永磁材料在高温环境下的性能,优选了适合井下使用的永磁材料类型及牌号,以期在井下高温环境下,为涡轮电机提供稳定且高密度的磁动势源。2、针对钻井液流体冲蚀易导致井下涡轮永磁发电机线圈失效的问题,提出了在定子线圈外添加金属保护套筒的结构改进措施。通过建立添加保护套筒后的等效磁路模型,分析了保护套筒对电机磁路的影响,推导得到了套筒材料的磁导率和套筒厚度对电机输出性能的影响规律。按照工程设计指标及强度要求,确定了保护套筒的材料和厚度。电机磁路计算表明,添加厚度为1mm的无磁不锈钢保护套筒时,电机的输出电压将降低14.1%。3、建立了井下涡轮永磁发电机的二维仿真模型,采用数值仿真方法,以提高电机的功率密度为优化目标,对永磁体厚度、极弧系数、转子内径、电机长度等参数进行了优化设计,进而确定了满足空间限制要求的大功率涡轮永磁发电机电磁设计参数。数值验算表明,优化后的电机功率密度可提高31.1%。4、完成了井下涡轮永磁发电机定子和转子的设计、加工和装配,制成了试验用样机并开展了拖动实验测试。测试实验验证了电机结构改进及参数优化设计的可行性和合理性。本文的研究成果可为研制井下大功率涡轮永磁发电机提供理论参考和设计依据。

关键词：井下涡轮发电机冲蚀保护磁路模型电磁场仿真

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井下电磁阻尼发电机及其控制系统研究

井下电磁阻尼发电机及其控制系统研究

作者：聂宇航北京工业大学

学位级别：硕士

在石油钻探工业领域,井下电子测量总成和旋转导向系统由于实际使用需求的不断提高,因此需要不断改进功能、增加配套的传感器和控制执行机构。而井下电子测量总成和旋转导向系统在使用过程中需要持续供给电力以维持正常运行。传统上会采... 详细信息

在石油钻探工业领域,井下电子测量总成和旋转导向系统由于实际使用需求的不断提高,因此需要不断改进功能、增加配套的传感器和控制执行机构。而井下电子测量总成和旋转导向系统在使用过程中需要持续供给电力以维持正常运行。传统上会采用锂电池为上述设备供电,但是这种方式的输出电功率较小、不耐高温还可能有爆炸的隐患。现有的涡轮发电机也存在因泥浆流速及用电负载变化使发电机输出功率不稳定,损毁设备的问题,且现有的调压方式在实际使用中效果不够好。针对目前泥浆发电机存在的问题,本课题提出一种新型的井下电磁阻尼发电机结构及其控制系统。本文主要研究内容有:第1章绪论部分主要概述了井下涡轮发电机在石油钻井领域的应用前景,与传统锂电池供电相比的优势,介绍了目前国内外各个机构研发的井下涡轮发电机的研究现状以及双凸极电涡流缓速器目前的研究成果,分析了将双凸极电涡流缓速器作为电磁阻尼器与井下涡轮发电机结合的研究意义与可行性。第2章详细介绍了井下电磁阻尼发电机中的电磁阻尼器的结构,并且针对有关电磁学基本原理和涡流制动相关原理理论也进行了介绍。之后,通过等效磁路法对电磁阻尼器的简化模型进行理论分析,探讨影响制动力矩的因素。之后分析了永磁同步发电机中永磁体两种不同布置形式的优缺点,并具体结合井下电磁阻尼发电机说明其结构设计及基本原理。最后依照井下电磁阻尼发电机总体控制方案,分析了整体控制方案的设计思路及控制方案中各个部件的基本工作原理,并对所用到的Modbus-RTU通讯协议进行了介绍。第3章按照井下电磁阻尼发电机的使用需求确定了技术指标,拟定设计流程,确定了井下电磁阻尼发电机的结构方案。根据设计指标和给定数据,初步确定电磁阻尼器和永磁同步发电机的部分设计参数,同时根据井下电磁阻尼发电机的三维结构模型详细说明其工作原理。第4章本章分别针对电磁阻尼器和永磁同步发电机进行参数化设计。对电磁阻尼器部分进行有限元分析,研究了影响电磁阻尼器性能的主要参数。对于永磁同步发电机部分,使用ANSYS Maxwell建立有限元仿真模型并得出仿真结果。之后与Simplorer仿真模块联合仿真,即可得到永磁同步发电机输出直流电压和电流的模拟数值,验证了永磁同步发电机计算尺寸参数的合理性。第5章主要介绍了基于LabVIEW软件的数据采集测控系统和样机试验所用到的实验台架设计方案及样机台架试验结果。首先使用相关软件设计基于LabVIEW软件的数据采集测控系统,之后根据试验大纲确定试验台架设计方案并完成试验台架的搭建。与数据采集测控系统联合调试无误后针对井下电磁阻尼发电机样机进行台架试验,通过试验验证了井下电磁阻尼发电机及其控制系统的可行性。最后对全文进行总结,并对本文研究的疏漏以及后续发展方向提出了建议。

关键词：井下涡轮发电机电磁阻尼器有限元分析控制系统台架试验

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旋转导向钻井系统关键技术研究与实钻试验

中国海上油气 2012年第3期24卷 52-53,57页

作者：吴超菅志军郭云尚捷中海油田服务股份有限公司

为了加快我国海上油气藏开发的步伐,降低勘探开发成本,中海油田服务股份有限公司成功研制了一套旋转导向钻井系统。文中主要对该系统中的关键技术,如导向机构、井下涡轮发电机、地面指令下传装置的组成与工作原理进行了论述,并对其实钻... 详细信息

为了加快我国海上油气藏开发的步伐,降低勘探开发成本,中海油田服务股份有限公司成功研制了一套旋转导向钻井系统。文中主要对该系统中的关键技术,如导向机构、井下涡轮发电机、地面指令下传装置的组成与工作原理进行了论述,并对其实钻试验作了简要介绍。

关键词：旋转导向钻井系统导向机构井下涡轮发电机地面指令下传装置实钻试验

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井下水动力涡轮的应用现状

机械研究与应用 2011年第5期24卷 171-173页

作者：徐斌云冯进蒋清风李东海邓曦江龙卜永波长江大学湖北荆州434023

随着钻井工艺的发展和钻井技术的进步,井下水动力涡轮应用在涡轮钻具、井下涡轮发电机、井下水力增压等钻井领域的应用效果显著,尤其是在涡轮钻具应用上。概括了近年来井下水动力涡轮的应用现状及其应用领域的研究成果,对我国涡轮钻井... 详细信息

随着钻井工艺的发展和钻井技术的进步,井下水动力涡轮应用在涡轮钻具、井下涡轮发电机、井下水力增压等钻井领域的应用效果显著,尤其是在涡轮钻具应用上。概括了近年来井下水动力涡轮的应用现状及其应用领域的研究成果,对我国涡轮钻井技术的应用现状进行分析,提出应加大涡轮钻具开发力度、加快井下涡轮发电机的研发工作,同时加强对井下增压装置技术科研攻关等以满足不同的涡轮钻井技术的需要。

关键词：涡轮钻具井下涡轮发电机高压水射流井下水力增压应用