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1、随着油田开采的要求不断提高，传统游梁式采油系统已经难以适应油田开采 中后期复杂的井况。并由于潜油螺杆泵在低转速才可以有效的工作，而由异步电 机驱动的潜油螺杆泵采油系统因电机转速较高，难以适应高粘度油和高含砂油等 复杂井况。所以，研究低转速、大扭矩、高效节能的潜油螺杆泵永磁同步电机势 在必行。潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机是一种立式的悬垂电机，它采用定、转 子分段的细长结构，各段定子铁心之间用隔磁段铜片隔开，各段转子之间用扶正 滑动轴承支撑，由于转子空间有限，永磁体内嵌于转子中，定、转子间装有润滑 油。木文根据潜油螺杆泵专用稀土永磁电机的特殊结构特点，并根据己知参数： 频率，额定功率，额定电压
2、，额定转速，手算了电机参数。其次，利用MATLAB 程序，充分发挥计算机快速准确的特点，指导电机设计方案的优化。然后，使用 AUTOCAD软件进行绘图，画出定转子冲片。即釆用36槽10极结构，定子绕组为分数槽绕组。由于此种电机的主要尺寸 比范围较大，定子内径不易确定，本文参照类似等级的永磁电机定转子尺寸计算 方法，确定主要尺寸。设计中分析了潜油螺杆泵用永磁电机的结构特点，及单段 电机与整体电机之间的机械和电磁关系。确定电机电磁方案后利用ANSOFT建立 电机的儿何模型，对电机进行磁场分布的计算与仿真，得出了气隙磁密、反电势 等波形。通过设计该永磁电机，熟悉了调速永磁同步电机电磁计算程序。并与传
3、统电 机和比较，认识到了潜油螺杆泵用永磁电机的优点。更进一步说明永磁电机在潜 油螺杆泵的应用应该得到进一步的研究。关键词：永磁电动机，螺杆泵，MATLAB, ANSOFTAbstractWith the constant deepening of oil exploitation, the conventional beam pumping system has been difficult to adapt to the complex well conditions of the latter oil exploitation. And because its low speed of s
4、crew pump can be effective in the work,but the submersible screw pump system driven by induction motor has high speed, so it is difficult to adapt to the oil with high viscosity and sand.Submersible screw pump permanent magnet synchronous motor is a vertical hanging motor It uses segmented and slend
5、er structure for the stators and rotors.The stators are separated by magnetic isolation sections of copper，the rotors are supported by centralizer bearing, because of the rotor space is limited, permanent magnet embedded in the body of the rotor，and the lubricating oil is filled between the stators
6、and rotors.In this paper，according to its special rare earth permanent magnet motor screw pump of the special structure characteristics, and according to the known parameters: the frequency, the power rating, rated voltage, the rated speed,i calculated overall structure design scheme motor by hand.S
7、econdly,by using MATLAB, taking full advantage of the characteristics of computer,that is,quick and accurate,guide motor design scheme optimization. Then，using AUTOCAD software drawing，draw the stator and rotor plate.The Prototype has ten poles and thirty-six stators lots and adopts fractional windi
8、ng slot.Stator inner diameter dimension of the motor is difficult to define because the range of slenderness ratio is very large.This paper refers to similar levels of permanent magnet motor stator size calculation method, confirming the main dimensions.In the design of screw pump，it analyzes the st
9、ructure characteristics of a permanent magnet motor，and single period of motor and integral motor of machinery and electromagnetic relations between them.After getting motor overall structural program,the computer simulation results,such as wave shape of air-gap magnetic field and wave shape of no l
10、oad back electromotive force are shown by ANSOFT according to its model.Through the design of the permanent magnet motor,i am familiar with the permanent magnet synchronous motor speed electromagnetic computing.Compared with the traditional motor, i have acknowledged the advantages of screw pump per
11、manent magnet motor.Therefore,permanent magnet motor in its application of screw pump should be further researched.Key words: Permanent magnet motor, Screw pump，MATLAB,ANSOFT摘 要错误!未定义书签。Abstract错误!未定义书签。第一章绪论11.1潜油螺杆泵的研究背景、S的及意义1.2国内潜油螺杆泵专用永磁电机的发展现状与趋势1.3木课题的研究内容第二章潜油螺杆泵用永磁电机的结构与设计特点2.1潜油螺杆泵用永磁电机的结构
12、特点2.1.1潸油螺杆泵用永磁电机的基本结构2.1.2潜油螺杆泵用永磁电机的结构特点2.1.3潜油螺杆泵采油原理2.2潜油螺杆泵用永磁电机的设计特点2.2.1整体与单段电机的关系2.2.2主要尺寸与参数、性能的关系第三章潜汕螺杆泵用永磁电机设计3.1电磁负荷的确定3.2主要尺寸的确定3.3电枢长度的确定3.4气隙的确定3.5定子的设计3.5.1定子冲片的特点3.5.2定子绕组的特点3.6永磁材料的选择与放置方式3.6.1永磁材料的选择3.6.2永磁体尺寸的设计3.6.3永磁体的放置方式3.7木章小结第四章基于Ansoft软件对潜油螺杆泵用永磁电机的仿真4.1Ansoft工程软件简介4. 2An
13、soft软件对电机仿真过程组仑A 献:致谢第一章 绪论1.1潜油螺杆泵的研究背景、目的及意义我国的油田大部分为低能、低产油，不像W外的油田拥有很强的自喷能力， 其不需要靠注水来压油出井。在我国，以水换油、以电换油是目前的现实，在我 国的石油开采成本中，耗电费用占了极大的比例。所以，石汕行业十分重视节约 电能，节省电耗就是直接降低石油的开采成本1。机械采油作为常规的人工举升开采方式，由于其技术成熟便于掌握、工作性 能可靠、适应性强，因而在当今世界各国油田生产中占有举足轻重的地位。特别 是油田开发的后期，机械采油已成为油田主要的人工举升开采方式。0前世界上 主要采用抽油机和潜油螺杆泵作为机械采油的
14、主要举升设备。在目前机械釆油方式当中，使用较多的是有杆泵采油系统。随着石油工业的 发展，现有杆泵采油系统己经逐渐不适用于那些高含砂井、稠油井、重负荷井等。 而潜油螺杆泵是一种井下大排量举升石油的无杆采油设备，是油田一种重要的机 械采油设备1。我W采用的潜油螺杆泵举升石油的实践证明，潸油螺杆泵具有结 构简单、效率高、抽油量大、维护保养简单方便、占地面积小、容易实现自动控 制等特点，己经成为我国油田稳产、高产和获得更好经济效益的采油设备2。目 前，我国各油田在用潜油螺杆泵数量已超过万台，根据技术发展预测，今后还会 更加广泛地采用潜油螺杆泵举升石油。利用潜油螺杆泵采油可以实现石油高产， 例如大庆油田
15、，到1988年底为止，潜油螺杆泵采油井数占总井数的16%,而采 油量占总数的37.2%。胜利油田潜油螺杆泵采油井数占7%,而采油量占总数的 20.9%。1989年，我国潜油螺杆泵采汕井数占全国总汕井数的10%,但是采汕量 占全国石油总产量的25%以上。这说明尽管我国潜油螺杆泵井不多，但是石油产 量占全W的四分之一 36。在M外也同样如此：其潜油螺杆泵采油系统的效率已达42%,潜油螺杆泵适 应温度可达150摄氏度，应用潜油螺杆泵开采的油井数约片总油井数的25%，而 产量却达总产量的50%以上。阁1. 1为螺杆泵外观。阁1.1螺杆泵外观对于复杂断块油田来说，油水井的对应连通性差，部分潜油螺杆泵井出
16、现供 液不足，影响到潜油螺杆泵的正常生产及井下机组运转寿命。为了延长电泵井的 检泵周期，保证电泵井的正常生产，需要降低螺杆泵电动机的转速，对泵的排量 进行调节，使潜油螺杆泵的工作特性和油井的产能相匹配、电泵机组在最佳工作 区内工作，达到减少机械及电气故障、延长电泵井寿命、增产及节能的效果 7-10。由以上可得知，作为一种重要的采油手段，潜油螺杆泵的的地位己经不可小 觑，而作为其主要组成部分一一潜油螺杆泵电动机，它是潜油螺杆泵采油装置中 保障机组正常运转的关键，也是油田主要的耗能设备之一。其性能直接影响潜油 螺杆泵乃至电泵井的质量和寿命，同时影响到原油产量及各项采油成本。在目前的潸油螺杆泵电机中主耍有两种：潸油螺杆泵专用稀土永磁同步电动 机与异步潜油螺杆泵电动机。在性能上潜油螺杆泵专用
