井下涡轮永磁发电机设计及其有限元分析

2017-06-07冯进董斌陈斌

长江大学学报(自科版) 2017年9期

关键词：发电机有限元设计

冯进，董斌，陈斌

(长江大学机械工程学院，湖北荆州 434023)

井下涡轮永磁发电机设计及其有限元分析

冯进，董斌，陈斌

(长江大学机械工程学院，湖北荆州 434023)

为满足现代钻井供电的长时间和大功率要求，采用理论计算和有限元分析相结合的方法设计了一种涡轮驱动的井下永磁发电机。发电机在额定转速2500r/min时，输出相电压有效值为48.6V，功率1026W，最高转速4050r/min,输出相电压为82.3V。采用Ansoft Maxwell软件对发电机进行电磁场分析，确定了发电机负载特性，利用Ansoft Maxwell软件和Workbench软件联合进行发电机的热力学分析，确定了稳态最大温升为21.99℃。该设计对井下仪器供电有重要意义。

涡轮永磁发电机;电磁场分析;热力学分析

随着钻井技术发展，集测量、传输和控制于一体的井下智能仪器在钻井过程发挥的作用越来越大，对电量要求也越来越大[1]。传统的高温锂电池供电有诸多弊端：输出功率较小，不能满足仪器大功率用电要求；电量有限，更换频繁，停钻增加钻井费用；使用条件有限，目前只能低于160℃井下工作；易泄露，造成井下污染[2]。井下涡轮永磁发电机可有效解决锂电池诸多弊端，理论使用时间无限。国外产品连续使用时间已达500h以上，维修时只需要更换少数易损件(如轴承)，可重复使用，提供电功率较大，耐高温，已在MWD/LWD(随钻测量系统/随钻测井系统)、自动垂直钻井系统及旋转导向系统中得到了广泛的应用。因此，研究井下涡轮永磁发电机具有重要的意义。