井下发电机涡轮设计、动力模拟与性能试验 被引量：14

1

作者 吕官云 孙峰 +1 位作者 冯进 张先勇 《石油机械》 北大核心 2011年第7期25-29,6,共5页

为了缩短涡轮研制周期,降低研制费用,在涡轮机械一元流理论基础上进行叶栅叶型设计,借助计算机辅助叶片造型,运用CFD软件对井下涡轮进行了全三维模型数值模拟和力学性能预测。模拟结果与试验结果对比表明,在涡轮转速低于1 000 r/min时... 为了缩短涡轮研制周期,降低研制费用,在涡轮机械一元流理论基础上进行叶栅叶型设计,借助计算机辅助叶片造型,运用CFD软件对井下涡轮进行了全三维模型数值模拟和力学性能预测。模拟结果与试验结果对比表明,在涡轮转速低于1 000 r/min时相同转速下实测扭矩小于模拟扭矩,而高于1 000 r/min后相同转速下实测扭矩大于模拟扭矩,但两者相差不大;压降变化趋势基本相同,低转速下模拟压降稍小于实测压降;涡轮空转转速实测值稍高于模拟值。最后指出,一元流理论同计算辅助叶片造型相结合,通过合理调整相关参数满足流道、叶片型线和喉部折转角的检验要求,可以达到理论设计的预期结果。 展开更多

关键词 井下发电机 轴流涡轮 叶栅设计 叶片造型 CFD模拟 性能试验

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小直径井下发电机涡轮叶片仿真研究 被引量：3

2

作者 衣照秋 《机械研究与应用》 2013年第4期72-74,共3页

采用计算流体动力学分析软件FLUENT对小直径井下涡轮发电机的涡轮叶片叶型进行了流体动力学分析,得到其定转子内部的流场分布。将仿真得到的入口压力与理论计算所得的设计压力降做对比,验证了简化后的二维叶型仿真的可行性。分析结果表... 采用计算流体动力学分析软件FLUENT对小直径井下涡轮发电机的涡轮叶片叶型进行了流体动力学分析,得到其定转子内部的流场分布。将仿真得到的入口压力与理论计算所得的设计压力降做对比,验证了简化后的二维叶型仿真的可行性。分析结果表明,转子叶片吸力面的弯曲程度过大将造成脱流,并且适当增大转子叶片出口角,可减少其尾缘出现涡的可能,提高涡轮叶片的水利效率。根据仿真结果对该叶型进行优化。 展开更多

关键词 涡轮 仿真 流体动力学 井下发电机

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井下涡轮发电机叶片结构参数匹配分析

3

作者 席文奎 贾超 +1 位作者 孙东鑫 王科强 《机电工程技术》 2023年第2期90-92,129,共4页

针对小井眼钻井技术井下仪器稳定的供电需求,设计了一款磁耦合式井下涡轮发电机。同时对涡导轮叶片结构参数进行了设计。为提高涡轮发电机的工作性能,对涡轮发电机涡导轮叶片结构参数进行研究设计优化。采用数值模拟分析方法,建立基本... 针对小井眼钻井技术井下仪器稳定的供电需求,设计了一款磁耦合式井下涡轮发电机。同时对涡导轮叶片结构参数进行了设计。为提高涡轮发电机的工作性能,对涡轮发电机涡导轮叶片结构参数进行研究设计优化。采用数值模拟分析方法,建立基本模型结构参数和流域划分模型。在转速2000 r/min、流速15 L/s情况下,通过单因素模拟实验,对叶片的单一参数进行了提取分析;通过响应曲面法基于Box-Behnken设计试验,对涡导轮叶片参数进行优化。研究分析表明:在转速和流量一定的情况下,通过单因素以及响应曲面法得到的叶片结构参数组合,其效率明显改善。 展开更多

关键词 井下发电机 涡导轮 单因素实验 响应曲面法 参数优化

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基于正交实验的井下直线发电机设计与分析

4

作者 钟功祥 申伟 +2 位作者 雷鹏燕 宋华 钟升级 《西南石油大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期154-162,共9页

针对现有井下电能供应方式发电功率低的缺点,结合直线发电的优点,提出了一种新型圆筒型井下直线感应发电方案,该发电机利用抽油杆和油管之间相对运动的方式,产生感应电流。首先,根据现有电机学原理,完成对圆筒型永磁直线发电机的结构设... 针对现有井下电能供应方式发电功率低的缺点,结合直线发电的优点,提出了一种新型圆筒型井下直线感应发电方案,该发电机利用抽油杆和油管之间相对运动的方式,产生感应电流。首先,根据现有电机学原理,完成对圆筒型永磁直线发电机的结构设计,然后,利用Ansoft Maxwell对圆筒型永磁直线发电机的空载磁通量密度、空载感应电动势、阻性负载以及实际密封不严情况下的发电性能进行分析,验证了发电机设计的正确性;最后,利用正交实验的优化方法,以畸变率和发电量为优化目标,对关键结构参数进行了优化。结果表明,该发电机谐波畸变率低、发电功率大,不论在空载时还是负载时都有很好的稳定性,能够有效解决现有井下发电机发电效率低、性能不稳定的问题。 展开更多

关键词 井下发电机 自动供电 发电性能分析 正交实验 优化设计

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气体钻井发电机涡轮设计与性能试验

5

作者 王磊 窦修荣 +2 位作者 滕鑫淼 刘珂 范锦辉 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2023年第6期94-99,共6页

近年,电磁波和微波随钻测量传输技术被应用于气体钻井井眼轨迹的测量与控制,但由于电池供电功率较低,无法满足大于3000 m井深的随钻测控需求,井下发电机技术可有效提高传输功率,只是气体密度低且可压缩,涡轮和导轮构成的常规组件无法驱... 近年,电磁波和微波随钻测量传输技术被应用于气体钻井井眼轨迹的测量与控制,但由于电池供电功率较低,无法满足大于3000 m井深的随钻测控需求,井下发电机技术可有效提高传输功率,只是气体密度低且可压缩,涡轮和导轮构成的常规组件无法驱动井下发电机正常运转。文章在研究了二维流场中涡轮叶片的速度矢量三角形基础上,结合气体钻井工况分析了涡轮的输出转速、扭矩关系,提出借助行星轮机构提高涡轮输出抗扭特性的设计思路,设计出适用于气体钻井的井下发电机驱动涡轮,使发电机在负载改变时依然可维持稳定输出,并运用计算流体动力学软件(CFD)对涡轮进行全三维流场仿真模拟,通过测试装置验证了发电机的输出效果。结果表明:发电机稳态输出功率可达500 W,满足气体钻井随钻测量传输电磁波和微波传输的大功率需求。 展开更多

关键词 气体钻井 井下发电机 涡轮 行星轮机构 抗扭特性

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一种井下直线发电机的设计及仿真分析

6

作者 雷鹏燕 《科技与创新》 2023年第14期176-178,共3页

针对现在井下智能石油监测系统用电的需要,结合直线发电的优点,设计了一种新型的圆筒型直线发电机。该发电机根据电机学原理,充分考虑了井下的实际工况,利用抽油杆与油管的有规律的相对运动,使安装在油管上的线圈切割安装在抽油杆上的... 针对现在井下智能石油监测系统用电的需要,结合直线发电的优点,设计了一种新型的圆筒型直线发电机。该发电机根据电机学原理,充分考虑了井下的实际工况,利用抽油杆与油管的有规律的相对运动,使安装在油管上的线圈切割安装在抽油杆上的永磁体,从而形成稳定的感应电流,综合考量完成井下发电机的结构设计。利用ANSOFT MAXWELL对圆筒型永磁发电机进行电动势分析,验证了发电机设计的正确性。为了验证本设计主要承力结构的力学性能,通过对ABAQUS软件进行二次开发,对结构中的危险部分进行力学分析,验证了整体装配体疲劳强度满足设计要求。 展开更多

关键词 井下发电机 发电性能分析 力学性能 疲劳强度分析

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旋转导向井下发电机涡轮设计及性能测试

7

作者 吉玲 张冠祺 +2 位作者 刘俊英 杨恒灿 胡娜娜 《现代制造技术与装备》 2023年第3期15-18,共4页

为满足井下紧凑的空间和特殊的叶片设计需求,对涡轮发电系统中的关键部件涡轮进行优化和性能预测。涡轮叶片采用一元流理论进行叶栅设计,借助参数化造型建模方法、运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件对井下涡轮进... 为满足井下紧凑的空间和特殊的叶片设计需求,对涡轮发电系统中的关键部件涡轮进行优化和性能预测。涡轮叶片采用一元流理论进行叶栅设计,借助参数化造型建模方法、运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件对井下涡轮进行全三维粘性流场数值分析和性能预测。实验表明涡轮转速范围在2 000~5 000 r·min^(-1),排量范围在600~850 L·min^(-1),功率大于500 W,满足设计要求。 展开更多

关键词 井下发电机 旋转导向 性能预测

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具有井下自发电及自传感功能的随钻测量新方法研究——以用于振动测量的井下摩擦纳米发电机为例 被引量：1

8

作者 吴川 杨朔 +3 位作者 樊辰星 周清 文国军 刘彬 《钻探工程》 2021年第4期47-53,共7页

现有随钻测量系统的供电方式均有各自的适用条件,因此有必要探索新型的井下供电方式作为对现有方式的补充,或联合现有供电方式共同使用。摩擦纳米发电机源于接触起电及静电感应现象(即生活中常见的静电),具有发电机和传感器的双重功能... 现有随钻测量系统的供电方式均有各自的适用条件,因此有必要探索新型的井下供电方式作为对现有方式的补充,或联合现有供电方式共同使用。摩擦纳米发电机源于接触起电及静电感应现象(即生活中常见的静电),具有发电机和传感器的双重功能。基于此,本文将摩擦纳米发电机原理引入地质勘探领域,提出了一种可用于井下自供电(也叫自发电)及自传感的随钻测量新方法,并以自供电式井下振动传感器的研制为例对该方法进行阐述,同时通过大量的试验验证了传感器的高信噪比及良好的发电特性,且进一步通过280℃范围内的高温测试表明了基于该方法具有研制超高温井下传感器及超高温井下实时发电机的优势。还指出了下一步的重点研究方向及其解决途径。 展开更多

关键词 随钻测量系统 自传感功能 自供电 摩擦纳米发电机 振动传感器 超高温井下传感器 超高温井下发电机

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基于Fluent的油井井下发电机叶轮的仿真设计 被引量：2

9

作者 关武 樊军 董平 《机械工程与自动化》 2011年第3期19-21,共3页

叶轮是叶片式机械中直接进行能量转换的部件,是叶片式流体机械的心脏,合理的叶片形状对叶轮的水力性能、空蚀性能、工作稳定性能及适应井下工作状况的能力有着直接的影响。根据石油井下特殊情况,引入了发电叶轮的设计模型,生成3种不同... 叶轮是叶片式机械中直接进行能量转换的部件,是叶片式流体机械的心脏,合理的叶片形状对叶轮的水力性能、空蚀性能、工作稳定性能及适应井下工作状况的能力有着直接的影响。根据石油井下特殊情况,引入了发电叶轮的设计模型,生成3种不同叶形的叶轮,并利用F luent软件对3种叶轮进行对比分析,获得水力性能最优的叶轮。 展开更多

关键词 井下发电机叶轮 FLUENT 湍流模型 仿真设计

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旋转导向钻井系统关键技术研究与实钻试验 被引量：28

10

作者 吴超 菅志军 +1 位作者 郭云 尚捷 《中国海上油气》 CAS 北大核心 2012年第3期52-53,57,共3页

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... 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。 展开更多

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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混合励磁井下涡轮发电机设计及试验研究 被引量：10

11

作者 王智明 郭云 尚捷 《石油机械》 北大核心 2011年第7期8-10,14,共4页

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... 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。 展开更多

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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井下外磁转子式涡轮发电机设计与试验研究 被引量：7

12

作者 陈威 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期114-119,共6页

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。... 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。 展开更多

关键词 自动垂直钻井系统 井下涡轮发电机 电磁场 温度场

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井下涡轮发电机轴系减振阻尼器设计与分析

13

作者 姚本春 张仕民 +3 位作者 谈建平 张金泽 田朕 范进朝 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期186-193,共8页

提出一种新型阻尼器以减小基础激励下发电机的轴承力,该阻尼器由周向油膜的挤压效应与端面节流流道的节流效应协同产生阻尼,端面节流流道采用特斯拉阀结构,具有一定单向导通性,既可产生正向阻尼,又可减小油液反流阻力,缓解油膜空化问题... 提出一种新型阻尼器以减小基础激励下发电机的轴承力,该阻尼器由周向油膜的挤压效应与端面节流流道的节流效应协同产生阻尼,端面节流流道采用特斯拉阀结构,具有一定单向导通性,既可产生正向阻尼,又可减小油液反流阻力,缓解油膜空化问题;采用内置密封储油腔,整体结构紧凑。对阻尼器结构进行设计,采用数值方法研究阻尼特性及减振性能。结果表明:阻尼系数总体上具有一定非线性,但在低速低频区具有良好的线性度;阻尼器显著减小基础摆动产生的惯性载荷,与未安装阻尼器的对照组相比,径向轴承力下降至53.51%,支撑刚性下降至0.038倍,轴系径向振动位移和速度增长至14.63倍,但二者之积仍小于1,说明支撑刚性下降导致的轴系振动位移增长趋势被抑制,轴系得以有效减振。 展开更多

关键词 阻尼器 特斯拉阀 单向导通性 减振 井下涡轮发电机

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井下涡轮发电机水力性能测试平台设计 被引量：2

14

作者 孟凡贺 董树伟 《湖北工业大学学报》 2013年第5期42-44,共3页

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... 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. 展开更多

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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井下水动力涡轮的应用现状 被引量：1

15

作者 徐斌云 冯进 +4 位作者 蒋清风 李东海 邓曦 江龙 卜永波 《机械研究与应用》 2011年第5期171-173,共3页

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... 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。 展开更多

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

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基于叶片载荷的涡轮发电机叶片反问题优化设计研究

16

作者 权辉 孙军 +2 位作者 张晓泽 王国震 闫保永 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S02期192-198,共7页

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... 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。 展开更多

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

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浅析井下涡轮发电机的功能特性

17

作者 郝志岩 庞武 项紫银 《魅力中国》 2014年第13期227-227,212,共2页

国外水平井的随钻测井设备普遍采用井下涡轮发电机供电，节能环保。可以提供稳定的电流，而且寿命长，避免了电池耗尽的状况。本文主要介绍井下涡轮发电机的运用背景、井下涡轮发电机的主要结构、国内外发展状况以及发展前景。最后指出... 国外水平井的随钻测井设备普遍采用井下涡轮发电机供电，节能环保。可以提供稳定的电流，而且寿命长，避免了电池耗尽的状况。本文主要介绍井下涡轮发电机的运用背景、井下涡轮发电机的主要结构、国内外发展状况以及发展前景。最后指出，井下涡轮发电机在国内运用不成熟，打破国外技术垄断。是机械创新的目的。对于国家钻井技术的发展有着巨大的推进作用。 展开更多

关键词 随钻测井 井下涡轮发电机 水平井 节能高效

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井下涡轮式发电机叶片间距对性能的影响 被引量：7

18

作者 许朝辉 肖云峰 孟波 《石油机械》 北大核心 2009年第12期57-58,88,共3页

为了研究不同导叶涡轮间距对井下涡轮式发电机的质量流量、效率、转矩和输出功率等的影响,并找出导叶涡轮间距与井下涡轮式发电机性能的关系,采用数值模拟技术,应用流体动力学分析方法,对井下涡轮式发电机涡轮的叶轮部分,以及3种不同叶... 为了研究不同导叶涡轮间距对井下涡轮式发电机的质量流量、效率、转矩和输出功率等的影响,并找出导叶涡轮间距与井下涡轮式发电机性能的关系,采用数值模拟技术,应用流体动力学分析方法,对井下涡轮式发电机涡轮的叶轮部分,以及3种不同叶片间距分别进行建模、网格划分、计算求解和分析,指出现有设计的缺陷,提出改型设计的指导意见。数值模拟计算结果表明,为了改善该工况时井下涡轮发电机的性能,可以适当缩小涡轮导叶间距,并对模型的叶型做一定的修改。 展开更多

关键词 井下涡轮式发电机 叶片间距 CFD 性能参数

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