煤矿井下涡轮发电机设计与试验分析
泥浆涡轮发电机用叶轮设计及性能分析
85中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2018.04 （下）3个阶段的优化后，在满足刚度、强度和工艺性能要求的前提下，无人机机身重量比均匀铺层优化设计方案减少了50%，轻量化效果明显，证明此非均匀铺层优化设计方法对基于铺层的复合材料复杂结构铺层优化设计是有效的。
参考文献：[1]李威，郭权锋.碳纤维复合材料在航天领域的应用[J].中国光学，2011，(03):201-212.[2]王钰栋.HyperWorks 复合材料CAE 仿真建模、分析与优化[J]. 航空制造技术，2013，(15):103-106.随着钻采技术的发展，井下控制机构趋于精细化、复杂化，相应其耗电量也不断加大，进而要求井下供电电源能够长时间可靠工作，从而为系统提供持续稳定的电能。
目前，井下供电电源主要有2类，即锂电池组和泥浆涡轮发电机。
锂电池组受自身特性限制，耐温能力差，使用寿命短，应用成本高，且存在环境污染隐患。
与之对应，泥浆涡轮发电机利用泥浆发电并完成测量数据传输，可长时间为系统提供稳定可靠的电力，工作寿命长，从而可传输更多参数，代表井下钻采技术的发展趋势。
泥浆涡轮发电机利用泥浆驱动叶轮叶片旋转，带动发电机工作。
作为能量转化的核心部件，叶轮的尺寸和几何形状对泥浆涡轮发电机的性能有决定性影响。
基于此，开展泥浆涡轮发电机用叶轮性能研究具有十分重要的现实意义。
1 叶轮理论1.1 叶轮配置利用轴流式叶片泵叶片的设计方法，选择叶轮的结构配置方式如图1所示，定轮和动轮配合使用，由定轮调整泥浆流向使之产生预旋，为动轮叶片进口提供所需的周向速度。
同时通过调整动轮角度，可保证泥浆涡轮发电机满足各种不同泥浆排量需求，从而适应多种井下地质环境。
装配定轮及动轮的泥浆涡轮发电机如图2所示。
图2 泥浆涡轮发电机1.2 叶片形式选择叶轮按叶片形式大致可分为直叶片和扭叶片2种。
直叶片形式叶轮径向叶高小，适合于钻铤空间较小的场合，强度特性好，增加叶片可以明显提高叶轮水力效率，减小单个叶片受力，延长叶轮寿命，但精密加工复杂。
井下水动力轴流涡轮设计与试验研究
井下水动力轴流涡轮设计与试验研究
冯进;张慢来;张先勇
【期刊名称】《石油矿场机械》
【年(卷),期】2010(039)012
【摘要】通过井下水动力涡轮的设计和试验,发现流道中线决定涡轮设计工况的液流平均流动,而不是沿叶片骨线进口结构角方向.指出传统平面叶栅轴流涡轮设计方法存在的局限性,并提出了最高效率点的平均液流进口方向沿流道中线进口结构角方向的观点,从而较好地解释了理论设计的机械性能与实际机械性能存在差异的原因.根据该观点,建议在涡轮叶栅叶型造型设计时,应检查流道中线在前、后缘额线处的切线,保证与设计液流方向基本相同,以提高涡轮设计的正确性和质量.对其他同类型的涡轮机械设计具有参考价值.
【总页数】3页(P51-53)
【作者】冯进;张慢来;张先勇
【作者单位】长江大学,机械工程学院,湖北,荆州,434023;长江大学,机械工程学院,湖北,荆州,434023;长江大学,机械工程学院,湖北,荆州,434023
【正文语种】中文
【中图分类】TE927
【相关文献】
1.高压多级氢涡轮泵转子动力学设计与试验研究 [J], 夏德新
2.轴流式动力涡轮绝热效率特性的测试方法研究 [J], 霍学敏;姚素娟;王振彪;阎瑞
乾;辛鸿;梁玉明
3.低速降压涡轮配合空心轴流量调节的试验研究 [J], 颜廷俊;孙殿雨
4.小型轴流式管路液力涡轮的试验研究 [J], 焦磊;吴大转;王乐勤
5.轴流式涡轮增压器涡轮叶片的优化设计 [J], 侯乃先;李立州;岳珠峰
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涡轮机械与发电设备设计与分析
涡轮机械与发电设备设计与分析导语：随着科技的不断发展，涡轮机械与发电设备的设计与分析在能源行业中扮演着至关重要的角色。
从可再生能源到传统能源，这些设备的设计和优化对于提高能源利用效率和减少环境污染具有重要意义。
本文将深入探讨涡轮机械与发电设备设计与分析的相关内容，从工作原理到设计优化进行全方位的分析。
一、涡轮机械的工作原理涡轮机械是一种将流体能量转化为机械能的关键设备。
其工作原理基于流体在叶轮上产生动量守恒和能量转换的原理。
在热力学方面，涡轮机械制备的焓降使得燃料的热能转化为机械能，从而推动发电设备的运行。
涡轮机械包括汽轮机、水轮机和风轮机等，它们在能量转换中发挥着重要的作用。
二、涡轮机械的设计要素涡轮机械的设计过程涉及多个要素，包括叶片形状、叶片数量、转子直径等。
其中，叶片是最关键的元素之一。
在设计叶片时，需要考虑流体动能转化的效率、叶轮的负荷能力以及流体的压缩能力。
此外，叶片数量和转子直径也对设备的性能和效率有重要影响。
通过优化设计这些要素，可以提高涡轮机械的性能和效率，进而提高发电设备的能源利用效率。
三、发电设备的设计与分析发电设备是现代社会能源供应的关键组成部分。
从传统的火力发电到可再生能源的风力发电、水力发电等，不同类型的发电设备在设计和分析方面都面临着各自的挑战。
在设计过程中，需要考虑设备的安全性、稳定性以及效率。
通过应用现代的计算方法和仿真技术，可以对设备的性能进行精确分析，并针对不同的应用场景进行设计。
此外，对于发电设备的材料选择和维护保养也是至关重要的，这些因素直接影响设备的寿命和有效运行。
四、涡轮机械与发电设备的优化在设计和分析过程中，涡轮机械与发电设备的优化是一个不断推进的过程。
通过细化叶片形状、优化叶片布局和增加热能转化效率等措施，可以提高设备的性能和效率。
此外，采用先进的材料和制造工艺，可以降低设备的能量损耗和维护成本。
通过综合考虑涡轮机械与发电设备的不同要素，并利用现代工程技术手段，可以实现设备的最佳设计与运行状态。
混合励磁式井下涡轮发电机涡轮参数研究
表 ２ 涡轮结构优化结果
涡轮参数
优化前
优化后
叶片数 进 口 角（°） 出 口 角（°） 圆弧半径 Ｒ（ｍｍ）
奇数
１５
５￣３５
３３
３０￣６０
３５
３０￣８０
３０
２ 涡轮发电机地面水力实验与结果 ２．１ 实验系统简介
流 体 进 口 速 度 ５ｍ／ｓ， 出 口 压 力 ０．３５ＭＰａ， 涡 轮 转 速 ｎ＝１２８０ｒ／ｍｉｎ。环境压力为 ０．１ＭＰａ，温度 ２０℃。流道之间采 用 Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ 间隔。以 Ｘ 轴为旋转轴的旋转坐标系。
采用基于速度 － 压力耦合修正的 ＳＩＭＰＬＥ 算法、选择 适 用 于 不 可 压 缩 流 场 紊 流 计 算 的 分 离 式 求 解 器 求 解 ，将 雷 诺 时 均 Ｎ－ Ｓ 方 程 与 标 准 ｋ－ ｅ 模 型 联 合 作 为 湍 流 求 解 的 控制方程，插值离散方 式 采 用 精 度 较 高 的 二 阶 迎 风 格 式 ， 流道壁面用无滑移壁面条件，采用标准壁面函数确定壁 面附近流动。根据表 １ 中数据完成涡轮、导轮及对应流道 模型的建立。对叶轮尖角进行圆滑处理避免应力集中。 １．１ 涡轮叶片数目确定
ＨＥ Ｘｉａｏｈｏｎｇ （ＱｕＺｈｏｕ ＴＶ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｑｕｚｈｏｕ ３２４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ ：Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ｍｏｔｏｒ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｄｒｉｖｅｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ， ｗｉｄｅ ｓｐｅｅｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ． Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ １２０° ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｗａｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ｍｏｔｏｒ， ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ ｉｓ ｃｌｅａｒｎｅｓｓ， ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｃａｎ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ｍｏｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｃｔｕａｌ ｍｏｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｕｓｅｆｕｌ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｔｏｒｑｕｅ ｒｉｐｐｌｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｗｅａｋ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ｍｏｔｏｒ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｔｉｍｅ， ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｄｅｂｕｇ ｗｉｌｌ ｂｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ｍｏｔｏｒ， ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｗａｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ， ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｏｎ
井下涡轮式发电机水力性能研究
（ 长江大学 机械工程学 院， 湖北 荆州 ４４２） ３０３
摘 要： Ｃ Ｄ 利用 Ｆ 方法 对一种井下涡轮发电机 的内流场作 了较详细的三维紊流数值模拟 ， 出丰富的 内部 流场信息 。 分析 叶轮 得 着重 结构对流场的影响情况 ， 同时在此基础上计算 出该发电机主要 的外性能曲线 ， 为井下涡轮发 电机的性能预测和结构改进提供 有力的依据 。
维普资讯
Ｖ０ ９ Ｎｏ６ ｌ１ ２ ｏ —２ ｏ ６ １
机械研究与应用
ＭＥ ＨＡ Ｃ Ｓ ＡＲＣ ＆ ＡＰ Ｕ Ｃ Ｉ Ｎ Ｃ ＮＩ ＡＬ ＲＥ Ｅ Ｈ Ｐ ＡＴ Ｏ
第１ ９卷 第 ６ 期 ２０ ０６年 ｌ ２月
井 下涡 轮 式发 电机 水 力性 能研 究
Ａｂ ｔａ ｔ ｈｓｔｘ ａｒｅ ｎｔｅｄ ｔｉ ｏ ｕａｉｎｓｍｕａ ｏ ｏ ｅｉｔｍ ａ ｏ ｅｄ ｏ ｎ ｅ —ｗ ｌ ｔｒｉｅｇ ｎ ｒｔｒ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｉ ｅ ｔｃｒｉｄ ｏ ｈ ｅａｌ ｃ ｍｐ ｔｔ ｉ ｌｆ ｎｆｒｔ ｅ ｌｆ ｗ ｆ ｌ ｆｕ ｄ ｒ ｅｌ ｕｂｎ ｅ ｅａｏ ｄ ｅ ｏ ｉ ｈ ｎ ｌ ｉ ｂ ｅｍｅｈ ｄ ｏ Ｄ．ａ ｄ ｇ ｔ ｂ ｎ ａ ｔｎｅ ａ ｏ ｅｄ ｉｆｒ ｔ ｎ ｈ ， ｅｓｍｕａｉｎ．ｔｅｔｘ ｍｐ ａｉｅ ｏａ ａ ｙｔ ｔｏ ｆ ｈ ＣＦ ｎ ｏ ｕ ｄ ｔｒ ｌ ｗ ｆ ｌ ｎｏｍａ ｏ ．Ｔ ￣ ｈ ｔ ｉ ｌｔ ａ ｎ ｉ ｎ ｆ ｉ ｌ ｉ ｈ ｏ ｈ ｅ ｔ ｅ ｈ ｓｚｄｔ ｎ － ｌｚ ｅｉｆ ｅ ｃ ｆｔｅｂａ ｅａｒｅｔｅｔ ｅｉｔｒａ ｏ ｅｄ．ａ ｄｔｅ ｏ ｅｍａｎ ｐ ｒ ｒ ｎ ｃ ｕ ｖｓｏ ｅｇｎ ｒｔｒ ｙｅｔ ｌ ｎ ｅｏ ｌｄ ｔ ｔｒ ｏｔ ｅｎ ｌｆ ｗ ｆ ｌ ｎ ｎｇ ｔ ｉ ｅ ｏｍａ ｅＣ ｒｅ ｆｔ ｅ ｅａｏ． ｈ ｎ ｕ ｈ ｕ ｌ ｈ ｎ ｌ ｉ ｈ ｈ ｔ ｆ ｈ Ａｌｔｅ ｅｐｏｉｅ ｅｃｎ ｎ ｉｇｂ ｓｓｆｒｔｅｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｒｄｃ ｏ ｄ ｔｅ ｓ ｕ ｔｒ ｍｐｏ ｅ ｎ ｄ ｒ—ｗ ｌ ｔｒ ｉｅ ｌ ｈ ｓ ｒｖｄ ｄ ｔ ｏ ｖ ｃｎ ａ ｉ ｏ ｅ ｏ ｈ ｉ ｈ ｆ ｍ ｎｅ ｐｅ ｉｔ ｎ ａ ｈ ｔ ｃｕｅｉ ｒｖ ｍｅ ｔｏ ｕ ｅ ｉ ｎ ｒ ｆ ｎ ｅｌ ｕｂｎ
井下随钻测量涡轮发电机的设计工作分析
井下随钻测量涡轮发电机的设计工作分析1. 引言井下随钻测量涡轮发电机是一种用于地下石油开采过程中的设备，通过测量和监测井下的涡轮发电机的工作状态，提供重要的数据支持和反馈，以优化井下生产环境和提高产量效益。
本文将对井下随钻测量涡轮发电机的设计工作进行分析。
2. 设计目标井下随钻测量涡轮发电机的设计目标主要包括以下几个方面： - 测量和监测涡轮发电机的转速、温度、压力等参数； - 实时传输数据至地面并进行处理分析； - 提供故障诊断和预测功能； - 适应复杂的井下环境，具备防护和抗干扰能力。
3. 设计方案3.1 传感器选择为了测量和监测涡轮发电机的各项参数，需要选择合适的传感器。
在井下环境中，要考虑到高温、高压和腐蚀等因素对传感器的影响。
因此，需要选择能够在极端环境下正常工作的传感器，如高温传感器、压力传感器和温度传感器等。
3.2 数据传输与处理井下随钻测量涡轮发电机的数据需要实时传输至地面，并进行处理和分析。
传输方式可以选择有线或者无线传输，具体根据工作环境和传输距离来决定。
地面设备可以通过数据采集系统和软件进行数据的接收和处理，提供实时的工作状态监测和故障诊断功能。
3.3 防护和抗干扰设计由于井下环境复杂且存在较强的电磁干扰，井下随钻测量涡轮发电机需要具备良好的防护和抗干扰能力。
可以采取屏蔽措施、选择适合的电缆材料和连接器，并进行严格的测试和验证，确保设备能够正常工作并保持稳定的数据传输和处理。
4. 设计优势井下随钻测量涡轮发电机的设计具有以下优势： - 实时监测和测量涡轮发电机的工作状态，提供及时的数据反馈和分析支持，帮助提高生产效益； - 提供故障诊断和预测功能，减少设备故障并提高设备运行可靠性； - 适应复杂的井下环境，具备较强的抗干扰和防护能力； - 数据传输和处理快速准确，实现实时监测和数据分析。
5. 结论井下随钻测量涡轮发电机的设计工作分析，帮助我们了解了井下随钻测量涡轮发电机的设计目标、设计方案、设计优势等方面的内容。
井下涡轮发电机水力性能测试平台设计
在钻 井过 程 中 ， 为 了实 时 获取 井 底 信息 并 实 现 井 眼轨道 控制 ， 多种 井下智 能仪 器被 采用 ， 其 中典 型 代 表是 随钻测 量 、 随钻测井 和 导 向钻 进系统 ， 这些 系 统 工作 时需要 持 续 的 电 源供 给． 目前 其 供 电方 式 主 要 有 电池 组 、 井 下涡 轮发 电机 以及 两 者联 合使 用 ． 电
效率 ， 且 易受 温度 限制＿ 】 ］ ． 井 下 涡轮 发 电机 优 点是 功 率大、 耐 温高 ； 缺点 是 输 出 电能 不 稳 ， 须 用稳 压 器 调
节， 且一旦 零件 损坏 就会 导致 断 电故 障 ， 维 护有一 定
难度 ． 井 下智能 仪 器 总 的发 展 趋 势是 集 测 量 与 控 制
１ ２
１ １
ｌ Ｏ
９ ８
７
１ 一 涡轮 ； ２ 一密 封 圈 ； ３ 一外壳 ； ４ 一永 磁 体 ； ５ 一轴 承 ； ６ 一涡轮 ； ７ 一毡圈 ； ８ 一Ｔ 型 套筒 ； ９ 一 密封 圈 ；
１ Ｏ 一线 圈 ； １ １ 心轴 ； １ ２ 轴 承 图 １ 井 下 涡 轮 发 电 机 结 构 示 意 图
池组 以高性能 锂 电池为 主 ， 优 点是结 构紧凑 ， 可靠 性
要 由涡 轮机构 和 发 电机 两 部 分 组 成． 图 １所 示 为 一
种旋 转磁 极式 涡轮 发 电机 结 构 示 意 图 ， 其工 作 原 理
是钻 井液 驱动 涡轮 （ 一 般一 个 或 两 个 ） 旋转 ， 涡 轮 又
提 高涡轮 发 电机 的能 量转 换 效 率 ， 是 一个 关 键 性 的 问题 ， 而改 善 涡轮发 电机 的水 力 学 性 能是 一 个 有 效 途径 ． 目前 开展 涡 轮 发 电机水 力性 能研 究 的方 法 主 要有 理论 流体力 学 、 计 算 流体 力 学 和 实验 流 体 力 学
井下随钻测量涡轮发电机的设计与工作特性分析
(4)
·
·
··
式中 : E0 为空载电动势 , V ; U 为端电压 , V ; I a = I d +
·
·
·
I q ,为相电流 , A ; I d 为直轴电流 , A ; I q 为交轴电流 ,
A ; r0
为电枢电阻 ,Ω;
·
Eaq
=
-
·
I q Xaq , 为电枢反应交轴
·
·
磁通产生的感应电动势 , V ; Ead = - I d Xad , 为电枢反
根据电枢电势相量图分析 , 感性和阻性负载下发
·
·
电机的内功率因数角 ( E0 与 I a 之间相角) 为
包括轴向速度系数～cz
、冲击度系数
ma
及环流系数
～
cu
。
对于井下 MWD 发电机的小尺寸涡轮 , 要求能在较低
排量下正常工作 ,并具有相对较高的功率和扭矩输出 。
考虑到 发 电 机 的 高 电 磁 负 荷 和 高 转 速 特 点 , MWD
涡轮设 计 应 遵 循 的 原 则 为
:
～
cz
=
01 7 ～ 1 ,
numerical simulation ; measurement while drilling technique
现代水平井钻进技术依赖于精确的轨道控制技 术 ,从最初的井眼几何控制发展到近年来的地质导向 钻井技 术 及 闭 环 钻 井 技 术[124 ] , 井 下 随 钻 测 量 技 术 (MWD) 也从钻井工艺参数的测量发展到与随钻测井 (L WD) 参数相结合 ,并促使井眼控制手段发生根本性 的变化 。随着 MWD 测量参数的增加和井下控制机 构的复杂化 ,油气井开采深度和水平段长度的增加 ,井 温的 进 一 步 升 高 及 MWD 井 下 工 作 时 间 的 延 长 , MWD 电力系统的容量和可靠性成为制约 MWD 系统
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詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪
煤矿井下涡轮发电机设计与试验分析
谭摇 超,李宗燎,王家成
( 三峡大学,宜昌 443002)
摘摇 要:设计了一种用于煤矿井下供电的外转子涡轮发电机。 在发电机外径尺寸约束下,通过电磁计算得到 了发电机参数和尺寸大小,对发电机进行电磁场仿真,得到发电机在额定转速为 2 000 r / min 时的磁通分布和输出 电压。 制作样机进行实验,实验数据与仿真结果基本相同,证明了所设计外转子发电机模型的合理性。 带载 20 赘 时涡轮发电机在额定转速下输出电压为 9. 5 V、输出功率为 13. 5 W,发电机输出波形稳定,趋于正弦波,可满足了 供电要求。
Key words:turbine generator, outer rotor, parameter design, COMSOL
0摇 引摇 言
由于具有在高温调节下能够稳定电能输出和使
用寿命较长等特点,涡轮发电机正成为随钻测井仪
摇 谭
器的主要电源[1-2] 。 在石油钻探方面,很多学者定的成果。 文
机 电机,通过对发电机的结构场、共轭耦合场和电磁场
设
计 的多物理场求解计算,得出了该结构电机能够有效
与 试
提高发电机的功率密度。 文献[5] 设计了一种自动
验 分
补偿式动密封的涡轮发电机,该电机同时运用磁耦
析 合传动结构,并对其进行了建模与仿真分析,发电机
在额定转速下,输出相电压可达到 50 V 左右,功率
Abstract: An external rotor turbine generator for underground power supply was designed. The parameters and dimen鄄 sions of the generator were obtained by electromagnetic calculation under the constraint of generator outer diameter. The e鄄 lectromagnetic field of the designed generator was simulated by COMSOL. The output voltage and flux distribution of the generator at rated speed of 2 000 r / min were obtained. The prototype was tested. The test results show that the test data were in good agreement with the simulation results, which verifies the rationality of the external rotor generator model. The output voltage of the turbogenerator at rated speed was 9. 5 V and the output power was 13. 5 W when the load was 20 赘. The out鄄 put waveform of the generator tends to sinusoidal wave smoothly,which can meet the requirements of power supply.
等 献[3]对涡轮发电机的关键部件涡轮进行设计、建
摇 煤
模和仿真,并根据结果得到了最佳的叶片数、叶片出
矿 口角度、中弧线圆弧半径大小及叶片进口角度等参
井
下 数,使得设计的涡轮模型水力性能达到最好,极大地
涡
轮 提高涡轮的输出功率。 文献[4] 提出了一种基于
发 电
Halbach 永磁体且采用磁耦合静密封方式的涡轮发
1摇 涡轮发电机整体结构及分析
传统涡轮发电机多采用磁耦合结构模式,利用 磁耦合结构可实现能量的无接触传递,能够有效保 护发电机定转子内部,使其不受钻井液的冲蚀。 然 而此类发电机结构复杂,需要极大的空间安装隔离 套及内外磁体,当负载突然变化时极易出现柔性谐 振和滑脱现象,可靠性较低[ 7-8 ] ,这些缺点使得传统
可高达千瓦。 王智明、郭云等人研究了一种混合的
励磁模式涡轮发电机,剖析了高温高压对发电机运
摇 32
收稿日期:2018 -08 -29
行的影响,经过实验验证,混合励磁构造下发电机输 出功率不受高压影响,但随着温度上升效率会 降低[6] 。
煤矿随钻测井与石油钻井的井口口径大小不 同,并且煤矿钻探过程中要考虑防爆等因素,因此用 于石油钻井的涡轮发电机不能直接用于煤矿之中。 本文根据煤矿钻井井口口径,设计了一种涡轮叶片 直径 70 mm、其他通径小于 55 mm 的外转子式新型 涡轮发电机,该新型电机可以克服了传统磁耦合发 电机极易发生滑脱及柔性谐振的缺点。 通过仿真模 型分析及实物带载试验验证,设计的发电机输出波 形谐波含量小且趋于正弦波,输出功率可满足供电 要求。
关键词:涡轮发电机;外转子;参数设计;COMSOL 软件 中图分类号:TM313摇 摇 文献标志码:A摇 摇 文章编号:1004-7018(2019)05-0032-04
Design and Test Analysis of Turbogenerator in Coal Mine
TAN Chao, LI Zong-liao, WANG Jia-cheng ( China Three Gorges University,Yichang 443002,China)
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D 摇詪詪摇
设计分析 esign and analysis
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摇 摇 2019 年第 47 卷第 5 期摇 摇