注水系统中的磁力传动器设计及优化

采用磁力传动器实现动力机械转矩无接触传递来解决动力传递的硬连接和动密封的泄漏问题，是近年来动力传递方式和动密封技术中取得的重要成果。为了有效解决油田现有增压注水设备中存在的高压动密封问题，将磁力传动技术应用于油田注水系统。介绍了应用电磁学理论进行磁力传动器设计的方法和磁场物理量与主要设计参数之间的内在联系，并利用ANSYS软件对磁力传动器的设计参数进行校验分析，为磁力传动器的优化设计提供了依据。     

动失水仪方形磁体耦合器的动态仿真

对用钐钴方形磁体组成耦合器进行了动态仿真研究。用有限元分析了由 6对磁极组成的动失水仪方形磁体耦合器所能传递的转矩与磁极角度差之间的关系 ,并建立了动态失水仪系统的调速模型。通过仿真模拟 ,得到了在未失速时和失速时耦合器的转矩、电动机和动失水仪转子的转速等随时间的变化关系。结果表明 ,在启动时电动机的转速和转子的转速是不同步的 ;失速和未失速两种情况下电动机的电枢电流有很大的区别 ,为自动检测动失水仪转子是否已经启动提供了方法     

动失水仪的矩形磁体磁耦合器设计

应用钐钻永磁材料可以解决动失水仪的动力传递问题。用市场上常见的矩形磁体组成耦合器,采用有限元方法分析了由4对磁极和6对磁极组成的耦合器在不同条件下所能传递的转矩,表明在可能的情况下,较多对数磁极不但能产生较大的转矩,而且可以使转矩平稳;减少磁极的间距也可增加耦合器的转矩。此外,在设计中应尽可能使磁耦合器最大力矩与动失水仪的阻力矩相匹配。通过有限元计算,可得出转矩与相对磁极角度差之间的关系,为进一步设计驱动和调速电路提供了依据。     

石油化工用磁力传动离心管道泵的设计与试验

石油化工用磁力传动离心管道泵是利用磁性原理实现无接触传动的新型全密封泵。当电动机带动永磁外转子旋转时,磁力线经隔离罩作用于泵轴上的永磁内转子,使泵与电动机同步旋转,实现无接触传动。泵轴上装配特殊结构的平衡盘,能自动平衡轴向力。轴承体处开有液流孔,将高压液体引入内磁钢体与隔离罩之间进行润滑和冷却。通过磁传动及泵主要过流尺寸的设计计算,开发出磁力传动离心管道泵系列产品。新型泵的试验情况表明,其磁传动部位温度及导轴承磨损均正常,但磁力传动泵效率比普通离心管道泵低８％～１５％。     

磁力泵泄漏原因分析和对策

磁力驱动泵是由电动机带动外磁转子旋转 ,在磁场的作用下使内磁转子同步转动 ,见图 1。内磁转子通过泵轴和叶轮连在一起 ,电动机就通过内外磁转子足够的磁吸力的作用带动叶轮一起旋转 ,达到输送液体的目的 ,而内外转子之间并不接触。为了达到使输送介质不产生泄漏的目的 ,在内外转子之间装有隔离套 ,输送的液体被封闭在隔离套内 ,解决了普通机泵的机械密封的泄漏问题 ,也就是说磁力泵把动密封转化成了静密封 ,所以说磁力泵是一种无泄漏泵。磁力泵驱动原理见图1。由于它采用了静密封 ,能做到完全无泄漏 ,因而其应用的领域越来越广 ,越来越受…     

抽油机用永磁磁力耦合器试验研究

针对抽油机用永磁磁力耦合器开展了有限元仿真和试验分析,建立了三维有限元仿真模型,进行了永磁磁力耦合器的传动性能仿真研究,获得了传递转矩与间隙、转速差之间的关系;建立了永磁磁力耦合器试验平台,对永磁磁力耦合器实物样机进行试验研究,验证了有限元仿真的可行性,同时验证了永磁磁力耦合器在抽油机上使用的可行性。     

泥浆发电机用磁力传动机构的性能实验研究

磁力传动技术应用在泥浆发电机上能避免高速轴承等关键零部件被钻井液磨损冲蚀,提高使用寿命。为了研究泥浆发电机用磁力传动机构的性能,利用磁力传动性能测试实验台,对磁力传动机构进行了静态和动态性能实验,获得了不同的性能参数,并结合理论计算和有限元仿真进行了对比分析。分析表明,磁转矩随静态转角的变化为正弦曲线,最大磁转矩随耦合长度的增加呈线性增长,理论值、仿真值和实验值基本一致。磁力传动机构的启动转矩大于工作转矩,转速从100 r/ min 增大到 1 500 r/ min 时,驱动端的转矩增加了2~ 3 N·m,隔离套的涡流损耗增大,传动效率下降。该实验结果可为磁力传动机构在泥浆发电机上的工程化应用提供指导。     

动失水仪系统调速模型的动态仿真

用有限元法分析了由六对磁极组成的耦合器在不同角度差时所能传递的转矩。将分析结果拟合成曲线。并建立了动态失水仪系统的调速模型。通过仿真模拟，得到了在未失速时和失速时耦合器的转矩、电机和动失水仪转子的转速等随时间的变化关系。结果表明。在启动时电机的转速和转子的转速是不同步的；失速和未失速两种情况下电机的电枢电流有很大的区别。为自动检测转子是否已经启动提供了方法。     

动失水仪扇形磁体磁耦合器设计

应用钐钴永磁材料可以解决动失水仪的动力传递问题。介绍用扇形磁体组成耦合器，用有限元分析由6对磁极组成的耦合器在不同条件下所能传递的转矩，用磁极间距作为耦合器的特征量将各种形状的耦舍器进行无因次化，并做出相应的图表，最后给出利用这些图表进行磁耦舍器设计计算的方法。     

磁力耦合式传动产生涡流热损耗输出功率的研究

1概论磁力耦合式传动其突出优点是不存在动密封的泄漏,达到无泄漏,不泄漏物料,不污染环境。磁力耦合式传动用在反应釜上,由于不存在动密封的泄漏,实现高压、超高压、高真空、高转速和高温下的无泄漏操作,不污染环境。对于易燃、易爆、剧毒和贵重介质尤为适用。可在化工、石油化工、煤化工、生物化工和制药等行业的反应釜上广泛应用。但是大功率磁力耦合器传动会产生很大的涡流而损耗传输功率,故此对其进行研究提高功率很有必要,影响产生涡流损耗传输功率原因主要是:(1)径向及轴向非紧密排列磁路;(2)隔套材质;(3)不同隔套材料的影响比例;(4)…     

螺杆马达与提速工具失效机理及动力学分析

基于实际作业工况,建立了螺杆马达定转子和复合冲击器提速工具动力学特性的有限元分析模型,对其服役期间的动力学失效机理进行了研究,得到了螺杆马达和提速工具的动力学强度薄弱环节,并对其进行了参数敏感性分析。结果表明:螺杆马达应力集中处位于定子橡胶衬套齿根处,随着定转子装配过盈量和井底温度增加,螺杆马达失效风险增大; 复合冲击器强度薄弱点位于外筒螺纹底部退刀槽和齿根凹键处; 复合冲击器外筒的疲劳损伤主要取决于转矩的变化情况,钻压和转矩的波动都会对复合冲击器凹键处的疲劳损伤产生较大影响。     

磁力驱动密封装置在钻井液动态试验中的应用

简要地介绍磁力驱动密封装置的结构、工作原理、传动力矩计算及高压金属隔套选材要求。采用隔离平衡的方法,解决了在满罐导磁试验介质的条件下,磁力驱动密封装置的应用问题。试验证明,磁力驱动钻井液动态试验仪性能良好。     

液力—磁耦合传动岩屑清洁装置的磁扭矩数值优化

钻井过程中水平井段岩屑携带困难、易形成岩屑床,因而研发了一种新型液力—磁耦合传动岩屑清洁工具,但对其磁扭矩传动影响机制、最佳磁路结构及磁铁配置等尚不清楚。为此,应用有限元数值模拟方法分析了磁路结构和永磁铁几何尺寸对磁扭矩的影响规律,数值模拟和室内实验的结果表明:(1)通过提高气隙磁通密度,降低磁路磁阻,增加静磁能的储积等方式可以提高磁扭矩的传递效率;(2)磁扭矩随磁偶对数的增加呈先增大后减小的趋势,12对磁偶的磁扭矩达到最大值;(3)对工具有效断面磁铁覆盖面积和磁体厚度这两种因素制约下的磁铁用量的耦合,得到永磁铁厚度为8.4 mm、工具有效断面上磁铁覆盖面积为71%时,单位体积磁铁产生的磁扭矩为最高;(4)室内实验结果与数值模拟计算结果绝对误差小于17%,能够满足工程计算对精度的要求。结论认为,所建立的数值模拟模型较为合理,可作为该工具结构优化分析的技术手段。     

自动垂直钻井工具用涡轮发电机磁力驱动器设计

自动垂直钻井工具测试与控制功能的耗能由井下涡轮发电机提供。为了解决井下涡轮发电机适应泥浆工作环境的问题,将动密封补偿式保护技术和磁力驱动技术结合,取得了增加动密封可靠性、提高高速轴承使用寿命、改善发电机效率、避免发电机线圈和磁钢体直接被泥浆冲蚀的良好效果。该涡轮发电机的设计不仅包括发电机本身性能参数、结构参数设计,还包括磁力驱动器和动密封补偿式保护组件中的补偿弹簧等相关参数设计。给出了井下涡轮发电机磁力驱动器的设计方法,同时也对动密封补偿式保护器的弹簧设计进行了讨论。     

自动垂直钻具井下流场特性研究

自动垂直钻井系统在工作中,导向活套与钻杆要有一个相对转速。导向活套在与钻杆连接轴承的摩擦转矩的作用下而随钻杆转动,而井下返程泥浆在通过活套时也会产生阻碍活套转动的反向扭矩,该反向扭矩是保证活套与钻杆存在相对转速的一个关键因素。利用FLUENT软件包对活套井下泥浆流场进行建模仿真,揭示了泥浆通过活套时的流动特性。计算结果表明泥浆对活套的反向扭矩取决于泥浆的流量、活套转速等多种因素,且只要钻杆转速超过平衡钻杆与活套的摩擦转矩的临界转速,该反向扭矩就可以使活套与钻杆间产生相应的转速差。     

尾管钻井技术研究与试验

尾管钻井技术属于套管钻井的一种类型,具有降低钻井成本、减少井下事故的优点,尤其对存在井壁坍塌等复杂异常情况的深井具有重要意义。实现了在送入工具与悬挂器之间设计了传扭机构、在送入工具(中心管)内设计了一个以衬套为核心的联动开关、在完钻后尾管固井时使用的实心塞和尾管悬挂器内置的空心塞上设计了"棘爪簧片防退"机构、在尾管悬挂器与技术套管间设计了"橡胶"和"金属"双级密封机构等项技术创新,解决了尾管悬挂器及附件必须具有钻井功能、尾管钻井所配钻头必须满足深井硬地层和低钻压条件的要求、尾管悬挂器必须满足"下得去、挂得准、挂得住、脱得开、封得住、提得出"的技术要求、满足尾管与技术套管的环空密封性能的要求、浮箍可承受钻井过程中的长时间冲蚀且能防止固井后水泥浆倒灌等关键技术,实现了先坐挂、再解脱,最后旋转固井的设计思想,成功地完成了地面模拟试验,顺利地通过了同时具有CMA(中国计量认证)和CNAS(中国合格评定国家认可委员会)资格的检测机构所进行的全面行业性能检测,具备了尾管钻井最大钻深能力达到4500m、尾管长度达到200m的能力。     

气体螺杆钻具输出性能研究

气体螺杆钻具作为气体钻定向井和水平井的新型井下动力钻具,在使用过程中常常遇到启动难、扭矩不足等问题。输出性能的分析对其结构参数和钻井参数的选择有着重要的作用,应该考虑井下压力对气体螺杆钻具输出性能的影响。文中将气体螺杆简化为一个环形圆筒的等效模型,求出其当量直径,并结合一维可压缩流体的流动特性,求得井下螺杆的压降,进一步得到螺杆转速、扭矩等输出特性。研究结果为提高气体钻井中螺杆钻具的工作效率提供了理论依据。