潛油電機的發(fā)熱與散熱分析

2004年12月勝利油田師范專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報Dec.2004第18卷第4期Journal of Shengli Oilfield Teachers CollegeVol 18 No4潛油電機的發(fā)熱與散熱分析周瑞華(勝利石油管理局無(wú)桿采油泵公司山東東營(yíng)257079)[摘要]潛油電杌作為潛油電泵機組的重要部件之一,在井底正常工作時(shí)的發(fā)熱與散熱是彩響耐溫性能高低的主要因素。經(jīng)過(guò)對電機的發(fā)熱損耗、電機型號及耐溫等級的選擇分析,得出結論,降低損耗可有效提高效率和控制溫升;選用適當的電機型號,可使電機正常工作時(shí)溫升保持在一定的范圍內,有利于電機的長(cháng)期運行;選用高一耐溫等級的潛油電機用于低等級的井中,增大電機的溫升限度,可增加電機運行的可靠性,并能廷長(cháng)其運轉壽[關(guān)鍵詞]潛油電機;發(fā)熱;散熱;損耗;溫升[中圖分類(lèi)號]TE355.5[文獻標識碼]A[文章編號]1008-3022(2004)040093-02引言上述潛油電機中的總損耗可記為∑=pen+pe2+p潛油電機作為一種特殊用途的電機,一般工作在1000~+△pm+pnd3000m深度的油井中,對其有耐溫、耐壓、耐腐蝕的性能要當潛油電機驅動(dòng)離心泵運轉時(shí),定轉子間的功率和損耗求。對于某一耐溫等級的電機其允許的溫升是有一定限度關(guān)系可用下面的能量損耗流程圖表示(如圖1)的。電機在井下工作時(shí),勢必會(huì )產(chǎn)生一定的熱量引起電機發(fā)熱,而井液由離心泵排出時(shí),又會(huì )帶走熱量使電機散熱,不致使電機溫升超過(guò)一定的限度,否則就會(huì )因溫升過(guò)高而燒毀電電網(wǎng)負載2發(fā)熱和溫升分析同普通地面電機一樣,潛油電機屬于三相感應籠形電機,其工作原理是經(jīng)電磁感應由磁場(chǎng)進(jìn)行能量的轉換,在能量轉換的過(guò)程中,電機本身消耗一部分功率,這部分功率就圖1能量損耗流程圖所謂的損耗。由于損耗的存在,一方面使電機的效率降低;P1-輸入功率,定子繞組從電網(wǎng)吸收的電功率另一方面,這些損耗轉變成熱能,使電機發(fā)熱、溫度升高。P-電磁功率,通過(guò)氣隙磁場(chǎng)傳遞到轉子方的功率。下面對電機的損耗做一簡(jiǎn)要分析P-機械功率,轉子方去掉轉子銅耗后的功率1)導體中電流產(chǎn)生的損耗稱(chēng)為鋼耗,它分為定子鋼耗P2一輸出功率,機械功率去掉機械損耗和附加損耗后的pca:和轉子銅耗po2,它和定、轉子繞組的電阻及流過(guò)的電流功率大小成正比潛油電機運行時(shí)就必然產(chǎn)生上述五種損耗,損耗轉化為2)鐵心中交變磁通產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗稱(chēng)為鐵熱能,引起電機的發(fā)熱和溫升。熱量從發(fā)熱體內部由傳導作耗pr它分為定子鐵耗和轉子鐵耗,由于正常運轉時(shí)轉子頻用傳到部件表面,并使電機各部分的溫度升高,當電機溫度率低,轉子鐵耗很小,通常忽略不計;鐵耗與鐵心的材料、磁高于環(huán)境溫度后,便通過(guò)電機殼向井液散發(fā)熱量。當電機產(chǎn)通密度、電流的交變頻率有關(guān)生的熱量等于電機吸收的熱量與散發(fā)的熱量之和時(shí),電機的3)轉子總成與止推軸承、扶正軸承電機油之間的摩擦溫度不再上升而達到某一穩定數值,此時(shí)的電機溫度與井液損耗稱(chēng)為機械損耗△p,它和摩擦副的表面粗糙度以及電溫度之差稱(chēng)為溫升,顯然溫升的大小是由發(fā)熱的多少和散熱機油的粘度有關(guān)。的快慢二者共同決定的4)由于齒槽存在,由諧波、漏磁等因素而引起的額外損潛油電機中使用的各種絕緣材料都有最高允許工作溫耗稱(chēng)為附加損耗p它和繞組的分布型式、定轉子電流引起度[2唐范圍內可長(cháng)期伸用,若超過(guò)最高允許工作溫的漏磁場(chǎng)有關(guān)度中國煤化工氣性能、機械性能、化學(xué)性[收稿日期]2004-07—26CNMHG[作者簡(jiǎn)介]周瑞華(1967—),女,四川渠縣人,勝利石油管理局無(wú)桿采油泵公司工程師第18卷勝利油田師范專(zhuān)科學(xué)校學(xué)2004年第4期能破壞,使用壽命迅速縮短,嚴重時(shí)被燒毀,造成電機的損進(jìn)入離心泵,由泵舉升井液至地面,從而帶走電機所產(chǎn)生的壞。電機的絕緣等級是由它采用的絕緣材料中耐熱等級最低熱量。當潛油電機欠載運行或因故障而使電機空載時(shí),就會(huì )的材料決定的,國家標準規定了電機的五級絕緣等級,見(jiàn)下因熱量散發(fā)不出去而導致電機燒毀。下面對減少電機的發(fā)熱和加快散熱作探討。絕緣等級1)降低潛油電機的各種損耗Pca、poa2、P、△pas、ps定轉子銅耗主要與導體中的電流和電阻有關(guān)系,其中與電流最高允許溫度(℃)105120130155180的平方成正比。在電機設計時(shí)采用高電壓低電流技術(shù),可有理論和實(shí)踐證明,若工作溫度每超過(guò)A級絕緣極限溫度·效地降低電機銅耗;鐵耗主要與鐵心中的磁通密度、硅鋼片8℃(B級10℃,F級12C,H級14℃),絕緣材料的使用壽命的厚度和性能有關(guān),采用優(yōu)化設計的方法,選擇合適比例的就要縮短一半,這將嚴重影響整個(gè)電機的使用壽命。電磁負荷,提高硅鋼片的沖疊工藝水平,可有效地降低鐵耗;電機不同部件的結構材料熱導率相差很大,且電機中有通過(guò)提高零部件的加工精度和整機的裝配質(zhì)量,減少摩擦系多個(gè)熱源,如繞組、鐵心,故實(shí)際電機的發(fā)熱過(guò)程是很復雜數降低機械損耗;采用近槽配合減少氣隙磁場(chǎng)的諧波含量的。為簡(jiǎn)化分析并近似研究發(fā)熱規律和最后的溫升,作如下選用合適的槽形減少漏磁的含量,來(lái)降低機械損耗和附加損假設:耗)潛油電機長(cháng)期運行,負載不變,總損耗不變2)增大散熱面積,在油井套管允許的情況下,選用大直2)潛油電機本身為均質(zhì)等溫體徑電機。對于功率一定的電機,其損耗也基本不變,選用大直3)井液環(huán)境溫度不變。徑潛油電機,可增大電機殼與井液的接觸面積,有利于電機根據上述假定,當時(shí)間t=0時(shí),溫升τ=0,可得電機的的散熱溫升與時(shí)間的函數關(guān)系式和變化曲線(xiàn)如圖2所示:3)采用護罩電泵[p76),從井口注入冷水,降低井液溫度。對于高溫油井,為加快電機的散熱可以采用護罩電泵,從井口注入冷水,降低井液溫度,從而改善電機的工作環(huán)境,另一方面,由于在電機殼外加了一層護罩,縮小了電機外徑與套管之間的環(huán)空面積,增大了井液的流速,這兩方面共同作用大大加快了電機的散熱,有效地降低了電機的溫升。1結論1)電機的發(fā)熱是由損耗引起的,它是決定電機效率高低的主要因素,降低損耗可有效地提高效率和控制溫升。2)發(fā)熱和散熱是影響潛油電機溫升的兩個(gè)因素,電的發(fā)熱是其運行時(shí)必然產(chǎn)生的能量轉換形式,散熱是為降低圖2均質(zhì)等溫體的溫升曲線(xiàn)電機的溫升,因此,根據井底的散熱環(huán)境選用適當的電機型-穩態(tài)溫升,熱穩定情況下,電機溫度不再升高時(shí)的溫號,使電機正常工作時(shí)溫升保持在一定的范圍內,有利于電升機的長(cháng)期運行T一發(fā)熱時(shí)間常數,發(fā)熱量全部用來(lái)加熱電機,無(wú)散熱時(shí)3)可選用高一耐溫等級的潛油電機用于低等級油井達到穩態(tài)溫升所需的時(shí)間中,增大電機的溫升限度,這可以增加電機運行的可靠性,延3散熱分析長(cháng)其運轉壽命。潛油電機在運行時(shí),要求在電機發(fā)熱的同時(shí)必須進(jìn)行散[參考文獻]熱,散熱的目的是降低電機的溫升。由于潛油電機工作在深1]謝明電機學(xué)M,重慶重慶大學(xué)出版社49至幾千米的油井中,它的散熱途徑是靠井液流經(jīng)電機機殼后[2]陳世坤,電機設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000[責任編輯]趙義明中國煤化工CNMHG