基于正交实验的井下直线发电机设计与分析

doi:10.11885/j.issn.1674-5086.2020.11.06.01

西南石油大学学报(自然科学版) ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (3): 154-162.DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2020.11.06.01

基于正交实验的井下直线发电机设计与分析

钟功祥¹, 申伟¹, 雷鹏燕², 宋华¹, 钟升级¹

1. 西南石油大学石油天然气装备教育部重点实验室, 四川成都 610500;
2. 四川建筑职业技术学院交通与市政工程系, 四川成都 610399

收稿日期:2020-11-06 出版日期:2023-06-10 发布日期:2023-07-07
通讯作者: 钟功祥,E-mail:zhonggx3170@163.com
作者简介:钟功祥，1962年生，男，汉族，四川南充人，教授，主要从事石油机械方面的研究工作。E-mail：zhonggx3170@163.com；
申伟，1997年生，男，汉族，河南灵宝人，硕士研究生，主要从事石油矿场机械方面的研究。E-mail：463349354@qq.com；
雷鹏燕，1993年生，女，汉族，山西朔州人，硕士，主要从事石油矿场机械方面的研究工作。E-mail：478440246@qq.com；
宋华，1997年生，男，汉族，四川凉山人，硕士研究生，主要从事石油矿场机械方面的研究。E-mail：2681695462@qq.com；
钟升级，1994年生，男，汉族，四川德阳人，硕士研究生，主要从事石油矿场机械方面的研究工作。E-mail：875314442@qq.com

Design and Optimization Analysis of Downhole Linear Generator Based on Orthogonal Test

ZHONG Gongxiang¹, SHEN Wei¹, LEI Pengyan², SONG Hua¹, ZHONG Shengji¹

1. MOE Key Laboratory of Oil and Gas Equipment, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China;
2. Department of Transportation and Municipal Engineering, Sichuan College of Architectural Technology, Chengdu, Sichuan 610399, China

Received:2020-11-06 Online:2023-06-10 Published:2023-07-07

摘要/Abstract

摘要： 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。

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

Abstract: Aiming at the disadvantage of low power generation in the existing downhole power supply mode and combining the advantages of linear power generation, a new cylindrical downhole linear induction power generation scheme is proposed, which generates induced current by the relative motion between the sucker rod and the oil pipe. According to the principle of existing electrical machinery, we complete the structural design of the cylinder type permanent magnet linear generator; then we use Ansoft Maxwell to analyze the no-load flux density, no-load induced electromotive force, resistive load and the power generation performance of the cylindrical permanent magnet generator under the condition of actual sealing, and verify the validity of the generator design. Finally, the key structural parameters are optimized by using the orthogonal experimental optimization method, taking distortion rate and power generation as the optimization objectives. The results show that the generator has low harmonic distortion rate, high power and good stability no matter under load or no load. It can effectively solve the problems of low efficiency and unstable performance of existing downhole generators.

Key words: underground generator, automatic power supply, power generation performance analysis, orthogonal test, optimization design

中图分类号:

TE937

钟功祥, 申伟, 雷鹏燕, 宋华, 钟升级. 基于正交实验的井下直线发电机设计与分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2023, 45(3): 154-162.

ZHONG Gongxiang, SHEN Wei, LEI Pengyan, SONG Hua, ZHONG Shengji. Design and Optimization Analysis of Downhole Linear Generator Based on Orthogonal Test[J]. Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition), 2023, 45(3): 154-162.

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Design and Optimization Analysis of Downhole Linear Generator Based on Orthogonal Test

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