井下涡轮发电机导轮与涡轮结构优化与分析

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1、工程硕士学位论文井下涡轮发电机导轮与涡轮结构优化与分析作者姓名沈玉琴工程领域机械工程校内指导教师王清辉教授校外指导教师刘海工程师所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2015年1月OptimalDesignandSimulationofStatorandRotorforDownholeTurbineGeneratorADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ShenYuqinSupervisor：Prof.WangQinghuiPh.DLiuHaiSouthChinaUniversityofTechn

2、ologyGuangzhou,China分类号∶TE”7学校代号∶10“1写自f旁∶201221002716华南理工大学硕士学位论文井下涡轮发电机导轮与涡轮结构优化与分析作者姓名:沈玉琴指导教师姓名、职称:王清辉教授申请学位级别:工程硕士工程领域名称:机械工程论文形式:d产品研发u工程设计√应用研究u工程/项目管理u调研报告研究方向:细饧冲而助Ⅱ窗唿叩v论文提交日期:冫叫伴氵月理日论文答辩日期:'-年;月r日学位授予单位:华南理工大学学位授予日期:年月日答辩委员会成员:蹁拗委员:华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行

3、研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:讹心殄日期:亠。刂年男月;o日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许学位论文被查阅(除在保密期内的保密论文外);学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印

4、或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于:□保密,在_年解密后适用本授权书。町不保密,同意在校园网上发布,供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览;同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版)电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》,传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名:饭磅日期:宀→J口'·蒯艹胛邮箱∴芳叼讠丝鼬傩埠匀涩挣彡D翱眵=欠`昭摘要井下随钻测井仪器是石油勘探的关键技术，其主要供电电源包括锂电池组和井下泥浆涡轮发电机。与锂电池组比较，涡轮发电机具备耐高温高压、抗

5、磨、无需经常更换的优点，在石油勘探中开始得到广泛应用。本文对大功率井下泥浆涡轮发电机进行研究，对其关键部件导轮与涡轮进行设计与建模，并对其三维模型应用CFD进行网格划分，在ANSYS/Fluent平台上模拟两者流场，并依此优化两者结构设计，提高井下泥浆涡轮发电机的工作性能。主要研究内容如下：（1）分析MWD无线随钻测井系统，构建泥浆正脉冲发生器总体结构，设计井下涡轮发电机整体结构，依据涡轮叶片形式与基本设计原则设计导轮与涡轮叶片结构，导轮采用中弧线为三次曲线的等厚度形式，涡轮采用等厚度等螺距与变厚度等螺距的两种形式进行对比，分析井下工作环境与要求，选择导轮与涡轮

6、材料。（2）判断井下泥浆流动特性，分析其作为高雷诺数湍流流体的特征值，依此建立其数值模拟模型，设定井下涡轮流体的数值解法，并进行CFD网格生成及模拟条件前处理，设定井下涡轮发电机的假设条件及Fluent相关模拟参数，包括流体模型、材料及相关边界条件、求解器及求解方法的设置。（3）综合利用Pro/E和SolidWorks对导轮与涡轮建模，划分流场计算域，以计算机流利力学软件ANSYS/Fluent为平台，对导轮及涡轮流场进行模拟求解，依据求解所得轴向受力、叶片扭矩、流场内部静压差及流体流速、涡轮理论输出功率对导轮及涡轮结构特征进行优化选择，包括叶片数目、叶片厚度、

7、导轮出口角、导轮出口直线段长度、涡轮螺旋升角等结构特征。（4）研究导轮与涡轮整体间距及井下泥浆流量对两者流场的影响，通过对流场模拟数值的CFD-Post后处理，对整体设计及流量进行优化规划。关键词：井下泥浆；涡轮发电机；导轮；涡轮IAbstractDownholeMWD/LWDtoolsarekeyskillsforoilandgasdrilling.TherearetwomajorpowersuppliesfordownholeMWD/LWDtoolswhichincludeslithium-ionbatterypackanddownholemudturbin

8、egenerator.C