小直径井下发电机涡轮叶片仿真研究

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1、应用与试验2013年第4期(第26卷，总第126期)·机械研究与应用·小直径井下发电机涡轮叶片仿真研究衣照秋(辽河油田油建一公司，辽宁盘锦124120)摘要：采用计算流体动力学分析软件FLUENT对小直径井下涡轮发电机的涡轮叶片叶型进行了流体动力学分析，得到其定转子内部的流场分布。将仿真得到的入口压力与理论计算所得的设计压力降做对比，验证了简化后的二维叶型仿真的可行性。分析结果表明，转子叶片吸力面的弯曲程度过大将造成脱流，并且适当增大转子叶片出口角，可减少其尾缘出现涡的可能，提高涡轮叶片的水利效率。根据仿真结果对该叶

2、型进行优化。关键词：涡轮；仿真；流体动力学；井下发电机中图分类号：TH123文献标志码：A文章编号：1007—4414(2013)04—0072—03ResearchonTurbineBladeofDownholeGeneratorUsedinSmall——diameterWellBasedonSimulationYIZhao—qiutPetroChinaLiaoheOilFteldNo．1ConstructionEngineeringCompanyPanfinLiaoning124120．China、Abstrac

3、t：Usingthecomputationalfluiddynamicsanalysissoftwaretodothehydrodynamicanalysisfortheturbinebladeofthedownholeturbinegeneratorandflowfielddistributionisgot．Bycomparingwiththedesignpressuredropofthetheoreticalcalculation，thefeasibilityofthetwo—dimensionalleafsha

4、pesimulationfortheturbinebladeisconfirmed．AnalysisResultshowedthatoversizeofthedegreeofcrookofthesuctionfacewouldcauseflowseparation．Increasingtheexitanglewouldde—creasethepossibilityofvo~exa10ngthetrailingedgeoftherotatorandincreasingthehydrauliceficiencyofthe

5、turbineblade．ThebladeshapeI~asedontheconclusionofthesimulationisoptimized．Keywords：turbine；simulation；hydrodynamics；downholegenerator1涡轮发电机研究的必要性FLUENT本身带有强大的后处理功能，用户能够方便普遍使用高性能的锂电池为井下测量仪器，如的得到分析后的各种数据曲线或者云图J。LWD、MWD、地质导向、旋转导向工具等供电，而锂电2涡轮叶片的CFD模拟过程池的工作温度通常为150℃

6、左右。随着石油钻探井由于涡轮发电机中的涡轮叶片在径向各截面形深的日益增加，井筒温度随之升高，常规的锂电池难状完全一样。在涡轮叶片设计过程中，定子、转子叶以承受高温考验，寿命大大缩减，甚至无法正常工作。片几何参数都是在其水平展开的特征面内规定的，以且频繁更换电池也带来了钻井成本的升高和钻时的额定工况下，平均直径特征面上叶片达到最小叶型损增加，依赖电池为井下测量仪器供电的手段已无法满失的形状为标准。因此，将涡轮中钻井液的三元足超深井钻井的需求。流动简化为特征面的二元流动是可行的。且如果将利用钻井液来驱动井下涡轮，带动发电

7、机发电，特征面展开，转子的转动等价为转子叶栅平移运动，为井下测量仪器提供电力是一种理想的供电方案。其速度为='ndn／60。涡轮发电机的性能取决于涡轮叶片的水力性能。笔2．1CFD模拟理论依据者利用FLUENT软件对115nllil涡轮发电机的叶型CFD的计算控制方程是流体流动必须遵守的基进行仿真并对其进行优化¨J。本方程，包括质量守恒的连续性方程、动量守恒方程、FLUENT是一种目前应用最为广泛的CFD软件能量守恒方程，流体包含不同成分的组分守恒方程及之一。它是基于完全非结构化网格的有限体积法离湍流状态下的湍流输运

8、方程。下面介绍涡轮叶栅流散，具有计算灵活，高效，精确等优点。FLUENT提供场分析中需要的质量守恒和动量守恒方程，而能量守了众多的物理模型，包括定常和非定常流动、层流、湍恒方程和组分守恒方程在分析中不需要，不做详述，流、不可压缩和可压缩流动、传热和化学反应等，同时具体见参考文献[4]。用户可根据需要自己设计计算模型。根据每一种物(1)质量守恒方