单元组合潜油永磁电机流热耦合温升模型研究

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1、石油机械—９８—ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ２０１５年第４３卷第８期◀油气田开发工程▶∗单元组合潜油永磁电机流热耦合温升模型研究张炳义刘忠奇冯桂宏（沈阳工业大学电气工程学院）摘要：潜油电机长期工作在高温、高压的井液中，无法实时监测其运行温度，可能导致电机过热烧毁。为此，建立了潜油永磁电机室内流热耦合温升模型，通过经验公式初算电机各部件的导热系数和散热系数，进行３Ｄ有限元温升计算，得到了室内模型各部件的温度分布情况。并基于０?５ｋＷ样机室内温升试验数据对相关导热系数及散热系数进行修正。将优

2、化后的数据导入到单元组合潜油电机井下流热耦合温升模型中。建立电机机壳外侧的原油对流换热边界条件和定、转子之间的润滑油对流换热边界条件，得到了准确的潜油电机井下流热耦合温升模型，为潜油电机热负荷的选取提供了可靠的理论依据。关键词：单元组合；潜油永磁电机；流热耦合；温升模型中图分类号：ＴＥ３５５?５文献标识码：Ａｄｏｉ：１０?１６０８２／ｊ?ｃｎｋｉ?ｉｓｓｎ?１００１－４５７８?２０１５?０８?０２１Ｆｌｏｗ⁃ｔｈｅｒｍａｌＣｏｕｐｌｉｎｇＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＲｉｓｅＭｏｄｅｌｏｆＭｏｄｕｌａｒＳｕｂｍｅ

3、ｒｓｉｂｌｅＰＭＭｏｔｏｒＺｈａｎｇＢｉｎｇｙｉＬｉｕＺｈｏｎｇｑｉＦｅｎｇＧｕｉｈｏｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｍｏｔｏｒｗｏｒｋｓｉｎｈｉｇｈ⁃ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈ⁃ｐｒｅｓｓｕｒｅｗｅｌｌｆｌｕｉｄｓｆｏｒａｌｏｎｇｔｅｒｍａｎｄｉｔｓｒｕｎｎｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｎｎｏｔｂｅｍｏｎｉｔｏｒｅｄｉｎｒｅａｌｔｉｍｅｓｏａｓｔｏｃａｕｓｅ

4、ｍｏｔｏｒｏｖｅｒｂｕｒｎｉｎｇ?Ｆｏｒｔｈｅｒｅａｓｏｎ，ａｎｉｎｄｏｏｒｆｌｏｗ⁃ｔｈｅｒｍａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｍｏｄｅｌｉｓｂｕｉｌｔｆｏｒｔｈｅｍｏｄｕｌａｒｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｐｍｍｏｔｏｒ?Ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｈｅａｔｅｍｉｓｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｒｅｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｉｌｙｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｅｍｐｉｒｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａｔｏｃｏｎｄｕｃｔ３Ｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅ⁃ｍｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉ

5、ｓｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｉｎｄｏｏｒｍｏｄｅｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?Ｒｅｌｅｖａｎｔｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｈｅａｔｅｍｉｓｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｒｅｍｏｄｉｆｉｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｔｅｓｔｄａｔａｏｆ０?５ｋＷｐｒｏｔｏｔｙｐｅ?Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄａｔａｉｓｉｍｐｏｒｔｅｄｉｎｔｏｄｏｗｎｈｏｌｅｆｌｏｗ⁃ｔｈｅｒｍａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｔｅｍ

6、ｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｍｏｄｅｌｏｆｍｏｄｕｌａｒｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｍｏｔｏｒ?Ｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｈｅａｔｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｏｆｃｒｕｄｅｏｉｌｏｕｔｓｉｄｅｍｏｔｏｒｓｈｅｌｌａｎｄｔｈｏｓｅｆｏｒｈｅａｔｃｏｎ⁃ｖｅｃｔｉｏｎｏｆｌｕｂｒｉｃａｎｔｓｂｅｔｗｅｅｎｒｏｔｏｒｓａｒｅｂｕｉｌｔｔｏｏｂｔａｉｎａｎａｃｃｕｒａｔｅｄｏｗｎｈｏｌｅｆｌｏｗ⁃ｔｈｅｒｍａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｍｏｄｅｌｏｆｍｏｄｕｌａｒｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｍｏｔｏｒ

7、ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｌｉａｂｌｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｌｏａｄｆｏｒｔｈｅｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｍｏｔｏｒ?Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｕｌａｒ；ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅＰＭｍｏｔｏｒ；ｆｌｏｗ⁃ｔｈｅｒｍａｌｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｍｏｄｅｌ升情况。而潜油电机的故障原因８０％是由温度过［１－２］０引言高导致电机烧毁。电机的温升也直接影响其转矩和效率等指标，是电潜泵系统可靠运行的保障。潜油电机长期工作在高温、高压的数千

8、米井因而，建立准确的潜油电机井下温升模型尤为重［３］下，环境异常复杂，无法直接检测电机各部件的温要。Ｒ?Ｏ′Ｂｒｙａｎ等利用ＣＦＤ有限元法对潜油电∗基金项目：国家８６３计划项目“采油井筒控制工程关键技术与装备”（２０１２ＡＡ０６１３０３）；国家自然科学基金项目“采用单元模块组合式定子的新型低速大功率同步电机研究”（５１１７７１０６）。２０１５年第４３卷第８期张炳义等：单元组合潜油永磁电机流热耦合温升模型研究—９９—［４］机的流