2004年12月勝利油田師范?？茖W(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(勝利石油管理局無桿采油泵公司山東東營257079)[摘要]潛油電杌作為潛油電泵機組的重要部件之一,在井底正常工作時的發(fā)熱與散熱是彩響耐溫性能高低的主要因素。經(jīng)過對電機的發(fā)熱損耗、電機型號及耐溫等級的選擇分析,得出結(jié)論,降低損耗可有效提高效率和控制溫升;選用適當?shù)碾姍C型號,可使電機正常工作時溫升保持在一定的范圍內(nèi),有利于電機的長期運行;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,并能廷長其運轉(zhuǎn)壽[關(guān)鍵詞]潛油電機;發(fā)熱;散熱;損耗;溫升[中圖分類號]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(qū)動離心泵運轉(zhuǎn)時,定轉(zhuǎn)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,勢必會產(chǎn)生一定的熱量引起電機發(fā)熱,而井液由離心泵排出時,又會帶走熱量使電機散熱,不致使電機溫升超過一定的限度,否則就會因溫升過高而燒毀電電網(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(yīng)籠形電機,其工作原理是經(jīng)電磁感應(yīng)由磁場進行能量的轉(zhuǎn)換,在能量轉(zhuǎn)換的過程中,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(zhuǎn)變成熱能,使電機發(fā)熱、溫度升高。P-電磁功率,通過氣隙磁場傳遞到轉(zhuǎn)子方的功率。下面對電機的損耗做一簡要分析P-機械功率,轉(zhuǎn)子方去掉轉(zhuǎn)子銅耗后的功率1)導(dǎo)體中電流產(chǎn)生的損耗稱為鋼耗,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(zhuǎn)子銅耗po2,它和定、轉(zhuǎn)子繞組的電阻及流過的電流功率大小成正比潛油電機運行時就必然產(chǎn)生上述五種損耗,損耗轉(zhuǎn)化為2)鐵心中交變磁通產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗稱為鐵熱能,引起電機的發(fā)熱和溫升。熱量從發(fā)熱體內(nèi)部由傳導(dǎo)作耗pr它分為定子鐵耗和轉(zhuǎn)子鐵耗,由于正常運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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,電機的3)轉(zhuǎn)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(wěn)定數(shù)值,此時的電機溫度與井液損耗稱為機械損耗△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為附加損耗p它和繞組的分布型式、定轉(zhuǎn)子電流引起度[2唐范圍內(nèi)可長期伸用,若超過最高允許工作溫的漏磁場有關(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[作者簡介]周瑞華(1967—),女,四川渠縣人,勝利石油管理局無桿采油泵公司工程師第18卷勝利油田師范?？茖W(xué)校學(xué)2004年第4期能破壞,使用壽命迅速縮短,嚴重時被燒毀,造成電機的損進入離心泵,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,就會的材料決定的,國家標準規(guī)定了電機的五級絕緣等級,見下因熱量散發(fā)不出去而導(dǎo)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(zhuǎn)子銅耗主要與導(dǎo)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(shè)計時采用高電壓低電流技術(shù),可有理論和實踐證明,若工作溫度每超過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(shè)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(jié)構(gòu)材料熱導(dǎo)率相差很大,且電機中有通過提高零部件的加工精度和整機的裝配質(zhì)量,減少摩擦系多個熱源,如繞組、鐵心,故實際電機的發(fā)熱過程是很復(fù)雜數(shù)降低機械損耗;采用近槽配合減少氣隙磁場的諧波含量的。為簡化分析并近似研究發(fā)熱規(guī)律和最后的溫升,作如下選用合適的槽形減少漏磁的含量,來降低機械損耗和附加損假設(shè):耗)潛油電機長期運行,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(jù)上述假定,當時間t=0時,溫升τ=0,可得電機的的散熱溫升與時間的函數(shù)關(guān)系式和變化曲線如圖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(jié)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因素,電的發(fā)熱是其運行時必然產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換形式,散熱是為降低圖2均質(zhì)等溫體的溫升曲線電機的溫升,因此,根據(jù)井底的散熱環(huán)境選用適當?shù)碾姍C型-穩(wěn)態(tài)溫升,熱穩(wěn)定情況下,電機溫度不再升高時的溫號,使電機正常工作時溫升保持在一定的范圍內(nèi),有利于電升機的長期運行T一發(fā)熱時間常數(shù),發(fā)熱量全部用來加熱電機,無散熱時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(wěn)態(tài)溫升所需的時間中,增大電機的溫升限度,這可以增加電機運行的可靠性,延3散熱分析長其運轉(zhuǎn)壽命。潛油電機在運行時,要求在電機發(fā)熱的同時必須進行散[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(shè)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