Тепловой расчет погружных электродвигателей
Авторы: Гизатуллин Р.Р., Пещеренко С.Н., Шиверский А.В.
Опубликовано в выпуске: #12(108)/2020
DOI: 10.18698/2308-6033-2020-12-2036
Раздел: Механика | Рубрика: Механика жидкости, газа и плазмы
Предложена методика теплового расчета погружных электродвигателей (ПЭД), предназначенная для использования на стадии их концептуального проектирования. В основе модели лежит полная система уравнений гидродинамики, осредненных по поперечному сечению ПЭД и кольцевого канала, по которому прокачивается охлаждающая жидкость. Задаются все геометрические размеры и свойства вещества. Вычисляются распределение температуры по поперечному сечению и по длине электродвигателя. Использованы два приближения. В первом — распределение температуры в сечении электродвигателя осредняется по углам, для чего требуется задать эффективный коэффициент теплопроводности внутри пазов статора, заполненных проводами обмотки и электроизоляцией. При втором приближении теплопередачу на границе твердое тело — жидкость задавали через эмпирическую зависимость числа Нуссельта от чисел Рейнольдса и Прандтля. Для верификации модели полученные результаты сравнивали с расчетами методом вычислительной гидродинамики в программном комплексе ANSYS Fluent. Ошибка вычислений температуры изоляции была не более 5 %.
Литература
[1] Мельниченко В.Е. Оценка влияния основных технологических характеристик добывающих скважин на ресурс погружных электроцентробежных насосов: дис. … канд. техн. наук. Москва, 2017, 161 с.
[2] Мельниченко В.Е. Подходы к определению причин снижения надежности УЭЦН. Бурение и нефть, 2017, № 2, с. 16–21.
[3] Язьков А.В. Исследование влияния изменения технологических параметров на охлаждение погружного электродвигателя. Нефтепромысловое оборудование, 2007, № 11, с. 125–125.
[4] Купцов С.М. Температурное поле погружного электродвигателя скважинных насосных установок. Территория нефтегаз, 2010, № 4, с. 36–38.
[5] Воловодов А.В. Расчет теплового режима скважины. Экспозиция. Нефть. Газ, 2018, № 6, с. 42–43.
[6] Нугаев И.Ф., Байгускаров И.С., Стыскин А.В., Уразбахтина Н.Г. Динамическая модель тепловых процессов в погружном электродвигателе насосной установки нефтедобывающей скважины. Электротехнические и информационные комплексы и системы, 2014, т. 10, № 3, с. 38–44.
[7] Язьков А.В., Росляк А.Т., Арбузов В.Н. Моделирование процесса теплообмена между трехфазным флюидом и погружным электродвигателем. Нефтепромысловое дело, 2007, № 10, с. 27–34.
[8] Шмидт С.А., Люстрицкий В.М. Тепловой режим ПЭД в процессе освоения скважины, оборудованной УЭЦН. Сб. тр. ин-та Гипровостокнефть. Самара, Изд-во Гипровостокнефть, 2000, 73 с.
[9] Staton D., Hawkins D., Popescu M. Practical Strategies for Improved Cooling of Electrical Motors and Generators. In: The International Conference for Inductive and Electromagnetic Components, Systems and Devices including Manufacturing and Processing, 2012.
[10] Maiyuschenko A.V. Analysts of thermal state of traction brushless permanent motor for mine electric locomotive. Electrical Engineering and Electromechanics, 2016, no. 6, pp. 15–18. DOI: 10.20998/2074-272X. 2016.6.03
[11] Рымша В.В., Процына З.П., Демьяненко С.К. Расчет двухмерного стационарного теплового поля вентильно-реактивного двигателя методом конечных элементов. Электротехника и электромеханика, 2010, № 4, с. 26–28.
[12] Денисова А.С., Пещеренко С.Н., Пошвин Е.В. Тепловой режим работы погружного электродвигателя. Бурение и нефть, 2010, № 10, с. 46–48.
[13] Денисова А.С., Пещеренко С.Н. Модель нестационарного теплоотвода от погружного электродвигателя. Научные исследования и инновации, 2010, т. 4, № 1, с. 114–117.
[14] Гизатуллин Р.Р., Пещеренко М.П., Пещеренко С.Н. Моделирование теплоотвода от погружного электродвигателя с магнитной муфтой. Тепловые процессы в технике, 2019, т. 11, № 3, с. 106–114.
[15] Морозкин В.П., Тодос П.И., Токарев Б.Ф. Двигатели постоянного тока для подводной техники. Москва, Энергия, 1977, 184 с.
[16] Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. VI. Гидродинамика. Москва, Физматлит, 2001, 736 с.
[17] Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереотип. Москва, Энергия, 1977, 344 с.
[18] Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. Москва, Энергия, 1981, 417 с.