微特电机 ›› 2025, Vol. 53 ›› Issue (9): 20-26.
郭 燕,程嘉瑞,曾子龙,李 越
GUO Yan, CHENG Jiarui, ZENG Zilong, LI Yue
摘要: 天然气井下压缩机依靠超高速电机驱动,形成高增压比气流,以提高产量和排水采气能力。 针对井下密闭空间,交流电机需满足小尺寸、超高速、耐高温的要求,具备功率密度大、长径比高的特点,同时还应实现快速起停与调速平顺的功能。 井下散热条件欠佳,不利于电机温度降低,长时间高负载运行会影响电机的工作性能及寿命。 本研究对自研的超高速电机进行摩阻及散热分析,其电机额定转速为 30 000 r / min,额定功率为 120 kW,建立微小流道内的风摩损耗流动模型及导热模型,计算出不同转速、定子槽口尺寸、介质等因素对转子表面风摩损耗与电机温度分布。 研究表明转子表面风摩损耗与电机转速的 2. 947 1 次方成正比;与定子槽宽和槽口倒角正相关,在槽宽 2. 0 mm,槽深 1. 0 mm 的情况下风摩损耗降低了 15. 94%;氦气作为气隙介质,能够有效降低风摩损耗,较之空气降低了 79. 1%。 高温、高压会导致介质密度升高,从而使风摩损耗增大;模拟井下环境并添加热密度,得到电机转子最高温度为 402 K,定子、转子温升差约 21 K。 这一研究为井下电机在复杂恶劣工况下的设计与性能优化提供了关键数据支撑,后续可基于这些数据进一步探索降低电机温度、提升运行效率及可靠性的有效措施,以更好地满足井下作业的实际需求。