本文關(guān)鍵詞：井下發(fā)電機(jī)導(dǎo)輪與渦輪的參數(shù)匹配及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究　出處：《西南石油大學(xué)》2017年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 渦輪發(fā)電機(jī) 導(dǎo)輪 渦輪 CFD 參數(shù)匹配 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

【摘要】：目前國(guó)內(nèi)的隨鉆測(cè)量、測(cè)井技術(shù)以及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具中多使用鋰電池作為其供電來(lái)源,但電池易受井下高溫高壓環(huán)境的影響使其供電穩(wěn)定性差,從而直接影響鉆井效率;同時(shí),不斷使用電池也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不良影響。渦輪發(fā)電機(jī)因利用鉆井液的不斷流動(dòng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)發(fā)電,產(chǎn)生的電能具有長(zhǎng)期性和持續(xù)性,能夠適應(yīng)井下高溫高壓環(huán)境。因此,為了保障較高的鉆井效率,對(duì)于大功率、高效率的渦輪發(fā)電機(jī)研究是很有必要的。本文研究了井下渦輪發(fā)電機(jī)的導(dǎo)輪與渦輪結(jié)構(gòu)之間的交互作用,并對(duì)渦輪與導(dǎo)輪的葉型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì),利用CFD(Computational Fluid Dynamics)模擬技術(shù)、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、響應(yīng)面法以及Matlab數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了參數(shù)匹配及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究,最終得到導(dǎo)輪與渦輪最佳匹配結(jié)構(gòu)。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)根據(jù)理論分析及初始設(shè)計(jì)要求確定了螺旋渦輪、導(dǎo)輪的葉片基本結(jié)構(gòu)參數(shù),利用三維軟件SolidWorks建立了螺旋渦輪、導(dǎo)輪的三維模型以及相關(guān)計(jì)算域模型。(2)利用CFX對(duì)螺旋導(dǎo)輪與渦輪組成的葉輪全流道模型進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值模擬,分析了螺旋渦輪與導(dǎo)輪的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)渦輪性能的影響。(3)基于流場(chǎng)分析,采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,篩選出了影響螺旋渦輪性能的顯著參數(shù)與次顯著參數(shù),得到了 4個(gè)顯著參數(shù):導(dǎo)輪螺旋升角β1、渦輪螺旋升角β2、導(dǎo)輪葉片數(shù)Z1、渦輪葉片數(shù)Z2;同時(shí)得到了 4個(gè)次顯著參數(shù):導(dǎo)輪葉片厚度m1、渦輪葉片厚度m2、導(dǎo)輪葉片旋轉(zhuǎn)角θ1、渦輪葉片旋轉(zhuǎn)角θ2。(4)定義渦輪的最高效率為目標(biāo)函數(shù),采用Box-Behnken設(shè)計(jì)法分析了 4個(gè)顯著參數(shù)對(duì)渦輪性能的影響,以及顯著參數(shù)間的交互作用。對(duì)4個(gè)次顯著參數(shù)采用正交試驗(yàn)法分析其對(duì)渦輪性能的影響,進(jìn)一步對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行匹配優(yōu)化。最終8個(gè)參數(shù)經(jīng)過(guò)第一次匹配分析后較優(yōu)取值分別為β1=46°、β2=29.2°、Z1=15、Z2=5、m1=2mm、m2=5mm、θ1=02=60°。(5)在第一次參數(shù)匹配優(yōu)化基礎(chǔ)上,對(duì)導(dǎo)輪及渦輪葉型結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。對(duì)不同葉型的導(dǎo)輪與渦輪之間進(jìn)行了第二次匹配分析,得到不同葉型結(jié)構(gòu)的導(dǎo)輪與渦輪匹配后扭矩、壓降、效率的對(duì)比情況。通過(guò)對(duì)比分析,最終導(dǎo)輪葉片選擇直線(xiàn)-圓弧-直線(xiàn)組合式的扭曲葉片,渦輪葉片結(jié)構(gòu)采用NACA66(mod)翼型扭曲葉片。(6)在第二次匹配的基礎(chǔ)上,對(duì)改型后的導(dǎo)輪及渦輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)取值范圍內(nèi)的匹配優(yōu)化分析,利用多參數(shù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)得到了 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的樣本數(shù)據(jù)。采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法以及Fmincor1函數(shù)、For循環(huán)函數(shù)結(jié)合的方法,得到了參數(shù)取值范圍內(nèi)的第三次匹配的最優(yōu)組合。(7)第三次優(yōu)化后,渦輪的最高效率較原始設(shè)計(jì)提升了約24.1%,最高效率對(duì)應(yīng)的工作轉(zhuǎn)速也從最初的1250r/min升高至2250r/min。渦輪的扭矩較原始設(shè)計(jì)值只提升了2.1N·m,但是渦輪的輸出功率增加了 1449.3W。渦輪的輸出功率得到了有效的提高,井下渦輪發(fā)電機(jī)的整機(jī)輸出功率也將提高。因此,本文經(jīng)過(guò)三次優(yōu)化后的渦輪和導(dǎo)輪具有良好的性能和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。最后,對(duì)不同流量下優(yōu)化后的渦輪性能進(jìn)行流場(chǎng)分析,得到其效率、功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系,對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TE43

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 陳福忠;韓立金;;混聯(lián)混合動(dòng)力特種車(chē)輛參數(shù)匹配與性能優(yōu)化研究[J];重型機(jī)械;2012年05期

2 劉旭東;段建民;;混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化方法研究[J];河北科技大學(xué)學(xué)報(bào);2006年04期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 武紅霞;秦東晨;徐一村;王興;;混聯(lián)混合動(dòng)力客車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配與仿真[A];自主創(chuàng)新、學(xué)術(shù)交流——第十屆河南省汽車(chē)工程科學(xué)技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2013年

2 林博;孫丹;李宏信;;電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配[A];自主創(chuàng)新、學(xué)術(shù)交流——第十屆河南省汽車(chē)工程科學(xué)技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2013年

3 姚永嶺;;純電動(dòng)乘用車(chē)等比例再生制動(dòng)參數(shù)匹配與經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)標(biāo)定[A];第九屆河南省汽車(chē)工程技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2012年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 于海芳;混合動(dòng)力汽車(chē)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)參數(shù)匹配與控制策略研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

2 鄭維;混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力總成參數(shù)匹配方法與控制策略的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

3 王偉;車(chē)用永磁同步電機(jī)的參數(shù)匹配、協(xié)調(diào)控制與性能評(píng)價(jià)研究[D];吉林大學(xué);2010年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 趙園園;液壓混合動(dòng)力裝載機(jī)參數(shù)匹配問(wèn)題研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2015年

2 李W，

本文編號(hào)：1315441