طراحي و بهينه‌سازي موتور الكتريكي پمپ چاه با هدف بهبود راندمان و كارآيي

دكتراي تخصصي

يكي از مهم‌ترين روش‌هاي فرازآوري مصنوعي نفت و گاز استفاده از پمپ‌هاي الكتريكي درون‌چاهي است. اين پمپ‌ها به همراه موتور الكتريكي خود درون چاه و در نزديكي مخازن نفت و گاز قرار مي‌گيرند و در دماي زيادي كار مي‌كنند. با توجه به اين‌كه قطر چاه‌ها محدود است، جهت تأمين توان مورد نياز چون قطر محدود است لازم است موتور در راستاي طولي حجم مؤثر داشته باشد. افزايش طول موتورهاي الكتريكي باعث محدوديت‌هاي مكانيكي براي موتور مي‌شود. با توجه به اين شرايط تا حدود يك دهه قبل تنها موتورهاي القايي در پمپ‌هاي الكتريكي شناور استفاده مي‌شدند. با توسعه‌ي آهنرباهاي با قابليت دماي كار زياد، موتورهاي آهنرباي دائم نيز براي اين كاربرد در نظر گرفته شدند. در اين رساله تلاش شده است تا حد ممكن عوامل مؤثر بر طراحي موتور شارسوئيچ‌شونده به عنوان يك موتور آهنرباي دائم براي كاربرد در پمپ‌هاي الكتريكي درون‌چاهي مورد بررسي شود. بر اين اساس در فرآيند طراحي اين موتور قيودي مثل حداقل قطر شفت و حداكثر فاصله‌ي بين ياتاقان‌ها در نظر گرفته شده است، سپس براي بهينه‌سازي موتور شارسوئيچ‌شونده، مدل مناسب ارائه شده است. ويژگي اين مدل دقت زياد و قابليت استفاده از آن براي تمام تركيب‌هاي قطب‌هاي روتور و استاتور در ماشين‌هاي شار سوئيچ‌شونده است. با كمك مدل توسعه يافته و با استفاده از الگوريتم هوش مصنوعي تجمع ذرات، دو موتور با تركيب قطب‌هاي 10/12 و 14/12 بهينه‌سازي شده‌اند. سپس شبيه‌سازي‌هاي تحليل حساسيت، بررسي تأثير تغيير شكل دندانه‌ي روتور و مورب‌سازي پله‌اي مورد توجه قرار گرفته است. در گام بعد ضمن معرفي پديده‌ي پيچش شفت اين پديده در دو حالت پايدار و ديناميك براي موتور شار سوئيچ‌شونده مدل‌سازي شده و سپس تأثير تغييرات طول و قطر شفت بر اين پديده بررسي گرديده است. جهت بررسي فرآيند راه‌اندازي موتور تحت بار، با مدل‌سازي بار پمپ الكتريكي درون‌چاهي، شبيه‌سازي راه‌اندازي موتور صورت پذيرفته است. جهت بررسي كلي، تحليل حرارتي اين موتور انجام شده است. در نهايت تصديق صحت نتايج تحليل‌هاي اجزاي محدود يك نمونه آزمايشگاهي از موتور شارسوئيچ‌شونده ساخته شده و تحت شرايط ژنراتوري مورد آزمون قرار گرفته است. نتايج آزمون‌ها مؤيد صحت نتايج تحليل‌هاي اجزاي محدود بوده است.

193474

دانشگاه علم و صنعت ايران

قدرت - ماشين هاي الكتريكي

دكتر ابوالفضل واحدي