石油提煉管加熱用永磁直線發電機性能分析
朱發熙，余海濤，胡敏強
(東南大學電氣工程學院，南京210096)
摘要：文章首次將特殊結構的永磁直線發電機的應用擴展到石油提煉管加熱領域。詳細闡述了石油提煉管加熱用永磁直線發電機的結構和工作原理。并且基于電磁場有限元分析軟件maxwell 2d，對一石油提煉管加熱用永磁直線發電機進行有限元分析，得到了該電機靜態時和瞬態時的磁場分布圖以及電磁力、渦流損耗功率與速度的關系曲線。仿真結果可以用來指導石油提煉管加熱用永磁直線發電機的理論研究和本體設計。
關鍵詞：永磁直線發電機；有限元法；石油提煉管；加熱
中圖分類號：tm313；tm359. 4 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)03-0005-03
0引言
長期以來，稠油、高凝油和凝析氣等特殊油氣藏以及開采后期的油井的開發存在許多技術問題。在這類油井的實際開采過程中，常發生因油稠、結蠟、負荷過重而導致抽油桿卡死、斷脫等不能正常生產的現象，嚴重影響到產量和采收率。在現有的各種解決方案中，對石油提煉管進行加熱不僅可以改善原油的流動性，起到增產的效果，并且能同時解決舉升問題，因此是這類油井有效的增產措施[l-3]�，F有的加熱技術包括儲層通電電阻加熱，電磁波輻射儲層等。但是由于裝備復雜，成本高，可靠性差，因而推廣應用受到限制h一。文獻[1]在大量的理論和研究的基礎上提出利用電磁感應加熱技術對石油提煉管加熱是可行的，但是該技術不僅需要變頻裝置，而且實現起來也有難度。本文提出利用永磁直線發電機加熱石油提煉管，將井筒中的原油進行加熱保溫，以降低原油黏度，提高原油流動性，從而維持油井正常生產。這種加熱裝置的主要特點是，永磁體建立磁場，石油管在磁場中作相對運動，感應出渦流，加熱油管。這種裝置不需要交流電源設各，也不需要變頻裝置，具有結構簡單，成本低等優點。
l永磁直線發電機基本原理
石油提煉管加熱用永磁直線發電機就其結構而言是一復合次級的圓筒形直線電機，主要由在內部的石油提煉管和包圍油管的永磁體組成。圖1為一石油提煉管加熱用永磁直線發電機的剖面圖。如圖所示定子由鐵管和銅管復合而成，在鐵管外面復合一層銅管主要是為了增強渦流效應從而增大發熱功率。動子部分由永磁體和背鐵鐵管組成，為了加強管內的磁場并且同時減弱背鐵中的磁場，永磁體排布采用了halbach結構。
靜態時和不同運動速度時的磁場分布圖。從圖中可以看出，當動子和定子之間有相對運動時，磁自力線在定子中逆著動子運動的方向偏移，并且出現自閉合的磁力線，這表明定子中感應出了渦流。
隨著動子運動速度的增大，磁力線的偏移程度加大。另外，從圖2中可以清楚地看出隨著相對運動速度的增大，動子端部漏磁明顯增大。
永磁直線發電機工作時，動子以一定速度相對定子運動，永磁體陣列建立的恒定磁場也將以相同的速度移動并切割定子。由于導電媒質和磁場之間有相對運動會產生速度電場，因此在直線發電機的定子中將產生速度電場，并產生渦流，渦流在定子中流動最終會轉化為熱能，從而使油管發熱。與此同時在油管中流動的原油也會被加熱，黏度變低，保證了原油的正常流動。
石油提煉管加熱用永磁直線發電機的具體結構參數為油管內徑為17 mm，外徑為26 mm；銅管內徑為26 mm，外徑為28 mm；氣隙內徑為28 mm，外徑為36 mm，永磁體采用釹鐵硼，矯頑力為960 ka/m，乘i磁為1.3 t，永磁體內徑為36 mm，外徑為52 mm，高度為16 mm．共有7塊；背鐵鐵管內徑為52 mm，外徑為57 mm。
2永磁直線發電機有限元分析
石油提煉管加熱用永磁直線發電機由于軸向鐵芯開斷，存在軸向靜態端部效應 |
