自動化與控制與二
一種基于ＭＡＴＬＡＢ及Ｐｒｏ／Ｅ的渦輪建模方法
王智明
(中海油服油田技術事業部北京１０１１４９)
摘要：介紹了在１ｗＤ、ＭＷＤ中井下渦輪發電機的作用及工作原理。研究了渦輪發電機液力元件渦輪的參數化建模方法。實現了基于ＭＡＴＬＡＢ和Ｐｒｏ／Ｅ的快速建模。
關鍵詞：參數化建模工程軟件
前言
隨鉆測井(ＬｗＤ)及隨鉆測量(ＭｗＤ)對于指導鉆井、提高采油率具有重要作用，能夠實時指導鉆進Ｔ作。井下測量裝置的供電電源之一是渦輪發電機，具有供電持續性，能夠適應井下高溫高壓環境及鉆井液腐蝕。
發電機為系統提供電力，是井下供電技術中的關鍵。發電機短節如圖ｌ所示。
１．鉆鋌：２．渦輪轉子組件；３．軸承；４．渦輪磁軸；５．導流葉輪；６．齒輪變速器：
７線圈磁軸；８．定子線圈；９．保護外套；１０．軸承；１１．整流穩勝電源模塊
圖１渦輪發電機短節示意圖
短節中包括壓力補償器、發電機、增速箱、導輪及渦輪…。由鉆柱來的高速泥漿流經導輪調整流動方向后，驅動渦輪，將流體能量轉化為機械能，渦輪組件旋轉帶動心軸轉動，經增速箱增速后，帶動發電機轉子．產生交流電。
Ｐｍ厄是主流的ｃＡＤ，ＣＡＥ，ＣＡＭ三維建模工具軟件，效率高且建模精確，但在曲面建模方面，不能直接根據用戶編輯的數學方程完成相應的曲線曲面建模，此外該系統自身的Ｐｒｏ硝瑚模塊提供的函數有限，難以直接生成較為復雜的曲線曲面【２ｌ。因此，對于生成有嚴格數學方程描述的復雜曲線曲面，需要結合其它方法。
ＭＡＴＬＡＢ軟件科學計算功能強大，如果借助ＭＡＴＬＡＢ對需要的曲線曲面進行數學編程處理，將所得數據送給Ｐｒ(肥，可極大提高陬)厄的曲面設計能力。
渦輪葉片是渦輪建模的重點及難點。采用先確定葉片的中弧線方程曲線方法，依據此曲線建立葉片截面輪廓曲線并生成實體，再通過Ｐｍ厄特有的環形折彎命令折成圓柱實體，然后完善渦輪主體結構建模，并將葉片根緣作出過渡圓角，最后進行流場分析檢驗，確定合理的渦輪結構。渦輪葉片模型的主要幾何參數見表１。
圓弧段相當于直葉片形式的葉片螺旋角，ｎ一般賦值１．０－１．１，主要是為了調整葉片的重合程度，提高發電效率，其中決定渦輪功率的相關參數有進口角，出口角，葉片前緣半徑，葉片后緣半徑，將其作為待優化參數：
襲１葉片模型幾何參數
ｌ參數葉片前葉片后葉片出口角溉ｌ緣半徑緣半徑弦長
葉片數進口角
Ｉ符號ｒｌｒ２ｂＺａＢｎＩ
ａ＝５—３５。，Ｂ＝３０一６００，ｒｌ＝ｏ．６一ｌ哪，ｒ２＝０．４加．６ｍｍ。這些參數取值范嗣是經過實踐及試驗確定的較為合理的。
研究在給定工作參數要求下確定較為合理的模型結構參數。葉片根部直徑ｄｌ＝７０ｎ刪，葉片外部直徑ｄ２＝１００ｌＩＩＩｍ，軸向長度ｌ＝６０ｍｍ，ｂ＝４５ｍｍ。
１確定葉片中弧線數學表達式
葉片主要承受來自鉆柱內的高速鉆井液沖擊而作旋轉運動，為了配合鉆井液的流入與流出，減小渦損及渦旋。需要在葉片上設計一定的進口角和出口角，對于中間弧段，主要是為了最大吸收鉆井液的動能。由此確定骨架一葉片中弧線組成：進口直線段＋中間圓弧段十出口直線段。如圖２。．
圖２中弧線軌跡方程
０Ａ段直線：ｙ∈【０，５)，ｘｌ＝培儀＋ｙｌ
ＡＢ段圓弧：ｙ∈【５，５一Ｒ￥ｓｉｎａ＋Ｒｃｏｓｐ)，
Ａ(５ｔｇａ，５)，Ｂ(ｘ＝５ｔｇａ＋Ｒｃｏｓａ—ＲｓｉｎＢ，ｙ＝５一Ｒｓｉｎａ＋Ｒｃｏｓ８)圓心Ｐ(ｘ＝５嚕ａ＋Ｒｃｏｓｎ，ｙ＝５一Ｒｓｉｎａ)(半徑Ｒ＝４５￥ｎ，ｎ為調整系數)，ｘｌ＝ｘｐ一【Ｒ２一(ｙ一)ｒｐ)２】叼．５
Ｂｃ段直線：ｙ∈【５一Ｒ＋ｓｉＩｌｄ＋Ｒ啷ｐ，４５】，
ｘ＝【ｙ一５一Ｒｓｉｎｄ＋Ｒｃｏｓｐ)＋ｔｇ(５ｔｇａ＋Ｒｃｏｓｑ—Ｒｓｉｎｐ)】，ｔｇＢ
２在ＭＡＴＬＡＢ中編寫Ｍ文件
在ＭＡＴＬＡＢ中編寫基本程序，將每段函數的數據點表
示出來，以較為復雜的第二段為例，程序如下：
