撰文/侯得崇

■100074 北京航天三發(fā)高科技有限公司 北京

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一種石油井下發(fā)電機(jī)軸承效率的計(jì)算

撰文/侯得崇

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本文主要計(jì)算一種泥漿發(fā)電機(jī)的滾動(dòng)軸承摩擦、發(fā)熱、潤(rùn)滑引起的損失，確定滾動(dòng)軸承的效率。發(fā)電機(jī)；滾動(dòng)軸承效率

一種泥漿發(fā)電機(jī)是一種井下發(fā)電裝置，由于對(duì)其功率要求高加上空間、溫度限制，給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)較大的難度，為了能夠滿足使用要求，本文從理論上對(duì)大功率泥漿發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的滾動(dòng)軸承利用效率進(jìn)行計(jì)算。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖及其相關(guān)計(jì)算參數(shù)

①發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子部分結(jié)構(gòu)參數(shù)圖

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子部分結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖1所示。

②計(jì)算所用參數(shù)

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：（1500～8200）rpm；轉(zhuǎn)子負(fù)載：（6.642～2.6）N·m，6400rpm時(shí)轉(zhuǎn)子負(fù)載為2.83N·m；轉(zhuǎn)子端部外徑：28mm。

理論計(jì)算

滾動(dòng)軸承的效率主要受運(yùn)動(dòng)當(dāng)中滾動(dòng)接觸摩擦、滾動(dòng)體與保持架在接觸區(qū)域的滾動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦、潤(rùn)滑劑的摩擦、接觸式密封的滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)軸承的發(fā)熱導(dǎo)致的功率損失等。

①摩擦導(dǎo)致滾動(dòng)軸承效率損失的計(jì)算

由于發(fā)電機(jī)所選擇的滾動(dòng)軸承的載荷接近于基本額定動(dòng)載荷的10%，即P=0.1C，軸承載荷受純徑向載荷，轉(zhuǎn)速為n≈0.5nj（nj為極限轉(zhuǎn)速）。在充分潤(rùn)滑，油的粘度為（30～35）cst和運(yùn)轉(zhuǎn)正常的情況下，摩擦力矩按下式計(jì)算：

式中：M：軸承的摩擦力矩，N· mm；μ：軸承摩擦系數(shù)；F：軸承載荷；d：軸承內(nèi)徑，mm。

對(duì)于上述工作條件不同時(shí)，軸承總的摩擦力矩必 須由與軸承載荷無(wú)關(guān)的摩擦力矩M0和與載荷有關(guān)的摩擦力矩M1相加，即：

圖1　轉(zhuǎn)子部分結(jié)構(gòu)圖

M0的計(jì)算：摩擦力矩M0主要由于在高速度輕載荷下軸承潤(rùn)滑流體動(dòng)力損耗引起，與載荷無(wú)關(guān)。其取決于充分的潤(rùn)滑，潤(rùn)滑粘度和軸承運(yùn)轉(zhuǎn)速度。M0的計(jì)算公式為：

本公式適用于γn≥2000，如果γn<2000，須用下列公式：

M1的計(jì)算：摩擦力矩M1主要由于在載荷作用下，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)速度低，接觸表面的彈性變形并有微量的潤(rùn)滑引起。M1按下列公式計(jì)算：

有起動(dòng)力矩要求時(shí)，一般取2倍M1值或更高。

摩擦引起的效率損失為：

式中：1η：摩擦引起的效率損失：M：摩擦力矩，N·mm；M′：輸入力矩（負(fù)載），N·mm。

②軸承的溫升引起的效率損失

滾動(dòng)軸承的摩擦是決定軸承發(fā)熱和運(yùn)行溫度的關(guān)鍵因素。滾動(dòng)軸承的摩擦損失在軸承內(nèi)部幾乎都變?yōu)闊崃?，因而致使軸承溫度上升，溫度上升也會(huì)導(dǎo)致功率的損失，由于井下環(huán)境條件惡劣，軸承轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量無(wú)法及時(shí)有效散出，故對(duì)發(fā)熱產(chǎn)生的效率損失應(yīng)考慮在內(nèi)。摩擦力矩造成的發(fā)熱量可用下列公式表示：

式中：Q：發(fā)生熱量，kW；M：摩擦力矩，N·mm；n：軸承轉(zhuǎn)速，rpm。

結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)理論計(jì)算與實(shí)際試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，滾動(dòng)軸承的效率相對(duì)較高，滿足實(shí)際使用要求。

參考：

［1］哈爾濱軸承制造有限公司.《滾動(dòng)軸承》

［2］成大先.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第2卷（第4版），化學(xué)工業(yè)出版社，2002年

［4］張淳，呂延杰.《內(nèi)齒行星齒輪減速器的軸承效率分析》