一种石油井下发电机轴承效率的计算

撰文/侯得崇

■100074 北京航天三发高科技有限公司 北京



一种石油井下发电机轴承效率的计算

撰文/侯得崇

■100074 北京航天三发高科技有限公司 北京

本文主要计算一种泥浆发电机的滚动轴承摩擦、发热、润滑引起的损失，确定滚动轴承的效率。发电机；滚动轴承效率

一种泥浆发电机是一种井下发电装置，由于对其功率要求高加上空间、温度限制，给设计工作带来较大的难度，为了能够满足使用要求，本文从理论上对大功率泥浆发电机转子的滚动轴承利用效率进行计算。

发电机转子结构图及其相关计算参数

①发电机转子部分结构参数图

发电机转子部分结构参数如图1所示。

②计算所用参数

转子转速：（1500～8200）rpm；转子负载：（6.642～2.6）N·m，6400rpm时转子负载为2.83N·m；转子端部外径：28mm。

理论计算

滚动轴承的效率主要受运动当中滚动接触摩擦、滚动体与保持架在接触区域的滚动摩擦和滑动摩擦、润滑剂的摩擦、接触式密封的滑动摩擦、滚动轴承的发热导致的功率损失等。

①摩擦导致滚动轴承效率损失的计算

由于发电机所选择的滚动轴承的载荷接近于基本额定动载荷的10%，即P=0.1C，轴承载荷受纯径向载荷，转速为n≈0.5nj（nj为极限转速）。在充分润滑，油的粘度为（30～35）cst和运转正常的情况下，摩擦力矩按下式计算：

式中：M：轴承的摩擦力矩，N· mm；μ：轴承摩擦系数；F：轴承载荷；d：轴承内径，mm。

对于上述工作条件不同时，轴承总的摩擦力矩必 须由与轴承载荷无关的摩擦力矩M0和与载荷有关的摩擦力矩M1相加，即：

图1　转子部分结构图

M0的计算：摩擦力矩M0主要由于在高速度轻载荷下轴承润滑流体动力损耗引起，与载荷无关。其取决于充分的润滑，润滑粘度和轴承运转速度。M0的计算公式为：

本公式适用于γn≥2000，如果γn<2000，须用下列公式：

M1的计算：摩擦力矩M1主要由于在载荷作用下，轴承运转速度低，接触表面的弹性变形并有微量的润滑引起。M1按下列公式计算：

有起动力矩要求时，一般取2倍M1值或更高。

摩擦引起的效率损失为：

式中：1η：摩擦引起的效率损失：M：摩擦力矩，N·mm；M′：输入力矩（负载），N·mm。

②轴承的温升引起的效率损失

滚动轴承的摩擦是决定轴承发热和运行温度的关键因素。滚动轴承的摩擦损失在轴承内部几乎都变为热量，因而致使轴承温度上升，温度上升也会导致功率的损失，由于井下环境条件恶劣，轴承转动产生的热量无法及时有效散出，故对发热产生的效率损失应考虑在内。摩擦力矩造成的发热量可用下列公式表示：

式中：Q：发生热量，kW；M：摩擦力矩，N·mm；n：轴承转速，rpm。

结束语

经过理论计算与实际试验发现，滚动轴承的效率相对较高，满足实际使用要求。

参考：

［1］哈尔滨轴承制造有限公司.《滚动轴承》

［2］成大先.《机械设计手册》第2卷（第4版），化学工业出版社，2002年

［4］张淳，吕延杰.《内齿行星齿轮减速器的轴承效率分析》