一种石油井下发电机轴承效率的计算

Q
式中：
0 . 105 10
6
M n （ 7）
Q ：发生热量， kW；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
M ：摩擦力矩， N mm；
n ：轴承转速， rpm。
一般情况下，发生热量与排出热量平衡，则轴承温度稳定。一般运转初期温度急剧上升，但 达到正常状态则基本稳定。达到稳定状态的时间随轴承的发热量、轴承箱等热容量、冷却面积、 润滑油量、周围温度不同而不同等。导致温升的原因主要：游隙过小预压过大，润滑剂过多或不 足，异物混入及其密封装置发热等。本文假定轴承游隙合适，只计算由于摩擦力矩发热而导致的 功率损失。 转子所产生的总功率与转矩、转速的关系式为：
M 0 f0 10 7(n )2 / 3d m3 （ 3）
式中：
d m：轴承平均直径（
d D
2
） ， mm；
f0：轴承类型和润滑系数；
n ：轴承转速， rpm；
：在工作温度时油的运动粘度， mm2/s（脂润滑时应以油润滑为基础计算） 。
0 . 5 Fd
（ 1）
：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： 如有问题请于作者联系，联系邮箱 dechong66@163.com 第2页 共7页
本公式适用于 n 2000 ，如果 n 2000 ，须用下列公式：
M
0
160 10 7 f 0d m3 （ 4）
M 1 的计算：摩擦力矩 M 1 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
1
式中：
M 100 % （ 6） M
1 ：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。
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12.挡环
13. 轴用弹性挡圈 17
图 1 转子部分结构图 22 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。 3. 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。
钻井设备的指标也越来越高。目前，石油钻井设备广泛采用高性能锂电池为井下测量仪器供电， 而锂电池的工作温度为 150～ 175℃， 深井中的高温环境， 将使得锂电池性能和寿命都大幅度降低， 甚至无法工作；再者，由于井下测量仪器为了保证高压下的密封，不允许经常拆卸，频繁地更换 锂电池，将会使装置的密封性能无法得到保证，进而带来安全性能问题；第三，使用锂电池供电 还将带来环境污染；最后，锂电池提供的电量有限，无法满足目前钻井设备长时间连续工作的需 要。所以，井下泥浆驱动涡轮带动发电机发电成为公认解决井下设备供电的关键，也为钻井设备 的深入发展提供基本保障，本文主要对发电机的轴承效率进行理论计算。
本论文已经在中国机械 2016 年 04 期，总 414 期发表，本文为完整版
M
M
0
M
1
（ 2）
M 0 的计算：摩擦力矩 M 0 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。 M 0 的计算公式为：
有微量的润滑引起。 M 1 按下列公式计算：
M
式中： f1：轴承类型和载荷系数；
1
f 1 P 1d
m
（ 5）
P1：确定轴承摩擦力矩的计算载荷， N；
d m：轴承平均直径（
d D
2
） ， mm。
有起动力矩要求时，一般取 2 倍 M 1 值或更高。 摩擦引起的效率损失为：
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1. 磁钢上堵头 堵头 9.下堵头
2. 磁钢
3. 磁钢套筒
4. 磁钢下堵头
5.转轴
6. 轴承 61906
7.轴承端盖
8.上
10.轴承端盖
11. 双列角接触球轴承 3203
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一种石油井下发电机轴承效率的计算
侯得崇 北京航天三发高科技有限公司，北京 100074
摘要：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。 关键词：发电机 滚动轴承效率
引言
随着社会的发展，地球上石油储量的减少，石油钻井的深度和温度逐步增加，从而对
3.1 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 。在充分润滑，油的粘度为（ 30~35 ） cst 和运 纯径向载荷，转速为 n 0.5nj （ nj 为极限转速） 转正常的情况下，摩擦力矩按下式计算：
M
式中： M：轴承的摩擦力矩， N mm；
1. 概述 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。
2.
发电机转子结构图及其相关计算参数
2.1 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。
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3.2 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：