2.2 Расчет основной подшипниковой опоры

В современных роторах в качестве опор стола в основном применяются шаровые упорно-радиальные подшипники. В соот­ветствии с ГОСТ 18854—82 и ГОСТ 18855—82 подшипники рас­считывают по динамической грузоподъемности. Расчет ведут с целью определения номинальной долговечности (расчетного срока службы) подшипника.

Номинальную долговечность L в млн. оборотов или L_h в ча­сах вычисляют на основе эквивалентной нагрузки Р и динамиче­ской грузоподъемности С по формулам

L=(C/P)^p или L_h=10⁶L /60n, ( 2.19 )

где Р=10/3—показатель степени для шарикоподшипников;

n— частота вращения стола ротора, об/мин.

Так как подшипник стандартный, то С=1060 кН

L=(1060000/321000)^10/3=53,6 млн. оборотов

L_h=10⁶53,6 /60250=3574 час

Эквивалентная нагрузка—это такая постоянная нагрузка при приложении которой к подшипнику с вращающимся внут­ренним кольцом обеспечивается такая же долговечность, какую подшипник будет иметь при действительных условиях нагружения. Эквивалентная нагрузка определяется по формуле

P=(XF_р+YF_а)k₃, ( 2.20 )

где Х — коэффициент радиальной нагрузки, для упорно-радиаль­ных подшипников Х=0,66;

F_p— радиальная нагрузка, действующая на главную опору стола;

F_p=Р₂=123 кН

Y — коэффициент осевой нагрузки;

Y=1;

k₃=2,54 — коэффициент запаса;

F_a— осевая нагрузка, действующая на главную опору стола.

P=(0,66*123+1*45,2)*2,54=321 кН

F_a=G+N_p, ( 2.21 )

где G =20 кН — вес стола и вкладышей ротора;

N_p — осивое усилие, создаваемое трением ведущей трубы о вкладыши, Н.

F_a=20+25,2=45,2 кН

N_p=k_ЭM₂f_c/R, (2.22)

где k_Э=0,6 — коэффициент эквивалентной нагрузки;

f_c=0,25 ÷ 0,3 — коэффициент трения ведущей трубы о зажимы ротора;

R=0,1 — радиус приложения накгрузки между ведущей трубой и зажимами;

М₂ — крутящий момент на столе ротора

М₂=9,55*N/n, (2.23)

где N=370 кВт — максимальная передаваемая мощность;

n=250 об/мин. — частота вращения стола ротора.

М₂=9,55*370/250=14 кН*м

N_p=0,6*14*0,3/0,1=25,2 кН

Если полученное расчетное значение долговечности L_h не удов­летворяет, необходимо повысить С, что связано с увеличением раз­меров подшипника. Кроме того, основная опора ротора должна быть рассчитана на статическую грузоподъемность, под которой понимают нагрузку, вызывающую общую остаточную деформацию роликов и кольца в наиболее нагруженной точке контакта равную 0,0001 диаметра ролика. Статическая грузоподъемность упорно-радиальных шарикоподшипников определяется по формуле:

C₀ = 50z sin, ( 2.24 )

где z=29 — число шариков;

D_ш=0,0762 м. — диаметр шарика.

C₀ = 5029 sin45=6 МН

Необходимо, чтобы статическая грузоподъемность главной опоры была больше нагрузки на стол ротора от веса наиболее тяжелой бурильной или обсадной колонны.