5 Расчет главной опоры стола ротора

Подшипники стола ротора- главные элементы определяющие долговечность ротора. Для определения их долговечности рассчитывают действующие на опоры усилия. Для этого находим усилия, действующие в зацеплении: окружное усилие Р, радиальное Q и осевое N, затем находят реакции сил, действующих на подшипники. За расчетный момент M_p , действующий на стол ротора, принимается момент сопротивления вращению бурильной колонны наибольшей длины для данного ротора.

В роторе Р-560 на стол ротора передается мощность N_p=300 кВт. Определяем крутящий момент на столе ротора [2

(3)

где , угловая скорость вращения стола ротора.

n=50 об/мин – частота вращения стола ротора.

Затем находим окружное усилие Р, действующие в зубчатом зацеплении

(4)

Где d₂=0,975 м- диаметр конического колеса.

После этого определяем составляющие силы от окружного усилия Р: осевое шестерни N, равное радиальному усилию на колесе Q

(5)

Где =31- угол начального конуса шестерни, градусы.

, -угол наклона зубьев конической пары.

Осевая нагрузка, действующая на опору стола ротора

(6)

Где G- вес стола ротора в сборе;

N- осевое усилие, создаваемое в зубчатом зацеплении;

N_T –осевое усилие от трения ведущей трубы о вкладыши ротора про движении бурильной полоны вниз.

(7)

Где f_c=0.2…0,3-коэфициент трения ведущей трубы о зажимы ротора; R=0.1м- радиус приложения нагрузки между ведущей трубой и зажимами ротора.

Для упорно-радиальных подшипников, применяемых в роторах, расчетная эквивалентная нагрузка

(8)

где E_p и F_a –постоянные по величине и направлению радиальная и осевая нагрузки; x и y-коэффициенты радиальной и осевой динамических нагрузок, при отношении и угле контакта шаров принимают x=0.35 и y=0.57 k_T =1- температурный коэффициент; - коэффициент безопасностидля роторов; k_э- коэффициент эквивалентности;k_k -кинематический коэффициент , при вращении внутреннего кольца подшипника принимается k_k=1.

Радиальная нагрузка F_p для расчета долговечности подшипника главной опоры стола ротора принимается равной окружному усилию P, так как их плоскости действия почти совпадают.

В роторе Р-560 в опоре стола ротора применяется шариковая опора с подшипником № 91682/750х со статической грузоподъемностью С_ст=4,1 МН и динамической грузоподъемностью С_д=0,444 МН.

Долговечность подшипника главной опоры

(9)

Коэффициент запаса статической грузоподъемности

(10)

По существующим нормам долговечность главной опоры ротора должна быть на менее 3000 ч, а запас прочности опоры по статической нагрузке не менее 2,5. Расчет показывает, что ротор обеспечивает достаточный запас при принятой нагрузке и необходимую долговечность.