串行轴承组均载性能及承载能力分析*

卢立河,赵 晶,王世杰

(沈阳工业大学 机械工程学院,辽宁 沈阳 110870)

0 引 言

作为一种采油设备,在现阶段,潜油螺杆泵采油设备需要优化的问题主要包括:井下机组下潜深度、设备工作效率以及可靠性,而增加井下机组下潜深度、提高净扬程的关键难题是提升井下机组部分的轴向承载能力与耐热性能[1]。

球铰型自动调心联轴体[2]承受螺杆泵的轴向载荷。根据目前的井下机组下潜深度统计,系统轴向力的总和为50 kN～120 kN不等[3],由于轴承使用工况苛刻,导致现行的标准轴承使用寿命短,承载能力不高。

王世杰、王雷[4]对潜油螺杆泵采油系统中的推力轴承进行了有限元分析,提出了改变轴承局部品质方案,但是其效果不甚理想。邱靖凇[5]提出了采用轴承串结构的方法,但由于其结构限制,仅能实现梯度分载,对于轴承承载能力的提高效果还十分有限。王世杰[6]提出了一种基于“平衡抵消”原则的双进单出螺杆泵,但受限于国内现有的制造水平,该种螺杆泵尚未能得到实际工程应用及推广。另外,目前还有一种方法是采用氮化硅及氧化锆陶瓷材料制造轴承,但是受限于高昂的制造成本,使得该类轴承也难以批量投入使用。

为克服上述这一瓶颈性问题,笔者从结构设计角度出发,提出了轴承的优化设计方案,并提出了用串联轴承组来代替单一轴承[7-12]的方案。基于“串联结构,并行均载”的设计理念,笔者开展了针对轴承结构的创新研究,其目的是使轴承组中,各级轴承单元能够平均承担螺杆泵转子反馈的轴向载荷,减少各级轴承单元的轴向载荷,以求提高轴承的可靠性,从而打破油井径向尺寸以及下潜深度的限制,进而提高潜油螺杆泵采油系统的整体可靠性。……