电磁刹车培训PPT课件

1、 电磁涡流刹车是适应用于海洋和陆地石油钻机上的助刹车，它利用电磁感应原理进行无磨损制动，具有力矩大、无易损件、使用寿命长、操作维护简单的特点。应用电磁涡流刹车可大幅度减少主刹车的磨损，延长刹带刹车轮毂的使用寿命，降低钻井工人的劳动强度，通过改变励磁电流来调节制动力矩，以控制钻杆下放速度。转速降至5转/分钟，可达最大力矩的75%，能为500m9000m各型钻机绞车提供23KN110KN辅助制动力矩，工作环境-3055。 概概 述述第1页/共73页例：级别为40的水冷涡流刹车型号为DS40,级别为50的风冷涡流刹车为DSF50涡流刹车型号表示方法如下：涡流刹车型号表示方法如下：第2页/共73页 电

2、磁涡流刹车技术参数：电磁涡流刹车技术参数：第3页/共73页涡流刹车主体最大外型尺寸及轴端尺寸：涡流刹车主体最大外型尺寸及轴端尺寸：第4页/共73页第5页/共73页 优点：优点： 1 1、制动特性好、制动特性好 ：电磁涡流刹车无论在高速或低速时都：电磁涡流刹车无论在高速或低速时都产生很高的制动扭矩。在钻具下放时，钻具负荷几乎全部由产生很高的制动扭矩。在钻具下放时，钻具负荷几乎全部由涡流刹车承担，最大限度地满足了下钻工艺的要求。涡流刹车承担，最大限度地满足了下钻工艺的要求。 2 2滚筒无级调速，下钻速度任意控制。下钻时，司钻通滚筒无级调速，下钻速度任意控制。下钻时，司钻通过操作司钻开关可平滑地调节

3、激磁电流，就可改变制动扭矩，过操作司钻开关可平滑地调节激磁电流，就可改变制动扭矩，无级地调节滚筒转速。无级地调节滚筒转速。 3 3由于下钻时几乎有效地减小主刹车的刹车力矩，因由于下钻时几乎有效地减小主刹车的刹车力矩，因而主刹车负担大大减轻，刹带片与刹车毂的磨损与消耗大幅而主刹车负担大大减轻，刹带片与刹车毂的磨损与消耗大幅度减少，寿命成倍增长，钻井成本下降，经济效益十分显著。度减少，寿命成倍增长，钻井成本下降，经济效益十分显著。 4 4涡流刹车强有力的制动功能是通过电磁感应原理产涡流刹车强有力的制动功能是通过电磁感应原理产生制动扭矩来实现的，不存在磨擦与磨擦件，这种非磨擦式生制动扭矩来实现的，不

4、存在磨擦与磨擦件，这种非磨擦式刹车工作可靠，寿命长，维护简单。刹车工作可靠，寿命长，维护简单。第6页/共73页 缺点：缺点： 1 1、电磁涡流刹车使用电能作为动力，属于耗能设备，又由于、电磁涡流刹车使用电能作为动力，属于耗能设备，又由于涡流产生热量，产生的无用功能耗损失比较大。涡流产生热量，产生的无用功能耗损失比较大。 2 2、涡流刹车强有力的制动功能是通过电磁感应原理产生制动、涡流刹车强有力的制动功能是通过电磁感应原理产生制动扭矩来实现的，不存在磨擦与磨擦件，这样就不能扭矩来实现的，不存在磨擦与磨擦件，这样就不能100%100%的刹住绞的刹住绞车，只能作为辅助刹车使用。车，只能作为辅助刹车使

5、用。第7页/共73页第8页/共73页转动的部分称为转动的部分称为转子转子一、刹车主体一、刹车主体静止的部分称为静止的部分称为定子定子在定子与转子之间在定子与转子之间有一定的气隙，称有一定的气隙，称为工作气隙，为工作气隙，电磁涡流刹车的刹电磁涡流刹车的刹车主体采用外电枢车主体采用外电枢结构的型式结构的型式第9页/共73页刹车主体结构图刹车主体结构图 电磁涡流刹车的刹车主体采用外电枢结构的型式，也就是说，其电磁涡流刹车的刹车主体采用外电枢结构的型式，也就是说，其转子在定子外面旋转。转子在定子外面旋转。第10页/共73页1. 1. 端盖端盖2. 2. 转子转子3. 3. 机座机座4. 4. 定子定子

6、5. 5. 激磁线圈激磁线圈6.6.上呼吸器上呼吸器7.7.下呼吸器下呼吸器水水冷冷刹刹车车主主体体图图第11页/共73页第12页/共73页1. 1. 端盖端盖两侧端盖两侧端盖 安装安装第13页/共73页2. 2. 转子转子 刹车的转子通过齿式离合器与绞车滚筒轴相联，由绞车滚筒驱动，与滚筒同速旋转。转子既是磁路的一部分，又是电路的一部分，采用电工钢制成。它和定子磁极、工作气隙构成刹车的完整磁路。 第14页/共73页3. 3. 机座机座第15页/共73页 4. 4. 定子定子 刹车的定子由磁极和激磁线圈构成。50、70型成对使用，磁极是磁路的一部分，采用电工钢成，这种材料的导磁系数高，矫顽力小，

7、以满足下钻时制动扭矩大，而起空吊卡时无用制动扭矩小的要求。第16页/共73页 此图为烧毁后的线圈 5. 5. 激磁线圈激磁线圈 激磁线圈是刹车的电路部分，工作时通以直流电流，它固定于磁极上，与磁极组成一个整体成为定子。刹车在运行时要产生大量的热量，因此激磁线圈采用了耐高温的电磁线与相应的绝缘材料，以保证线圈在高温下仍具有良好的绝缘性能。第17页/共73页第18页/共73页 水冷涡流刹车与绞车的滚筒可以共用一个水冷却系统，由一个水泵供应冷却水，流经刹车的冷却水返回水箱以便散热，不同型号的刹车需用的冷却水量要符合要求以确保涡流刹车的进出水温度在规定的范围内（冷却水量见前面参数表）。第19页/共73

8、页70型电磁刹车推荐冷却水系统的流程图第20页/共73页 从刹车排出的冷却水经过一个漏斗返回水箱，漏斗与排水接头稍离一段距离以保证排水流畅。当无回水泵时，水箱安装的位置应与涡流刹车内的冷却水有足够的水位差，使冷却水能自流返回。 水质要求含有较低的矿物质（PH值不超过77.5），与内燃机水套内的水质要求相近，如果水质不合要求，则需进行化学处理，当刹车用于海洋时，也可以装置专门的海水冷却器。第21页/共73页 第22页/共73页 风冷式电磁涡流刹车下钻时由电磁能转换的巨大热能不是用水来冷却和吸收，而是强迫通风进行冷却和吸收。 采用了风源为离心式通风机的轴向通风冷却结构。 工作时，冷却空气从离心式通

9、风机进风口吸入，进入刹车，从刹车另一端排出。 应当指出，为了保证涡流刹车正常运行，在整个下钻过程中，必须使离心式通风机不停地运转。 第23页/共73页 这样不仅简化了冷却系统，缩小了冷却系统的体积，减轻了重量，更重要的是不受水冷时水质、水源及低温的影响和限制，提高了适应性，避免了水冷时经常发生的水垢、堵塞、锈蚀、设备冻裂冻坏等不良后果。 第24页/共73页 它由整流变压器和可控硅半控桥式整流电路组成。用以将钻机交流发电机或交流电网供给的交流电压变成可调直流电压，给激磁线圈通以可调直流电流。第25页/共73页 考虑到使用电磁涡流刹车进行下钻作业时，其下钻速度的调整精度、调节系统的稳定性以及过渡过

10、程动态品质方面的指标都要求不高，因此采用比较简单的闭环调节系统即可满足钻井工艺的要求。通过调节激磁线圈的直流电流，便可调节刹车的制动扭矩，从而改变钻具的下放速度。第26页/共73页 电源柜的交流电源进线采用三相四线制或三相五线制，采用三相四线制时，其电缆规格不宜小于VV3x16+1x10mm,并需要另设单独的PE线（接地线），PE线截面不宜小于10 mm，接地电阻10欧，三相四线电源线分别接柜内主接线端子排上的A、B、C、N及PE端子。 直流输出线建议采用或型通用像套软电缆，规格不小于x（mm）或x（mm）。第27页/共73页 它实际上是一台可调的差动变压器，由铁芯、线圈、调节机构等部分组成。

11、第28页/共73页p-活动衔铁p-导磁外壳p-骨架p-匝数为W1初级绕组p-匝数为W2a的次级绕组p-匝数为W2b的次级绕组第29页/共73页 将铁芯位置的变化转换成交流信号电压的变化，经桥式整流作为给定信号电压，去控制可控硅的导通角，以改变直流电压，从而改变激磁线圈直流电流，改变制动扭矩，调节滚筒转速的目的。 这种无触点司钻开关，不但操纵方便灵活，线性度好，无接触磨损，而且给定信号的大小比较直观，便于司钻掌握。第30页/共73页 差动变压器是一种将位置量的变化转为电感量变化的传感器，初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器原边。次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压

12、器副边。差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的，第31页/共73页 当没有位移时，衔铁处于初始平衡位置，它与两个铁芯的间隙为a0 =b0=0，两个次级绕组的互感电势相等，即e2a=e2b。由于次级绕组反向串联，因此，差动变压器输出电压0222baeeU第32页/共73页 0222baeeU 电压的大小反映了被测位移的大小，通过用相敏检波等电路处理，使最终输出电压的极性能反映位移的方向。 当被测体有位移时，与被测体相连的衔铁的位置将发生相应的变化，使ab两次级绕组的互感电势e2ae2b，输出电压第33页/共73页 当一次侧线圈接入激励电压后，二次侧线圈将产生感应电压输出互感变化时，输出电压

13、将作相应变化。第34页/共73页 电磁涡流刹车又称电磁涡流制动器。它是一种将钻具下钻时产生的巨大机械能转换成电能，又将电能转换为热能的非摩擦式能量转换装置。这种能量的转换及强有力的制动过程，是通过电磁感应原理完成的，而不是通过摩擦式的或其他形式的磨擦付完成的，没有任何磨损件。制动时产生的巨大热量，通过水介质和冷却风进行吸收与交换。第35页/共73页实验 如图把接有电流计的导体框ABCD放在均匀的稳恒磁场中,使导体框平面跟磁场方向垂直。线框的CD边可以沿着AD和BC边滑动并保持接触。实验表明,当使CD边朝某一方向(如朝右)滑动时,电流计的指针发生偏转,即在线框ABCD中产生感应电流。CD边滑动越

14、快，电流计指针偏转的角度越大,即感应电流越大。当CD边朝反方向(即朝左)滑动时，感应电流的方向相反。在这个实验里，磁场是恒定的，所以当CD边滑动时，线框所在处的磁场并没有变化。CD边的移动只是使线框的面积发生了变化，产生了感应电流。结论：当穿过闭合回路(如线框ABCD等)的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电流。这也就是产生感应电流的条件。1、产生感应电流的条件几个概念第36页/共73页 图a所示把极插入线圈，磁棒的磁感应线的方向朝下，可以看出磁棒插入过程中穿过线圈的向下的磁通量增加。根据右手定则可知，这时感应电流所激发的磁场方向朝上，其作用相当于阻止线圈中磁通量的增加。在图b所示把极拔出的情

15、形,穿插过线圈的磁通量减少，而这时感应电流所激发的磁场方向朝下，其作用相当于阻止磁通量的减少。2、楞次定律结论：闭合回路中感应电流的方向,总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化(增加或减少)。这个结论叫做楞次定律。第37页/共73页 我们还可以从另一个角度来理解上述实验结果。当把磁棒的极插入线时,线圈因有感应电流流过时也相当于一根磁棒，如图所示，线圈的极出现在上端，与磁棒的极相对，两者相排斥，其效果是反抗磁棒的插入。同样,当把磁棒的极从线圈中拔出时,如图所示,线圈的极出现在上端,它和磁棒的极互相吸引，其效果是阻止磁棒的拔出。这个例子表明,楞次定律还可以表述为：感应电流的效果总是

16、反抗引起感应电流产生的原因。这里所说的“效果”,既可以理解为感应电流所激发的磁场,也可以理解为因感应电流出现而引起的机械作用；这里所说的“原因”，既可指磁通量的变化，也可指引起磁通量变化的相对运动或回路的形变。值得指出，在某些问题中并不要求具体确定感应电流的方向,而只需要定性判明感应电流所引起的机械效果，这时用楞次定律的后一种表述来分析问题,更为方便。第38页/共73页 3、涡流 在许多电磁设备中常常有大块的金属存在(如发电机和变压器中的铁芯)，当这些金属块在变化的磁场中或相对于磁场运动时，在它们的内部也会产生感应电流。 例如，在圆柱形的铁芯上绕有线圈，当线圈中通上交变电流时，铁芯就处在交变磁

17、场中。铁芯可看作是由一系列半径逐渐变化的圆柱状薄壳组成，每层薄壳自成一个闭合回路。在交变磁场中，通过这些薄壳的磁通量都在不断地变化，所以沿着一层层的壳壁产生感应电流。从铁芯的上端俯看，电流的流线呈闭合的涡旋状,因而这种感应电流叫做涡电流,简称为涡流。由于大块金属的电阻很小,因此涡流可达非常大的强度。第39页/共73页 4、电磁阻尼。 把铜(或铝)片悬挂在电磁铁的两极间，形成一个摆。在电磁铁线圈未通电时，铜片可以自由摆动，要经过较长时间才会停下来。一旦当电磁铁被励磁之后，由于穿过运动导体的磁通量发生变化，铜片内将产生感应电流。根据楞次定律，感应电流的效果总是反抗引起产生感应电流的原因，因此，铜片

18、摆锤的摆动便受到阻力而迅速停止。 在许多电磁场仪表中，为了使测量时指针的摆动能够迅速稳定下来，就是采用了类似的电磁阻尼。第40页/共73页 当刹车工作时，在它的激磁线圈内通入直流电流，于是在转子与定子之间便有磁通相链，使转子处在磁场闭合回路中。磁场所产生的磁力线通过磁极 气隙电枢气隙磁极。形成一个闭合回路。第41页/共73页 下钻时，绞车滚筒旋转，通过离合器驱动转子以相同转速在定子所建立的磁场内旋转。在这个磁场中，磁力线在磁级的齿部(凸极部分)分布较密，而在磁极的槽部(齿间部分)分布较稀，因此随着转子与定子的相对运动，转子各点上的磁通便处于不断重复的变化之中。换句话说，转子沿工作气隙的圆周上的

19、磁极的齿部和槽部的磁导尺寸不等，便在空间建立脉动磁场，根据电磁感应定律，转子上便产生感应电势，在这个感应电势作用下，转子中产生涡流。涡流与定子磁场相互作用产生电磁力，力的方向由左手定则确定，该力沿转子的切线方向，并且与转子旋转方向相反。这个力对转子轴心形成的转矩称为电磁转矩，也就是电磁涡流刹车阻止滚筒旋转的制动扭矩。司钻通过调节司钻开关手柄位置，便调节了激磁电流的大小，改变了制动转矩的大小，从而达到了控制钻具下放速度的目的。第42页/共73页涡流刹车的特性 电磁涡流刹车的机械特性:如图所示，与并激直流发电机的M-n特性相似。除去一小部分低速段外，中、高速段具有较大的几乎不变的止动扭矩。当转速变

20、化时，止动扭矩可以保持恒定，图中的曲线为100%激磁。通过改变激磁电流的大小，可以改变较低的M-n特性曲线。也就是在任何下钻载荷下，可调得任意的下钻速度，并可以不用带式刹车就可以将钻柱刹慢，但由于有转速差才能产生电磁力矩，因而不能刹死。平滑调节激磁电流，改变制动力矩，实现无级调速。调节激磁电流非常灵活省力。电磁涡流刹车产生的制动力矩M制始终与滚筒轴的旋转方向相反，因而轴的转向改变无需改变激磁电流方向。第43页/共73页（二）刹车力矩减小（一）刹车不能工作第44页/共73页第45页/共73页 1、机械故障转子与定子表面擦碰，导致磁极间短路。第46页/共73页第47页/共73页 刹车轴与绞车滚筒轴

21、之间用齿式离合器联接 安装时必须保证涡流刹车轴与绞车滚筒轴轴线严格找正，其同轴度误差不得大于0.25毫米。找正时可按图所示方法，用百分表检查角度误差和水平偏置误差，借助涡流刹车底板上的四个顶丝，在刹车与底座间用垫片进行调整。第48页/共73页 在现场安装调整时，如果没有百分表，可用钢板尺和塞规进行检验，也可用指针靠在离合器端面及径向在圆周的四个方向检查其跳动量。如果涡流刹车轴与绞车滚筒轴中心没有找正或误差很大，将造成轴承负荷增加，导致轴承早期磨损直至损坏报废。除了保证涡流刹车中心高与绞车滚筒中心高保持一致外，还必须保证离合器处于分离状态时其间有1519毫米的间隙。安装后的离合器应能灵活移动，保

22、证离合器在挂合与分离时操作自如，没有任何卡阻现象。第49页/共73页 风冷电磁刹车风扇叶转向一定要正确，从外面往电磁刹车中吸风，从另一端排出，风机功率匹配。 水冷电磁刹车将排水控制在560L/min，排水管直径不得小于4“，保证刹车内腔与水箱的位置差，返回水箱的排出水管线不要过长。 第50页/共73页 在刹车两侧的轴承腔内注入足够的锂基润滑脂，用黄油枪打入时保证至少注满轴承腔的三分之二。在正常使用的情况下，一般应每星期注入一次润滑脂。 在齿式离合器的滑动与转动部分注入足量机油或黄油，确保内齿圈，外齿圈及拨叉等部件的润滑，使离合器运动自如，“离”“合”可靠。第51页/共73页2、手柄损坏 观察直

23、流电流、电压表是否有可控性，转动手柄时电流表是否在转动，手柄打在最大位置时电流值是否在额定值，手柄在最小位置时，电流表是否回零。若不能实现按下列方法检查： 检查控制手柄差动变压器线圈是否损坏，接线是错误，使用万用表检测四个接头线圈阻值，高压侧220VAC阻值约为3K,低压侧018VAC阻值0.52K。 检查控制柜，保险是否烧毁，SCR工作是否正常。1、 SCR控制装置损坏保险烧毁、保险烧毁、SCRSCR击穿、触发电路烧毁击穿、触发电路烧毁 2、电气故障：第52页/共73页（二）、电磁涡流刹车刹车力矩减小空气隙恶化刹车过热线圈损坏线圈极性不对第53页/共73页 1、空气隙恶化： 空气和铁的氧化物

24、是不良的导磁体，稍微增加空气隙或表面沉积锈蚀层将会大大减少穿过转子和磁极间的磁通量。第54页/共73页 使用了高含盐量或高PH值（77.5）的冷却水造成转子和磁极表面有大量的锈蚀层和水垢层。 （1） 产生的原因： 磁极上氧化铁层被剥落，空气隙增大。 第55页/共73页 注意：测量空气隙前应除去蚀锈层和水垢层，当空气隙达到1.8mm时，制动力矩将下降一半。 第56页/共73页 转动转子盘，按下表规定检验气隙值，每转过120，用塞尺分别通过涡流刹车两侧六个观察孔各测量一次间隙值。连续转动3次，每个观察孔按上述规定测取3个间隙值，18个空气隙间隙间隙中应有14个以上符合规定即为合格。 第57页/共7

25、3页各种规格涡流刹车气息值第58页/共73页2、刹车过热造成故障转子内径膨胀引起空气隙增大。线圈电阻增大，从而降低了通过线圈的电流，但磁通量与安匝数成正比关系，所以磁通量也相应减少，力矩减小。转子因变形而翘曲，使空气隙局部增大。转子龟裂导致转子不能形成涡流，或转子产生变形气隙增大第59页/共73页 (1)产生的原因第60页/共73页（2）排除方法：提高进水排量到推荐值。增加水箱的冷却水或增大水箱容积（在极热地区使用时应适当增大水箱容积），增大风机电机功率或增加一台冷却风机。当转子旋转时，减缓冷却水流畅速度。第61页/共73页 处理线圈内腔积聚冷凝水使线圈绝缘破坏。3、一个或一个以上线圈损坏磁通

26、量减少加在线圈上的电压过高，导致线圈烧毁。1）、产生的原因：第62页/共73页（2）排除方法：测量线圈阻值，每组线圈约为5。A、线圈内腔至呼吸器通道堵塞，清理呼吸器。 B、从呼吸器排出的水份过多，说明线圈护罩已不能很好地密封，此时应进行大修。 C、消除水冷却系统的故障。第63页/共73页（1）产生的原因： 没有按照要求接线，装在一个定子上的两个线圈所产生的磁通按电流通过的方向相互消弱。4、线圈极性不对：第64页/共73页 用指针万用表检查找出线圈的头尾，按照图纸重新连接。 先用万用表电阻挡测出4组绕组，分出左右两侧。（2）排除方法：第65页/共73页 将万用表选择开关切换到直流电流档（或直流电

27、压档也可以），量程可小些，这样指针偏转明显。将任意一侧的一组绕组两个线端先标上首端D1和末端D3的标记并接到万用表上，并且指定首端D1接万用表的“”端上，末端D3接万用表的“”端上。再将同一侧另一相绕组的一个线端接电池的负极，另一经端去碰触电池正极，同时注意观察表针的瞬间偏转方向，若表针正偏移（向右转动），则与电池正极碰期的那根线端为首端，与电池负极往连接的一根线端为末端，做好首末端标记D1和D2。若万用表指针瞬间反转移（向左转动测该相绕组的首末端与上述到别正好相反。 用同样的方法测出另一侧的首尾端。第66页/共73页 l涡流刹车的固定螺栓是否有松动，包括刹车与绞车底座的紧固螺栓以及涡流刹车本身的紧固螺栓。如有松动，应及时拧紧。 2经常清除风机进风口及刹车排风口的垃圾、泥石、灰砂、金属铁屑等杂物， 特别是刹车下部的垃圾杂物，保持风道整洁畅通。经常检查冷却水管线是否堵塞、破损，保持冷却水道的畅通，冷却水PH值是否符合要求。 3每次下钻前，在刹车两侧的轴承腔内注入足够的锂基润滑脂。 4位于刹车右则上方的呼吸器，是作为线圈受热或冷却时通气用。位于刹车右侧下方的呼吸器，是作为线圈受热或冷却时产生的冷凝水排出用。防止在线网