《电磁刹车培训》PPT课件.ppt

装备管理科 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500m 9000m各型钻机绞车提供23KN 110KN辅助制动力矩 工作环境 30 55 概述 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 电磁涡流刹车技术参数 涡流刹车主体最大外型尺寸及轴端尺寸 优点 缺点 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 其转子在定子外面旋转 1 端盖 2 转子 3 机座 4 定子 5 激磁线圈 6 上呼吸器 7 下呼吸器 1 端盖 两侧端盖 安装 2 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 3 机座 4 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 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 此图为烧毁后的线圈 5 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 1 水冷涡流刹车 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 70型电磁刹车推荐冷却水系统的流程图 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7 7 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 刹车两侧各有一个1 溢流管 此管不允许堵塞 以防止内腔水位上升致使轴承锈蚀 应当指出 电磁涡流刹车的冷却水必须在溢流管有一定的水流出时为适宜 从而保证冷却水在涡流刹车内有一定的水位高度 否则会造成涡流刹车过热 甚至烧坏线圈 导致涡流刹车损坏而无法正常工件 注意 2 风冷涡流刹车 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 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 注 风机风量应符合前面参数要求 3 可控硅整流装置 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 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 4 司钻开关 活动衔铁 导磁外壳 骨架 匝数为W1初级绕组 匝数为W2a的次级绕组 匝数为W2b的次级绕组 差动变压器 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 相当于变压器副边 差动变压器是开磁路 工作是建立在互感基础上的 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 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 a b两次级绕组的互感电势e2a e2b 输出电压 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 输出电压将作相应变化 两个次级绕组的同名端则反向串联 二 工作原理 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 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 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 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 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 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 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 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 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 1 机械故障 转子与定子表面擦碰 导致磁极间短路 2 排除方法 调整轴位置 保证冷却 做好保养 刹车轴与绞车滚筒轴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 调整轴的位置 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15 19毫米的间隙 安装后的离合器应能灵活移动 保证离合器在挂合与分离时操作自如 没有任何卡阻现象 保证冷却 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 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 按轴承保养守则进行保养 2 电气故障 二 电磁涡流刹车刹车力矩减小 1 空气隙恶化 空气和铁的氧化物是不良的导磁体 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 使用了高含盐量或高PH值 7 7 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 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 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 涡流刹车气息测量方法 各种规格涡流刹车气息值 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 进水排量 吸入风量低于额定值 冷却系统中水量 风量不足 刹车在高于额定负载下运转 排水 风温度高于额定值 转子过热没有得到充分冷却 1 产生的原因 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 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 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 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 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 将万用表选择开关切换到直流电流档 或直流电压档也可以 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 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 防止在线网中积聚水分 造成线圈损坏 在搬家安装时切忌碰撞损坏 对呼吸器内的垃圾及时清除 保持干净与畅通 四 维护保养 5 牙嵌或齿式离合器经常注入机油进行涌滑 拨叉螺栓不得松动 检查 离 合 位置是否正常 6 及时清除转子与定子的空气隙中的垃圾 泥浆 砂石 金属铁屑等杂物 保持气隙整洁与无任何卡阻现象 确保工作正常 7