电磁涡流刹车制动扭矩减小原因分析

4/6电磁涡流刹车制动扭矩减小原因分析目前，电磁涡流刹车已经广泛应用于石油钻机辅助刹车系统中。它利用电磁感应原理进行无磨损制动，应用电磁涡流刹车可大幅度减少主刹车的磨损，延长刹车盘的使用寿命，降低劳动强度。在一般情况下，只要操作司钻开关或自动控制给定信号而不必使用刹把（主刹车）就能可靠地控制钻具下放速度。将钻具平稳地座落在转盘或卡瓦上。下面从现场使用过程中制动扭矩减小的故障入手，对影响电磁刹车使用性能的故障原因进行分析，并提出了对于类似故障检修的方法和防范措施。1故障概况及经过配套DWS50电磁涡流刹车的50D钻机在运转过程中，操作人员反映起下钻过程中，挂合电磁刹车始终感觉无法达到理想的制动转矩，其制动功能明显低于正常状态。经检测控制柜控制功能良好，无交、直流故障显示，直流电压输出可达额定值。2故障原因及时效机理分析2.1电磁涡流刹车基本结构和工作原理分析电磁刹车制动力矩减小的原因，应该首先从电磁刹车的基本结构和原理入手。电磁涡流刹车装置一般由刹车主体、可控硅整流装置、司钻开关、冷却系统等组成。电磁刹车是将钻具下放时产生的巨大机械能转换为电能，又将电能转化为热能的非摩擦式能量转换装置。其应用的是电磁感应原理。当刹车工作时，可控硅整流装置向定子线圈内通入直流电流，于是在转子与定子之间便有磁通相连，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。绞车滚筒带动电磁刹车主轴上的转子以相同转速在该磁场内旋转。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，产生脉动磁场。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，按照左手定则，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为电磁转矩。该电磁转矩为阻止滚筒旋转的制动扭矩。电磁涡流刹车的电磁转矩为：Te＝CnB2式中，Te代表电磁转矩；C为电磁涡流刹车的转矩系数，它与主体结构相关；n为电磁涡流刹车主轴转速（r/min），即钻机滚筒转速；B为电磁感应强度，它随着激磁电流强度的变化而变化。由此可见，电磁刹车制动扭矩的大小与其主体结构、滚筒转速和激励电流强度密切相关。2.2故障原因及分析故障现象发生时，由于没有明显的故障现象指示，可根据由简入繁的故障排除方法，按照从外部设备至控制系统，以及刹车主体的顺序进行检测。首先对外部设备进行分析，该设备采用的是风冷式冷却系统，虽然环境温度较高，但电磁刹车本体温升仍在最大允许范围之内。该套设备配备有电磁刹车故障报警及指示系统，经检查无故障报警。该套设备未配备其它能对电磁刹车进行控制的模块，只有司钻控制手柄单独控制，控制灵活、给定信号准确。测量可控硅整流装置交流电源正常，直流输出电压最大可达到输入电压的1.2倍左右，且调节性能良好。检查电磁刹车系统各连接正常可靠，由此推断故障点应该在电磁刹车主体部分。首先利用500MΩ绝缘电阻表测量各线圈绝缘电阻均在20MΩ以上。测量定子线圈阻值，阻值正常，分别为6.6Ω、6.5Ω、6.7Ω、6.6Ω。随后对定、转子之间空气隙进行测量，空气隙为1.41mm。参照电磁涡流刹车标准的规定如下表：连接不对，也会造成磁通量减小。空气隙恶化时，由于空气和铁的氧化物的导磁性能较差，如果定、转子表面沉积锈蚀层将将会大大减少穿过转子和磁极间的磁通。如果磁极氧化铁层剥落，也会造成空气隙的增大，造成磁通量的减下。磁通量的减小必然导致制动扭矩的降低。3.4电磁刹车使用工况不当。当电磁刹车在低速运转时，由于转子所产生的涡电流小，所以造成制动扭矩减小。极限情况下，如电磁刹车转子处于静止状态时，由于定转子无相对运动，则无法产生涡电流，不能提供制动力矩，只能引起电磁刹车的使用温度升高。由于保养不及时造成轴承损坏或由于装配不当原因引起定、转子表面之间摩擦时，会造成磁极短路，对磁通量产生影响，从而引起制动扭矩的下降。4故障经验教训通过以上故障的解决过程可以看出，设备的维护和保养应该着眼于细微之处，落到实处。对设备进行维护和保养的目的是为了降低设备故障发生率。随着各种设备在石油钻井现场的应用越来越多，只有做到了熟知设备的工作原理和结构，并能掌握一定分析问题的方法，在设备维护和管理的过程中，才能做到有的放矢。5防范措施为了切实维护好电磁刹车的使用性能，延长其使用寿命，应该切实做到以下几点：5.1设备使用过程中，及时进行维护和保养；定时对设备各状态指标如刹车本体温升、整流装置输入输出状态参数等进行记录。5.2指导操作人员合理使用，避免电磁刹车工作在低速重载的工况。5.3禁止在正常钻进工况下使用电磁刹车。5.4保障冷却系统处于良好的工况，避免设备超温运转。5.5定期检查定转子空气隙；及