电磁刹车培训ppt.ppt
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1、装备管理科装备管理科装备管理科装备管理科 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,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。转速降至矩
2、,以控制钻杆下放速度。转速降至5 5转转/分钟,可分钟,可达最大力矩的达最大力矩的75%75%,能为,能为500m500m9000m9000m各型钻机绞车各型钻机绞车提供提供23KN23KN110KN110KN辅助制动力矩,工作环境辅助制动力矩,工作环境-30-305555。概概 述述例:级别为例:级别为40的水冷涡流刹车型号为的水冷涡流刹车型号为DS40,级别为级别为50的风冷涡流刹车为的风冷涡流刹车为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:电磁涡流刹车技术参数: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:涡流刹车主体最大外型尺寸及轴端尺寸:优点:优点:1
3、 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
4、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。缺点:缺点:1 1、电磁涡流刹车使用电能作为动力,属于耗、电磁涡流刹车使用电能作为动力,属于
5、耗能设备,又由于涡流产生热量,产生的无用功能能设备,又由于涡流产生热量,产生的无用功能耗损失比较大。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、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,这样就不能擦件,这样就不能100%100%的刹住绞车,只能作为辅的刹住绞车,只能作为辅助刹车使用。助刹车使用。一、结构1 1、刹车主体、刹车主体 3 3、可控硅整流装置、可控硅整流装置4 4、司钻开关、司钻开关2 2、冷却系统、冷却系统转动的部分转动的部分称为转子称为转子一、刹车主体一、刹车主体静止的部分静止的部
6、分称为定子称为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。式,也就是说,其转子在定子外面旋转。1.1.端盖端盖2.2.转子转子3.3.机座机座4.4.定子定子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水水冷冷冷冷刹刹刹刹车车车车主主主主体体体体图图图图1.1.端盖端盖两侧端盖两侧端盖 安
7、装安装2.2.转子转子 刹车的转子通刹车的转子通刹车的转子通刹车的转子通过齿式离合器与绞车过齿式离合器与绞车过齿式离合器与绞车过齿式离合器与绞车滚筒轴相联,由绞车滚筒轴相联,由绞车滚筒轴相联,由绞车滚筒轴相联,由绞车滚筒驱动,与滚筒同滚筒驱动,与滚筒同滚筒驱动,与滚筒同滚筒驱动,与滚筒同速旋转。转子既是磁速旋转。转子既是磁速旋转。转子既是磁速旋转。转子既是磁路的一部分,又是电路的一部分,又是电路的一部分,又是电路的一部分,又是电路的一部分,采用电路的一部分,采用电路的一部分,采用电路的一部分,采用电工钢制成。它和定子工钢制成。它和定子工钢制成。它和定子工钢制成。它和定子磁极、工作气隙构成磁极、
8、工作气隙构成磁极、工作气隙构成磁极、工作气隙构成刹车的完整磁路。刹车的完整磁路。刹车的完整磁路。刹车的完整磁路。3.3.机座机座 4.4.定子定子 刹车的定子由磁极刹车的定子由磁极刹车的定子由磁极刹车的定子由磁极和激磁线圈构成。和激磁线圈构成。和激磁线圈构成。和激磁线圈构成。5050、7070型成对使用,磁极是型成对使用,磁极是型成对使用,磁极是型成对使用,磁极是磁路的一部分,采用电磁路的一部分,采用电磁路的一部分,采用电磁路的一部分,采用电工钢成,这种材料的工钢成,这种材料的工钢成,这种材料的工钢成,这种材料的导磁系数高,矫顽力小,导磁系数高,矫顽力小,导磁系数高,矫顽力小,导磁系数高,矫顽
9、力小,以满足下钻时制动扭矩以满足下钻时制动扭矩以满足下钻时制动扭矩以满足下钻时制动扭矩大,而起空吊卡时无用大,而起空吊卡时无用大,而起空吊卡时无用大,而起空吊卡时无用制动扭矩小的要求。制动扭矩小的要求。制动扭矩小的要求。制动扭矩小的要求。此图为烧毁后的线圈此图为烧毁后的线圈 5.5.激磁线圈激磁线圈 激磁线圈是刹车的激磁线圈是刹车的激磁线圈是刹车的激磁线圈是刹车的电路部分,工作时通以电路部分,工作时通以电路部分,工作时通以电路部分,工作时通以直流电流,它固定于磁直流电流,它固定于磁直流电流,它固定于磁直流电流,它固定于磁极上,与磁极组成一个极上,与磁极组成一个极上,与磁极组成一个极上,与磁极组
10、成一个整体成为定子。刹车在整体成为定子。刹车在整体成为定子。刹车在整体成为定子。刹车在运行时要产生大量的热运行时要产生大量的热运行时要产生大量的热运行时要产生大量的热量,因此激磁线圈采用量,因此激磁线圈采用量,因此激磁线圈采用量,因此激磁线圈采用了耐高温的电磁线与相了耐高温的电磁线与相了耐高温的电磁线与相了耐高温的电磁线与相应的绝缘材料,以保证应的绝缘材料,以保证应的绝缘材料,以保证应的绝缘材料,以保证线圈在高温下仍具有良线圈在高温下仍具有良线圈在高温下仍具有良线圈在高温下仍具有良好的绝缘性能。好的绝缘性能。好的绝缘性能。好的绝缘性能。1)、水冷涡流刹车)、水冷涡流刹车 水冷涡流刹车与绞水冷涡
11、流刹车与绞车的滚筒可以共用一个车的滚筒可以共用一个水冷却系统,由一个水水冷却系统,由一个水泵供应冷却水,流经刹泵供应冷却水,流经刹车的冷却水返回水箱以车的冷却水返回水箱以便散热,不同型号的刹便散热,不同型号的刹车需用的冷却水量要符车需用的冷却水量要符合要求以确保涡流刹车合要求以确保涡流刹车的进出水温度在规定的的进出水温度在规定的范围内(冷却水量见前范围内(冷却水量见前面参数表)。面参数表)。70型电磁刹车推荐冷却水系统的流程图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水箱,漏斗与排水接头稍离一段距
12、离以保证排水流畅。当无回水泵时,水箱安装的位置排水流畅。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,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。使冷却水能自流返回。水质要求含有较低的矿物质(水质要求含有较低的矿物质(PH值不超值不超过过77.5),与内燃机水套内的水质要求相),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,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当刹车用于海洋时,也可以装置专门的海水冷却器。冷却器。刹车两侧各有一个刹车两侧各有一个1溢流管,溢流管,此管不允许堵塞,以防止内腔水位上升致此
13、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冷却水必须在溢流管有一定的水流出时为适宜适宜,从而保证冷却水在涡流刹车内有一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,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甚至烧坏线圈,导致涡流刹车损坏而无法正常工件。正常工件。注意:注意:2)、风冷涡流刹车)、风冷涡流刹车 风冷式电磁涡流刹车下风冷式电磁涡流刹车下钻时由电磁能转换的巨大热钻时由电磁能转换的巨大热能不是用水来冷却和吸收,能不是用水来冷却和吸收,
14、而是强迫通风进行冷却和吸而是强迫通风进行冷却和吸收。收。采用了风源为离心式通风机采用了风源为离心式通风机的轴向通风冷却结构。的轴向通风冷却结构。工作时,冷却工作时,冷却空气从离心式通风空气从离心式通风机进风口吸入,进机进风口吸入,进入刹车,从刹车另入刹车,从刹车另一端排出。一端排出。应当应当指出,为了保证涡指出,为了保证涡流刹车正常运行,流刹车正常运行,在整个下钻过程中,在整个下钻过程中,必须使离心式通风必须使离心式通风机不停地运转机不停地运转。这样不仅简化了冷却系统,缩小了冷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,更重要的是却系统的体积,减轻了重量,更重要的是不受水冷时水质
15、、水源及低温的影响和限不受水冷时水质、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、设备冻裂冻坏等生的水垢、堵塞、锈蚀、设备冻裂冻坏等不良后果。不良后果。注:风机风量应符合前面参数要求注:风机风量应符合前面参数要求注:风机风量应符合前面参数要求注:风机风量应符合前面参数要求。3 3、可控硅整流装置、可控硅整流装置、可控硅整流装置、可控硅整流装置 考虑到使用电磁涡流刹车进行下钻作业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、调节系统的稳时,其下钻速度的调整精度、调节系统的稳定性以及过渡过程动态品质方面的指标都要定
16、性以及过渡过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,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。从而改变钻具的下放速度。电源柜的交流电源进线采用三相四线制或三相五线制,采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,并需要另设单独的并需要另设单独的PE线(接地线),线(接地线),PE线截面不宜小于线截面不宜
17、小于10 mm,接地电阻,接地电阻10欧,三相四线电源线分别接柜内主接线端欧,三相四线电源线分别接柜内主接线端子排上的子排上的A、B、C、N及及PE端子。端子。直流输出线建议采用或型直流输出线建议采用或型通用像套软电缆,规格不小于通用像套软电缆,规格不小于x(mm)或)或x(mm)。)。它实际上是一台可调的差动变压它实际上是一台可调的差动变压器,由铁芯、线圈、调节机构等部器,由铁芯、线圈、调节机构等部分组成。分组成。4、司钻开关、司钻开关pp-活动衔铁活动衔铁pp-导磁外壳导磁外壳pp-骨架骨架pp-匝数为匝数为W1W1初级绕组初级绕组pp-匝数为匝数为W2aW2a的次级绕组的次级绕组pp-匝
18、数为匝数为W2bW2b的次级绕组的次级绕组差动变压器差动变压器差动变压器差动变压器 将铁芯位置的变化转换成交流信号电压的变化,经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,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。动扭矩,调节滚筒转速的目的。原原原原 理理理理 这种无触点司钻开关,不但操纵方便灵活,线性度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,便于好,无接触磨损,而且给定
19、信号的大小比较直观,便于司钻掌握。司钻掌握。特特特特 点点点点 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
20、化,使ab两次级绕组的互感电势e2ae2b,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。两个次级绕组的同名端则反向串联。两个次级绕组的同名端则反向串联。两个次级绕组的同名端则反向串联。二、工作原理二、工作原理 电磁涡流刹车又称电磁涡流制动器。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
21、电磁感应原理完有力的制动过程,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产生的巨大热量,通过水介质和冷却风进行吸收与交换。行吸收与交换。实验 如图把接有电流计的导体框如图把接有电流计的导体框ABCD放在均匀的稳恒磁场中放在均匀的稳恒磁场中,使导体框平使导体框平面跟磁场方向垂直。线框的面跟磁场方向垂直。线框的CD边可以沿着边可以沿着AD和和BC边滑动并保持接触。边滑动并保持接触。实验表明实验表明,当使当使CD边朝某一方向边朝某一方向(如朝右
22、如朝右)滑动时滑动时,电流计的指针发生偏转电流计的指针发生偏转,即在线框即在线框ABCD中产生感应电流。中产生感应电流。CD边滑动越快,电流计指针偏转的角边滑动越快,电流计指针偏转的角度越大度越大,即感应电流越大。当即感应电流越大。当CD边朝反方向边朝反方向(即朝左即朝左)滑动时,感应电流的滑动时,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,线框所边滑动时,线框所在处的磁场并没有变化。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,产边的移动只是使线框的面积发生了变化,产生了感应电流。生了感应电流。结论:当穿过闭
23、合回路当穿过闭合回路(如线框ABCD等)的磁通量发生变化时的磁通量发生变化时,回路中就产生感应电流回路中就产生感应电流。这也就是产生感应电流的条件产生感应电流的条件。1、产生感应电流的条件、产生感应电流的条件几个概念几个概念 图图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。在图增加。
24、在图b所示把极拔出的情形所示把极拔出的情形,穿插过线圈的磁通量减少,而这时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。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、楞次定律结论:闭合回路中感应电流的方闭合回路中感应电流的方向向,总是使得它所激发的磁场来阻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止引起感应电流的磁通量的变化(增加或减少增加或减少)。这个结论叫做楞楞次定律次定律。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棒的极插入线时,线圈因有
25、感应电流流过时也相当于一根磁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,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。同样两者相排斥,其效果是反抗磁棒的插入。同样,当把磁棒的当把磁棒的极从线圈中拔出时极从线圈中拔出时,如图所示如图所示,线圈的极出现在上端线圈的极出现在上端,它和磁它和磁棒的极互相吸引,其效果是阻止磁棒的拔出。这个例子表棒的极互相吸引,其效果是阻止磁棒的拔出。这个例子表明明,楞次定律还可以表述为: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。这里所说的“效果”,既可
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