FDWS型風冷式電磁渦流剎車

1、FDWS型風冷式電磁渦流剎車使用說明書上 海 申 通 石 油 機 械 廠一、概述風冷式電磁渦剎車是在吸取國外水冷式電磁渦流剎車先進技術基礎上結合我國油田特點和需要研制的石油鉆機絞車的一種新穎輔助剎車。保證在鉆井過程中進行下鉆作業(yè)時對下放鉆具產生可靠又可調的非摩擦式的強有力制動，使鉆具平穩(wěn)地坐落在轉盤或卡瓦上，在幾乎不使用主剎車(剎把)的情況下完成下鉆作業(yè)。它將水冷式渦流剎車優(yōu)良的性能與高效實用的通風冷卻系統(tǒng)融為一體，揚長避短，既綜合了水冷式渦流剎車的優(yōu)點，又克服了水冷式渦流剎車由于采用水冷卻而造成的缺點。采用強迫通風冷卻，實現(xiàn)了鉆機絞車和輔助剎車在冷卻方式上的創(chuàng)新與突破。具有制動扭矩大，制動特

2、性好；流筒無級調速，任意控制鉆具下放速度，實現(xiàn)下鉆時的加速、等速和減速過程；工作可靠，壽命長，維護簡單；主剎車剎帶片和剎車輪網的磨損大幅度減少，主剎車壽命延長，鉆井維修工作量減小，鉆井成本下降，經濟效益十分可觀；工人勞動強度減輕，環(huán)境和空氣污染得到控制，社會效益顯著；采取強迫通風冷卻，取代了水冷，避免了國內外水冷式渦流剎車和傳統(tǒng)水剎車在使用中由于水源、水質及低溫而造成的水垢、堵塞、凍裂、結構復雜等諸多不利和不良后果等特點，最大限度地滿足了鉆井工藝的需要，適應在我國任何地區(qū)，任何油田，尤其在寒地區(qū)油田使用，深受鉆井工人歡迎。二、用途風冷式電磁渦流剎車是一種無摩擦剎車，沒有任何磨損件。在高速和低速

3、時都具有很高的制動扭矩，不像水剎車那樣在低速時扭矩幾乎為0，而且制動扭矩的調節(jié)又十分方便，司鉆只要操作司鉆開關便可調節(jié)自如，勞動強度減輕，要取消制動，只要將司鉆開關關閉即可。在一般情況下，只要操作司鉆開關而不必使用剎把(主剎車)就能可靠地控制鉆具下放速度。將鉆具平穩(wěn)地座落在轉盤或卡瓦上。由于是風冷，不再發(fā)生像水冷時時而發(fā)生的設備凍裂凍壞、結垢、堵塞，剎車輪網表面裂紋等現(xiàn)象，能有效地減輕主剎車負擔，延長主剎車壽命。此外，使用這種剎車，也不需要單向離合器，因而是目前石油鉆機最為理想的一種輔助剎車。三、結構與工作原理風冷式電磁渦流剎車由剎車主體、可控硅整流裝置及司鉆開關等三部分組成。它的空氣換熱系統(tǒng)

4、與剎車主體組成一個整體。 1剎車主體它由兩個基本部分組成，如圖一所示。其一為靜止部分，稱為定子；其二為轉動部分，稱為轉子。在定子與轉子之間有一定的氣隙，稱為工作氣隙，風冷式渦流剎車的剎車主體采用外電樞結構的型式，也就是說，其轉子在定子外面旋轉。剎車的定子由磁極和激磁線圈構成。磁極是磁路的一部分，采用電工鋼制成，這種材料的導磁系數(shù)高，矯頑力小，以滿足下鉆時有用制動扭矩大，而起空吊卡時無用制動扭矩小的要求。激磁線圈是剎車的電路部分，工作時通以直流電流，它固定于磁極上，與磁極組成一個整體成為定子。剎車在運行時要產生大量的熱量，因此激磁線圈采用了耐高溫的電磁線與相應的絕緣材料，以保證線圈在高溫下仍具有

5、良好的絕緣性能。圖一 風冷式電磁渦流剎車結構示意圖1. 端蓋 2. 轉子 3. 機座 4. 定子 5. 激磁絲圈 6.上呼吸器 7.下呼吸器 剎車的轉子通過牙嵌離合器或齒式離合器與絞車滾筒軸相聯(lián)，由絞車滾筒驅動，與滾筒同速旋轉。轉子既是磁路的一部分，又是電路的一部分，采用電工鋼制成。它和定子磁極、工作氣隙構成剎車的完整磁路。空氣換熱系統(tǒng)是風冷式電磁渦流剎車能否正常工作的關鍵所在。我們采用了風源為離心式通風機的軸向通風冷卻結構。為了提高傳熱效率，強化換熱系數(shù)。除了采用強制通風冷卻結構外，還應用了高效的翅片式空氣換熱器。2可控硅整流裝置：它由整流變壓器和可控硅半控橋式整流電路組成。用以將鉆機交流發(fā)

6、電機或交流電網供給的交流電壓變成可調直流電壓，給激磁線圈通以可調直流電流?？紤]到使用風冷式電磁渦流剎車進行下鉆作業(yè)時，其下鉆速度的調整精度、調節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及過渡過程動態(tài)品質方面的指標都要求不高，因此采用比較簡單的閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)即可滿足鉆井工藝的要求。通過調節(jié)激磁線圈的直流電流，便可調節(jié)剎車的制動扭矩，從而改變鉆具的下放速度。3司鉆開關：它實際上是一臺可調的差動變壓器，由鐵芯、線圈、調節(jié)機構等部分組成。將鐵芯位置的變化轉換成交流信號電壓的變化，經橋式整流作為給定信號電壓，去控制可控硅的導通角，達到改變電流電壓，從而改變激磁線圈直流電流，改變制動扭矩，調節(jié)滾筒轉速的目的。風冷式電磁渦流剎車又稱風

7、冷式電磁渦流制動器。它是一種將鉆具下鉆時產生的巨大機械能轉換成電能，又將電能轉換為熱能的非摩擦式能量轉換裝置。這種能量的轉換及強有力的制動過程，是通過電磁感應原理完成的，而不是通過摩擦式的或其他形成的磨擦付完成的，沒有任何磨損件。制動時產生的巨大熱量，通過通風冷卻方式進行交換，它不同于水冷式渦流剎車，通過水介質進行吸收與交換。當剎車工作時，在它的激磁線圈內通入直流電流，于是在轉子與定子之間便有磁通相連，使轉子處在磁場閉合回路中。磁場所產生的磁力線通過磁極 氣隙電樞氣隙磁極。形成一個閉合回路。如圖二所示，下鉆時，絞車滾筒旋轉，通過離合器驅動轉子以相同轉速在定子所建立的磁場內旋轉。在這個磁場中，磁

8、力線在磁級的齒部(凸極部分)分布較密，而在磁極的槽部(齒間部分)分布較稀，因此隨著轉子與定子的相對運動，轉子各點上的磁通便處于不斷重復的變化之中。換句話說，轉子沿工作氣隙的圓周上的因磁極的齒部和槽部的磁導不等，在空間建立脈動磁場，根據電磁感應定律，轉子上便產生感應電勢，在這個感應電勢作用下，轉子中產生渦流。渦流與定子磁場相互作用產生電磁力，力的方向由左手定則確定，該力沿轉子的切線方向，并且與轉子旋轉方向相反。這個力對轉子軸心形成的轉矩稱為電磁轉矩，也就是電磁渦流剎車阻止?jié)L筒旋轉的制動扭矩。司鉆通過調節(jié)司鉆開關手柄位置，便調節(jié)了激磁電流的大小，改變了制動轉矩的大小，從而達到了控制鉆具下放速度的目

9、的。圖二 電磁渦流剎車工作原理示意圖四、主要技術參數(shù)技術參數(shù)型號最大制動扭矩N·m適用鉆井深 度激磁功率激磁電流重量外型尺寸適用鉆機型號DLmKWAkgmmmmFDWS1513000(增速型)150042425001100840ZJ15、BY40、65、65B、KREMCO650FDWS2020000200062432001306900ZJ20.2DH752DH100FDWS2510000(增速型)250064025009001112ZJ25FDWS32400003200940500013061002ZJ32. 大慶130.F125FDWS4060000400012406500151

10、41130ZJ40. F125FDWS45750004500(5鉆桿)1540790017121139ZJ45DZJ45LF20012FDWS505000(4鉆桿)ZJ50DZJ50LF200FDWS601100006000(5鉆桿)23841100019261346ZJ60DZJ60LF32012FDWS707000(4鉆桿)ZJ70DZJ70LF320五、應用特點近十多年來，水冷式電磁渦流剎車在國外石油鉆機上的應用范圍不斷擴大，海洋鉆機、深井鉆機以至中深井陸地鉆機，配備渦流剎車的數(shù)量日益增加。在國內，近幾年來，水冷式渦流剎車也有了一定的發(fā)展。渦流剎車之所以發(fā)展較快，是由于它具有以下比較突出

11、的優(yōu)點：1制動特性好。我們從渦流剎車和水剎車的制動特性曲線圖三可以看到，水剎車在低速時其制動扭矩幾乎為0，這是因為制動扭矩T水n100圖三 兩種剎車的制動特性曲線T水= a ( ) 2 (D5外 D5內 ) = cn2. 因而在低速時水剎車對鉆具下放無能為力，此時鉆具負荷幾乎都有主剎車承擔。而渦流剎車無論在高速或低速時都產生很高的制動扭矩，這是因為制扭動矩T電 = CnB2. 因而在鉆具下放時，鉆具負荷幾乎全部由渦流剎車承擔，最大限度地滿足了下鉆工藝的要求。2滾筒無極調速，下鉆速度任意控制。下鉆時，司鉆通過操作司鉆開關可平滑地調節(jié)激磁電流，就可改變制動扭矩，無級地調節(jié)滾筒轉速，要快則快，要慢則

12、慢，要取消制動只要關上司鉆開關便可靈活地使鉆具加速，等速和減速，直至平穩(wěn)地坐落在轉盤或卡瓦上，在幾乎不使用主剎車(剎把)的情況下完成下鉆作業(yè)，不僅司鉆勞動強度大大減輕，而且下鉆時鉆具負荷引起的動載系數(shù)、振動和沖擊大大減少，制動過程十分平穩(wěn)，有利于延長絞車、井架及游動系數(shù)的壽命。3由于下鉆時幾乎不使用主剎車，因而主剎車負擔大大減輕，剎帶片與剎車輪網的磨損與消耗大幅度減少，壽命成倍增長，鉆井成本下降，經濟效益十分顯著。據統(tǒng)計，與水剎車相比，采用渦流剎車可使剎帶片壽命提高20倍以上，剎車輪網壽命提高3倍以上。在大慶，鉆一口2300米深的取芯井，采用風冷式電磁渦流剎車后，僅剎帶片一項可節(jié)約6萬元左右。

13、4渦剎流車的強有力的制動功能是通過電磁感應原理產生制動扭矩來實現(xiàn)的，不存在摩擦與摩擦付，因而沒有磨損與磨損另件，這種非摩擦式剎車工作可靠，壽命長，維護簡單。風冷式電磁渦流剎車將剎車的冷卻介質由水改為空氣，工作可靠性進一步提高，壽命進一步延長，冷卻系統(tǒng)簡化，維護更為簡便。同時，在起空吊卡時，渦流剎車的阻力矩幾乎可忽略不計，而水剎車在反轉時卻有不小的阻力矩(轉速較高)，因此在使用渦流剎車時不必安裝超越離合器，又節(jié)約了能源。5風冷式電磁渦流剎車不同于水剎車和水冷式渦流剎車，下鉆時由電磁能轉換的巨大的熱能不是用水來冷卻和吸收，而是用強迫通風進行冷卻和吸收，不僅簡化了冷卻系統(tǒng)縮小了冷卻系統(tǒng)的體積，減輕了

14、重量，更重要的是不受水冷時水質、水源及低溫的影響和限制，提高了適應性，避免了水冷時經常發(fā)生的水垢、堵塞、銹蝕、設備凍裂凍壞等不良后果，輕則停機修理，重則造成停止下鉆作業(yè)。同時，配備風冷式渦流剎車，可在幾乎不使用主剎車的情況下完成下鉆作業(yè)。因此，不僅輔助剎車取消了冷卻水，而且絞車的剎車輪網也可取消冷卻水，使鉆機絞車和輔助剎車不再用水冷卻，為鉆井工作創(chuàng)優(yōu)和升級創(chuàng)造了條件，解除了廣大鉆井工人在冬季鉆井時設備時而凍裂損壞的后顧之憂，為解決剎車輪網表面裂紋，延長壽命提供了保證。因此，風冷式電磁渦流剎車可在我國任何地區(qū)，任何油田，尤其適合在寒冷地區(qū)的油田鉆井使用。六、電氣控制風冷式電磁渦流剎車工作時，激磁

15、線圈內必須通入直流電流。而鉆機一般由交流發(fā)電機或交流電網供電，為了把交流電壓變成可調直流電壓，我們采用了ZCA10 40/320Ye型直流可控硅供電裝置，并在原電路基礎上作了部分修改和補充，采用只有電流反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)。主回路采用單相或三相半控橋式整流電路?？刂葡到y(tǒng)由信號給定、電流調節(jié)、觸發(fā)器、電流變送、直流穩(wěn)壓電源等環(huán)節(jié)組成。這種系統(tǒng)調節(jié)精度較高，反應快、易于穩(wěn)定和調整。給定信號分內控和外控，內控在本機面板上的電位器產生，外控由安裝在司鉆氣控臺上的司鉆開關產生。下鉆時，司鉆操縱司鉆開關，便將司鉆開關手柄的角度變化量轉換成電壓的變化量，經橋式整流作為給定信號電壓。這種無觸點司鉆開關，不但操縱方

16、便靈活，線性度好，無接觸磨損，而且給定信號的大小比較直觀，便于司鉆掌握。改變給定信號電壓，便改變了可控硅觸發(fā)脈腫的相位，從而改變直流輸出電壓，激磁線圈的直流電流隨之改變，制動扭矩得到調節(jié)。從而達到任意控制滾筒轉速和鉆具下放速度的目的，使鉆具依靠渦流剎車平穩(wěn)地坐落在轉盤或卡瓦上。供電裝置采用變壓器進線，既滿足了輸出電壓的要求，又使電源與可控硅元件之間有了安全隔離。在可控硅元件的進線處有電容和壓敏電阻作為過電壓保護，每個可控硅元件還有阻容吸收裝置。離心式通風機的啟動和停止是通過操作空氣自動斷路器來實現(xiàn)的。在開始下鉆時，必須首先啟動風機，下鉆結束后方能關上風機。七、冷卻風冷式電磁渦流剎車是一臺將下鉆

17、時鉆具的位能變成熱能的能量變換裝置。它是依靠電樞中產生的渦流工作的。渦流引起損耗導致電樞發(fā)熱。由于下鉆時產生的熱量相當可觀，而且，隨著鉆井深度的增加，熱量也隨之增加，剎車電樞發(fā)熱也越趨嚴重。如果剎車散熱條件不好或通風冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障，下鉆時，產生的高溫必將導致激磁線圈絕緣損壞，渦流剎車無法工作。因此，為了有效地進行熱交換，及時地將電樞產生的熱量傳導到空氣中去，保證渦流剎車正常工作，我們采用了強制通風冷卻的空氣換熱系統(tǒng)。工作時，冷卻空氣從離心式通風機進風口吸入，進入剎車，從剎車另一端排出。應當指出，為了保證渦流剎車正常運行，在整個下鉆過程中，必須使離心式通風機不停地運轉。八、安裝與調試 1風冷式

18、電磁渦流剎車開箱后，首先檢查剎車主體、可控硅整流裝置及司鉆開關三個部件是否完好無損。轉動剎車主體的轉子是否轉動自如，牙嵌或齒式離合器操縱是否靈活，風機葉輪轉動是否碰擦?？煽毓枵餮b置的元件與接線是否松動，元器件是否有損壞。司鉆開關的操縱手柄轉動是否靈活。在外觀檢查合格的基礎上接著進行安裝、接線和調試。角度誤差的調整水平誤差的調整圖四 電磁渦流剎車軸與滾筒軸的找正2將渦流剎車主體吊裝到絞車底座上，安放在原水剎車的位置。剎車軸與絞車滾筒軸之間用牙嵌或齒式離合器聯(lián)接。安裝時必須保證渦流剎車軸與絞車滾筒軸軸線嚴格找正，其同軸度誤差不得大于0.25毫米。找正時可按圖四所示方法，用百分表檢查角度誤差和水平

19、偏置誤差，借助渦流剎車底板上的四個頂絲，在剎車與底座間用墊片進行調整。在現(xiàn)場安裝調整時，如果沒有百分表，可用鋼板尺和塞規(guī)進行檢驗，也可用指針靠在離合器端面及徑向在圓周的四個方向檢查其跳動量。如果渦流剎車軸與絞車滾筒軸中心沒有找正或誤差很大，將造成軸承負荷增加，導致軸承早期磨損直至損壞報廢。除了保證渦流剎車中心高與絞車滾筒中心高保持一致外，還必須保證離合器處于分離狀態(tài)時其間有1519毫米的間隙。安裝后的離合器應能靈活移動，保證離合器在掛合與分離時操作自如，沒有任何卡阻現(xiàn)象。3將通風機安裝在渦流剎車機座上，并用螺栓固定，不得松動。固定后的風機的葉輪應能轉動自如。4將可控硅整流裝置穩(wěn)妥地安裝在鉆機配

20、電房或壓風機房內，切不可露天安放，以防受潮受熱而損壞。若安裝處振動較為嚴重，應采取防振措施，如墊以橡皮等。5將司鉆開關(司鉆控制器)安裝在絞車氣控箱上或司鉆操作方便的位置，便于司鉆操縱，并用螺栓固定，不得松動。司鉆開關應操作靈活，并保證自動復零與斷電。6接線：嚴格按照電氣原理圖要求進行接線。在接線之前，先用500伏兆歐表檢查渦流剎車激磁線圈及通風機電機繞組的對地絕緣電阻，其值必須須大于1 M一般正常情況下測得的絕緣電阻為無限大。(1) 對于FDWS15、20、25、32、40、50型電磁渦流剎車，用一根四芯橡套軟電纜，YHC型，截面積為6mm2，將三相電源從配電房或發(fā)電房引至可控硅整流裝置端子

21、板上。對于FDWS60、70型電磁渦流剎車，用一根四芯橡套軟電纜，YHC型，截面積為10mm2，將三相電源從配電房或發(fā)電房引至可控硅整流裝置端子板上。(2) 對于不同的電磁剎車，分別用一根(一臺風機)或三根(三臺風機)三芯橡套軟電纜，YHC型，截面積為1.5mm2或2.5mm2 ，將三相電源從可控硅整流裝置引至一臺或三臺通風機電機。(3) 對于FDWS15、20、25、32、45、50型電磁剎車，用一根兩芯橡套軟電纜，YHC型，截面積為6mm2，將直流電源從可控硅整流裝置引至電磁剎車(激磁線圈)。對于FDWS60、70型電磁剎車，用一根兩芯橡套軟電纜，YHC型，截面積為10mm2，將直流電源從

22、可控硅整流裝置引至電磁剎車(激磁線圈)。(4) 用一根四芯橡套軟電纜，YHC型，截面積為1mm2，或0.75mm2 (4芯×1mm2或0.75mm2)，其中兩芯將電源220V引入司鉆開關輸入端，另兩芯將信號電壓從司鉆開關(司鉆控制器)引至可控硅整流裝置。(5) 用三根截面積大于2.5mm2的電纜或電線(銅芯)分別將可控硅整流裝置外殼，渦流剎車外殼和司鉆開關外殼與接地極連接起來，進行安全接地。接線完畢后，必須經過認真核對，特別是三相四線制的電源線將三相電源從配電房或發(fā)電房引至可控硅整流裝置時，切切不可把相線誤接到零線上，否則將造成機毀人亡的嚴重后果。在確認接線無誤后方可接通電源。7電路

23、調試(1) 按電氣原理圖和接線圖要求，嚴格檢查接線是否正確無誤，確認無誤后方可接通電源，進行調試。(2) 可控硅整流裝置直流輸出端Z15( + )、Z12()的負載先不接渦流剎車激磁線圈(B1B3或B1B2)，先接500瓦、220伏白熾燈泡作假負載。(3) 接通控制電源、扳動開關K1 。主回路斷開，交流接觸器ZC斷開。a. 觀察指示燈HD(紅色)是否變亮，檢查交流輸入電壓220伏或380伏是否正常。b. 用示波器觀察電容C11兩端是否出現(xiàn)鋸齒波。c. 用雙線示波器或普通示波器觀察觸發(fā)脈沖波形，將探頭分別接觸G1Z11、G2X22， 脈沖波形應正常，脈沖應不丟失。(4) 接通主回路電源，撳下按扭

24、QA1，接觸器ZC接通，指示燈LD(綠色)變亮。a. 用雙線示波器觀察直流輸出端Z15( + )、Z12()之間以及可控硅控制極與陰極間的 波形，此時應觀察到觸發(fā)脈沖波形和直流輸出波形。b. 將面板上的給定信號開關扳向“內”(即本機給定)。 調節(jié)給定電位器W1，由零逐漸增大，主回路的直流輸出電壓隨著給定信號的增大 而增大，(從直流電壓表和示波器以及假負載燈炮可以清楚看到輸出電壓的變化)。c. 將面板上的給定信號開關扳向“外”(即司鉆開關給定)。 調節(jié)司鉆開關(即司鉆控制器)的手柄，即調節(jié)差動變壓器的鐵芯位移，也就調節(jié)了 給定信號電壓，主回路的直流輸出電壓同樣隨著給定信號的變化而變化。從直流電

25、壓表，燈炮以及示波器可以清楚地看到這種變化。 在調節(jié)過程中注意觀察系統(tǒng)是否穩(wěn)定。(5) 將可控硅整流裝置直流輸出端Z15( + )、Z12()接入渦流剎車激磁線圈(B1B3或B1B2)，調試用的假負載220伏、500瓦白熾燈炮仍并聯(lián)在直流輸出端Z15( + )、Z12()，不必拆除。使給定信號為零，然后分別接通控制電源K1和主回路ZC調節(jié)給定信號電壓W1，隨著給定信號的逐漸增加，渦流剎車激磁線圈的電流逐漸從零增大到最大值24安或40安或84安，從直流電壓表、電流表白熾燈炮以及接在直流輸出端的示波器波形可以清楚地觀察到直流電壓、直流電流的變化。在調試過程中分別進行“內控”與“外控”調試，并隨時注

26、意系統(tǒng)是否穩(wěn)定，若系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，呈現(xiàn)振蕩，可調節(jié)反饋電位器使之穩(wěn)定。(6) 扳動空氣開關，通風機起動，并立即切斷電源，使通風機停止，觀察通風機旋轉方向是否正確，若反向，則改變任意兩根相線位置，使轉向符合要求。至此，風冷式電磁渦流剎車的安裝與調試已經完成，即可投入運轉。需要注意的是，剎車在每次搬家后，必須重復上述（6）接線和（7）電路調試的內容，不可省略，也不可麻痹大意。九、使用與保養(yǎng)在鉆機搬家，渦流剎車安裝與調試完成后，在使用前還需做好如下準備工作，方可投入運行，這些工作包括：1檢查風機進風口及剎車排風口是否暢通無阻。鋼板網處不允許有雜物和垃圾存在；風葉轉動靈活自如，不得有任何卡阻現(xiàn)象或其他故障；在平時應保持風機清潔，清除泥漿等污物，在剎車內腔應保持清潔，清除垃圾、泥石、灰砂、螺栓、釘子等雜物，保持風道整潔暢道。2用手盤動牙嵌或齒式離合器，渦流剎車轉子應轉動靈活，不得有任何卡阻現(xiàn)象，轉子與定子的空氣隙中絕不允許有砂粒、金屬切削，雜物和垃圾等存在，如有發(fā)現(xiàn)，必須立即消除。3在剎車兩側的軸承腔內注入足夠的鋰基潤滑脂，用黃油槍打入時保證至少注滿軸承腔的三分之二。在正常使用的情況下，一般應每星期注入一次潤滑脂。4在牙