CN110937540A - 一种风冷电磁涡流刹车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风冷电磁涡流刹车，与绞车滚筒相连，风冷电磁涡流刹车包括电磁涡流刹车主体、可控硅整流装置和司钻开关；电磁涡流刹车主体包括端盖、机座、转子、两个定子、两个散热翅片、两个激磁线圈、刹车轴、油冷却机组和离心式通风机；机座和端盖形成圆柱状的空间腔体，刹车轴横向贯通空间腔体的中轴线，刹车轴与绞车滚筒相连；可控硅整流装置和司钻开关分别通过电路与激磁线圈相连通。本发明的风冷电磁涡流刹车简化了冷却系统、减轻了系统的质量；不会被施工区域的水质影响；避免了水冷时会发生的锈蚀，提高了使用寿命；制动力矩大，适用于任何地区，特别是寒冷地区的油田钻井操作。

Description

一种风冷电磁涡流刹车

技术领域

本发明涉及钻机辅助设备领域，特别涉及一种风冷电磁涡流刹车。

背景技术

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，而不是通过摩擦式或其他形式完成的，没有任何磨损件；制动时产生的巨大热量，通过水介质进行吸收与交换。

当电磁涡流刹车工作时，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，转子因磁极的齿部和槽部的磁导不等，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，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。

现有的油田钻井工程中，多使用水刹车进行操作，但是水刹车制动性差、工作不可靠、工人的操作和劳动强度高；部分油田钻井使用水冷式电磁涡流刹车，但是水冷式电磁涡流刹车可能会由于水质原因而导致局部堵塞，从而导致散热效果下降，进一步影响其刹车性能，上述问题亟需解决。

亟需一种不会产生堵塞、制动性好、工作可靠、使用寿命长、维护简单、成本低、劳动和操作强度小的风冷电磁涡流刹车来解决上述技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种风冷电磁涡流刹车，本发明的风冷电磁涡流刹车简化了冷却系统、缩小了冷却系统的体积，减轻了系统的质量；不会被施工区域的水质影响；避免了水冷时会发生的锈蚀、设备冻裂等问题；提高了使用寿命；制动力矩大，适用于任何地区，特别是寒冷地区的油田钻井操作。

本发明是通过如下技术方案解决上述技术问题的：

本发明提供了一种风冷电磁涡流刹车，与绞车滚筒相连，包括电磁涡流刹车主体、可控硅整流装置和司钻开关；所述电磁涡流刹车主体包括端盖、机座、转子、两个定子、两个散热翅片、两个激磁线圈、刹车轴、油冷却机组和离心式通风机；所述机座和所述端盖形成圆柱状的空间腔体，所述刹车轴横向贯通所述空间腔体的中轴线，所述刹车轴与所述绞车滚筒相连；两个所述定子分别固定于所述端盖上，所述转子固定于所述刹车轴上并将两个所述定子间隔于所述转子的左右两侧，所述转子和所述定子之间留有间隙，所述转子和所述机座的顶端和底端之间留有间隙；所述激磁线圈缠绕于所述定子的外部；所述散热翅片分别固定于所述定子的上部外表面和下部外表面；所述空间腔体的后方设置有排气口；所述离心式通风机固定于所述机座的上表面，所述离心式通风机与所述空间腔体相通；所述端盖上开设有两组出油口和进油口，两组所述出油口和进油口分别通过冷却管与所述油冷却机组相通，所述定子和所述激磁线圈之间形成有外围空腔，所述出油口和进油口分别与所述外围空腔相通；所述可控硅整流装置和所述司钻开关分别通过电路与所述激磁线圈相连通。

本发明中，所述电磁涡流刹车主体为所述风冷电磁涡流刹车的主体部件，所述电磁涡流刹车主体的内部形成磁场闭合回路，随着定子和转子之间相对位置的不断改变，转子上各点的磁通处于不断的变化之中，在感应电势的作用下，转子中产生涡流，从而进一步产生制动扭矩，以实现钻具下放的速度。

本发明中，所述端盖和所述机座用于构成所述电磁涡流刹车主体空间腔体，所述为所述空间腔体的主体结构，所述端盖用于覆盖所述机座上存在的空隙，以使二者结合后能形成一个密闭的空间腔体。

本发明中，所述定子和所述转子为本领域常规，用于形成感应电势。

本发明中，所述激磁线圈为本领域常规，通过通入电流、改变电流或者断开电流来实现磁力的产生和变化。

本发明中，所述刹车轴用于带动所述转子的转动，所述刹车轴与绞车相互连通；一般地，所述刹车轴通过齿式离合器与绞车相连通，所述齿式离合器不包括单向离合器。

本发明中，所述散热翅片固定于所述转子上，所述散热翅片用于扩大所述转子表面的散热面积，以使转子上积聚的热量能够快速散发出去，从而维持整个系统的正常运转。

本发明中，所述离心式通风机用于对空间腔体进行不停的换气，从而将空间腔体内产生的热量通过空气排出，进而达到整个系统降温的目的，所述离心式通风机的结构为本领域常规；

较佳地，为了达到更好的换气效果，在所述空间腔体的下方固定有第二通风机，所述第二通风机固定于所述机座上，所述第二通风机与所述空间腔体相连通。

本发明中，所述油冷却机组用于实现所述激磁线圈的冷却，当激磁线圈长时间运行时，可能产生火花溅射，通过油冷却机组的作用使其保持长期稳定运行；

较佳地，所述油冷却机组包括冷却管、压缩机、蒸发器、油箱、干燥过滤器和冷却塔；所述蒸发器通过所述冷却管依次和压缩机、冷却塔和干燥过滤器形成回路，所述蒸发器与油箱相连，所述油箱和所述进油口相连通。

本发明中，所述可控硅整流装置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；

较佳地，所述可控硅整流装置包括整流变压器和可控硅半控桥式整流电路。

本发明中，所述司钻开关将用于改变激磁线圈的直流电流，从而改变制动扭矩，达到调节转速的目的；

较佳地，所述司钻开关为差动变压器，所述差动变压器包括铁芯、线圈和调节机构。

本发明中，所述转子和所述定子之间留有间隙，所述转子和所述机座的顶端和底端之间留有间隙；上述结构设置用于形成电磁转矩。

本发明中，较佳地，所述风冷电磁涡流刹车还安装有底座。

本发明中，所述可控硅整流装置安装在钻机配电房或压风机房内，不可露天安放，以防受潮受热而损坏；若安装处振动较为严重，应采取防振措施，如垫以橡皮。

本发明中，所述司钻开关安装在绞车气控箱上或司钻操作方便的位置，便于司钻操纵，并用螺栓固定，不得松动；司钻开关应操作灵活，并保证自动复零与断电。

本发明的积极进步效果：

本发明的风冷电磁涡流刹车简化了冷却系统、缩小了冷却系统的体积，减轻了系统的质量；不会被施工区域的水质影响；避免了水冷时会发生的锈蚀；提高了使用寿命；制动力矩大，适用于任何地区，特别是寒冷地区的油田钻井操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的风冷电磁涡流刹车的主体结构示意图；

图2为本发明实施例的风冷电磁涡流刹车的油冷却机组的结构示意图。

附图标记说明：

1、端盖；2、转子；

3、机座；4、定子；

5、激磁线圈；6、油冷却机组；

71、出油口；72、进油口；

8、排气口；9、散热翅片；

10、刹车轴；11、离心式通风机；

61、冷却管；62、压缩机；

63、蒸发器；64、油箱；

65、干燥过滤器；66、冷却塔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种风冷电磁涡流刹车，与绞车滚筒相连，包括电磁涡流刹车主体、可控硅整流装置和司钻开关；电磁涡流刹车主体包括端盖1、机座3、转子2、两个定子4、两个散热翅片9、两个磁线圈5、刹车轴10、油冷却机组6和离心式通风机11；机座3和端盖1形成圆柱状的空间腔体，刹车轴10横向贯通空间腔体的中轴线，刹车轴10与绞车滚筒相连；两个定子4分别固定于端盖1上，转子2固定于刹车轴10上并将两个定子4间隔于转子2的左右两侧，转子2和定子4之间留有间隙，转子2和机座3的顶端和底端之间留有间隙；激磁线圈5缠绕于定子4的外部；散热翅片9分别固定于定子4的上部外表面和下部外表面；空间腔体的后方设置有排气口8；离心式通风机11固定于机座3的上表面，离心式通风机11与空间腔体相通；端盖1上开设有两组出油口71和进油口72，两组出油口71和进油口72分别通过冷却管61与油冷却机组6相通，定子4和激磁线圈5之间形成有外围空腔，出油口71和进油口72分别与外围空腔相通；可控硅整流装置和司钻开关分别通过电路与激磁线圈5相连通。

本实施例中，电磁涡流刹车主体为风冷电磁涡流刹车的主体部件，电磁涡流刹车主体的内部形成磁场闭合回路，随着定子4和转子2之间相对位置的不断改变，转子2上各点的磁通处于不断的变化之中，在感应电势的作用下，转子2中产生涡流，从而进一步产生制动扭矩，以实现钻具下放的速度。

本实施例中，端盖1和机座3用于构成电磁涡流刹车主体空间腔体，为空间腔体的主体结构，端盖1用于覆盖机座3上存在的空隙，以使二者结合后能形成一个密闭的空间腔体。

本实施例中，定子4和转子2用于形成感应电势。

本实施例中，激磁线圈5为本领域常规，通过通入电流、改变电流或者断开电流来实现磁力的产生和变化。

本实施例中，刹车轴10用于带动转子2的转动，刹车轴10与绞车相互连通；一般地，刹车轴10通过齿式离合器与绞车相连通，齿式离合器不包括单向离合器。

本实施例中，散热翅片9固定于转子2上，散热翅片9用于扩大转子2表面的散热面积，以使转子2上积聚的热量能够快速散发出去，从而维持整个系统的正常运转。

本实施例中，离心式通风机11用于对空间腔体进行不停的换气，从而将空间腔体内产生的热量通过空气排出，进而达到整个系统降温的目的。

本实施例中，油冷却机组6用于实现激磁线圈5的冷却，当激磁线圈5长时间运行时，可能产生火花溅射，通过油冷却机组6的作用使其保持长期稳定运行；油冷却机组6包括冷却管61、压缩机62、蒸发器63、油箱64、干燥过滤器65和冷却塔66；蒸发器63通过冷却管61依次和压缩机62、冷却塔66和干燥过滤器65形成回路，蒸发器63与油箱64相连，油箱64和进油口72相连通。

本实施例中，可控硅整流装置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5通以可调直流电流；可控硅整流装置包括整流变压器和可控硅半控桥式整流电路。

本实施例中，司钻开关将用于改变激磁线圈5的直流电流，从而改变制动扭矩，达到调节转速的目的；司钻开关为差动变压器，差动变压器包括铁芯、线圈和调节机构。

本实施例中，转子2和定子4之间留有间隙，转子2和机座3的顶端和底端之间留有间隙；上述结构设置用于形成电磁转矩。

本实施例中，风冷电磁涡流刹车还安装有底座。

本实施例中，可控硅整流装置安装在钻机配电房或压风机房内，不可露天安放，以防受潮受热而损坏；若安装处振动较为严重，应采取防振措施，如垫以橡皮。

本实施例中，司钻开关安装在绞车气控箱上或司钻操作方便的位置，便于司钻操纵，并用螺栓固定，不得松动；司钻开关应操作灵活，并保证自动复零与断电。

本实施例的风冷电磁涡流刹车简化了冷却系统、缩小了冷却系统的体积，减轻了系统的质量；不会被施工区域的水质影响；避免了水冷时会发生的锈蚀、设备冻裂等问题；提高了使用寿命；制动力矩大，适用于任何地区，特别是寒冷地区的油田钻井操作。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种风冷电磁涡流刹车，与绞车滚筒相连，其特征在于，所述风冷电磁涡流刹车包括电磁涡流刹车主体、可控硅整流装置和司钻开关；所述电磁涡流刹车主体包括端盖、机座、转子、两个定子、两个散热翅片、两个激磁线圈、刹车轴、油冷却机组和离心式通风机；所述机座和所述端盖形成圆柱状的空间腔体，所述刹车轴横向贯通所述空间腔体的中轴线，所述刹车轴与所述绞车滚筒相连；两个所述定子分别固定于所述端盖上，所述转子固定于所述刹车轴上并将两个所述定子间隔于所述转子的左右两侧，所述转子和所述定子之间留有间隙，所述转子和所述机座的顶端和底端之间留有间隙；所述激磁线圈缠绕于所述定子的外部；所述散热翅片分别固定于所述定子的上部外表面和下部外表面；所述空间腔体的后方设置有排气口；所述离心式通风机固定于所述机座的上表面，所述离心式通风机与所述空间腔体相通；所述端盖上开设有两组出油口和进油口，两组所述出油口和进油口分别通过冷却管与所述油冷却机组相通，所述定子和所述激磁线圈之间形成有外围空腔，所述出油口和进油口分别与所述外围空腔相通；所述可控硅整流装置和所述司钻开关分别通过电路与所述激磁线圈相连通。

2.如权利要求1所述的风冷电磁涡流刹车，其特征在于，所述空间腔体的下方固定有第二通风机，所述第二通风机固定于所述机座上，所述第二通风机与所述空间腔体相连通。

3.如权利要求1所述的风冷电磁涡流刹车，其特征在于，所述油冷却机组包括冷却管、压缩机、蒸发器、油箱、干燥过滤器和冷却塔；所述蒸发器通过所述冷却管依次和压缩机、冷却塔和干燥过滤器形成回路，所述蒸发器与油箱相连，所述油箱和所述进油口相连通。

4.如权利要求1所述的风冷电磁涡流刹车，其特征在于，所述可控硅整流装置包括整流变压器和可控硅半控桥式整流电路。

5.如权利要求1所述的风冷电磁涡流刹车，其特征在于，所述司钻开关为差动变压器，所述差动变压器包括铁芯、线圈和调节机构。

6.如权利要求1所述的风冷电磁涡流刹车，其特征在于，所述风冷电磁涡流刹车还安装有底座。

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