CN2059679U - 风冷式电磁涡流刹车 - Google Patents

Abstract

本实用新型是用于石油钻机绞车的一种制动装置，涉及通过电力或磁力装置作用的制动器。刹车由带有激磁线圈的定子和与绞车滚动相联的转子，以及转子与定子间的工作间隙构成一个完整的磁路。制动时产生的大量热量用一套强制通风的空气换热系统进行冷却。本实用新型不仅简化了冷却系统，更重要的是不受水质、水源的影响及低温时不会发生水垢、堵塞、锈蚀及冻裂等问题。尤其适合寒冷地区的油田使用。

Description

本实用新型是用于石油钻机绞车的一种制动装置，涉及通过电力或磁力装置作用的制动器。

以往钻井过程中进行下钻作业时，对下放钻具进行制动都采用手操纵的主刹车和辅助的水刹车装置。近年来从国外引进了水冷式电磁涡流刹车，这种刹车具有制动力矩大，制动特性好，滚筒无级调速，任意控制钻具下放速度，实现下钻时的加速、等速和减速过程；工作可靠，寿命长，维护简单等优点，因而延长了主刹车的寿命，减少了钻井维修工作量，降低了钻井成本，有着明显的经济效益和社会效益。但用水进行冷却，就有因水源、水质及低温而造成的水垢、堵塞、冻裂和结构复杂等缺点，影响了它的推广使用，特别是限制了寒冷地区油田的使用。

本实用新型的目的是设计一种用空气强制冷却的电磁涡流刹车，克服了用水冷却带来的不便，最大限度地满足了钻井工艺的需要。

本实用新型是通过空气换热系统进行冷却的，即在机座上安装一套通风机组，采用轴向通风冷却结构，对电磁涡流刹车转子和定子进行强制通风冷却。冷却空气从通风机吸入后进入刹车内腔，绝大部分流经转子表面后从刹车另一端排出，少量空气流经定子表面及定转子之间的空气隙后从刹车另一端排出。为使转子有良好的冷却效果，在转子的外圆表面上设置了径向散热翅片。这样的结构能带走刹车时产生的巨大热量，保证器件正常工作。

图1为本实用新型的结构剖视图，图2为图1的侧向视图。图中1为端盖，2为转子，3为机座，4为定子，5为激磁线圈，6为上呼吸器，7为下呼吸器，8为通风机。

结合附图给出本实用新型的实施例。

刹车由两个基本部分组成，如图1所示。其一为静止部分，称为定子；其二为转动部分，称为转子。在定子与转子之间有一定的气隙，称为工作气隙。风冷式电磁涡流刹车采用外电枢结构的型式，也就是说，其转子在定子外面旋转。

刹车的定子由磁极和激磁线圈构成。磁极是磁路的一部分，采用电工钢制成，这种材料的导磁系数高，矫顽力小，以满足下钻时有用制动扭矩大，而起空吊卡时无用制动扭矩小的要求。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，构成定子。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。

刹车的转子通过牙嵌离合器或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、工作间隙构成刹车的完整磁路。

空气换热系统是风冷式电磁涡流刹车能否正常工作的关键所在。我们采用了风源为离心式通风机的轴向通风冷却结构。通风机安装在刹车左侧上方，冷却空气经通风机进入刹车，从另一侧排出。为了提高传热效率，强化换热系数，除了采用强制通风冷却结构外，还应用了高效的翅片式空气换热器，即在转子外圆表面上设置了径向凸起的散热翅片。

刹车的直流电流通过可控硅整流装置供电，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。考虑到在使用风冷式电磁涡流刹车进行下钻作业时，其下钻速度的调速精 度、调节系统的稳定性以及过渡过程动态品质等方面的指标都要求不高，因此采用比较简单的单闭环调节系统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，从而改变钻具的下放速度。

风冷式电磁涡流刹车又称风冷式电磁涡流制动器。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型式的摩擦付完成的，没有任何磨损件。制动时产生的巨大热量，通过通风冷却方式进行交换，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，使转子处在磁埸闭合回路中。磁埸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埸内旋转。在这个磁埸中，磁力线在磁极的齿部（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。即转子沿工作气隙的圆周上因磁极的齿部和槽部的磁导不等，在空间建立脉动磁埸，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。涡流与定子磁埸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，改变了制动扭矩的大小，从而达到控制钻具下放速度的目的。

风冷式电磁涡流刹车，下钻时由电磁能转换的巨大的热能是用强迫通风进行冷却和吸收，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，轻则停机修理，重则造成停止下钻作业。同时，配备风冷式电磁涡流刹车，可在几乎不使用主刹车的情况下完成下钻作业，因此，不仅辅助刹车取消了冷却水，而且绞车的刹车轮网也可取消冷却水，使钻机绞车和辅助刹车不再用水冷却，为钻井工作创优和升级创造了条件，解除了广大钻井工人在冬季钻井时设备时而冻裂损坏的后顾之忧，为解决刹车轮网表面裂纹，延长寿命提供了保证。因此，风冷式电磁涡流刹车可在我国任何地区，任何油田，尤其适合在寒冷地区的油田钻井使用。

Claims (3)

1、风冷式电磁涡流刹车，它由转子和定子部件以及冷却系统组成，外接直流电源，其特征是冷却系统为一空气换热系统，它由一套装于机座上的通风机组及轴向通风冷却系统组成；在转子的外圆表面上设有散热翅片。

2、根据权利要求1所说的风冷式电磁涡流刹车，其特征是通风机安装在机座的左上方，冷却空气从另一侧端盖处排出。

3、根据权利要求1和2所说的风冷式电磁涡流刹车，其特征是在转子外圆表面上设置有径向凸起的散热翅片。

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