RU2279579C2 - Method of heating and cooling brake pulleys of belt-block brake of draw-works at estimation of their thermal balance - Google Patents

Method of heating and cooling brake pulleys of belt-block brake of draw-works at estimation of their thermal balance Download PDF

Info

Publication number
RU2279579C2
RU2279579C2 RU2004126381/11A RU2004126381A RU2279579C2 RU 2279579 C2 RU2279579 C2 RU 2279579C2 RU 2004126381/11 A RU2004126381/11 A RU 2004126381/11A RU 2004126381 A RU2004126381 A RU 2004126381A RU 2279579 C2 RU2279579 C2 RU 2279579C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
brake
pulleys
heat
pulley
heating
Prior art date
Application number
RU2004126381/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004126381A (en
Inventor
Александр Иванович Вольченко (UA)
Александр Иванович Вольченко
Анатолий Алексеевич Петрик (RU)
Анатолий Алексеевич Петрик
Николай Александрович Вольченко (RU)
Николай Александрович Вольченко
Дмитрий Александрович Вольченко (UA)
Дмитрий Александрович Вольченко
Павел Юзефович Пургал (UA)
Павел Юзефович Пургал
Людмила Ивановна Криштопа (UA)
Людмила Ивановна Криштопа
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ")
Priority to RU2004126381/11A priority Critical patent/RU2279579C2/en
Publication of RU2004126381A publication Critical patent/RU2004126381A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2279579C2 publication Critical patent/RU2279579C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Braking Arrangements (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Maintenance And Inspection Apparatuses For Elevators (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: belt-block brake has hollow pressurized brake pulleys filled with low-melting metal (potassium, sodium, lithium) where heating elements are located over perimeter of cavity. Thermocouple wires are connected to outer surfaces of brake pulleys. Surfaces of first brake pulley are fully heat-insulated from surrounding medium and surfaces of second brake pulley are engageable with it when heating elements are connected to external current source to ensure heating of brake pulleys by molten low-melting metal. Then heating elements are disconnected from external current source and part of heat scattered into surrounding medium by radiation is determined by ratio of measured temperatures of first (t1) and second (t2-t0) brake pulleys. According to second version, belt-block brake is provided with friction linings located over brake band embracing arc; thermocouple wires are passed through them. Projection of first brake pulley is heat-insulated from drum flange and projection of second brake pulley is not heat-insulated. Interaction of friction units of brake is ensured through cyclic braking and brake pulleys are heated by low-melting metal to its molten state. Part of heat of its total amount is estimated by ratio of measured temperatures [(t1-t0)/(t2-t0)] of first and second brake pulleys at different intensity of radiation and convective heat exchange from their surfaces; heat is drawn to drum flange by conductive heat exchange. Provision is made for estimation of losses of heat in brake pulley of belt-block brake by temperature method for determination of heat transfer coefficients at natural and forced convection and radiation, as well as at conductive heat exchange for proper selection of materials of friction linings and operation at surface temperatures below permissible limits.
EFFECT: enhanced efficiency; possibility of operation at surface temperature below permissible limits.
4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в тяжелонагруженных ленточно-колодочных тормозах, например в буровых лебедках.The invention relates to mechanical engineering and can be used in heavily loaded tape-shoe brakes, for example, in drilling winches.

Известны способы определения количества теплоты (так называемой калориметрии), заключающиеся в использовании различных типов калориметров, а именно:Known methods for determining the amount of heat (the so-called calorimetry), which include the use of various types of calorimeters, namely:

- обыкновенный калориметр переменной температуры с изотермической оболочкой;- an ordinary variable temperature calorimeter with an isothermal shell;

- массивный калориметр переменной температуры с изотермической оболочкой;- a massive variable temperature calorimeter with an isothermal shell;

- калориметр переменной температуры с адиабатической оболочкой;- a variable temperature calorimeter with an adiabatic shell;

- дифференциальный калориметр с переменной температурой;- differential calorimeter with variable temperature;

- калориметр постоянной температуры [1, прототип]. - constant temperature calorimeter [1, prototype].

Однако представленные способы определения доли генерируемой, аккумулируемой и рассеиваемой теплоты в окружающую среду тормозным шкивом ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки не могут быть использованы по следующим причинам:However, the presented methods for determining the fraction of generated, accumulated and dissipated heat into the environment by the brake pulley of the drawbar brake of the drawworks cannot be used for the following reasons:

- из-за большого веса тормозного шкива;- due to the large weight of the brake pulley;

- не представляется возможным раздельно оценить интенсивность естественного и вынужденного конвективного охлаждения поверхностей тормозного шкива;- it is not possible to separately evaluate the intensity of natural and forced convective cooling of the surfaces of the brake pulley;

- нельзя точно оценить потери теплоты от радиационного теплообмена от поверхностей тормозного шкива;- it is impossible to accurately assess the heat loss from radiation heat transfer from the surfaces of the brake pulley;

- не представляется возможным учесть потери теплоты от кондуктивного теплообмена в тормозном шкиве.- it is not possible to take into account heat losses from conductive heat transfer in the brake pulley.

Известны методы решения задач теплопроводности, к которым относятся: аналитический, численный, аналоговый, графический и экспериментальный. С помощью перечисленных методов определяют значения температур в исследуемых объектах расчетным или экспериментальным путем [2, аналог]. В используемых зависимостях для расчета количества теплоты, которое отводится от тормозного шкива ленточно-колодочного тормоза, необходимо знать не только разность температур (tн-to), где tн, to - температуры: нагревания поверхности тормозного шкива и окружающей среды, но и коэффициенты интенсивности процессов, т.е. теплоотдачи при естественной и вынужденной конвекции, а также при радиационном теплообмене. Что касается определения потерь теплоты от тормозного шкива кондуктивным теплообменом, то она почти никогда не определяется. Это вызвано тем, что ее просто никто не учитывает. Знание поверхностных температур пар трения тормоза в процессе его эксплуатации позволяет производить правильный выбор материала для фрикционных накладок как для самого слабого звена фрикционного узла.Known methods for solving problems of thermal conductivity, which include: analytical, numerical, analog, graphic and experimental. Using these methods, determine the temperature values in the studied objects by calculation or experimentally [2, analog]. In the dependencies used, in order to calculate the amount of heat that is removed from the brake pulley of the band brake, it is necessary to know not only the temperature difference (t n -t o ), where t n , t o are the temperatures: heating the surface of the brake pulley and the environment, but and process intensity factors, i.e. heat transfer during natural and forced convection, as well as during radiation heat transfer. As for the determination of heat loss from the brake pulley by conductive heat transfer, it is almost never determined. This is because no one simply takes it into account. Knowing the surface temperature of the friction pairs of the brake during its operation allows you to make the right choice of material for the friction linings as the weakest link in the friction unit.

Недостаток методов расчета в том, что при определении потерь теплоты в исследуемом объекте обязательно необходимо знать два параметра: температуры поверхности и коэффициенты теплоотдачи и лучеиспускания. Первые рассчитываются, а вторые принимаются из справочной литературы как некоторые усредненные величины.The disadvantage of calculation methods is that when determining heat losses in the studied object, it is necessary to know two parameters: surface temperatures and heat transfer and radiation emission coefficients. The former are calculated, and the latter are accepted from the reference literature as some averaged values.

Задача изобретения - определение потерь теплоты в тормозном шкиве ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки температурным способом для определения коэффициентов теплоотдачи при естественной и вынужденной конвекции и лучеиспусканием, а также кондуктивным теплообменом для правильного выбора материалов фрикционных накладок и работы в интервалах поверхностных температур ниже допустимых.The objective of the invention is the determination of heat loss in the brake pulley of the drawbar brake of the drawworks using a temperature method for determining heat transfer coefficients for natural and forced convection and radiation, as well as conductive heat transfer for the correct choice of materials for friction linings and work in the surface temperature ranges below acceptable.

Поставленная задача достигается тем, что в лабораторных условиях нагревают теплоизолированный (первый) от окружающей среды и нетеплоизолированный (второй) шкив расплавленным легкоплавким металлом, находящимся в полости шкива, с помощью электрического нагревательного устройства, работающего одинаковый промежуток времени, и через соотношения их усредненных поверхностных температур (t1/t2-t0 - замеряются термопарами) определяют потери теплоты от поверхностей второго шкива радиационным теплообменом. Затем второму шкиву за некоторый промежуток времени позволяют охладиться от полученного теплового состояния до температуры окружающей среды, и по полученным данным определяют коэффициент теплоотдачи естественной конвекцией от поверхностей тормозного шкива.The task is achieved by the fact that under laboratory conditions they heat the insulated (first) from the environment and the non-insulated (second) pulley with molten low-melting metal located in the pulley cavity using an electric heating device operating for the same period of time and through the ratios of their averaged surface temperatures (t 1 / t 2 -t 0 - measured by thermocouples) determine the heat loss from the surfaces of the second pulley by radiation heat transfer. Then, for a certain period of time, the second pulley is allowed to cool from the obtained thermal state to ambient temperature, and the heat transfer coefficient is determined by natural convection from the surfaces of the brake pulley from the obtained data.

После чего с тормозных шкивов снимается теплоизоляция и термопары, но теплоизолируется выступ первого из них, шкивы устанавливают и крепят с помощью болтов к фланцам барабана лебедки. В это же время тормозная лента с накладками оборудуется термопарами. После чего достигается теплонагруженность парами трения тормоза аналогичной той, что была в лабораторных условиях (или путем циклических торможений или нагреванием легкоплавкого металла с помощью электрических нагревательных устройств). Затем через соотношения их усредненных поверхностных температур (t1-t0/t2-t0) определяют потери теплоты от общего ее количества, которая отводится от шкива во фланец барабана кондуктивным теплообменом. После чего поверхностям тормозных шкивов за некоторый промежуток времени при различных постоянных частотах их вращения позволяют охладиться от полученного теплового состояния до температуры окружающей среды и по полученным данным определяют семейство коэффициентов теплоотдачи вынужденной конвекцией от поверхностей тормозного шкива.After that, the insulation and thermocouples are removed from the brake pulleys, but the protrusion of the first one is insulated, the pulleys are installed and bolted to the winch drum flanges. At the same time, brake tape with linings is equipped with thermocouples. After that, the heat load of the friction pairs of the brake is similar to that which was in laboratory conditions (either by cyclic braking or by heating fusible metal using electric heating devices). Then, through the ratio of their average surface temperatures (t 1 -t 0 / t 2 -t 0 ), heat losses are determined from its total amount, which is removed from the pulley to the drum flange by conductive heat transfer. After that, the surfaces of the brake pulleys for a certain period of time at various constant frequencies of their rotation are allowed to cool from the obtained thermal state to the ambient temperature and the obtained data determine the family of heat transfer coefficients by forced convection from the surfaces of the brake pulley.

Сравнительный анализ способов оценки тепловых потерь в шкивах ленточно-колодочных тормозов, исходя из прототипа и аналога, показал следующие преимущества предложенного температурного способа:A comparative analysis of methods for assessing heat loss in belt pulley brakes pulleys, based on the prototype and analogue, showed the following advantages of the proposed temperature method:

- возможность поэтапного определения тепловых потерь тормозного шкива в лабораторных и промышленных условиях;- the possibility of a phased determination of the heat loss of the brake pulley in laboratory and industrial conditions;

- теплота, вносимая в тормозной шкив, имеющий полость с легкоплавким металлом, доставляется электрическим током с помощью нагревательного устройства;- the heat introduced into the brake pulley having a cavity with fusible metal is delivered by electric current using a heating device;

- определение потерь теплоты, вызванное радиационным теплообменом, производится за одинаковое время путем сравнения нагретого нетеплоизолированного и теплоизолированного от окружающей среды тормозного шкива в лабораторных условиях;- determination of heat loss caused by radiation heat transfer is made for the same time by comparing the heated non-heat-insulated and heat-insulated brake pulley in the laboratory;

- определение интенсивности теплообмена естественной конвекции тормозного шкива производится при его охлаждении от заданного теплового состояния до температуры окружающей среды в лабораторных условиях;- determination of the heat transfer intensity of the natural convection of the brake pulley is carried out when it is cooled from a given thermal state to the ambient temperature in laboratory conditions;

- определение потерь теплоты, вызванное кондуктивным теплообменом, производится за одинаковое время путем сравнения нагретого тормозного шкива и тормозного шкива с теплоизолированным выступом в промышленных условиях;- determination of heat loss caused by conductive heat transfer is made for the same time by comparing the heated brake pulley and brake pulley with a thermally insulated protrusion in an industrial environment;

- определение интенсивности теплообмена вынужденной конвекции нагретого тормозного шкива производится за одинаковое время при различных постоянных частотах его вращения в промышленных условиях.- determination of the intensity of heat transfer of forced convection of the heated brake pulley is made for the same time at different constant frequencies of its rotation in an industrial environment.

На фиг.1 показана конструкция теплоизолированного тормозного шкива с нагревательным устройством; на фиг.2 приведена конструкция нетеплоизолированного тормозного шкива от окружающей среды с нагревательным устройством; на фиг.3 проиллюстрирован фрикционный узел с термопарами; на фиг.4 показан вид А на фиг.3 - установка термопары с электродами в детали фрикционного узла; на фиг.5 изображен общий вид ленточно-колодочного тормоза, в котором первый тормозной шкив имеет теплоизолированный выступ.Figure 1 shows the design of a thermally insulated brake pulley with a heating device; figure 2 shows the design of non-insulated brake pulley from the environment with a heating device; figure 3 illustrates the friction unit with thermocouples; figure 4 shows a view of figure 3 - installation of a thermocouple with electrodes in the details of the friction unit; figure 5 shows a General view of the tape-shoe brake, in which the first brake pulley has a thermally insulated protrusion.

Способы нагревания и охлаждения тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки при оценке их теплового баланса заключаются в определении потерь теплоты от поверхностей тормозного шкива радиационным теплообменом, естественной и вынужденной конвекцией, а также путем передачи теплоты теплопроводностью (кондуктивным теплообменом) от выступа тормозного шкива к фланцу барабана лебедки.When assessing their heat balance, the methods for heating and cooling brake pulleys of a drawbar brake of a drawworks are to determine the heat loss from the surfaces of the brake pulley by radiation heat exchange, natural and forced convection, and also by transferring heat by heat conduction (conductive heat transfer) from the protrusion of the brake pulley to the flange drum winch.

Способы нагревания и охлаждения тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза осуществляется в лабораторных и промышленных условиях в четыре этапа.Methods of heating and cooling the brake pulleys of the tape-shoe brake is carried out in laboratory and industrial conditions in four stages.

Первый этап. В лабораторных условиях определяются потери теплоты радиационным теплообменом от нагретого тормозного шкива. Для этого берут два серийных тормозных шкива 1, имеющих выступы 2 и полость 3 в его ободе. Последнюю заполняют легкоплавким металлом 4 (калием, натрием, литием). Там же в полости 3 находятся нагревательные устройства 5, установленные по ее периметру и подключенные к клеммам 6 электрической цепи. При этом поверхности первого из тормозных шкивов 1 полностью покрыты теплоизоляцией 7, т.е. теплоизолированы от окружающей среды. На рабочей поверхности тормозного шкива 1 установлены термопары 8 с термоэлектродами 9, подключенными к регистрирующей аппаратуре (на чертеже не показана) для фиксации термоЭДС, и по тарировочному графику она переводится в температуру.First step. In laboratory conditions, heat losses are determined by radiation heat transfer from a heated brake pulley. To do this, take two serial brake pulley 1 having protrusions 2 and a cavity 3 in its rim. The latter is filled with low-melting metal 4 (potassium, sodium, lithium). In the same place in the cavity 3 there are heating devices 5 installed around its perimeter and connected to the terminals 6 of the electric circuit. Moreover, the surfaces of the first of the brake pulleys 1 are completely covered by thermal insulation 7, i.e. insulated from the environment. On the working surface of the brake pulley 1, thermocouples 8 are installed with thermoelectrodes 9 connected to recording equipment (not shown in the drawing) for fixing the thermopower, and according to the calibration schedule, it is converted to temperature.

Перед нагреванием тормозных шкивов 1 их устанавливают на подставки, изготовленные из материала с низкой теплопроводностью, например эбонита или текстолита.Before heating the brake pulleys 1 they are installed on supports made of a material with low thermal conductivity, for example hard rubber or textolite.

После чего одновременно подключают нагревательные устройства 5 в двух шкивах 1 с помощью клемм 6 в электрическую сеть. Нагревательные устройства 5 включают на одинаковое время для того, чтобы расплавить легкоплавкий металл 4, благодаря чему температура рабочей поверхности второго тормозного шкива 1 достигает не ниже 1000°С.Then at the same time connect the heating device 5 in the two pulleys 1 using the terminals 6 in the electrical network. The heating devices 5 are turned on for the same time in order to melt the low-melting metal 4, so that the temperature of the working surface of the second brake pulley 1 reaches at least 1000 ° C.

В дальнейшем отключают нагревательные устройства 5 от электрической сети и после усреднения замеренных температур на поверхностях тормозных шкивов 1 устанавливают их соотношение. Последние характеризуют отношение поверхностной температуры первого (t1) к второму (t2-t0) тормозных шкивов, которое и определяет долю теплоты, рассеиваемой в окружающую среду радиационным теплообменником. Так, например, при соотношении указанных температур

Figure 00000003
доля теплоты, которая рассеивается в окружающую среду радиационным теплообменом от поверхностей тормозного шкива, составляет 22,2%.Subsequently, the heating devices 5 are disconnected from the electrical network and after averaging the measured temperatures on the surfaces of the brake pulleys 1, their ratio is established. The latter characterize the ratio of the surface temperature of the first (t 1 ) to the second (t 2 -t 0 ) brake pulleys, which determines the fraction of heat dissipated into the environment by a radiation heat exchanger. So, for example, when the ratio of these temperatures
Figure 00000003
the proportion of heat that is dissipated into the environment by radiation heat transfer from the surfaces of the brake pulley is 22.2%.

Второй этап. В лабораторных условиях определяются потери теплоты естественным конвективным теплообменом от поверхностей нагретого первого тормозного шкива.Second phase. In laboratory conditions, heat loss is determined by natural convective heat transfer from the surfaces of the heated first brake pulley.

В результате установившегося теплового состояния тормозного шкива 1, полученного на первом этапе, фиксируют промежуток времени естественного конвективного охлаждения. После чего определяют интенсивность естественного конвективного теплообмена, т.е. коэффициент теплоотдачи от поверхностей тормозного шкива 1 в заданных интервалах температур.As a result of the steady-state thermal state of the brake pulley 1 obtained in the first stage, the time interval of natural convective cooling is fixed. Then determine the intensity of natural convective heat transfer, i.e. heat transfer coefficient from the surfaces of the brake pulley 1 in predetermined temperature ranges.

Так, например, Q=IUτ, кДж (количество теплоты, затраченное на прогревание первого тормозного шкива); I - сила тока, A; U - напряжение, В; τ - время, с. С другой стороны, данное количество теплоты (Q), рассеяное с поверхностей (F) тормозного шкива 1 за время (τ) при разности температур (tн-to) (tн, to - начальная температура поверхности нагретого тормозного шкива и окружающей среды, °С). В этом случае коэффициент теплоотдачи будет равенSo, for example, Q = IUτ, kJ (the amount of heat spent warming up the first brake pulley); I is the current strength, A; U is the voltage, V; τ is the time, s. On the other hand, a given amount of heat (Q) dissipated from the surfaces (F) of the brake pulley 1 during time (τ) at a temperature difference (t n -t o ) (t n , t o is the initial temperature of the surface of the heated brake pulley and the surrounding medium, ° C). In this case, the heat transfer coefficient will be equal to

Figure 00000004
Figure 00000004

Третий этап. В промышленных условиях определяются потери теплоты кондуктивным теплообменом от выступов тормозных шкивов в тело фланца барабана лебедки.The third stage. In industrial conditions, heat losses are determined by conductive heat transfer from the protrusions of the brake pulleys into the body of the winch drum flange.

Для реализации третьего этапа от тормозных шкивов 1 отсоединяют термоэлектроды 9 термопар 8, а также электропровода, идущие от нагревательных устройств 5 к клеммам 6. Кроме того, снимают со второго шкива 1 теплоизоляцию 7, оставив ее только на его выступе 2. После чего тормозные шкивы 1 устанавливают на буровую лебедку, сажая их на фланец барабана 23 и крепя выступы 2 шкивов 1 к фланцу 23 с помощью крепежных болтов 24.To implement the third stage, thermoelectrodes 9 of thermocouples 8 are disconnected from the brake pulleys 1, as well as the electric wires going from the heating devices 5 to the terminals 6. In addition, the thermal insulation 7 is removed from the second pulley 1, leaving it only on its protrusion 2. Then the brake pulleys 1 is mounted on a drawworks, seating them on the flange of the drum 23 and securing the protrusions of the 2 pulleys 1 to the flange 23 with the fixing bolts 24.

Для измерения поверхностных температур пар трения ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки в его фрикционных накладках размещают термоэлектроды 17 термопар 18 (см. фиг.4). Двухканальная керамическая трубка 16 устанавливается в отверстие 14 фрикционной накладки 12 и выводится почти заподлицо ее рабочей поверхности 13. В трубе 16 диаметром 4,0 мм заложены термоэлектроды 17 термопары 18, изготовленной из хромель-алюмелевой проволоки диаметром 0,8 мм. Положительным термоэлектродом 17 является хромелевая проволока, а отрицательным - алюмелевая проволока. Головка термопары 18 (в виде сферы), которая взаимодействует с рабочей поверхностью 15 тормозного шкива 1, сформирована из высокотемпературного медного припоя в виде спая диаметром 3,0 мм и установлена в ограничительное кольцо 19. Последнее препятствует выходу из строя головки термопары 18, способствуя ее работе до полного износа. Двухканальная керамическая трубка 16 (керамическая трубка состоит из двух частей) установлена с изоляционными втулками 20 и 21, в отверстие 11 тормозной ленты 10. Длина термоэлектродов 9 и 18 выбиралась из условия, чтобы за время экспериментов холодный спай не успел прогреться, и равнялась 200-350 мм. Выводы на регистрирующую аппаратуру осуществлялись медными проводами. Термопары 8 и 18 перед их установкой тарировались вместе с соединительными проводами. После чего включают в работу буровую лебедку и выполняют циклические торможения ленточно-колодочным тормозом путем прикладывания и снятия усилия на рычаг управления (на чертеже не показан), прижимая с помощью тормозной ленты 10 фрикционные накладки 12 их рабочими поверхностями 13 к рабочей поверхности 15 тормозных шкивов 1. В процессе торможений на поверхностях пар трения тормоза генерируется значительное количество теплоты, которое идет на нагревание тела тормозного шкива 1 и легкоплавкого металла 4 в его полости до расплавленного состояния. Кроме того, во втором шкиве 1 теплота от его выступа 2 передается фланцу барабана 23 и поэтому температура рабочей поверхности 15 первого шкива 1 будет больше, чем второго. Это обстоятельство будет способствовать разной интенсивности радиационного и вынужденного конвективного теплообмена от поверхностей тормозных шкивов 1. Затем по соотношению измеренных поверхностных температур (t1-t0/t2-t0) первого и второго тормозных шкивов 1 ленточно-колодочного тормоза и судят о доле теплоты от общего ее количества, которая передается во фланец барабана 23 буровой лебедки, т.е. кондуктивным теплообменом. Так, например, при соотношении указанных температур

Figure 00000005
доля теплоты, которая передается кондуктивным теплообменом во фланец барабана 23 лебедки составляет 4,7%.To measure the surface temperatures of the friction pairs of the drawbar brake of the drawworks, thermoelectrodes 17 of thermocouples 18 are placed in its friction pads (see Fig. 4). A two-channel ceramic tube 16 is installed in the hole 14 of the friction lining 12 and is brought out almost flush with its working surface 13. Thermoelectrodes 17 of thermocouple 18 made of chromel-alumel wire with a diameter of 0.8 mm are laid in the pipe 16 with a diameter of 4.0 mm. The positive thermoelectrode 17 is the chromel wire, and the negative is the alumel wire. The head of the thermocouple 18 (in the form of a sphere), which interacts with the working surface 15 of the brake pulley 1, is formed of high-temperature copper solder in the form of a junction with a diameter of 3.0 mm and is installed in the restrictive ring 19. The latter prevents the failure of the head of the thermocouple 18, contributing to it work until complete wear and tear. A two-channel ceramic tube 16 (a ceramic tube consists of two parts) is installed with insulating sleeves 20 and 21, in the hole 11 of the brake tape 10. The length of the thermoelectrodes 9 and 18 was chosen so that during the experiments the cold junction does not have time to warm up, and equals 200- 350 mm Conclusions to the recording equipment were carried out with copper wires. Thermocouples 8 and 18 were calibrated together with connecting wires before installation. After that, the drilling winch is turned on and cyclic braking is performed by the tape-block brake by applying and removing the force on the control lever (not shown in the drawing), pressing the friction linings 12 with their working surfaces 13 against the working surface 15 of the brake pulleys 1 using brake tape 10 . In the process of braking on the surfaces of the friction pairs of the brake a significant amount of heat is generated, which is used to heat the body of the brake pulley 1 and the low-melting metal 4 in its cavity until the molten state i. In addition, in the second pulley 1, heat from its protrusion 2 is transferred to the flange of the drum 23 and therefore the temperature of the working surface 15 of the first pulley 1 will be greater than the second. This circumstance will contribute to different intensities of radiation and forced convective heat transfer from the surfaces of the brake pulleys 1. Then, by the ratio of the measured surface temperatures (t 1 -t 0 / t 2 -t 0 ) of the first and second brake pulleys 1 of the band brake and judge the proportion heat from its total amount, which is transmitted to the flange of the winch drum 23, i.e. conductive heat transfer. So, for example, when the ratio of these temperatures
Figure 00000005
the proportion of heat that is transferred by conductive heat transfer to the flange of the winch drum 23 is 4.7%.

Четвертый этап. В промышленных условиях определяются потери теплоты вынужденным конвективным теплообменом от нагретых тормозных шкивов.The fourth stage. Under industrial conditions, heat losses are determined by forced convective heat transfer from heated brake pulleys.

При различных постоянных частотах вращения подъемного вала 25 лебедки, а вместе с ним и тормозных шкивов 1 за одинаковое промежутки времени фиксируют скользящими термопарами их поверхностные температуры. Для этого термопары установлены на реборде шкивов 1 и подключены через токосъемное устройство к регистрирующей аппаратуре (на чертеже не показаны). После чего определяют интенсивность вынужденного конвективного теплообмена поверхностей шкивов 1 (коэффициент теплоотдачи) в заданных интервалах поверхностных температур. При этом необходимо выдержать условия по нагреванию тормозного шкива ленточно-колодочного тормоза, отвечающие второму этапу исследований. В этом случае определяем коэффициенты теплоотдачи от поверхностей тормозного шкива 1 при его свободном вращении по зависимости, аналогичной зависимости, приведенной для второго этапа.At various constant frequencies of rotation of the lifting shaft 25 of the winch, and with it the brake pulleys 1, their surface temperatures are fixed by sliding thermocouples for equal periods of time. For this, thermocouples are mounted on the flange of pulleys 1 and are connected through a current collector to recording equipment (not shown in the drawing). Then determine the intensity of the forced convective heat transfer of the surfaces of the pulleys 1 (heat transfer coefficient) in the given intervals of surface temperatures. In this case, it is necessary to withstand the conditions for heating the brake pulley of the tape-shoe brake, corresponding to the second stage of research. In this case, we determine the heat transfer coefficients from the surfaces of the brake pulley 1 during its free rotation according to a dependence similar to that given for the second stage.

Таким образом, в лабораторных и промышленных условиях осуществляется нагревание и охлаждение тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза, что позволило определить потери теплоты с радиационным, естественным и вынужденным конвективным теплообменом от его поверхностей в окружающую среду, а также кондуктивным теплообменом от выступов тормозных шкивов к фланцам барабана лебедки.Thus, in laboratory and industrial conditions, heating and cooling of the brake pulleys of the band brake is carried out, which made it possible to determine the heat loss with radiation, natural and forced convective heat transfer from its surfaces to the environment, as well as conductive heat transfer from the protrusions of the brake pulleys to the drum flanges winches.

Источники информацииInformation sources

1. Кириллин В.А., Шейндлин А.Е. Основы экспериментальной термодинамики. - М. - Л.: Государственное энергетическое издательство, 1950. - 310 с. (прототип).1. Kirillin V.A., Sheindlin A.E. Fundamentals of experimental thermodynamics. - M. - L .: State Energy Publishing House, 1950. - 310 p. (prototype).

2. Вольченко А.И. Тепловой расчет тормозных устройств. Львов: Высшая школа, 1987. - 133 с. (аналог).2. Volchenko A.I. Thermal calculation of brake devices. Lviv: Higher School, 1987. - 133 p. (analogue).

Claims (4)

1. Способ нагревания и охлаждения тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки для оценки их теплового баланса, содержащего полые, герметизированные тормозные шкивы, заполненные легкоплавким металлом (калием, натрием, литием), в которых находятся по периметру полости нагревательные устройства, а к наружным поверхностям тормозных шкивов подключены термоэлектроды термопар, отличающийся тем, что поверхности первого тормозного шкива полностью теплоизолированы от окружающей среды, а поверхности второго тормозного шкива взаимодействуют с ней при раздельно подключенных на одинаковый промежуток времени нагревательных устройствах к внешнему источнику электрического тока, обеспечивающих нагревание тела тормозных шкивов посредством расплавленного легкоплавкого металла, после чего отключают нагревательные устройства от внешнего источника электрического тока и по соотношению измеренных поверхностных температур первого (t1) и второго (t2-t0) тормозных шкивов определяют долю теплоты, которая рассеивается в окружающую среду радиационным теплообменом.1. The method of heating and cooling the brake pulleys of the drawbar brake of the drawworks to assess their heat balance, containing hollow, sealed brake pulleys filled with low-melting metal (potassium, sodium, lithium), in which there are heating devices around the cavity, and to the outside thermocouple thermoelectrodes are connected to the surfaces of the brake pulleys, characterized in that the surfaces of the first brake pulley are completely insulated from the environment, and the surfaces of the second brake pulley in they interact with it when the heating devices are separately connected for the same period of time to an external source of electric current, providing heating of the brake pulley body by means of molten low-melting metal, after which the heating devices are disconnected from the external source of electric current and according to the ratio of the measured surface temperatures of the first (t 1 ) and the second (t 2 -t 0 ) brake pulleys determine the fraction of heat that is dissipated into the environment by radiation heat transfer. 2. Способ нагревания и охлаждения тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки для оценки их теплового баланса по п.1, отличающийся тем, что фиксируют промежуток времени естественного конвективного охлаждения поверхностей второго тормозного шкива от полученного теплового состояния в результате электрического нагревания до температуры окружающей среды и определяют интенсивность конвективного теплообмена поверхностей второго тормозного шкива в заданных интервалах температур.2. The method of heating and cooling the brake pulleys of the drawbar brake of the drawworks for evaluating their heat balance according to claim 1, characterized in that the time interval of natural convective cooling of the surfaces of the second brake pulley is fixed from the obtained thermal state as a result of electrical heating to ambient temperature and determine the intensity of convective heat transfer of the surfaces of the second brake pulley in predetermined temperature ranges. 3. Способ нагревания и охлаждения тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки для оценки их теплового баланса, содержащего полые шкивы, прикрепленные к фланцам барабана, полости которых заполнены легкоплавким металлом с находящимися в них нагревательными устройствами, а фрикционные накладки расположены на дуге обхвата тормозной ленты, через тело которых пропущены термоэлектроды термопар и при этом все элементы тормоза, установленного на подъемном валу, а также привод, отличающийся тем, что выступ первого тормозного шкива теплоизолируют от фланца барабана, а выступ второго тормозного шкива не теплоизолируют, после чего путем циклических торможений, обеспечивающих взаимодействие фрикционных узлов тормоза, нагревают тормозные шкивы с легкоплавким металлом до его расплавленного состояния и по соотношению измеренных поверхностных температур
Figure 00000006
первого и второго тормозных шкивов при разной интенсивности радиационного и конвективного теплообмена от их поверхностей судят о доле теплоты от общего ее количества, которая отводится во фланец барабана, т.е. кондуктивным теплообменом.
3. The method of heating and cooling the brake pulleys of the drawbar brake of the drawworks for evaluating their heat balance, containing hollow pulleys attached to the flanges of the drum, the cavities of which are filled with fusible metal with heating devices located in them, and the friction linings are located on the arc of the brake band , through the body of which thermocouple thermoelectrodes are passed and at the same time all the elements of the brake mounted on the lifting shaft, as well as the drive, characterized in that the protrusion of the first brake kiva are insulated from the flange of the drum, and the protrusion of the second brake pulley is not insulated, after which, by cyclic braking, ensuring the interaction of the friction brake assemblies, the brake pulleys with fusible metal are heated to its molten state and according to the ratio of measured surface temperatures
Figure 00000006
the first and second brake pulleys at different intensities of radiation and convective heat transfer from their surfaces judge the fraction of heat from its total amount, which is removed to the drum flange, i.e. conductive heat transfer.
4. Способ нагревания и охлаждения тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки для оценки их теплового баланса по п.3, отличающийся тем, что при различных постоянных частотах свободного вращения нагретого тормозного шкива за одинаковые промежутки времени фиксируют скользящими термопарами его поверхностные температуры, а затем определяют интенсивность вынужденного конвективного теплообмена поверхностей шкива в заданных интервалах его поверхностных температур.4. The method of heating and cooling the brake pulleys of the drawbar brake of the drawworks for assessing their heat balance according to claim 3, characterized in that at different constant frequencies of free rotation of the heated brake pulley for the same periods of time, its surface temperatures are fixed with sliding thermocouples, and then determine the intensity of forced convective heat transfer of the surfaces of the pulley in the given intervals of its surface temperatures.
RU2004126381/11A 2004-08-30 2004-08-30 Method of heating and cooling brake pulleys of belt-block brake of draw-works at estimation of their thermal balance RU2279579C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004126381/11A RU2279579C2 (en) 2004-08-30 2004-08-30 Method of heating and cooling brake pulleys of belt-block brake of draw-works at estimation of their thermal balance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004126381/11A RU2279579C2 (en) 2004-08-30 2004-08-30 Method of heating and cooling brake pulleys of belt-block brake of draw-works at estimation of their thermal balance

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004126381A RU2004126381A (en) 2006-02-10
RU2279579C2 true RU2279579C2 (en) 2006-07-10

Family

ID=36049712

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004126381/11A RU2279579C2 (en) 2004-08-30 2004-08-30 Method of heating and cooling brake pulleys of belt-block brake of draw-works at estimation of their thermal balance

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2279579C2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2502900C2 (en) * 2012-02-20 2013-12-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method of electrodynamic definition of operating parameters of metal-polymer friction pairs of drilling winch belt-shoe brakes
RU2507423C2 (en) * 2010-11-08 2014-02-20 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method for determining operating parameters at quasi-linear law of their change in band-and-shoe brakes of boring winches
RU2525347C2 (en) * 2012-03-21 2014-08-10 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method of heating and cooling of brake drums of carrier drum-shoe brake for evaluation of their thermal balance
RU2534158C2 (en) * 2012-02-22 2014-11-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Determination of geometrical parameters of draw work band-shoe brake braking pulleys
RU2561415C2 (en) * 2011-01-12 2015-08-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Determination of metal friction element surface area at their different power capacity in brakes
RU2594044C1 (en) * 2015-06-11 2016-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Method of determining surface areas of metal discs of various power consumption in disc-drum brakes
RU2647338C2 (en) * 2015-06-11 2018-03-15 Николай Александрович Вольченко Method for evaluating external and internal parameters of friction units when tested in bench conditions
RU2677542C1 (en) * 2017-11-07 2019-01-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Heating and the energy load reduction method during the drawstring belt brake composite brake pulleys air-liquid cooling during their heat balance evaluation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Кириллин В.А., Шейндлин А.Е. Основы экспериментальной термодинамики. - М. - Л.: Государственное энергетическое издательство, 1950, 310 с. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2507423C2 (en) * 2010-11-08 2014-02-20 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method for determining operating parameters at quasi-linear law of their change in band-and-shoe brakes of boring winches
RU2561415C2 (en) * 2011-01-12 2015-08-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Determination of metal friction element surface area at their different power capacity in brakes
RU2502900C2 (en) * 2012-02-20 2013-12-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method of electrodynamic definition of operating parameters of metal-polymer friction pairs of drilling winch belt-shoe brakes
RU2534158C2 (en) * 2012-02-22 2014-11-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Determination of geometrical parameters of draw work band-shoe brake braking pulleys
RU2525347C2 (en) * 2012-03-21 2014-08-10 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method of heating and cooling of brake drums of carrier drum-shoe brake for evaluation of their thermal balance
RU2594044C1 (en) * 2015-06-11 2016-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Method of determining surface areas of metal discs of various power consumption in disc-drum brakes
RU2647338C2 (en) * 2015-06-11 2018-03-15 Николай Александрович Вольченко Method for evaluating external and internal parameters of friction units when tested in bench conditions
RU2677542C1 (en) * 2017-11-07 2019-01-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Heating and the energy load reduction method during the drawstring belt brake composite brake pulleys air-liquid cooling during their heat balance evaluation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004126381A (en) 2006-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2279579C2 (en) Method of heating and cooling brake pulleys of belt-block brake of draw-works at estimation of their thermal balance
Drake et al. Heat generation rate measurement in a Li-ion cell at large C-rates through temperature and heat flux measurements
Hsu et al. An effective Seebeck coefficient obtained by experimental results of a thermoelectric generator module
TW200708725A (en) System for measuring heat-conducting performance of heat-conducting component and screening method thereof
Ling et al. Measurement of pointwise juncture condition of temperature at the interface of two bodies in sliding contact
Anatychuk et al. Procedure and equipment for measuring parameters of thermoelectric generator modules
Ding et al. Performance and reliability of commercially available thermoelectric cells for power generation
JP2017166824A (en) Device for controlling power cycle evaluation test of semiconductor element
CN212255564U (en) Thermoelectric device performance test system
CN111521923A (en) Thermoelectric device performance test system and test method
Strezov et al. Computer aided thermal analysis
Muscio et al. Thermal diffusivity measurement in slabs using harmonic and one-dimensional propagation of thermal waves
RU2525347C2 (en) Method of heating and cooling of brake drums of carrier drum-shoe brake for evaluation of their thermal balance
Rodríguez et al. Influence of temperature and aging on the thermal contact resistance in thermoelectric devices
Gomez et al. Investigation of the effect of electrical current variance on thermoelectric energy harvesting
CN108535172B (en) Thermal aging test device and thermal aging test method
RU2010107170A (en) METHOD FOR DETERMINING DIRECTIONS OF COMPONENTS OF ELECTRIC CURRENTS IN POLYMER-METAL FRICTION COUPLES OF DRUM-SHAFT BRAKE WHEN HEATING UNDER STAND CONDITIONS (OPTIONS)
JP2012002744A (en) Thermal resistance measuring jig, thermal resistance measuring method, and thermal grease evaluating method
Capelli et al. Thermal behavior of energy-efficient substation connectors
Dragomir et al. Monitoring of long term thermal stresses of electrical equipment
RU2780703C2 (en) Method for control of polarity of thermoelectrodes
RU2134368C1 (en) Method and device for cooling band-and-shoe brake
RU2677542C1 (en) Heating and the energy load reduction method during the drawstring belt brake composite brake pulleys air-liquid cooling during their heat balance evaluation
Pasini et al. High temperature current cycle test of implosive connectors on ACSS conductor
Arvind Singh et al. Estimation of surface temperature of a pin wearing on a disk

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070831