FDWS型风冷式电磁涡流刹车说明书

FDWS型风冷式电磁涡流刹车
使
用
说
明
书
上海申通石油机械厂
一、概述
风冷式电磁涡流刹车是在吸取国外水冷式电磁涡流刹车先进技术基础上结合我国油田特点和需要研制的石油钻机绞车的一种新颖辅助刹车。

保证在钻井进程中进行下钻作业时对下放钻具产生靠得住又可调的非摩擦式的强有力制动，使钻具平稳地座落在转盘或卡瓦上，在几乎不利用主刹车(刹把)的情形下完成下钻作业。

它将水冷式涡流刹车优良的性能与高效有效的通风冷却系统融为一体，扬长避短，既综合了水冷式涡流刹车的优势，又克服了水冷式涡流刹车由于采纳水冷却而造成的缺点。

采纳强迫通风冷却，实现了钻机绞车和辅助刹车在冷却方式上的创新与冲破。

具有制动扭矩大，制动特性好；流筒无级调速，任意操纵钻具下放速度，实现下钻时的加速、等速和减速进程；工作靠得住，寿命长，保护简单；主刹车刹带片和刹车轮网的磨损大幅度减少，主刹车寿命延长，钻井维修工作量减小，钻井本钱下降，经济效益十分可观；工人劳动强度减轻，环境和空气污染取得操
纵，社会效益显著；采取强迫通风冷却，取代了水冷，幸免了国内外水冷式涡流刹车和传统水刹车在利用中由于水源、水质及低温而造成的水垢、堵塞、冻裂、结构复杂等诸多不利和不良后果等特点，最大限度地知足了钻井工艺的需要，适应在我国任何地域，任何油田，尤其在严寒地域油田利用，深受钻井工人欢迎。

二、用途
风冷式电磁涡流刹车是一种无摩擦刹车，没有任何磨损件。

在高速和低速时都具有很高的制动扭矩，不像水刹车那样在低速时扭矩几乎为0，而且制动扭矩的调剂又十分方便，司钻只要操作司钻开关即可调剂自如，劳动强度减轻，要取消制动，只要将司钻开关关闭即可。

在一样情形下，只要操作司钻开关而没必要利用刹把(主刹车)就能够靠得住地操纵钻具下放速度。

将钻具平稳地座落在转盘或卡瓦上。

由于是风冷，再也不发生像水冷不时而发生的设备冻裂冻坏、结垢、堵塞，刹车轮网表面裂纹等现象，能有效地减轻主刹车负担，延长主刹
车寿命。

另外，利用这种刹车，也不需要单向聚散器，因此是目前石油钻机最为理想的一种辅助刹车。

三、结构与工作原理
风冷式电磁涡流刹车由刹车主体、可控硅整流装置及司钻开关等三部份组成。

它的空气换热系统与刹车主体组成一个整体。

1．刹车主体
它由两个大体部份组成，如图一所示。

其一为静止部份，称为定子；其二为转动部份，称为转子。

在定子与转子之间有必然的气隙，称为工作气隙，风冷式涡流刹车的刹车主体采纳外电枢结构的型式，也确实是说，其转子在定子外面旋转。

刹车的定子由磁极和激磁线圈组成。

磁极是磁路的一部份，采纳电工钢制成，这种材料的导磁系数高，矫顽力小，以知足下钻时有效制动扭矩大，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份，工作时通以直流电流，它固定于磁极上，与磁极组成
一个整体成为定子。

刹车在运行时要产生大量的热量，因此激磁线圈采纳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。

图一风冷式电磁涡流刹车结构示用意
1. 端盖
2. 转子
3. 机座
4. 定子
5. 激磁线圈
刹车的转子通过牙嵌聚散器或齿式聚散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份，又是电路的一部份，采纳电工钢制成。

它和定子磁极、工作气隙组成刹车的完整磁路。

空气换热系统是风冷式电磁涡流刹车可否正常工作的关键所在。

咱们采纳了风源为离心式通风机的轴向通风冷却结构。

为了提高传热效率，强化换热系数。

除采纳强制通风冷却结构外，还应用了高效的翅片式空气换热器。

2．可控硅整流装置：
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。

考虑到利用风冷式电磁涡流刹车进行下钻作业时，其下钻速度的调整精度、调剂系统的稳固性和过渡进程动态品质方面的指标都要求不高，因此采纳比较简单的闭环调剂系统即可知足钻井工艺的要求。

通过调剂激磁线圈的直流电流，即可调剂刹车的制动扭矩，从而改变钻具的下放速度。

3．司钻开关：
它事实上是一台可调的差动变压器，由铁芯、线圈、调剂机构等部份组成。

将铁芯位置的转变转换成交流信号电压的转变，经桥式整流作为给定信号电压，去操纵可控硅的导通角，达到改变电流电压，从而改变激磁线圈直流电流，改变制动扭矩，调剂滚筒转速的目的。

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庞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进程，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成的磨擦付完成的，没有任何磨损件。

制动时产生的庞大热量，通过通风冷却方式进行互换，它不同于水冷式涡流刹车，通过水介质进行吸收与互换。

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连，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。

如图二所示，下钻时，绞车滚筒旋转，通过聚散器驱动转子以相同转速在定子所成立的磁场内旋转。

在那个磁场中，磁力线在磁极的齿部
(凸极部份)散布较密，而在磁极的槽部(齿间部份)散布较稀，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转变当中。

换句话说，转子沿工作气隙的圆周上的因磁极的齿部和槽部的磁导不等，在空间成立脉动磁场，依照电磁感应定律，转子上便产生感应电势，在那个感应电势作用下，转子中产生涡流。

涡流与定子磁场彼此作用产生电磁力，力的方向由左手定那么确信，该力沿转子的切线方向，而且与转子旋转方向相反。

那个力对转子轴心形成的转矩称为电磁转矩，也确实是电磁涡流刹车阻止滚筒旋转的制动扭矩。

司钻通过调剂司钻开关手柄位置，便调剂了激磁电流的大小，改变了制动转矩的大小，从而达到了操纵钻具下放速度的目的。

图二电磁涡流刹车工作原理示用意
四、要紧技术参数
五、应用特点
近十连年来，水冷式电磁涡流刹车在国外石油钻机上的应用范围不断扩大，海洋钻机、深井钻机以至中深井陆地钻机，配备涡流刹车的数量日趋增加。

在国内，近几年来，水冷式涡流刹车也有了必然的进展。

涡流刹车之因此进展较快，是由于它具有以下比较突出的优势：1．制动特性好。

咱们从涡流刹车和水刹车的制动特性曲线图三可以看到，水刹车在低速时其制动扭矩几乎为0，这是因为制动扭矩T水
图三 两种刹车的制动特性曲线
T
水
= a ( — ) 2
(D 5
外 — D 5
内 ) = cn 2. 因此在低速时水刹车对钻具下
放无能为力，现在钻具负荷几乎都有主刹车承担。

而涡流刹车不管在高速或低速时都产生很高的制动扭矩，这是因为制扭动矩T 电 = CnB 2. 因此在钻具下放时，钻具负荷几乎全数由涡流刹车承担，最大限度地知足了下钻工艺的要求。

2．滚筒无极调速，下钻速度任意操纵。

下钻时，司钻通过操作司钻开关可滑腻地调剂激磁电流，就可改变制动扭矩，无级地调剂滚筒转速，要快那么快，要慢那么慢，要取消制动只要关上司钻开关即可灵活地使钻具加速，等速和减速，直至平稳地座落在转盘或卡瓦上，
n 100
在几乎不利用主刹车(刹把)的情形下完成下钻作业，不仅司钻劳动强度大大减轻，而且下钻时钻具负荷引发的动载系数、振动和冲击大大减少，制动进程十分平稳，有利于延长绞车、井架及游动系数的寿命。

3．由于下钻时几乎不利用主刹车，因此主刹车负担大大减轻，刹带片与刹车轮网的磨损与消耗大幅度减少，寿命成倍增加，钻井本钱下降，经济效益十分显著。

据统计，与水刹车相较，采纳涡流刹车可使刹带片寿命提高20倍以上，刹车轮网寿命提高3倍以上。

在大庆，钻一口2300米深的取芯井，采纳风冷式电磁涡流刹车后，仅刹带片一项可节约6万元左右。

4．涡流刹车的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，不存在摩擦与摩擦付，因此没有磨损与磨损另件，这种非摩擦式刹车工作靠得住，寿命长，保护简单。

风冷式电磁涡流刹车将刹车的冷却介质由水改成空气，工作靠得住性进一步提高，寿命进一步延长，冷却系统简化，保护更为简便。

同时，在起空吊卡时，涡流刹车的阻力矩几乎可忽略不计，而水刹车在反转时却有不小的阻力矩(转速较高)，因此在利用涡流刹车时没必要安装超越聚散器，又节
约了能源。

5．风冷式电磁涡流刹车不同于水刹车和水冷式涡流刹车，下钻时由电磁能转换的庞大的热能不是用水来冷却和吸收，而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、水源及低温的阻碍和限制，提高了适应性，幸免了水冷时常常发生的水垢、堵塞、锈蚀、设备冻裂冻坏等不良后果，轻那么停机修理，重那么造成停止下钻作业。

同时，配备风冷式涡流刹车，可在几乎不利用主刹车的情形下完成下钻作业。

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再也不用水冷却，为钻井工作创优和升级制造了条件，解除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域，任何油田，尤其适合在严寒地域的油田钻井利用。

六、电气操纵
风冷式电磁涡流刹车工作时，激磁线圈内必需通入直流电流。

而钻机一样由交流发电机或交流电网供电，为了把交流电压变成可调直流电压，咱们采纳了ZCA10 — 40/320—Ye型直流可控硅供电装置，并在原电路基础上作了部份修改和补充，采纳只有电流反馈的单闭环系统。

主回路采纳单相或三相半控桥式整流电路。

操纵系统由信号给定、电流调剂、触发器、电流变送、直流稳压电源等环节组成。

这种系统调剂精度较高，反映快、易于稳固和调整。

给定信号分内控和外控，内控在本机面板上的电位器产生，外控由安装在司钻气控台上的司钻开关产生。

下钻时，司钻操纵司钻开关，便将司钻开关手柄的角度转变量转换成电压的转变量，经桥式整流作为给定信号电压。

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，便于司钻把握。

改变给定信号电压，便改变了可控硅触发脉肿的相位，从而改变直流输出电压，激磁线圈的直流电流随之改变，制动扭矩取得调剂。

从而达到任意操纵滚筒转速和钻具下放速度的目的，使钻具依托涡流刹车平稳地座落在转盘或卡瓦上。

供电装置采纳变压器进线，既知足了输出电压的要求，又使电源与可控硅元件之间有了平安隔离。

在可控硅元件的进线处有电容和压敏电阻作为过电压爱惜，每一个可控硅元件还有阻容吸收装置。

离心式通风机的启动和停止是通过操作空气自动断路器来实现的。

在开始下钻时，必需第一启动风机，下钻终止后方能关上风机。

七、冷却
风冷式电磁涡流刹车是一台将下钻时钻具的位能变成热能的能量变换装置。

它是依托电枢中产生的涡流工作的。

涡流引发损耗致使电枢发烧。

由于下钻时产生的热量相当可观，而且，随着钻井深度的增加，热量也随之增加，刹车电枢发烧也越趋严峻。

若是刹车散热条件不行或通风冷却系统发生故障，下钻时，产生的高温必将致使激磁线圈绝缘损坏，涡流刹车无法工作。

因此，为了有效地进行热互换，及时地将电枢产生的热量传导到空气中去，保证涡流刹车正常工作，咱
们采纳了强制通风冷却的空气换热系统。

工作时，冷却空气从离心式通风机进风口吸入，进入刹车，从刹车另一端排出。

应当指出，为了保证涡流刹车正常运行，在整个下钻进程中，必需使离心式通风机不断地运转。

八、安装与调试
1．风冷式电磁涡流刹车开箱后，第一检查刹车主体、可控硅整流装置及司钻开关三个部件是不是完好无损。

转动刹车主体的转子是不是转动自如，牙嵌或齿式聚散器操纵是不是灵活，风机叶轮转动是不是碰擦。

可控硅整流装置的元件与接线是不是松动，元器件是不是有损坏。

司钻开关的操纵手柄转动是不是灵活。

在外观检查合格的基础上接着进行安装、接线和调试。

角度误差的调整水平误差的调整
图四电磁涡流刹车轴与滚筒轴的找正
2．将涡流刹车主体吊装到绞车底座上，安放在原水刹车的位置。

刹车轴与绞车滚筒轴之间用牙嵌或齿式聚散器联接。

安装时必需保证涡流刹车轴与绞车滚筒轴轴线严格找正，其同轴度误差不得大于毫
米。

找正时可按图四所示方式，用百分表检查角度误差和水平偏置误差，借助涡流刹车底板上的四个顶丝，在刹车与底座间用垫片进行调整。

在现场安装调整时，若是没有百分表，可用钢板尺和塞规进行查验，也可用指针靠在聚散器端面及径向在圆周的四个方向检查其跳动量。

若是涡流刹车轴与绞车滚筒轴中心没有找正或误差专门大，将造成轴承负荷增加，致使轴承初期磨损直至损坏报废。

除保证涡流刹车中心高与绞车滚筒中心高维持一致外，还必需保证聚散器处于分离状态时其间有15～19毫米的间隙。

安装后的聚散器应能灵活移动，保证聚散器在挂合与分离时操作自如，没有任何卡阻现象。

3．将通风机安装在涡流刹车机座上，并用螺栓固定，不得松动。

固定后的风机的叶轮应能转动自如。

4．将可控硅整流装置稳妥地安装在钻机配电房或压风机房内，切不可露天安放，以防受潮受热而损坏。

假设安装处振动较为严峻，应采取防振方法，如垫以橡皮等。

5．将司钻开关(司钻操纵器)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。

6．接线：严格依照电气原理图要求进行接线。

在接线之前，先用500伏兆欧表检查涡流刹车激磁线圈及通风机电机绕组的对地绝缘电阻，其值必需须大于1 MΩ一样正常情形下测得的绝缘电阻为无穷大。

(1) 关于FDWS1五、20、2五、3二、40、50型电磁涡流刹车，用一根四芯橡套软电缆，YHC型，截面积为6mm2，将三相电源从配电房或发电房引至可控硅整流装置端子板上。

关于FDWS60、70型电磁涡流刹车，用一根四芯橡套软电缆，YHC型，截面积为10mm2，将三相电源从配电房或发电房引至可控硅整流装置端子板上。

(2) 关于不同的电磁刹车，别离用一根(一台风机)或三根(三台风机)三芯橡套软电缆，YHC型，截面积为或，将三相电源从可控硅整流装置引至一台或三台通风机电机。

(3) 关于FDWS1五、20、2五、3二、4五、50型电磁刹车，用一根两芯橡套软电缆，YHC型，截面积为6mm2，将直流电源从可控硅整流装置引至电磁刹车(激磁线圈)。

关于FDWS60、70型电磁刹车，用
一根两芯橡套软电缆，YHC型，截面积为10mm2，将直流电源从可控硅整流装置引至电磁刹车(激磁线圈)。

(4) 用一根四芯橡套软电缆，YHC型，截面积为1mm2，或 (4芯×1mm2或，其中两芯将电源220V引入司钻开关输入端，另两芯将信号电压从司钻开关(司钻操纵器)引至可控硅整流装置。

(5) 用三根截面积大于的电缆或电线(铜芯)别离将可控硅整流装置外壳，涡流刹车外壳和司钻开关外壳与接地极连接起来，进行平安接地。

接线完毕后，必需通过认真查对，专门是三相四线制的电源线将三相电源从配电房或发电房引至可控硅整流装置时，切切不可把相线误接到零线上，不然将造成机毁人亡的严峻后果。

在确认接线无误后方可接通电源。

7．电路调试
(1) 按电气原理图和接线图要求，严格检查接线是不是正确无误，确认无误后方可接通电源，进行调试。

(2) 可控硅整流装置直流输出端S1( + )、S2(－)的负载先不接
涡流刹车激磁线圈(B1B3或B1B2)，先接500瓦、220伏白炽灯泡作假负载。

(3) 接通操纵电源、扳动开关K1 。

主回路断开，交流接触器ZC 断开。

a. 观看指示灯HD(红色)是不是变亮，检查交流输入电压220伏或380伏是不是正常。

b. 用示波器观看电容C11两头是不是显现锯齿波。

c. 用双线示波器或一般示波器观看触发脉冲波形，将探头别离接触G1—Z11、G2—X22，脉冲波形应正常，脉冲应不丢失。

(4) 接通主回路电源，揿下按扭QA1，接触器ZC接通，指示灯LD(绿色)变亮。

a. 用双线示波器观看直流输出端S1( + )、S2(－)之间和可控硅操纵极与阴极间的波形，现在应观看到触发脉冲波形和直流输出波形。

b. 将面板上的给定信号开关扳向“内”(即本机给定)。

调剂给定电位器W1，由零慢慢增大，主回路的直流输出电压随
着给定信号的增大而增大，(从直流电压表和示波器和假负载灯炮能够清楚看到输出电压的转变)。

c. 将面板上的给定信号开关扳向“外”(即司钻开关给定)。

调剂司钻开关(即司钻操纵器)的手柄，即调剂差动变压器的铁芯位移，也就调剂了给定信号电压，主回路的直流输出电压一样随着给定信号的转变而转变。

从直流电压表，灯炮和示波器能够清楚地看到这种转变。

在调剂进程中注意观看系统是不是稳固。

(5) 将可控硅整流装置直流输出端S1( + )、S2(－)接入涡流刹车激磁线圈(B1B3或B1B2)，调试用的假负载220伏、500瓦白炽灯炮仍并联在直流输出端S1( + )、S2(－)，没必要拆除。

使给定信号为零，然后别离接通操纵电源K1和主回路ZC调剂给定信号电压W1，随着给定信号的慢慢增加，涡流刹车激磁线圈的电流慢慢从零增大到最大值24安或40安或84安，从直流电压表、电流告白炽灯炮和接在直流输出端的示波器波形能够清楚地观看到直流电压、直流电流的转变。

在调试进程中别离进行“内控”与“外控”调试，并随时注意系统是不是稳固，假设系统不够稳固，呈现振荡，可调剂反馈电位器使之稳固。

(6) 扳动空气开关，通风机起动，并当即切断电源，使通风机停止，观看通风机旋转方向是不是正确，假设反向，那么改变任意两根相线位置，使转向符合要求。

至此，风冷式电磁涡流刹车的安装与调试已经完成，即可投入运转。

需要注意的是，刹车在每次搬家后，必需重复上述（6）接线和（7）电路调试的内容，不可省略，也不可麻痹大意。

九、利用与保养
在钻机搬家，涡流刹车安装与调试完成后，在利用前还需做好如下预备工作，方可投入运行，这些工作包括：
1．检查风机进风口及刹车排风口是不是畅通无阻。

钢板网处不许诺有杂物和垃圾存在；风叶转动灵活自如，不得有任何卡阻现象或其
他故障；在平常应维持风机清洁，清除泥浆等污物，在刹车内腔应维持清洁，清除垃圾、泥石、灰砂、螺栓、钉子等杂物，维持风道整洁畅道。

2．用手盘动牙嵌或齿式聚散器，涡流刹车转子应转动灵活，不得有任何卡阻现象，转子与定子的空气隙中绝不许诺有砂粒、金属切削，杂物和垃圾等存在，如有发觉，必需当即排除。

3．在刹车双侧的轴承腔内注入足够的锂基润滑脂，用黄油枪打入时保证至少注满轴承腔的三分之二。

在正常利用的情形下，一样应每礼拜注入一次润滑脂。

4．在牙嵌或齿式聚散器的滑动与转动部份注入足量机油，确保牙嵌与花键，内齿圈与外齿圈，拨叉等部件的润滑，使聚散器运动自如，“离”“合”靠得住。

5．接通电源，使可控硅整流装置与司钻开关处于工作状态。

6．启动风机，使风机运转。

在整个下钻作业进程中，风机始终不断地运转，如有故障应及时排除，确保风机正常工作。

在风机故障排除之前，涡流刹车不得投入利用。

当上述预备工作做好后，即可使涡流刹车投入下钻作业，可钻操作司钻开关(即司钻操纵器)。

即可中意地操纵钻具下放速度，在几乎不利用主刹车的情形下完成下钻作业。

应当指出，为了确保平安，在下钻时司钻仍应手扶刹把，做到有备无患。

在下钻进程中，严禁倒换发电机或拉闸停电。

严禁挂钻。

在钻进进程中，风冷式电磁涡流刹车应常常进行保护保养，确保刹车正常工作，延长利用寿命。

保护保养的要紧内容有：1．涡流刹车的固定螺栓是不是有松动，包括刹车与绞车底座的紧固螺栓和涡流刹车本身的紧固螺栓。

如有松动，应及时拧紧。

2．常常排除风机进风口及刹车排风口的垃圾、泥石、灰砂、金属铁屑等杂物，专门是刹车下部的垃圾杂物，维持风道整洁畅通。

3．每次下钻前，在刹车双侧的轴承腔内注入足够的锂基润滑脂。

4．位于刹车双侧上方的呼吸器，是作为线圈受热或冷却时通气用。

位于刹车双侧下方的呼吸器，是作为线圈受热或冷却时产生的冷凝水排出用。

避免在线圈中积聚水分，造成线圈损坏。

在搬家安装时切忌碰撞损坏，对呼吸器内的垃圾及时清除，维持干净与畅通。