电磁涡流刹车说明书

DS50电磁涡流刹车
使 用 说 明 书
118.03.00 SM
兰州兰石国民油井石油工程有限公司
二○○五年六月
目 录
机械部分
1 性能及结构说明 (1)
2 安装说明 (2)
3 作用原理 (2)
4 维护和使用 (3)
5 修理和保养 (4)
6 故障的排除 (4)
7 附图 (6)
兰石国民油井公司 DS50涡流刹车说明书118.03.00SM 机械部分
1性能及结构说明
DS50型涡流刹车作为钻深为5000米的海洋或陆地钻机的辅助刹车，既可与绞车成套供应，也可为矿场以经使用的钻机配套作为单独部件供应。

本刹车包括下述主要部分：
——刹车主体
——控制系统包括：三相变压器、刹车控制器和司钻开关控制装置
——电缆
——支架
1.1 技术规范
扭矩（在50r/min时） 60760 N.m
钻井深度（用41/2″钻杆） 5000 m
作用原理感应涡流制动
线圈个数 4
每个线圈额定电阻（20℃时） 6.5 Ω
线圈绝缘等级H级
励磁电压310/250VDC
励磁电流45 ADC
励磁功率13.9/10.6 kW
需用冷却水量285 L/min
最大出水温度（当进水温度42℃时）72 ℃
重量（包括控制部分）7285 kg
1.2 结构
每个刹车有四个线圈，每个线圈用单玻璃丝铜线绕制，外层半迭包聚酰亚胺薄膜粘带三次，再半迭包玻璃丝一次，经两次真空渗漆，整个线圈的绝缘等级为H级，其允许的工作温度远远超出实际的运转温升。

DS50涡流刹车转子轴支在两个双列向心滚子轴承上，该轴承的允许载荷远大于实际载荷。

涡流刹车在厂内装于绞车上时经过精心调整，运转时所产生的电磁力在各个方向上又是相等的，所以工作时轴承仅承受轴及转子重所产生的载荷。

转子及定子均由高质量的磁性材料制成，并经过热处理，四个线圈由不锈钢可靠地密封在左、右定子体上，转子轴与滚筒轴用齿式离合器相连并且部分转子表面渗泡在冷却水中，运转时全部转子表面均能得到充分的冷却水，该冷却水由水泵强制循环。

壳体两侧装有四个排除不锈钢铁护罩内冷凝水的呼吸器及两个润滑轴承的黄油嘴。

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涡流刹车输出轴端直径为190.5mm (71/2″)、锥度为1:9.6 (11/4″/ft)。

刹车的外形尺寸为：
长度 1108 mm (43.62")
宽度 1730 mm (68.11")
高度 1624 mm (63.94")
1.3 冷却系统
涡流刹车与绞车的滚筒共用一个水冷却系统，由一个水泵供应冷却水，流经刹车的冷却水返回一个容积为40m3的水箱以便散热，刹车需用的冷却水量为285 L/min，确保涡流刹车的进出水温度在规定的范围内。

冷却水系统的流程图如图二所示。

水质要求含有较低的矿物质（PH值不超过7～7.5），与内燃机水套内的水质要求相近，如果水质不合要求，则需进行化学处理，当刹车用于海洋时，也可以装置专门的海水冷却器。

2 安装说明
刹车本身带有支架，可直接安装于钻深为5000米的ZJ50、ZJ50D型钻机的绞车上，如果应用于其他钻机则应更换支架，刹车轴端装有齿式离合器与滚筒相联接，请注意此处不需要也不允许用单向离合器，因刹车转子需要与滚筒一起在两个方向同步回转以保证转子能通过冷却水得到冷却。

从刹车排出的冷却水经过一个漏斗返回水箱，漏斗与排水接头稍离一段距离以保证排水流畅。

当无回水泵时，水箱安装的位置应与涡流刹车内的冷却水有足够的水位差，使冷却水能自流返回，刹车两侧各有一个3/4″溢流管，此管不允许堵塞，以防止内腔水位上升致使轴承锈蚀。

3 作用原理
当一运动的铁导磁体通过一个固定的不均匀磁场时，则在导体内与磁场方向垂直的平面上感应一环流电流，即为涡流，此涡流将引起一个磁场，这个磁场的极性恰好与原固定磁场的极度性相反，两个极度性相反的磁场将反抗导体在磁场中运动，这就是涡流刹车的工作原理。

产生涡流及反磁场的必要条件是铁导体在固定磁场里运动，所以当铁导体保持静止状态将无涡流感生，涡流刹车的转子就是铁导体，而产生固定磁场的线圈装在定子上，转子包络定子形成一空气隙构成了刹车的基本结构。

线圈励磁的同时转子被绞车滚筒强制转动，转子就产生了反抗运动的阻力矩。

涡流刹车工作期间涡流将在转子内表面引起大量的热，这些热能由通过转子表面的冷却水携带出去，冷却水在刹车内腔保持一定高度的液面，当转子旋转时全部转子表面都能通过冷却水，从而防止了过热的危险。

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下钻作业中，绞车滚筒轴与刹车的转子轴一同旋转，这时，线圈通入直流电激磁，所产后的磁通量取决以线圈的安匝数，但线圈的匝数已经固定，故改变励磁电流的大小就能控制一定速度下的制动力的大小。

当励磁电流一定时，随着转子转速的提高，制动力矩按特性曲线所示增大，即使在低转速下也能产生极大的制动力矩。

即当转速为35r/min时的制动力矩可达最大力矩的75%，而这样低的转速是重载下钻（钻柱、套管柱）时常用的转速。

4 维护和使用
4.1 润滑
每次下钻前对固定在两侧的黄油嘴，打黄油一次注入量约为50ml，参见图五说明。

4.2 排凝和呼吸器
在刹车两侧的上、下部位各装有一只呼吸器直通定子各线圈所在的腔体内，它们的功能是保持线圈内腔与外界干燥气流畅通，排除冷凝水以防止内腔积聚湿气。

4.3 空气隙
用水不当时，在转子、定子表面将发生锈蚀，使气隙增大从而导致制动力矩减少，当检查气隙尺寸时，应去掉锈痕及水垢。

空气隙的增大将不能提供有效的磁通道而影响感应涡流的性能。

新刹车的径向气隙在0.73mm～1.27mm之间。

4.4 冷却系统
冷却系统工作时的调整步聚参见图二的说明。

4.5 储存时的防护措施
当涡流刹车储存、运输或因某种原因在较长时间内不使用时，则应采取一些预防性的措施防止转子因水垢、积盐锈蚀等原因而粘贴在定子表面上。

储存期间应首先给两个轴承注满锂基润滑脂，如果工作时曾经使用不合要求的水质则要通入新鲜的符合要求的水质进行冲洗。

为了抑制锈蚀积垢，可通过两端面上的六个检查孔（11/4″）插入带喷嘴的气枪向刹车内腔喷淋煤油、柴油或近似的油品，请注意不要将油基物喷入线圈、呼吸器以防止线圈的绝缘恶化破坏。

4.6 安装时的调整
涡流刹车安装到绞车上时必须注意与滚筒的找正，安装质量高时刹车轴承仅承受轴上零件的自重负荷，如果调整的不好则将使轴承负荷增大，有可能导致早期磨损或失效。

当调整刹车与滚筒的同轴度时，请按图三所示方法用百分表找正，其角度误差及偏置误差均不应超出0.25mm，当没有条件应用百分表检查时，可用指针在端面及径向分四点检查其跳动量。

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5 修理和保养
5.1 水管线的修理
涡流刹车正在运转时，如果水管线发生故障，则将转子因过热而膨胀，此时空气隙增大从而导致制动力矩的下降，在这种情况下，司钻应控制刹车使之运转在较低的速度下，直到水管线故障排除为止。

5.2 轴承的拆卸
更换刹车外端的轴承时不需将刹车拆离绞车，而更换内端轴承时则需将刹车拆离绞车，其步骤如下：
5.2.1 拆下拧在内密封轴承盖（序号7）上的螺丝，将锁紧螺母（序号10）拆下；
5.2.2 利用端盖（序号5）上的3-M16螺孔，用拔丝孔将端盖拆下；
5.2.3 拆掉轴承时，可用气割，此时应注意不要损伤轴表面，在拆换轴承的同时应检查密封圈，如果有密封不严和密封表面破损时，则应同时更换密封圈。

5.3 更换轴承及密封圈
请按下述步骤重新装入新轴承及密封圈
5.3.1 将新密封圈装入轴承盖（序号7）并套在轴上；
5.3.2 装入新轴承前将轴承在热油（约有95℃左右）内加温一个小时，然后装入；
5.3.3 装上轴承的锁紧螺母及制动垫，等轴承冷却以后再检查锁紧螺母的拧紧程度；
5.3.4 在密封圈的轴承盖上旋入两枚临时用的导向螺钉；
5.3.5 装回端盖（序号5）前，在轴承及密封圈处涂满黄油，清洗各密封表面轴承两侧及端盖与定子，并涂以密封胶。

此处禁止使用垫圈，因为没有足够的压力使垫圈处以密封状态；
5.3.6 端盖复位时需用工具一加长筒（序号6）以保证转子的轴向位置，然后再用螺栓将端盖紧固在定子的内法兰上，最后取出导向销钉，旋入螺栓。

5.3.7 用黄油枪打入足够的锂基润滑脂，确保填满轴承空腔的三分之一。

6 故障的排除
6.1 轴承损坏——转子与定子表面擦碰，导致磁极间短路。

6.1.1 产生的原因：
⑴与绞车滚筒轴不同轴度太大。

⑵轴承缺乏适当地润滑。

⑶刹车腔内水位过高使轴承密封工作恶化。

A 进水排量过大
B 排水管被堵塞
C 排水口背压过高
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6.1.2 排除方法：
⑴调整轴的位置
⑵按轴承保养守则进行保养
⑶将排水控制在258L/min，排水管直径不得小于3＂，另外也不能产生刹车内腔与水箱的位置差不够或返回水箱的排出水管线过长的现象；刹车排出管不要连接在漏斗上。

6.2 空气隙恶化——空气和铁的氧化物是不良的导磁体，稍微增加空气隙或表面沉积锈蚀层将会在大大减少穿过转子和磁极间的磁通量。

6.2.1 产生的原因：
⑴使用了高含盐量或高PH值（7～7.5）的冷却水造成转子和磁极表面有大量的锈蚀层和水垢层。

⑵磁极上氧化铁层剥落，空气隙增大。

6.2.2 排除方法：
⑴尽可能地保证应用干净的冷却水。

⑵加入抗锈蚀的化学药品。

⑶正确的空气隙为0.73～1.27mm，如果空气隙增大到2.5～3.2mm，此刹车应进行大修。

注意：测量空气隙前应除去蚀锈层和水垢层，当空气隙达到1.8mm时，力矩将下降一半。

6.3 刹车过热造成故障
⑴转子内径膨胀引起空气隙增大。

⑵线圈电阻增大，从而降低了通过线圈的电流，但磁通量与安匝数成正比关系，所以磁通量也相应减少。

⑶转子因变形而翘曲，使空气隙局部增大。

6.3.1 产生的原因：
⑴进水排量低于285L/min。

⑵冷却系统中水量不足。

⑶刹车在高于额定负载下运转，排水温度高于72℃。

⑷转子过热没有得到充分冷却。

6.3.2 排除方法：
⑴提高进水排量到推荐值。

⑵增加水箱的冷却水或增大水箱容积（在极热地区使用时应适当增大水箱容积）。

⑶当转子旋转时，减缓冷却水流畅速度。

6.4 一个或一个以上线圈损坏——磁通量减少。

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⑴ 加在线圈上的电压过高。

⑵刹车线圈联接不正确。

⑶处理线圈内腔积聚冷凝水使线圈绝缘破坏。

6.4.2 排除方法：
⑴使用正确的整流装置（参看控制系统有关章节）。

⑵按图纸规定连接线圈的引接线。

A ⑶线圈内腔至呼吸器通道堵塞，清理呼吸器。

B 从呼吸器排出的水份过多，说明线圈护罩已不能很好地密封，此时应进行大修。

C 消除水冷却系统的故障。

6.5 线圈极性不对——装在一个定子上的两个线圈所产生的磁通按电流通过的方向可以相互消弱，如果线圈联接不正确将使力矩降低。

6.5.1 产生的原因：
接线不正确。

6.5.2 排除方法：
改变线圈联接方式，用指南针检查。

7 附图
附图1 涡流刹车主体结构图
附图2 DS50涡流刹车扭矩-转速曲线图
附图3 DS50涡流刹车外形尺寸及安装尺寸图
附图4 水冷却系统图
附图5 涡流刹车轴与滚筒轴的调整图
附图6 涡流刹车接线示意图
附图7 轴承润滑图。