4/6電磁渦流剎車制動(dòng)扭矩減小原因分析目前，電磁渦流剎車已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油鉆機(jī)輔助剎車系統(tǒng)中。它利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行無(wú)磨損制動(dòng)，應(yīng)用電磁渦流剎車可大幅度減少主剎車的磨損，延長(zhǎng)剎車盤的使用壽命，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。在一般情況下，只要操作司鉆開(kāi)關(guān)或自動(dòng)控制給定信號(hào)而不必使用剎把（主剎車）就能可靠地控制鉆具下放速度。將鉆具平穩(wěn)地座落在轉(zhuǎn)盤或卡瓦上。下面從現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中制動(dòng)扭矩減小的故障入手，對(duì)影響電磁剎車使用性能的故障原因進(jìn)行分析，并提出了對(duì)于類似故障檢修的方法和防范措施。1故障概況及經(jīng)過(guò)配套DWS50電磁渦流剎車的50D鉆機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，操作人員反映起下鉆過(guò)程中，掛合電磁剎車始終感覺(jué)無(wú)法達(dá)到理想的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其制動(dòng)功能明顯低于正常狀態(tài)。經(jīng)檢測(cè)控制柜控制功能良好，無(wú)交、直流故障顯示，直流電壓輸出可達(dá)額定值。2故障原因及時(shí)效機(jī)理分析2.1電磁渦流剎車基本結(jié)構(gòu)和工作原理分析電磁剎車制動(dòng)力矩減小的原因，應(yīng)該首先從電磁剎車的基本結(jié)構(gòu)和原理入手。電磁渦流剎車裝置一般由剎車主體、可控硅整流裝置、司鉆開(kāi)關(guān)、冷卻系統(tǒng)等組成。電磁剎車是將鉆具下放時(shí)產(chǎn)生的巨大機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，又將電能轉(zhuǎn)化為熱能的非摩擦式能量轉(zhuǎn)換裝置。其應(yīng)用的是電磁感應(yīng)原理。當(dāng)剎車工作時(shí)，可控硅整流裝置向定子線圈內(nèi)通入直流電流，于是在轉(zhuǎn)子與定子之間便有磁通相連，使轉(zhuǎn)子處在磁場(chǎng)閉合回路中。磁場(chǎng)所產(chǎn)生的磁力線通過(guò)磁極→氣隙→電樞→氣隙→磁極形成一個(gè)閉合回路。絞車滾筒帶動(dòng)電磁剎車主軸上的轉(zhuǎn)子以相同轉(zhuǎn)速在該磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在這個(gè)磁場(chǎng)中，磁力線在磁級(jí)的齒部(凸極部分)分布較密，而在磁極的槽部(齒間部分)分布較稀，因此隨著轉(zhuǎn)子與定子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子各點(diǎn)上的磁通便處于不斷重復(fù)的變化之中，產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，轉(zhuǎn)子上便產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，在這個(gè)感應(yīng)電勢(shì)作用下，轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生渦流。渦流與定子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，按照左手定則，該力沿轉(zhuǎn)子的切線方向，并且與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反。這個(gè)力對(duì)轉(zhuǎn)子軸心形成的轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩。該電磁轉(zhuǎn)矩為阻止?jié)L筒旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)扭矩。電磁渦流剎車的電磁轉(zhuǎn)矩為：Te＝CnB2式中，Te代表電磁轉(zhuǎn)矩；C為電磁渦流剎車的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，它與主體結(jié)構(gòu)相關(guān)；n為電磁渦流剎車主軸轉(zhuǎn)速（r/min），即鉆機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速；B為電磁感應(yīng)強(qiáng)度，它隨著激磁電流強(qiáng)度的變化而變化。由此可見(jiàn)，電磁剎車制動(dòng)扭矩的大小與其主體結(jié)構(gòu)、滾筒轉(zhuǎn)速和激勵(lì)電流強(qiáng)度密切相關(guān)。2.2故障原因及分析故障現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，由于沒(méi)有明顯的故障現(xiàn)象指示，可根據(jù)由簡(jiǎn)入繁的故障排除方法，按照從外部設(shè)備至控制系統(tǒng)，以及剎車主體的順序進(jìn)行檢測(cè)。首先對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行分析，該設(shè)備采用的是風(fēng)冷式冷卻系統(tǒng)，雖然環(huán)境溫度較高，但電磁剎車本體溫升仍在最大允許范圍之內(nèi)。該套設(shè)備配備有電磁剎車故障報(bào)警及指示系統(tǒng)，經(jīng)檢查無(wú)故障報(bào)警。該套設(shè)備未配備其它能對(duì)電磁剎車進(jìn)行控制的模塊，只有司鉆控制手柄單獨(dú)控制，控制靈活、給定信號(hào)準(zhǔn)確。測(cè)量可控硅整流裝置交流電源正常，直流輸出電壓最大可達(dá)到輸入電壓的1.2倍左右，且調(diào)節(jié)性能良好。檢查電磁剎車系統(tǒng)各連接正?？煽?，由此推斷故障點(diǎn)應(yīng)該在電磁剎車主體部分。首先利用500MΩ絕緣電阻表測(cè)量各線圈絕緣電阻均在20MΩ以上。測(cè)量定子線圈阻值，阻值正常，分別為6.6Ω、6.5Ω、6.7Ω、6.6Ω。隨后對(duì)定、轉(zhuǎn)子之間空氣隙進(jìn)行測(cè)量，空氣隙為1.41mm。參照電磁渦流剎車標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定如下表：連接不對(duì)，也會(huì)造成磁通量減小?？諝庀稅夯瘯r(shí)，由于空氣和鐵的氧化物的導(dǎo)磁性能較差，如果定、轉(zhuǎn)子表面沉積銹蝕層將將會(huì)大大減少穿過(guò)轉(zhuǎn)子和磁極間的磁通。如果磁極氧化鐵層剝落，也會(huì)造成空氣隙的增大，造成磁通量的減下。磁通量的減小必然導(dǎo)致制動(dòng)扭矩的降低。3.4電磁剎車使用工況不當(dāng)。當(dāng)電磁剎車在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的渦電流小，所以造成制動(dòng)扭矩減小。極限情況下，如電磁剎車轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，由于定轉(zhuǎn)子無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則無(wú)法產(chǎn)生渦電流，不能提供制動(dòng)力矩，只能引起電磁剎車的使用溫度升高。由于保養(yǎng)不及時(shí)造成軸承損壞或由于裝配不當(dāng)原因引起定、轉(zhuǎn)子表面之間摩擦?xí)r，會(huì)造成磁極短路，對(duì)磁通量產(chǎn)生影響，從而引起制動(dòng)扭矩的下降。4故障經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)通過(guò)以上故障的解決過(guò)程可以看出，設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)應(yīng)該著眼于細(xì)微之處，落到實(shí)處。對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)的目的是為了降低設(shè)備故障發(fā)生率。隨著各種設(shè)備在石油鉆井現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用越來(lái)越多，只有做到了熟知設(shè)備的工作原理和結(jié)構(gòu)，并能掌握一定分析問(wèn)題的方法，在設(shè)備維護(hù)和管理的過(guò)程中，才能做到有的放矢。5防范措施為了切實(shí)維護(hù)好電磁剎車的使用性能，延長(zhǎng)其使用壽命，應(yīng)該切實(shí)做到以下幾點(diǎn)：5.1設(shè)備使用過(guò)程中，及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)；定時(shí)對(duì)設(shè)備各狀態(tài)指標(biāo)如剎車本體溫升、整流裝置輸入輸出狀態(tài)參數(shù)等進(jìn)行記錄。5.2指導(dǎo)操作人員合理使用，避免電磁剎車工作在低速重載的工況。5.3禁止在正常鉆進(jìn)工況下使用電磁剎車。5.4保障冷卻系統(tǒng)處于良好的工況，避免設(shè)備超溫運(yùn)轉(zhuǎn)。5.5定期檢查定轉(zhuǎn)子空氣隙；及