淺析石油鉆機(jī)電磁剎車的故障分析與處理

母永松

摘要：電磁剎車作為石油鉆機(jī)上的新型輔助剎車近年來(lái)得到普及，它利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行無(wú)磨損制動(dòng)，具有力矩大、操作維護(hù)方便、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。本文先簡(jiǎn)單介紹了電磁剎車的結(jié)構(gòu)和原理，然后再分析了石油鉆機(jī)電磁剎車系統(tǒng)的常見(jiàn)機(jī)械故障和電氣故障，并提出了相應(yīng)的處理方法，對(duì)電磁剎車的現(xiàn)場(chǎng)使用提供重要技術(shù)支持和安全保障。

關(guān)鍵詞：石油鉆機(jī)；電磁剎車；剎車故障；故障分析和處理

前言

剎車系統(tǒng)是石油鉆機(jī)的一個(gè)很重要的部件，電磁剎車在石油鉆機(jī)上雖然是作為輔助剎車，但其性能的好壞也關(guān)系到油廠的工作效率和生產(chǎn)安全，若剎車系統(tǒng)出現(xiàn)故障，輕者會(huì)引起停鉆，給企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失，重者會(huì)造成生產(chǎn)事故[1]。目前國(guó)內(nèi)油田普遍使用的鉆機(jī)中，除了少數(shù)采用變頻傳動(dòng)鉆機(jī)的進(jìn)口設(shè)備外，大都使用電磁剎車作為輔助剎車。但是電磁剎車也是現(xiàn)場(chǎng)使用中經(jīng)常產(chǎn)生故障的部件之一，影響鉆機(jī)的正常使用。本文對(duì)石油鉆機(jī)電磁剎車系統(tǒng)的常見(jiàn)機(jī)械故障和電氣故障進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提出了相應(yīng)的處理方法，對(duì)電磁剎車的現(xiàn)場(chǎng)使用提供重要技術(shù)支持和安全保障。

1.基本結(jié)構(gòu)和工作原理

電磁剎車是利用電磁效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的制動(dòng)器，一般分為電磁粉末剎車和電磁渦流剎車，這是一種無(wú)機(jī)械摩擦的剎車，電磁渦流剎車堅(jiān)固耐用、調(diào)速范圍大、維修方便；這種剎車常用于有垂直載荷的機(jī)械中，所以常作為鉆機(jī)理想的輔助剎車。但電磁渦流剎車低速時(shí)效率低、溫升高，必須采取散熱措施。剎車的定子中嵌有勵(lì)磁線圈和冷卻水出口，轉(zhuǎn)子與滾筒連接在一起，轉(zhuǎn)子在定子磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)受到制動(dòng)，而在轉(zhuǎn)子體有效層內(nèi)會(huì)產(chǎn)生渦流，產(chǎn)生熱量，通過(guò)冷卻水將熱量帶走。

電磁剎車工作原理于發(fā)電機(jī)類似，都是利用電磁感應(yīng)的原理，直流電被通入到電磁剎車的左右定子線圈里，產(chǎn)生了恒定的磁場(chǎng)，當(dāng)電磁剎車的轉(zhuǎn)子從恒定的磁場(chǎng)通過(guò)時(shí)，就會(huì)切割磁場(chǎng)的磁力線，根據(jù)楞次定律，線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能（發(fā)電過(guò)程），這時(shí)操作人員可用控制開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電磁剎車勵(lì)磁電流的大小，進(jìn)而靈活地控制剎車的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、控制下鉆的速度快慢，這樣不需要使用主剎車就能完成整個(gè)下鉆作業(yè)[2]。鉆機(jī)鉆子的轉(zhuǎn)速n和電磁渦流剎車的制動(dòng)力矩M成正比例關(guān)系

M=CnB2（N.m） （1）

式中 B---工作間隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；

C---電磁渦流剎車的轉(zhuǎn)矩系數(shù)。

電磁剎車和水剎車相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，制動(dòng)力矩不僅大，而且還可以需要調(diào)節(jié)大小，電磁剎車甚至可以不需要主剎就能將鉆柱完全剎住。同時(shí)制動(dòng)力矩受鉆速影響很小，因而下鉆作業(yè)的安全性更高，剎車帶的使用壽命也得到延長(zhǎng)，降低了司鉆人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。不足之處是電磁剎車需要增加一套勵(lì)磁設(shè)備，設(shè)備相對(duì)較大，且電磁剎車的價(jià)格較高。

2.電磁剎車的主要故障分析

石油鉆機(jī)的電磁剎車在使用過(guò)程中，由于使用不當(dāng)，或者質(zhì)量整飭不齊，常常出現(xiàn)這樣那樣的故障，我們簡(jiǎn)單的把電磁剎車常見(jiàn)的故障分為機(jī)械故障和電氣故障。

2.1機(jī)械故障

由于電磁剎車的機(jī)械原因可能導(dǎo)致電磁剎車通電后不動(dòng)作或剎車失靈、剎車片磨損嚴(yán)重甚至燒毀、振動(dòng)噪聲過(guò)大等故障。

2.1.1剎車零部件松動(dòng)或調(diào)整不到位導(dǎo)致剎車故障

如果電磁剎車的零部件松動(dòng)，或者機(jī)械部件調(diào)整不到位，造成制動(dòng)力矩過(guò)小，剎車失靈。鐵芯和電磁鐵如果長(zhǎng)期處在不規(guī)范的拍合過(guò)程中，電磁鐵上的銜鐵和鐵芯吸合的接觸面就會(huì)形成了一個(gè)凹面或斜面，致使銜鐵和鐵芯吸合就不能完全接觸，造成制動(dòng)瓦不能完全打開(kāi)。如果制動(dòng)輪的制動(dòng)表面不注重維護(hù)就會(huì)沾有油污，油污會(huì)減小制動(dòng)面的摩擦力，會(huì)出現(xiàn)抱不緊閘，溜鉤的現(xiàn)象[3]。

2.1.2剎車零部件損壞導(dǎo)致剎車故障

制動(dòng)輪長(zhǎng)期使用或本身材質(zhì)不過(guò)硬的情況下，制動(dòng)表面就會(huì)摩擦出現(xiàn)一道溝槽，就會(huì)減小摩擦片與制動(dòng)輪的接觸面，制動(dòng)力矩就會(huì)大大降低，導(dǎo)致剎車失靈。電磁剎車的電磁鐵芯上有一個(gè)鋼絲做的閉合環(huán)，如果閉合環(huán)斷裂會(huì)造成恒定的電磁場(chǎng)紊亂，影響鐵芯和銜鐵吸合造成剎車失靈。機(jī)械部件都有一定的使用時(shí)限，電磁剎車的零部件使用一段時(shí)間后不可避免的會(huì)被磨損和損壞，都會(huì)造成剎車故障。電磁剎車中的轉(zhuǎn)軸生銹或歪斜等原因會(huì)導(dǎo)致杠桿系統(tǒng)中機(jī)械部分被卡住，影響電磁的剎車開(kāi)啟和閉合產(chǎn)生剎車故障。

2.2電氣故障

電磁剎車的機(jī)械故障往往是剎車有動(dòng)作帶剎車效果不滿意，電氣故障往往是剎車沒(méi)有動(dòng)作，當(dāng)然，這只是一個(gè)粗略的判斷，電氣故障主要有以下幾個(gè)方面：

2.2.1電磁線圈故障

對(duì)于電磁線圈故障是指：線圈斷路、線圈短路或燒毀、線圈接線端子接觸不良，等。電磁線圈故障導(dǎo)致的剎車失靈主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①電源正常，銜鐵吸合不上。故障原因大多為機(jī)械部分卡阻或線圈損壞；②由于線圈接線端子接觸不良而造成得線圈開(kāi)路；③電源電壓太低，會(huì)造成銜鐵吸合不上，線圈回路中的電抗值較會(huì)太小，致使電流過(guò)大會(huì)燒毀電磁線圈。④源電壓與線圈的額定電壓不符會(huì)導(dǎo)致線圈發(fā)熱嚴(yán)重，如果電磁線圈受潮，絕緣就會(huì)受到影響或漏磁，就會(huì)冒煙，線圈匝間發(fā)生短路。

2.2.2磁路故障

磁鐵被油污粘住或者出現(xiàn)剩磁就是磁路故障，使銜鐵不能得到釋放。區(qū)分這兩種情況的方法是：把電磁剎車拆開(kāi)，查看鐵芯端面上有無(wú)油污，清除油污后問(wèn)題還是沒(méi)能解決就是剩磁問(wèn)題。剩磁形成的原因是長(zhǎng)期運(yùn)行將鐵芯兩邊的端面磨損過(guò)多，使去磁氣隙消失，剩磁增大，出現(xiàn)剩磁就會(huì)在線圈斷電后電磁銜鐵落不下或落下遲緩。

2.2.3電氣控制系統(tǒng)故障

電氣控制系統(tǒng)故障是指在整個(gè)控制系統(tǒng)出現(xiàn)了局部失控或全盤(pán)失控，這里電氣控制系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)故障最常見(jiàn)的是電氣零部件損壞、線路短路、短路和電源的過(guò)壓、欠壓、缺相。整流失敗也會(huì)引起失流造成故障。電氣控制系統(tǒng)方面的故障也會(huì)表現(xiàn)為制動(dòng)力矩降低、過(guò)低甚至完全丟失 [4]。

3.電磁剎車的故障處理

3.1機(jī)械故障處理

對(duì)于電磁剎車未調(diào)整好而導(dǎo)致剎車故障，在檢修時(shí)安裝規(guī)范調(diào)整好就行，對(duì)于制動(dòng)輪有油污的，應(yīng)使用煤油清洗制動(dòng)輪，電磁鐵和鐵芯磨損的如果磨平不能解決，就只能更換新的電磁鐵。對(duì)于電磁剎車機(jī)械零件損壞導(dǎo)致制動(dòng)故障，對(duì)損壞部件進(jìn)行維修、更換即可排除故障。對(duì)與卡滯現(xiàn)象應(yīng)進(jìn)行拆檢，清洗轉(zhuǎn)軸及支承桿，必要時(shí)調(diào)換配件。如果是由于孔或銷軸磨損造成的，只要重新加工銜鐵上的銷軸孔，再配上合適的銷軸，即可排除故障。

3.2電氣故障處理

想排除電氣故障，萬(wàn)用表一定必不可少。使用萬(wàn)用表判斷哪里短路、斷路，零部件損壞及電壓?jiǎn)栴}等。如果是電壓原因造成的線圈故障，檢修時(shí)可調(diào)整電壓至正常值，烘干線圈使線圈發(fā)熱去潮，對(duì)于電磁鐵有剩磁的故障，可以采用高溫退磁的方法。針對(duì)相應(yīng)問(wèn)題調(diào)整修理或者更換零部件。

4.結(jié)論

由于電磁剎車使用簡(jiǎn)便、無(wú)摩擦、維護(hù)工作量小，即使低速時(shí)仍有較大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，成為了石油鉆機(jī)理想的輔助剎車。電磁剎車作為輔助剎車，嚴(yán)禁長(zhǎng)時(shí)間使用，平時(shí)要加強(qiáng)對(duì)當(dāng)電磁剎車機(jī)械部件的保養(yǎng)[5]。我們對(duì)石油鉆機(jī)電磁剎車常見(jiàn)故障進(jìn)行分析和處理，扎實(shí)了業(yè)務(wù)水平，節(jié)約了維修成本，提高了工作效率，更有利于電磁剎車的推廣的更新改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李強(qiáng)，楊迪生，楊繼國(guó).新型石油鉆機(jī)電磁剎車電源原理及應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2001， 31（1）： 13～15.

[2]吳報(bào)發(fā)，葉鵬候，樹(shù)林.電磁制動(dòng)器故障分析及處理方法[J].四川水利發(fā)電，2008（1）.

[4]周驥，邊倩，李小梅，王建軍.電磁渦流剎車電氣控制系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析[J].石油儀器，2009.23（4）：89～91.

[5]杜紅峰.電磁剎車常見(jiàn)故障分析[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012（3）：227.