2.3. Назначение и конструктивные особенности электромагнитных муфт и тормозов буровых установок.

2.3.1. Электромагнитные муфты скольжения.

Электромагнитная муфта скольжения (ЭМС) (рис. 3, а) содержит две вращающиеся части – цилиндрический якорь 2 и индуктор 4, механически не связанные между собой. Одна из частей ЭМС закреплена на ведущем валу 6, а другая - на ведомом валу 1. Якорь ЭМС представляет собой магнитопровод, выполненный или стальным сплошным или из шихтованной электротехнической стали, с размещенной на нем обмоткой.

Индуктор, на котором расположена обмотка возбуждения 3, изготавливается сплошным стальным и образует полюсную систему. Постоянный ток к обмотке возбуждения 3 подводят через контактные кольца 5.

При вращении приводным двигателем ведущего вала 6 с частотой n₁ и отсутствии тока в обмотке возбуждения 3 ведомый вал 1 остается неподвижным. При подаче постоянного тока в обмотку возбуждения 3 возникает магнитный поток, который наводит в якоре 2 переменную ЭДС. В результате взаимодействия тока якоря 2 с магнитным потоком полюсов индуктора 4 возникает электромагнитный момент, под действием которого ведомый вал 1 начинает вращаться в ту же сторону, что и ведущий. Величина вращающего момента зависит от частоты вращения якоря относительно индуктора и тока возбуждения I_в. Частота вращения n₂<n₁ ведомого вала 1 зависит от тока возбуждения муфты и момента сопротивления на этом валу. Механические характеристики ЭМС показаны на рис. 3, б. При увеличении тока возбуждения механические характеристики будут смещаться вправо.

а) б)

n₂/n₁

М/М_ном

(М_ном= М_с)

1

0,75

0,5

0,25

n_ном

0,5

1

1,5

I_в.ном

I_в’<I_ном

I_в”<I_ном

I_в.пуск

ГП

ВП

ФР

Рис. 3. Электромагнитная муфта скольжения:

а – устройство; б – механические характеристики.

Рассмотрим процесс разгона муфты.

Пусть момент сопротивления M_c на ведомом валу муфты равен номинальному М_НОМ и приводной двигатель вращает ведущую часть со скоростью n₁. При плавном увеличении тока возбуждения I_в будет плавно нарастать и момент вращения М, развиваемый муфтой, и механическая характеристика будет плавно смещаться вправо. Пока моменты M<M_c, то ведомая часть будет неподвижной (n₂ = 0). При некотором токе возбуждения (назовем этот ток возбуждения пусковым I_в.пуск), момент, развиваемый муфтой, будет равным номинальному и сравняется с моментом сопротивления М_с=М_ном. Механическая характеристика для этого случая показана на рис. 3, б пунктиром. Если продолжать повышать ток возбуждения, то вращающий момент муфты превысит момент сопротивления M>M_c и ведомая часть муфты начнет вращаться со скоростью n₂. При плавном увеличении тока возбуждения от I_в.пуск до I_в.ном скорость вращения ведомой части муфты (а следовательно и рабочей машины) n₂ будет плавно увеличиваться от 0 до n_ном. Если в процессе пуска и разгона муфты ток возбуждения увеличивается так, что соблюдается условие для момента муфты М (М=М_с=const), то процесс пуска и разгона муфты можно изобразить графически в виде двух прямых: сначала горизонтальной прямой ГП, соответствующей изменению момента муфты от 0 до М_ном=М_с и неподвижной ведомой части (n₂=0), а затем вертикальной прямой ВП, соответствующей изменению скорости ведомой части от 0 до n_ном при номинальном моменте муфты (рис. 3, б).

Если же требуется быстрый (форсированный) разгон муфты (рабочей машины), то момент, развиваемый муфтой, должен быть больше момента сопротивления. Это достигается более быстрым изменением тока возбуждения. Процесс пуска в этом случае остается плавным. Процессу форсированного разгона муфты соответствует пунктирная кривая ФР на рис. 3, б.

Для получения тормозных свойств ЭМС достаточно закрепить неподвижно одну из частей муфты (обычно индуктор), вторая часть (обычно якорь) связана с валом, который следует тормозить. В момент торможения включается ток возбуждения, так как скольжение при этом максимальное, тормозной момент достигает 2 – 3 кратных значений номинального момента муфты. По мере снижения частоты вращения, тормозной момент уменьшается и к концу торможения становится равным нулю (S=0). Энергия торможения выделяется в якоре, который следует интенсивно охлаждать. Электромагнитный тормоз имеет специальную конструкцию, отличающуюся от конструкции электромагнитной муфты.