Файл: Антонов А.А. Пневматические фрикционные муфты в нефтяной промышленности.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 116
Скачиваний: 0
где Мм |
— величина крутящего момента |
муфты |
в точке |
сцепления |
в кгс • м (по графику); Q — радиальное |
усилие |
колодок |
на шкив |
|
в кгс; Dm |
— диаметр шкива в см; DB — диаметр внутренней цилиндри |
|||
ческой |
полости баллона, передающей давление |
воздуха |
на шкив |
|
в см; В — ширина полости баллона в см; рп |
|
— внутреннее давление |
|||||||||||
со, г/с |
|
|
|
|
Р,кгс/сп? „ |
|
|
|
|
|
|
р, кгс/см2 |
|
|
|
|
|
1 |
Ц'/с |
|
|
|
Із |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 ЛІ |
||
20 |
|
|
|
|
|
20 |
|
0 |
|
|
|
— |
|
|
|
|
< |
|
|
|
|
|
|
||||
16 |
|
|
|
8 |
16 |
|
|
|
|
Ч 3 |
|||
|
|
|
<> |
\ |
и |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
и . |
|
|
1 у |
|
|
/ |
|
||
12 |
|
|
|
|
6 |
12 |
\ |
|
у) |
|
|
||
|
|
|
і |
|
« |
8 |
/ 7 |
|
7 |
|
|
|
|
|
|
'/ |
і |
|
' |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
I1 |
11 |
|
2 |
4 |
|
/ / |
|
|
|
|
|
ш |
. J |
|
|
|
/11 |
|
|
|
|
|
|||
|
4 |
|
I0t, С |
4 |
6 |
101С |
|||||||
|
|
|
6 |
О |
|
|
|||||||
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
М.кгс-н |
|
|
|
|
М,кгсм |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
5000г |
|
|
|
|
|
|
|
W00 |
|
|
|
|
|
4Ш| |
|
1 |
|
2 |
|
3 |
|
то |
|
|
<< |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
/ |
" V . |
|
3000 |
1 |
|
|
/ |
/ f |
4 |
|||
2000\ |
|
|
< |
ч<* |
|
2000 |
1 f |
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
1 / |
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
1000 |
'/•' '/ |
|
|
|
|
|
||
1 |
|
|
—/— |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
J |
|
jP |
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
8 |
Юt,C |
О |
|
|
|
|
6 |
8 10 t,C |
|
Рис. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
крутящих мо |
|
34. Графики зависимостей угловых скоростей, |
|||||||||||||
ментов и давления воздуха в вертлюжке от времени:
Материалы колодок: 1 — 143-63: г — 39-70; 3 — асбобакелит; 4 — ретинакс
ФК-24А.
воздуха в кгс/см2 (по графику в точке сцепления); р0 — давление, расходуемое для деформации баллона с целью преодоления на чального зазора между колодками и шкивом, равное 0,3 кгс/см2 .
Величины Мк и рп отсчитывали в моменты полного сцепления муфт, каждый из которых отмечен на графиках кружками, прямо угольниками, заштрихованными прямоугольниками и крестиками. Расчет показал, что коэффициенты трения материалов под влиянием роста температуры колодок изменялись за 30 циклов спуско-подъема следующим образом:
у |
материала |
143-63 |
(X = 0,415-^-0,46; |
|
у |
материала |
39-70 \i = 0 , 4 4 4 - 0 , 5 7 |
; |
|
у |
материала |
ФК-24А |
(ретинакса) |
ц = 0,3-г 0,31; |
у асбобакелита (х = 0,23-г 0,26.
Следует добавить, что при пониженном давлении воздуха в бал- -лоне, когда коэффициент запаса муфты по моменту недостаточен, а температура колодок в процессе спуско-подъемных операций пре вышает 250° С, коэффициент сцепления колодок из асбобакелита
300,
3 .
Z50 |
|
|
|
|
/ |
Z |
|
<;100 |
1 |
- |
|
4 |
/ |
и |
|
/ |
s |
|
|
S |
1 / / |
1 |
|
1 |
f//' '//- |
|
|
t |
0 |
|
|
£ 100 |
А |
|
|
|
|
|
|
• 50 |
/ у / |
|
|
|
¥/ |
|
|
|
10 |
го |
30 |
|
Число циклоб |
||
Рис. 35. Графики зависимостей среднеобъемных температур колодок от яисла снуско-подъемов.
Обозначения те же, что и на рис. 34.
резко падает. Анализ резуль-
татов исследовании показал, что коэффициент трения колодок муфты из асбобакелита, рабо тавшей при пониженном давле нии воздуха, равном 4 кгс/см2 , снизился до 0,18.
Исследования позволили установить, что:
1)величина и стабильность коэффициентов трения материа лов 39-70 и 143-63 могут обес печить расчетный предельный крутящий момент шиннопневматических муфт, необходимый для нормальной эксплуатации;
2)стабильность коэффици ента трения асбобакелита не достаточна для нормальной эк сплуатации оперативных муфт; исследования подтверждают не пригодность этого материала для изготовления фрикцион ных колодок шиннопневматических муфт, работающих в режи ме повторно-кратковременного включения.
К о н с т р у к ц и я и р а с ч е т цилиндрических пневмокамерных муфт
Пневмокамерные (вентилируемые) обжимные фрикционные муфты широко применяют в конструкциях современных буровых лебедок для оперативного включения и выключения привода подъемного механизма при выполнении спуско-подъемных операций в процессе бурения скважин. В отличие от других муфт в пневмокамерной муфте между камерой и фрикционными колодками расположены пустотелые башмаки, обеспечивающие необходимую теплоизоляцию камеры и вентиляцию с целью увеличения ее долговечности.
Пневмокамерные муфты с цилиндрической поверхностью тре ния относятся к категории устройств для оперативного включения
передач с особо тяжелым |
тепловым режимом работы. Так же |
как |
и шиннопневматические |
муфты, пневмокамерные разделяются |
на |
два вида — обжимные и разжимные. Муфты разжимные используют
при тихоходных передачах, например в строительных и дорожных машинах, при окружных скоростях на поверхностях трения 2,25— 4,5 м/с [5]. Наиболее широко их применяют в трансмиссиях со временных экскаваторов. Муфты обжимные успешно эксплуатиру ются в быстроходных передачах буровых установок, при окружных скоростях на поверхностях трения 20—35 м/с.
Пневмокамерная муфта состоит из обжимной полумуфты с фрик ционными колодками и цилиндрического шкива. Каждая из них может выполнять функции ведущей или ведомой системы (рис. 36-
Рис. 36. Пневмокамерная цилиндрическая муфта «VC» широкой серии.
и 37). Обе части муфты можно смонтировать на одном валу или на разных валах. В первом случае ведущая и ведомая системы разде лены подшипниками и при, выключенной муфте вращаются неза висимо друг от друга. В процессе включения обе части сцепляются между собой для передачи крутящего момента. Во втором случае муфта выполняет роль соединительного звена между валами двух агрегатов.
Обжимная полумуфта состоит из двух плоских дисков, между которыми расположен обод с фланцами. Диски вместе с ободом, скрепленные болтами и гайками, образуют пустотелую кольцевую коробку. Внутри ее размещены пневматическая камера и башмаки с фрикционными накладками (рис. 38). Башмаки, выполняющие роль фрикционных колодок, отлиты из алюминиевого сплава. Ка ждый из них имеет три сквозных окна для вентиляции. Через сред нее окно, имеющее в сечении прямоугольную форму, проходит стальной поводковый палец также прямоугольного сечения.
Цилиндрические цапфы этого пальца входят в отверстия обоих дисков. Башмак может перемещаться в радиальном направлении относи тельно поводкового пальца на расстояние, равное примерно половиневысоты окна. Плоская изогнутая пружина, расположенная в сред нем окне над пальцем, стремится отжать башмак от шкива. Качание башмака вокруг оси поводкового пальца ограничивается выступом с одной его стороны, входящим в углубление соседнего башмака. Оба его крайних окна имеют ребра для лучшего охлаждения. К внут ренней поверхности каждого башмака присоединена заклепками фрикционная накладка.
Конструкция муфты предусматривает применение пневматической камеры, предназначенной только для создания радиального уси лия на башмаки. Камеру не привулканизируют и не крепят к ободу, а свободно вкладывают в пространство между ободом и башмаками и с торцов закрывают дисками. Камера армирована прорезиненным кордом для предотвращения изменения величины периметра ее
сечения при |
повышении |
давления |
воздуха. |
В процессе |
заполнения |
камеры |
воздухом при необходимом из |
быточном давлении башмаки муфты прижимают фрикционные на кладки к наружной цилиндрической поверхности шкива. В резуль тате сцепления фрикционных накладок со шкивом крутящий мо мент передается от бокового диска, закрепленного на ступице веду щего вала, через поводковые пальцы, башмаки и накладки на шкив, закрепленный на ведомом валу. Как уже было отмечено, момент может передаваться также и в обратном-направлении, причем стенки пневматической камеры в обоих случаях не участвуют в передаче крутящего момента.
При выключении муфты на ходу центробежные силы, действу ющие на башмаки, а также усилия от пружин способствуют быстрому расцеплению.
В процессе работы муфты воздух, циркулирующий через окна башмаков и отверстия в дисках, интенсивно охлаждает ее металли ческие детали. В результате резина пневмокамерной муфты нагре вается значительно меньше, чем резина шиннопневматической муфты. Практика эксплуатации буровых установок, оснащенных пневмокамерными муфтами, подтверждает их высокую долговечность, до
стигаемую |
за |
счет |
теплоизоляции |
камеры |
и |
хорошей |
венти |
||||
ляции. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Во многих отраслях промышленности, в том числе и в нефтяной, |
|||||||||||
наиболее широко |
распространены |
пневмокамерные |
(вентилируемые) |
||||||||
муфты |
типа |
«VC» фирмы «Фавик |
Айрфлекс» (США), |
выпускаемые |
|||||||
в двух |
сериях — широкой и |
узкой |
[12]. |
|
|
|
|
||||
В нефтяной промышленности применяется шесть типоразмеров |
|||||||||||
муфт широкой серии с диаметрами |
цилиндрической |
поверхности |
|||||||||
трения |
от 609,6 |
до |
1178,4 мм |
и |
предельными |
крутящими |
момен |
||||
тами |
при |
давлении |
воздуха |
7 |
кгс/см2 соответственно от 3600 |
||||||
до 14600 кгс • м. Конструкция и |
размеры муфт «VC» широкой се |
||||||||||
рии приведены на рисГ 36 и в табл. |
13. Зависимости |
предельных |
|||||||||
Типоразмер |
шкива |
|
|
|
|
|
|
диаметр отверстия |
|
|
Диаметр |
D |
Di |
G |
Gi |
к |
число |
|||
муфты |
|||||||||
|
Kt |
|
24VC1000 |
609,6 |
292,1 |
304,0 |
863,6 |
425,5 |
831,9 |
469,9 . |
16 |
15,87 |
28VC1000 |
711,2 |
292,1 |
304,0 |
965,2 |
482,6 |
933,5 |
530,2 |
16 |
15,87 |
32VC1000 |
812,8 |
293,7 |
308,0 |
1133,5 |
546,1 |
1095А |
596,9 |
18 |
19,05 |
38VC1200 |
965,2 |
355,6 |
369,9 |
1244,1 |
635,0 |
1216,0 |
685,8 |
20 |
19,05 |
42VC1200 |
1066,8 |
355,6 |
369.9 |
1362,1 |
736,6 |
1324,0 |
787,4 |
24 |
19,05 |
46VC1200 |
1168,4 |
355,6 |
369,9 |
1530,4 |
952,5 |
1485,9 |
1033,3 |
24 |
19,05 |
П р и м е ч а н и я . |
1. В шифре муфты первые две |
цифры |
показывают |
размер шкива |
|||||
даны в мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
400 |
600 |
800 |
1000 |
1200 |
1400 |
1600 |
|
|
Частота Вращения л, об/мин |
|
|
|
||
Рис. 39. График зависимости моментов, передаваемых муфтами «VC» (широкой серии), от частоты вращения:
1 — 24VC1000; 2 — 28VC1000; 3 — 32VC1000; 4 — 38VC1200; 5 — 42VC1200; 6 — 46VC1200
крутящих моментов и передаваемых мощностей от скорости вращения муфт показаны на рис. 39 и 40.
Из узкой серии в нефтяной промышленности применяют в основ ном восемь типоразмеров муфт «VC» диаметрами цилиндрической поверхности трения от 292,1 до 1066,8 мм с предельными крутя щими моментами соответственно от 500 до 6200 кгс • м.
Конструкция и размеры муфт «VC» узкой серии приведены на рис. 37. и в табл. 14. Зависимости предельных моментов и мощно стей от скорости вращения показаны на рис. 41 и 42.
|
U |
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
w |
|
число |
диаметр отверстия |
м |
число |
диаметр отверстия |
Q |
Q. |
R |
S |
т |
число |
ширина |
|
|
|
|
|
|
||||||
10 |
19,05 |
72,2 |
1 |
12,7 |
11° 15' |
И 9 15' |
615,2 |
15,08 |
412,8 |
8 |
254 |
12 |
19,05 |
72,2 |
1 |
12,7 |
11° 15' |
11° 15' |
716,8 |
15,08 |
463,6 |
10 |
254 |
16 |
19,05 |
97,6 |
1 |
19,05 |
5Ч |
5° |
817,6 |
15,08 |
549,3 |
12 |
254 |
18 |
19,05 |
85,7 |
1 |
19,05 |
9° |
9? |
970,0 |
23,02 |
609,6 |
12 |
304,8 |
20 |
19,05 |
85,7 |
2 |
19,05 |
7° 30' |
7s 30' |
1072,4 |
23,02 |
663,6 |
14 |
304,8 |
10 |
25,4 |
130,2 |
2 |
19,05 |
7° 30' |
7° 30' |
1174,8 |
25,40 |
730,3 |
16 |
304,8 |
в дюймах, две цифры после букв-ширину колодок в дюймах. 2 . Размеры деталей муфт
N,KBW Н,ЛС
Частота Вращения п, об/мин
Рис. 40. График зависимости мощностей, передаваемых муфтами типа «VC» (широкой серии), от частоты вращения..
Обозначения те же, что и на рис. 39.
Пневмокамерные муфты «VC» успешно применяются на лебедке буровой установки «Айдеко—Пиньони» Н-2500 на Северном Кав казе (вблизи г. Грозного).
К р у т я щ и й м о м е н т п н е в м о к а м е р н о й м у ф т ы . Предельный крутящий момент Мпр, передаваемый пневмокамерной обжимной муфтой, по условиям трения фрикционных накладок по шкиву с учетом центробежных сил и усилий от пружин, отжима ющих башмаки с накладками от шкива, определяется из уравнения
|
|
^ п Р = |
| - ^ 5 / ) ш , |
(11.85) |
где |
и. — коэффициент |
трения; Qs |
— суммарное |
радиальное усилие |
от |
накладок на шкив; |
Dm — диаметр шкива. |
|
|
92 |
93 |