Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Антонов А.А. Пневматические фрикционные муфты в нефтяной промышленности

.pdf
Скачиваний:
21
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
15 Mб
Скачать

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

817,6

15,08

549,3

12

254

18

19,05

85,7

1

19,05

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

Типоразмер

 

 

 

 

 

Размеры муфты, мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

муфты

D

 

 

 

Da

 

 

H

й

 

Xi

 

 

 

 

 

 

 

11.5VC500

363,5

309,6

36,5

5,5

165,1

127

511,2

292,1

170,6

110,3

16VC600

471,5

369,9

6,3

196,8

152,4

660,4

406,4

204,8-

100,0

20VC600

530,2

385,8

36,5

6,3

196,8

152,4

762,0

508,0

204,8

84,1

24VC650

527,0

409,6

• 36,5

5,5

209,6

165,1

879,5

609,6

215,9

95,3

28VC650

571,5

435,0

36,5

5,5

209,6

165,1

981,1

711,2

215,9

76,2

33VC650

598,5

463,5

36,5

5,5

211,2

165,1

1149,4

838,2

217,5

77,8

37VC650

636,6

463,5

36,5

5,5

211,2

165,1

1250,9

938,2

217,5

39,7

42VC650

687.4

488,9

36,5

5,5

211,2

165,1

1377,8

1066,8

217,5

14,3

П р и м е ч а н и е .

В шифре

муфты

первые две

цифры

показывают

размер

шкива

в дюймах. Размер 2Э5

— ширина

колодок.

 

 

 

 

 

 

Частота Вращения"п1об/мин

Рис. 41. График зависимости моментов, передаваемых муфтами типа «VC» (узкой серии), от частоты вращения:

1 — 11,5VC500; 2 — 16VG600; 3 — 20VC600; 4 — 24VC650; 5 — 28VC650; 6 -т- 33VC650; 7 37VC650; 8 42VC650.

Суммарное радиальное усилие на шкив

 

<? 5 =Свозд - (<?пр+

<?цс),

. 86)

где <?возд усилие от давления воздуха;

Qnp — усилие

от пружин;

Que — центробежная сила, отжимающая

башмаки.

 

<?возд - я (Рп - Ро) (Ош + 2а + 2s) (В - Н)

(Рп внутреннее давление в полости пневматической камеры; р 0 = 0 , 2 ' - г 0 , 3 кгс/см2 — давление, расходуемое для деформации камеры с целью преодоления зазора б между накладками и шкивом;

a, s, В, Н — размеры камеры муфты

по рис.

43).

<?п р = С п р ( Д +

8)г б

(11.87)

(СпР жесткость отжимной пружины; Д предварительный натяг пружин; б — зазор между колодками и шкивом выключенной муфты;, z6 — число пружин и башмаков).

ЦкВт Н,л.с.

Частота вращения п, об/мин

Рис. 42. График зависимости мощностей, передаваемых муфтами типа «VC» (узкой серии), от частоты вращения.

Обозначения те же, что и на рис. 41 .

^ ц с _ ЄГ6 \ 30

/

или

 

v V = — 3 Q 2 ^ — ,

щ.88)

частота вращения муфты; G — вес башмака; (г6 радиус центра тяжести башмака; g — ускорение силы тяжести).

Подставив в формулу (11.85) значения величин, получим урав­ нение для определения предельного крутящего момента обжимной пневмокамерной муфты

Mnv = \2K(Pn-p0)(K^

+ a +

s)(B-H)-

 

- 4 і ^

+ С » Р ( Л +

6 ) ] } ^ .

(11.89)

нии камеры; пн ружности гс.
В отличие от шиннопневматических муфт угол р с каркаса пневмокамерных муфт должен быть минимальным (в пределах 30—40°), так как каркас камеры воспринимает усилия только от давления воздуха. Для каркаса рекомендуется ткань кордная вискозная по ГОСТ 7266.1-69. Число слоев корда — два или четыре. Запас прочности нити на разрыв должен быть не менее 20.
Другие элементы пневмокамерных муфт в каждом конкретном случае можно рассчитывать по методикам, широко известным в об­ щем машиностроении. При этом рекомендуется обратить внимание на необходимость тщательного расчета на изгиб поводковых пальцев.
В л и я н и е н е с о о с н о с т и в а л о в н а р а б о т у п н е в м о к а м е р н о й м у ф т ы и е е к о э ф ф и ц и е н т п о л е з н о г о д е й с т в и я . В отличие от шиннопневматической муфты, у которой фрикционные колодки имеют как радиальную, так и окружную подвижность, башмаки с фрикционными накладками пневмокамерной муфты могут смещаться только в радиальном на­ правлении. В связи с отсутствием окружных смещений колодок
Рис. 43. Схема сечения пневмока­ мерной муфты.
Р а — угол, образованный нитью каркаса и меридианом тора в точке А! Рс угол между нитью кар­ каса и меридианом в среднем сече­
— число слоев корда; tc — ш а г нитей корда на ок­

При определении

жесткости

пружины

необходимо

учесть,

что

ее предварительное

натяжение

должно

быть больше

веса

баш­

мака. На рис. 43 расчетные размеры камеры даны для муфты во

включенном состоянии.

 

Р а с ч е т п н е в м а т и ч е с к о й о б ж и м н о й

к а м е р ы

н а п р о ч н о с т ь . Конфигурация свободной части

каркаса ка­

меры обжимной муфты определяется условиями равновесия его нитей под действием внутреннего давления воздуха. Нити каркаса пневмокамерной муфты воспринимают усилия только от давления воздуха. В соответствии с методикой, изложенной выше, величина

усилия

от давления воздуха

Np,

приходящаяся

на

одну

нить

се­

чения в

точке

А

(см.

рис.

43),

равна

 

 

 

 

 

N .

лгсН(рп~Ро)

 

( П

9

р

v 4 c o s B A

 

v

'

где гс — средний радиус камеры; Н — средняя высота каркаса тора камеры; v u — расчетное число ни­ тей в корде каркаса обжимной камеры

2ягс cos рсЯн

пневмокамерная муфта не может компенсировать несоосность Бал­ лов за счет упругой деформации ее деталей. Поэтому-несоосность (эксцентриситет) валов, соединенных пневмокамерной муфтой, в про­ цессе работы приводит к периодическому проскальзыванию башма­ ков по цилиндрической поверхности шкива.

На рис. 44 показана схема взаимодействия колодок и шкива пневмокамерной муфты с эксцентричным расположением валов. Как видно из схемы, за первую четверть оборота муфты башмак, сцепленный со шкивом и действующий на него с тангенциальной

силой Г с ц , поворачивается на угол - у . Однако угол поворота шкива ф ш за этот период меньше, чем угол поворота муфты фм на величину j r - . Следующие две четверти поворота муфты этот башмак опережает

движение шкива,

скользя по

его поверхности и действуя на него

с тангенциальной

силой Тск.

Последнюю четверть поворота муфты

башмак опять сцепляется со шкивом, передавая на него усилие Г с ц . За один оборот муфты шкив отстает от нее на угол, равный-^-.

При этом средняя скорость скольжения колодок по шкиву

^ C K = | f ,

(И.91)

где е — эксцентриситет валов; пм — частота вращения муфты. Учитывая, что в процессе вращения одна половина башмаков

муфты находится в состоянии полного сцепления со шкивом,

а вторая половина, опережая движение шкива, скользит по нему, величина мощности, расходуемой на скольжение

 

 

 

 

 

ЛГ« = ^ .

 

 

 

 

 

(И.92)

Коэффициент полезного действия пневмокамерной муфты равен

отношению

скоростей

вращения

шкива

и

муфты

 

 

 

 

 

 

1 « = ^ '

.

 

 

 

 

(И.93)

На примере расчета пневмокамерной муфты диаметром шкива

500 мм, передающей момент 500 кгс

• м

при

скорости

вращения

1125

об/мин,

рассмотрим

величину

 

потерь

при

эксцентриситете

валов

муфты

и шкива

е — 2 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

Скорость

скольжения

колодок

по шкиву

 

 

 

 

 

 

vCK=

0,002-1125

=

л л , с

,

 

 

 

 

 

 

зо

 

0,075 м/с.

 

 

Мощность, теряемая при скольжении колодок

по шкиву

 

 

 

дг

 

500-0,002-1125

_ 0

Л -

°-

 

 

 

 

 

Л с к

 

1125-0,5

 

~ Z

 

 

Коэффициент полезного действия муфты при снижении скорости

вращения

шкива

3,14-0,5-2.0,002

_ , п

 

,

 

 

 

 

 

^м ~~

0 0 7

 

 

 

 

 

 

3,14-0,5

 

~и,УУ/ .

 

 

Скорость

вращения

шкива

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пш = пыг\и=

1125• 0 , 9 9 7 1 1 2 2

об/мин,

 

т. е. сократится на 3

об/мин (0,27%).

 

 

 

 

 

Как видно из расчета,

при эксцентриситете валов е

= 2 мм на

скольжение колодок по шкиву будет расходоваться мощность, рав­ ная 2 л. с. Эта мощность, превращаемая в основном в тепло, будет нагревать детали муфты и частично расходоваться на износ ее фрик­ ционной пары. Следует отметить, что потери энергии в пневмока­ мерной муфте при одной и той же несоосности валов более чем в 2 раза превосходят потери в шиннопневматической муфте.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что пневмокамерные муфты целесообразнее ставить в такие условия работы, при которых эксцентриситет осей муфты и шкива отсутствует, например, на бара­ банных валах буровых лебедок для оперативного включения пере­ дач.

К о н с т р у к ц и я и р а с ч е т многокамерных муфт

Пневматические фрикционные многокамерные муфты с цилиндри­ ческой поверхностью трения относятся к одним из наиболее надеж­ ных устройств для оперативного включения передач с тяжелым

тепловым режимом работы. Основной отличительной особенностью этой муфты является резделение ее нажимного устройства на боль­ шое число (8, 16, 24 и более) самостоятельных пневматических камер, каждая из которых оснащена своим башмаком с фрикцион­ ной накладкой. Надежность эксплуатации этих муфт достигается:

возможностью продолжения работы при выходе из строя одной или нескольких камер;

простотой конструкции муфты, позволяющей быстро заменить ее детали, вышедшие из строя, без демонтажа и разборки всей муфты; наличием индивидуального трубопровода для подвода воздуха к каждой камере, обеспечивающего необходимую скорость их за­

полнения и быстрое отключение или замену поврежденных воздухо­ проводов.

Многокамерные муфты изготовляют только обжимного типа. Расчетное рабочее давление воздуха в ее камерах равно 6 кге/см2 . На рис. 45 и 46 показана многокамерная фрикционная муфта фирмы «Вюльфель» (ФРГ).

Муфта состоит из обжимной полумуфты с фрикционными на­ кладками и цилиндрического шкива. В полумуфту входят сварной корпус со ступицей вала, призматические пневмокамеры с башма­ ками и фрикционными накладками и детали системы питания воз­ духом. Другая часть муфты -— шкив состоит из цилиндрической обечайки и ступицы второго вала. Полумуфта всегда монтируется на том валу, торец которого может быть использован для подачи воздуха в камеры. Этот вал может быть как ведущим, так и ведомым.

Сварной корпус полумуфты (см. рис. 45, 46 и 47) состоит из сту­ пицы 1, диска 2, направляющей связи 3 и кольца 4. В прямоуголь­ ные проемы, которые образуются диском, направляющими связями и кольцом, с внешней стороны вставлены пневматические камеры. Неподвижная часть каждой камеры — прямоугольная крепежная плита 5 свинчена болтами с направляющими связями 3. На этой плите болтами 7 закреплен круглый соединительный диск 8. Основ­ ным элементом пневматической камеры является резиновая пусто­ телая подушка 9 с утолщенными бортами. Подушки изготовлены из высококачественной резины без корда. Борт-резиновой подушки 9 и уплотнительное кольцо 6 зажаты между плитой 5 и диском 8. На внутреннем периметре резиновой подушки также имеется утол­ щенный борт, к которому прикреплен башмак 1 1 из алюминиевого сплава. Между башмаком и подушкой имеется изолирующая асбе­ стовая плита 10. К башмаку прикреплена износостойкая прессо­ ванная фрикционная накладка 12.

Для подачи воздуха в камеры в валу, на который насажена обжимная полумуфта, просверлены отверстия 1 3 и 14. Из отверстий воздух попадает в кольцевой канал 18, выточенный в ступице 1. Запорный винт 15, а также уплотняющее кольцо 1 6 с полым винтом

1 7 обеспечивают необходимую

герметичность

каналов для подачи

воздуха. Через трубопроводы

1 9 с

арматурой

20 воздух

попадает

во внутреннюю полость камеры 2 1 ,

растягивает резиновую

подушку

S 22 6 8 3

Рис. 45. Многокамерная цилиндрическая муфта:

а — двухрядная муфта в разрезе; б — вид по стрелке А ; в — однорядная муфта в разрезе.

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ