
книги из ГПНТБ / Антонов А.А. Пневматические фрикционные муфты в нефтяной промышленности
.pdfЦилиндрические 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 |
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), |
(И. 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) |
(и — 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) |
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.