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

интенсивно. Падение скорости ведущей части муфты в процессе сцепления наблюдается при любом виде привода машин, кроме при­ вода от синхронного электродвигателя.

Момент трения на -фрикционной муфте Мф (2> во втором периоде увеличивается от Муст до наибольшего значения, равного моменту сцепления М с ц . Снижение относительного проскальзывания муфты

и увеличение передаваемого момента во втором периоде позволяют ин­ тенсивно разгонять ведомую систему, например барабан буровой лебедки. В конце второго периода сцепления угловые скорости веду­ щей и ведомой частей муфты становятся одинаковыми. Наступает полное сцепление фрикционной пары.

Зависимости второй части периода включения муфты имеют вид

°> 1 ( 2 ) > ю 2 ( 2 у

Втретьей части периода включения муфты при разгоне ведомой. системы машины без буксования интенсивность роста ее угловой скорости постепенно падает.

Крутящий-момент, передаваемый ведомой системе, снижается от наибольшей величины Мся до величины момента сопротивления Муст при установившейся угловой скорости вращения муфты соу с т .

Графики угловых скоростей обеих частей пневматической фрик­ ционной муфты в процессе включения и разгона в зависимости от

типа силового привода, параметров муфты и характеристики машины имеют свои особенности.

На рис. 4 приведены графики периода включения муфт, имеющие отличия, связанные с особенностью типа привода и наличием зазоров между звеньями ведомой системы.

На рис. 4, а показан график процесса включения муфты с приаодом от дизеля или асинхронного электродвигателя, у которых скорость вращения ведущего вала перед подачей воздуха в пневматическую

Рис. 4. Графики угловых скоростей обеих частей пнев­ матической фрик­ ционной муфты в периоде включе­

ния.

камеру не снижается. Рассматривается случай, когда зазоры между звеньями ведомой системы отсутствуют. В этом случае работа трения из-за значительной разницы в угловых скоростях ведущей и ведомой систем в начальный период процесса сцепления имеет повышенное значение. При продолжительной работе в режиме повторно-кратко­ временного включения с такой разницей в угловых скоростях муфта перегревается и преждевременно выходит из строя.

На рис. 4, б изображен график процесса включения муфты с при­ водом от дизеля, у которого скорость вращения ведущего вала перед включением снижается оператором с целью предотвращения пере­ грева муфты, а в конце процесса сцепления фрикционного устройства повышается до максимальной величины путем форсирования дизе­ лей для интенсивного разгона ведомой системы машины. Как и в пре-

дыдущем случае зазоры между звеньями этой системы отсутствуют. При таком включении муфты величина работы буксования умень­ шается, а время разгона ведомой системы такое же, как и в предыду-. щем примере (см. рис. 4, а).

На рис. 4, в приведен график процесса включения муфты с при­ водом от синхронного электродвигателя. В этом случае угловая скорость ведущего вала муфты остается постоянной весь период сцепления. Зазоры между звеньями ведомой системы отсутствуют. Муфта с приводом от синхронного электродвигателя имеет большую начальную угловую скорость буксования. Сцепление ее фрикцион­ ного устройства происходит более продолжительное время. В ре­ зультате этого при включении муфты выделяется значительно боль­ шее количество тепла, чем при включении муфты с другими видами привода. При частоте включений под нагрузкой свыше 40 в 1 ч муфта перегревается и преждевременно выходит из строя.

На рис. 4, г показан график процесса включения муфты, приво­ димой от дизельгидравлического агрегата. Рассмотрен случай, когда перед подхватом и подъемом бурильной колонны из скважины между звеньями ведомой системы имеются зазоры, например, в пружинном механизме крюка и между штропами и элеватором. Как видно из этого графика, вращение барабанного вала начинается раньше, чем в остальных рассмотренных случаях. Однако после уменьшения и полной выборки зазоров между звеньями подъемного механизма уве­ личение угловой скорости со2 на короткое время прекращается или даже она снижается из-за внезапно возросшего момента сопротивле­ ния. За этот промежуток времени крутящий момент на фрикционной муфте увеличивается и становится достаточным для подхвата и подъ­ ема колонны. В результате угловая скорость со2 начинает вторично возрастать.

Предварительное снижение оператором угловой скорости враще­ ния ведущего вала муфты перед ее включением при дизельгидравлическом приводе позволяет значительно сократить работу буксования и получить быстрый разгон ведомой системы без больших динамиче­ ских перегрузок в подъемном механизме. Быстрый разгон ведомой системы достигается форсированием дизелей в конце процесса сцепле­ ния муфты и увеличением крутящего момента привода с помощью турботрансформатора.

сцепления является крутящий момент на фрикционной муфте, в функ­

с которым трущиеся поверхности фрикционной пары прижимаются друг к другу. Это усилие образуется под влиянием нарастающего давления воздуха в пневматической камере нажимного устройства.

и конструкций муфты. Так, шиннопневматические муфты ШПМ-300, используемые для включения привода компрессоров, наполняются воздухом до расчетного давления за 1—3 с. Пневмокамерные и дис­ ковые муфты буровых лебедок, имеющие малый объем камер, запол­ няются за 2—5 с. Наибольшее время заполнения имеют шиннопнев­ матические муфты ШПМ-700 и ШПМ-1070 — в пределах 5—10 с в зависимости от сопротивлений в узлах системы пневматического управления.

Исследованиями [4] установлена закономерность, достаточно точно отражающая рост давления воздуха р (t) в камере муфты при ее наполнении в зависимости от времени

(1.1)

где рп — внутреннее давление в камере муфты после заполнения ее воздухом, равное давлению в пневмосистеме; t — текущее значение времени наполнения; tB — общее время заполнения камеры воздухом до давления рп.

Результаты определения давления воздуха в камере муфты в за­ висимости от времени по формуле ( I . 1.) действительны при t ^ tB.

Время заполнения камеры пневматической фрикционной муфты воздухом следует регламентировать, исходя из условия возможно быстрого разгона ведомой системы машины с учетом допустимых ди­ намических перегрузок всех элементов передач.

Как показали исследования В. Л. Архангельского [4] и ВНИИНефтемаша, время заполнения пневматических камер оперативных муфт современных буровых установок и других нефтяных машин следует обеспечивать в зависимости от маховых масс сцепляемых систем в пределах от 2 до 4 с. Увеличение времени сверх указанного не приводит к заметному сокращению динамических усилий, но вы­ зывает более длительное буксование муфты при включении и, как следствие, недопустимый перегрев ее элементов.

При значительном сокращении времени сцепления увеличиваются динамические нагрузки на механизмы. Время заполнения воздухом камер пневмокамерных и большинства цилиндрических и дисковых фрикционных муфт обычно меньше, чем шиннопневматических из-за меньшего объема их камер. Вследствие этого при включении муфт с небольшим объемом камер нередко возникают большие динамиче­ ские перегрузки в механизмах.

Для предотвращения недопустимых перегрузок применяют двух­ проводные системы управления с распределителями, имеющими характеристику, которая приведена в главе V . В дисковых опера­ тивных муфтах время наполнения камер воздухом целесообразно такое же, как и в цилиндрических, но не менее 2 с.

При наполнении камеры муфты воздухом одновременно возрастает крутящий момент на фрикционном устройстве Мф. В процессе вклю­ чения муфты момент увеличивается от нуля до предельного значения. Если бы коэффициент трения фрикционной пары был постоянным, то скорость роста крутящего момента при включении муфты была бы пропорциональна скорости роста давления воздуха в камере р (t). Однако этот коэффициент, как правило, является величиной пере­ менной. У большинства фрикционных пар он увеличивается по мере уменьшения скорости скольжения. Например, коэффициент трения пары ретинакс ФК-24А — сталь 60Г при снижении скорости сколь­ жения с 12 до 2 м/с повышается с 0,27 до 0,35.

На величину крутящего момента в процессе сцепления цилинд­ рических фрикционных муфт влияют также центробежные силы при вращении валов. Но так как у оперативных муфт современных буровых лебедок, работающих в тяжелом режиме повторно-кратко­ временного включения с числом циклов более 40 в 1 ч, частота вра­ щения валов не превышает 420 об/мин, а процесс сцепления фрик­ ционной пары заканчивается при скорости примерно в 2 раза мень­ шей, т. е. при 200 об/мин, влияние центробежных сил на рост вели­ чины крутящего момента фрикционной муфты в процессе сцепления можно не учитывать. Ошибка составит 2 — 3%, т. е. значительно меньше, чем разброс значений коэффициента трения.

На основании изложенного можно составить зависимость

Учитывая, что в процессе сцепления фрикционной пары линей­ ная, а вместе с ней и угловая скорость буксования зависят от вре­ мени, имеем

эффициента трения в зависимости от линейной скорости скольжения; \i (t) — текущее значение величины коэффициента трения в зави­ симости от времени в процессе буксования.

При определении влияния изменений давления воздуха в камере и коэффициента трения пары в процессе буксования на крутящий момент фрикционной муфты необходимо учитывать, что к концу этого процесса скорость увеличения давления р (і) уменьшается, а скорость роста коэффициента трения ц (v6) в большинстве случаев увеличивается.

На рис. 5, а, б и в в общем виде показаны зависимости повышения давления воздуха в камере, снижения скорости буксования и уве­ личения коэффициента трения от времени в процессе сцепления. Если построить кривую зависимости момента на фрикционной муфте от времени буксования в соответствии с формулой (1.2), то она будет иметь форму, близкую к прямой (см. рис. 5, г). На основании этого можно принять, что крутящий момент (первый параметр процесса

сцепления) при включении муфты возрастает в прямой зависимости

Следует отметить, что су­ ществуют некоторые пары трения, например асбокаучук 6КХ-1 — сталь 60Г, у которых характер зависи­ мости п. = / (v6) отличается от ранее приведенного для пары ретинакс ФК-24А — сталь 60Г.Л Удельное давле­ ние фрикционного материала на сталь также существенно влияет на характер указан­ ной зависимости. Поэтому в отдельных случаях целесооб­ разно проверять соответст­ вие результатов вычисления по формуле (1.3), характери­ стике фрикционной пары и при необходимости внести соответствующие коррек­ тивы.