Способ нагревания и снижения энергонагруженности при воздушно-жидкостном охлаждении составных тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки при оценке их теплового баланса Российский патент 2019 года по МПК F16D65/80 F16D49/08 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в тяжелонагруженных ленточно-колодочных тормозах, например, в буровых лебедках.

Известны способы определения количества теплоты (так называемой калориметрии), заключающиеся в использовании различных типов калориметров, а именно:

- обыкновенный калориметр переменной температуры с изотермической оболочкой;

- массивный калориметр переменной температуры с изотермической оболочкой;

- калориметр переменной температуры с адиабатической оболочкой;

- дифференциальный калориметр с переменной температурой;

- калориметр постоянной температуры [1, прототип].

Однако представленные способы определения доли генерируемой, аккумулируемой и рассеиваемой теплоты в окружающую среду тормозным шкивом ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки не могут быть использованы по следующим причинам:

- из-за большого веса тормозного шкива;

- не представляется возможным раздельно оценить интенсивность естественного и вынужденного конвективного охлаждения поверхностей тормозного шкива;

- нельзя точно оценить потери теплоты лучистым теплообменом от поверхностей тормозного шкива;

- не представляется возможным учесть потери теплоты от кондуктивного теплообмена в тормозном шкиве.

Известен способ нагревания и охлаждения тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки для оценки их теплового баланса, который осуществляется в лабораторных и промышленных условиях на двух шкивах в четыре этапа на:

- первом - в лабораторных условиях определяются потери теплоты лучистым теплообменом от нагретого тормозного шкива;

- втором - в лабораторных условиях определяются потери теплоты естественным конвективным теплообменом от поверхностей нагретого первого тормозного шкива;

- третьем - в промышленных условиях определяются потери теплоты кондуктивным теплообменом от выступов тормозных шкивов в тело фланца барабана лебедки;

- четвертом - в промышленных условиях определяются потери теплоты вынужденным конвективным теплообменом от нагретых тормозных шкивов [2, аналог].

Однако данный способ имеет недостаток. В нем два этапа реализуются в лабораторных условиях, что существенно влияет на точность получаемых тепловых потерь. Кроме того, данный способ не применим к оценке тепловых потерь при воздушно-жидкостном охлаждении составных шкивов ленточно-колодочного тормоза.

Задача изобретения - определение потерь теплоты в составном тормозном шкиве ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки температурным способом для оценки теплового баланса при его воздушно-жидкостном охлаждении для правильного выбора материалов фрикционных накладок и работы в интервалах поверхностных температур ниже допустимых.

Поставленная задача достигается тем, что в способе нагревания и снижения энергонагруженности при воздушно-жидкостном охлаждении составных тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки при оценке их теплового баланса циклическими торможениями пары трения «шкив-накладки» ее доводят до допустимой температуры материалов при различных частотах свободного вращения нагретых составных тормозных шкивов за одинаковые промежутки времени, фиксируют скользящими термопарами поверхностные температуры левого и правого составных тормозных шкивов в зависимости от теплообмена в заданных интервалах поверхностных температур и осуществляют оценку теплового баланса в пять этапов, при этом

- на первом этапе - для оценки интенсивности воздушного вынужденного конвективного теплообмена матовых поверхностей правого шкива при теплоизолированных матовых поверхностях левого составного тормозного шкива от температуры окружающей среды (t_O) по соотношению поверхностных температур правого (t₂-t_O) и левого (t₁) шкивов определяют долю теплоты, которая рассеивается в окружающую среду вынужденным конвективным теплообменом;

- втором - для оценки интенсивности кондуктивного теплообмена в нижнюю часть правого составного шкива монтируют камеру, изготовленную из теплоизоляционного материала, а левую камеру изготовляют металлической и ее наружную поверхность теплоизолируют от окружающей среды, и по соотношению поверхностных температур правого (t₃-t_O) и левого (t₄) шкивов определяют долю теплоты, которая отводится кондуктивным теплообменом в металлический каркас камеры;

- третьем - для оценки интенсивности воздушного конвективно-лучистого теплообмена в нижнюю часть правого составного шкива монтируют металлическую камеру с выполненной над ней полированной поверхностью, а левую камеру оставляют такой же как и на втором этапе теплообмена и по соотношению поверхностных температур правого (t₅-t_O) и левого (t₆-t_O) шкивов определяют долю теплоты, которая отводится конвективно-лучистым теплообменом в окружающую среду;

- четвертом - для оценки интенсивности жидкостного и парожидкостного конвективно-лучистого теплообмена камеры заполняют нагретой жидкостью (левую), а парожидкостной смесью (правую) и при этом над ней находится полированная поверхность, и затем по соотношению поверхностных температур правого (t₇-t_O) и левого (t₈-t_O) шкивов определяют долю теплоты, которая отводится конвективно-лучистым теплообменом в окружающую среду;

- пятом - для оценки интенсивности парожидкостного и паровоздушного конвективно-лучистого теплообмена камеры заполняют парожидкостной смесью (правую), а паровоздушной смесью (левую) и по соотношению температур правого (t₉-t_O) и левого (t₁₀-t_O) шкивов определяют долю теплоты, которая отводится конвективно-лучистым теплообменом в окружающую среду.

Сравнительный анализ способов оценки тепловых потерь в составных шкивах ленточно-колодочных тормозов, исходя из прототипа и аналога, показал следующие преимущества предложенного температурного способа:

- возможность поэтапного определения тепловых потерь составных тормозных шкивов в промышленных условиях на лебедках, приняв за основу поверхностную температуру пар трения тормозов;

- теплота, вносимая в составной шкив достигается циклическим тормозным режимом;

- определение потерь теплоты, вызванное воздушным охлаждением средней части составного шкива, за одинаковое время путем сравнения рабочих поверхностных температур ободов с воздухозаборниками и без них (с заглушенными отверстиями) правого и левого составного шкива;

- определение потерь теплоты, вызванное кондуктивным теплообменом, производится за одинаковое время путем сравнения рабочих поверхностных температур ободов, оборудованных металлической и неметаллической камерами правого и левого составного шкива;

- определение потерь теплоты, вызванное различным фазовым состоянием жидкости при конвективном теплообмене, за одинаковое время путем сравнения рабочих поверхностных температур ободов правого и левого составного шкива.

На фиг. 1 показан ленточно-колодочный тормоз, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1 (без воздухозаборников и системы отверстий в средней части обода шкива и в реборде); на фиг. 3 проиллюстрирован фрикционный узел с термопарами; на фиг. 4 показан вид Б на фиг. 3 - установка термопары с электродами в детали фрикционного узла; на фиг. 5 проиллюстрирован тормозной шкив с воздушно-жидкостной системой охлаждения со следующими условными обозначениями: С_л - коэффициент черноты или излучения (для абсолютно черного тела C_л=1,0); T₁, T₂ - температуры полированных поверхностей: рабочих и нерабочих обода шкива; T_Ж, T_С - температуры: жидкости и омывающей воздушной среды; α_Ж, α_С - коэффициенты теплоотдачи от: жидкости к стенке камеры; стенки камеры к окружающему воздуху; h - толщина обода тормозного шкива; D - кольцевой диаметр камеры; рассматриваются два варианта: а - жидкость омывает внутреннюю стенку камеры; б - жидкость омывает полированную нерабочую поверхность обода шкива и внутреннюю стенку камеры; на фиг. 6 проиллюстрированы цилиндрические кольцевые перегородки со смещенными отверстиями на их диаметр (d); на фиг. 7-11 проиллюстрированы тепловые модели левого и правого составных тормозных шкивов, по которым определялись тепловые потери для оценки теплового баланса по видам теплообмена: 7 а, б - воздушно-конвективного между частями обода шкива t₁, t₂ - поверхностные температуры левого и правого шкивов соответственно; 8 а, б - лучистого между матовой и полированной нерабочими поверхностями обода шкива t₃, t₄ - поверхностные температуры левого и правого шкивов соответственно; 9 а, б - кондуктивного отвода теплоты в каркас камеры для теплоносителя t₅, t₆ - поверхностные температуры левого и правого шкивов соответственно; 10 а, б t₇, t₈ - поверхностные температуры левого и правого шкивов соответственно и 11 а, б - t₉, t₁₀ - поверхностные температуры левого и правого шкивов соответственно конвективного с теплоносителями находящимися в камерах в различных фазовых состояниях: "жидкость -парожидкостная смесь" и "парожидкостная смесь - паровоздушная смесь"; на фиг. 12 а, б показана зависимость коэффициентов теплоотдачи α лучеиспусканием матовых (а) и полированных (б) поверхностей металлических элементов трения от температуры нагревания t при различных значениях отношения диаметров поверхности трения к площадям поверхностей d/A.

Способы нагревания и снижения энергонагруженности при воздушно-жидкостном охлаждении составных тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки при оценке их теплового баланса заключаются в определении потерь теплоты от матовых и полированных поверхностей их ободов с камерами, заполненных теплоносителем, находящемся в различном фазовом состоянии.

Ленточно-колодочный тормоз с принудительной системой воздушно-жидкостного охлаждения состоит из подъемного вала 1, барабана 2 с фланцем 3, который крепится с помощью болтового соединения 4 к теплоизолированному выступу 5 тормозного шкива 6. Последний имеет реборды 7, рабочую 8 и нерабочую 9 поверхности. Рабочая поверхность 8 шкива в процессе торможения фрикционно взаимодействует с рабочими поверхностями 10 полимерных накладок 11, прикрепленных с помощью усиков 12 к тормозной ленте 13, имеющей набегающую (а) и сбегающую (б) ветви. Набегающая ветвь (а) ленты 13 с помощью резьбовой стяжки 14 крепится к опоре 15, а ее сбегающая ветвь (б) - к рычагу 16 управления тормозом.

Под нерабочей поверхностью 9 обода шкива 6 расположена камера 17 занимающая объем от первой радиальной боковой стенки 18, расположенной со стороны свободного края обода шкива 6 и до второй радиальной боковой стенки 19, находящейся возле выступа 5 шкива 6. Сверху первая радиальная боковая стенка 18 находится в пазе стенки 19 торца реборды 7 и через герметизационную прокладку 20 с помощью болтов 21 крепится по ее периметру к ободу шкива 6. Вторая радиальная боковая стенка 19 заведена с натягом в круговой паз 22. Снизу стенки 18 и 19 соединены между собой цилиндрическим кольцом 23. Заправка камеры 17 производится жидкостью 24 через впускной клапан 25, а стравливается в атмосферу образовавшийся пар в камере 17 через выпускной клапан 26.

Камера 17 заполнена жидкостью 24 на 2/3 ее объема и над ней нерабочая поверхность 9 обода шкива 6 выполнена полированной. К левой реборде 7 по ее периметру подключены воздухозаборники 27, расположенные с постоянным шагом, которые соединены с отверстиями 28 в реборде 7. Отверстия 28 выполнены под углом в реборде 7 в виде сопел Лаваля. Последние связаны с первым цилиндрическим кольцевым объемом 29 расположенным в середине толщины обода шкива 6. Количество цилиндрических кольцевых объемов 29 в ободе шкива 6 зависит от его ширины. Между цилиндрическими кольцевыми объемами 29 находятся кольцевые перегородки 30, в которых выполнены горизонтальные отверстия 31. Последние по периметру перегородок 30 смещены на величину их диаметра. Последний цилиндрический кольцевой объем 29 подключен к отверстиям 32, выполненным в виде конфузоров по периметру рабочей поверхности обода шкива 6 его защемленного края.

Для измерения поверхностных температур пар трения ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки в его фрикционных накладках размещают термоэлектроды 36 термопар 37 (см. фиг. 3 и 4). Двухканальная керамическая трубка 35 устанавливается в отверстие 34 фрикционной накладки 11 и выводится почти заподлицо ее рабочей поверхности 10. В трубе 35 диаметром 4,0 мм заложены термоэлектроды 36 термопар 37, изготовленной из хромель-алюмелевой проволоки диаметром 0,8 мм. Положительным термоэлектродом 36 является хромелевая проволока, а отрицательным - алюмелевая проволока. Головка термопары 37 (в виде сферы), которая взаимодействует с рабочей поверхностью 8 тормозного шкива 6, сформирована из высокотемпературного медного припоя в виде спая диаметром 3,0 мм и установлена в изоляционную втулку 39. Последняя препятствует выходу из строя головки термопары 37, способствуя ее работе до полного износа. Двухканальная керамическая трубка 35 (керамическая трубка состоит из двух частей) установлена с изоляционными втулками 38 и 39, в отверстие 33 тормозной ленты 13. Длина термоэлектродов 37 выбиралась из условия, чтобы за время экспериментов холодный спай не успел прогреться, и равнялась 200-350 мм. Выводы на регистрирующую аппаратуру осуществлялись медными проводами. Термопары 37 перед их установкой тарировались вместе с соединительными проводами. После чего включают в работу буровую лебедку и выполняют циклические торможения ленточно-колодочным тормозом путем прикладывания и снятия усилия на рычаг управления 16, прижимая с помощью тормозной ленты 13 фрикционные накладки 11 их рабочими поверхностями 10 к рабочей поверхности 8 тормозных шкивов 6. В процессе торможении на поверхностях пар трения тормоза генерируется значительное количество теплоты, которое идет на нагревание верхней и нижней части составного тормозного шкива 6. При этом термоэлектроды 36 термопар 37, вмонтированные в тело фрикционных накладок 11 взаимодействуют своими головками с рабочей поверхностью 8 составного тормозного шкива 6, а их термоэлектроды 36 подключены к регистрирующей аппаратуре (на чертеже не показана) для фиксации термоЭВС и по тарировочному графику она переводится в температуру.

Ленточно-колодочный тормоз с принудительной воздушной системой охлаждения работает следующим образом.

При вращении тормозного шкива 6 с большой скоростью в направлении стрелки (фиг. 1) при спуске колонны бурильных труб в скважину (не показаны) до включения механического ленточно-колодочного тормоза воздухозаборники 27 способствуют образованию следующих воздушных потоков: на входе - сопла Лаваля - первый цилиндрический кольцевой объем 29 - горизонтальные отверстия 31 в кольцевой перегородке 30; на выходе - последний цилиндрический кольцевой объем 29 - перпендикулярные отверстия 31 (конфузоры) к рабочей поверхности 8 обода шкива 6. Интенсификация воздушного конвективного теплообмена происходит в остальных цилиндрических кольцевых объемах 29 за счет того, что горизонтальные отверстия 31 по периметру перегородок 30 смещены на величину их диаметра. Такое конструктивное решение способствует большому количеству скоростных воздушных потоков, которые ударяясь об поверхности очередной перегородки 29, завихряються и тем самым увеличивают воздухообмен, и как следствие, их охлаждают, а затем уже они попадают в очередные отверстия 31 перегородок 30, в которых происходит ускорение воздушных потоков.

Таким образом, осуществляется отвод теплоты от верхней части тормозного шкива 6 за счет циркуляции в нем множества воздушных потоков, омывающих кольцевые перегородки 30, являющихся тепловыми мостиками между верхней и нижней частью тормозного шкива 6, что способствует снижению в них глубинного температурного градиента. Кроме того, имеет место кондуктивный теплообмен между нижней частью обода тормозного шкива 6 и стенками камеры 17.

Остановимся на предложенном конструктивном решении применительно к тормозному шкиву, касающегося полированной нерабочей поверхности его обода, расположенной над жидкостью камеры (фиг. 5 а).

Анализ интенсивности теплообмена от металлических элементов фрикционных узлов ленточно-колодочного тормоза указывает на то, что коэффициенты теплоотдачи отличаются по модулю и закону изменения и зависят от линейной скорости обода тормозного шкива. Кроме того, матовые и полированные поверхности металлического элемента трения омываются различными по химическому составу и термодинамическими параметрами средами. С указанных полированных поверхностей металлического элемента трения осуществляется теплоотдача лучеиспусканием омывающему их воздуху. Согласно закону Стефана-Больцмана коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием определяется из выражения

где T_H - температура нагревания поверхностей металлического элемента трения, К; T_B - температура окружающей среды, К; C_Л - коэффициент излучения, Вт/(м² К⁴).

Результаты расчета по формуле (1) представлены на фиг. 4 а, б, из которых следует, что коэффициент α_Л увеличивается с повышением температуры.

Установлено, что величина отношения коэффициентов излучения матовой поверхности к полированной должна быть равна отношению площадей охлаждаемой к нагреваемой поверхности металлического элемента трения. По ее значению можно судить о наступлении установившегося теплового состояния обода тормозного шкива.

В виде соотношений получаем: для ленточно-колодочного тормоза без учета (2) и с учетом (3) нерабочей полированной поверхности обода тормозного шкива (тормозной шкив изготовлен из стали)

В табл. 1 приведены площади поверхностей теплообмена серийного тормозного шкива ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки У2-5-2.

Процентное расхождение между величинами отношений для первого случая составило 23,0%, а для второго - 8,15%.

*Примечание: Площадь рабочей поверхности тормозного шкива: в числителе - перекрываемой накладками, в знаменателе - не перекрываемой накладками.

Ленточно-колодочный тормоз с принудительной жидкостной системой охлаждения работает следующим образом.

При нажатии на рычаг 16 управления тормозом происходит затягивание тормозной ленты 13 и рабочие поверхности 10 полимерных накладок 11 взаимодействуют с рабочей поверхностью 8 тормозного шкива 6, что способствует генерированию теплоты на их поверхностях. При этом значительная часть теплоты поглощается шкивам 6, который является аккумулятором тепловой энергии. В свою очередь, тормозной шкив 6 состоит из верхней и нижней части, которые между собой соединены кольцевыми перегородками 30. Последние играют роль тепловых мостиков по выравниванию энергонагруженности верхней и нижней части тормозного шкива. Передача теплоты кондуктивным теплообменом от нижней части обода тормозного шкива к элементам камеры способствует ее отводу в жидкость.

Рассмотрим два случая взаимодействия полированной нерабочей поверхности 9 обода шкива 6 с жидкостью 24 камеры 17.

Первый случай проиллюстрирован на фиг. 5 а, когда жидкость 24 не омывает полированную нерабочую поверхность 9 нижней части обода тормозного шкива 6 и между их поверхностями имеется зазор. Из полированной нерабочей поверхности 9 обода тормозного шкива 6 осуществляется лучистый теплообмен: подводится лучистый поток q_л от полированной рабочей поверхности 8 обода тормозного шкива бив соответствии с законом Стефана-Больцмана отводится поток собственного излучения плотностью непосредственно к поверхности абсолютного черного тела, т.е. жидкости 24. В этом случае также имеет место слабый конвективный теплообмен, поскольку при вращении шкива 6 за счет центробежных сил капли жидкости все таки попадают на полированную нерабочую поверхность 9 нижней части обода шкива 6, на которой сразу превращаются в пар. Таким образом, в данном случае имеет слабый конвективный и сильный лучистый теплообмены, которые снижают энергонагруженность нижней части обода тормозного шкива.

Второй случай показан на фиг. 5 б, когда жидкость 24 находится на полированной нерабочей поверхности 9 нижней части обода тормозного шкива 6. В этом случае сильным является конвективный теплообмен при взаимодействии слоев жидкости 24 с полированной нерабочей поверхностью 9 обода шкива 6 при слабом их лучистом теплообмене.

Из фиг. 5 а и б следует, что тепловое состояние частей тормозного шкива, находящихся на разных полюсах в вертикальной плоскости, является неодинаковым из-за изменения термодинамических параметров жидкости и омывающего воздуха, что и способствует изменению их градиентов, и как следствие, интенсификации кондуктивного, конвективного и лучистого теплообмена в предложенной системе охлаждения.

Таким образом, при работе в режимах вращения тормозного шкива или фрикционного взаимодействия пар трения ленточно-колодочного тормоза имеют место следующие виды теплообмена:

- в первом режиме - конвективный воздушный и жидкостной, кондуктивный, а также лучистый с рабочей и нерабочей поверхностью (полированной) обода тормозного шкива;

- во втором режиме - конвективный воздушный и жидкостной, кондуктивный, а также лучистый с полированной нерабочей поверхности нижней части обода тормозного шкива.

Способы нагревания и снижения энергонагруженности составных тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза осуществляется в промышленных условиях в пять этапов.

В промышленных условиях при постоянных частотах вращения подъемного вала 1 лебедки, а вместе с ним и составных тормозных шкивов 6 за одинаковые промежутки времени фиксируют скользящими терморпарами 37 их поверхностные температуры, которые в сравнительных вариантах являются основными эксплуатационными параметрами при оценке теплового баланса шкивов, охлаждаемых воздушно-жидкостной смесью. При этом два составных шкива ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки доводят циклическими торможениями пары трения "шкив - накладки" до допустимой температуры их материалов при различных постоянных частотах свободного вращения нагретых шкивов за одинаковые промежутки времени фиксируют скользящими термопарами их поверхностные температуры (энергонагруженность) в зависимости от вида теплообмена в заданных интервалах поверхностных температур правого и левого шкива. Оценку теплового баланса осуществляют в промышленных условиях в пять этапов на:

- первом - для оценки интенсивности воздушного вынужденного конвективного теплообмена матовых поверхностей правого составного тормозного шкива при теплоизолированных матовых поверхностях левого составного тормозного шкива от температуры окружающей среды (t_O) по соотношению поверхностных температур правого (t₂-t_O) и левого (t₁) шкивов определяют долю теплоты, которая рассеивается в окружающую среду вынужденным конвективным теплообменом; так, например, при соотношении указанных температур доля теплоты, которая рассеивается в окружающую среду воздушным вынужденным конвективным теплообменом от поверхностей составного шкива составляет - 5,9%;

- втором - для оценки интенсивности кондуктивного теплообмена в нижнюю часть правого составного шкива монтируют камеру, изготовленную из теплоизоляционного материала, а левую камеру изготовляют металлической и ее наружную поверхность теплоизолируют от окружающей среды, и по соотношению поверхностных температур правого (t₃-t_O) и левого (t₄) шкивов определяют долю теплоты, которая отводится кондуктивным теплообменом в металлические стенки камеры; так, например, при соотношении указанных температур доля теплоты, которая отводится от нижней части обода составного шкива кондуктивным теплообменом к стенкам металлической камеры составляет - 4,8%;

- третьем - для оценки интенсивности воздушного конвективно-лучистого теплообмена в нижнюю часть правого составного шкива монтируют металлическую камеру с выполненной над ней полированной поверхностью, а левую камеру оставляют такой же как и на втором этапе теплообмена и по соотношению поверхностных температур правого (t₅-t_O) и левого (t₆-t_O) шкивов определяют долю теплоты, которая отводится конвективно-лучистым теплообменом в окружающую среду; так, например, при соотношении указанных температур доля теплоты, которая отводится воздушным конвективно-лучистым теплообменом составляет - 10,7%;

- четвертом - для оценки интенсивности жидкостного и парожидкостного конвективно-лучистого теплообмена камеры заполняют нагретой жидкостью (левую), а парожидкостной смесью (правую) и при этом над ней выполнена полированная поверхность, а затем по соотношению поверхностных температур правого (t₇-t_O) и левого (t₈-t_O) составных тормозных шкивов определяют долю теплоты, которая отводится конвективно-лучистым теплообменом в окружающую среду; так, например, при соотношении указанных температур доля теплоты, которая отводится жидкостью, находящейся в двухфазном состоянии конвективно-лучистым теплообменом составляет - 18,9%;

- пятом - для оценки интенсивности парожидкостного и паровоздушного конвективно-лучистого теплообмена камеры заполняют парожидкостной смесью (правую), а паровоздушной смесью (левую) и по соотношению температур правого (t₉-t_O) и левого (t₁₀-t_O) составных тормозных шкивов определяют долю теплоты, которая отводится конвективно-лучистым теплообменом в окружающую среду; так, например, при соотношении указанных температур доля теплоты, которая отводится жидкостью, находящейся в двухфазном состоянии конвективно-лучистым теплообменом составляет - 28,6%;

Таким образом, перечисленные виды теплообмена в неодинаковой степени влияют на энергонагруженость пар трения ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки, а в конечном итоге снижают их энергонагруженость, и как следствие, повышают долговечность рабочих поверхностей.

Источники информации

1. Кириллин В.А., Шейндлин А.Е. Основы экспериментальной термодинамики. - М. - Л.: Государственное энергетическое издательство, 1950. - 310 с. (прототип).

2. Патент РФ 2279579 C2, МПК F16D 65/813, б. и. №19 за 2006 г. (аналог).

Изобретение относится к области машиностроения. Способ нагревания и снижения энергонагруженности при воздушно-жидкостном охлаждении составных тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки при оценке их теплового баланса заключается в том, что циклическими торможениями пары трения «шкив-накладки» ее доводят до допустимой температуры материалов при различных частотах свободного вращения нагретых составных тормозных шкивов за одинаковые промежутки времени. Затем фиксируют скользящими термопарами поверхностные температуры левого и правого составных тормозных шкивов в зависимости от теплообмена в заданных интервалах поверхностных температур и осуществляют оценку теплового баланса. Достигается снижение энергонагруженности пар трения ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки и, как следствие, повышение долговечности рабочих поверхностей. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ нагревания и снижения энергонагруженности при воздушно-жидкостном охлаждении составных тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки при оценке их теплового баланса, циклическими торможениями пары трения «шкив-накладки» ее доводят до допустимой температуры материалов при различных частотах свободного вращения нагретых составных тормозных шкивов за одинаковые промежутки времени, фиксируют скользящими термопарами поверхностные температуры левого и правого составных тормозных шкивов в зависимости от теплообмена в заданных интервалах поверхностных температур и осуществляют оценку теплового баланса в пять этапов, при этом на первом этапе для оценки интенсивности воздушного вынужденного конвективного теплообмена матовых поверхностей правого шкива при теплоизолированных матовых поверхностях левого составного тормозного шкива от температуры окружающей среды (t_O) по соотношению поверхностных температур правого (t₂-t_O) и левого (t₁) шкивов определяют долю теплоты, которая рассеивается в окружающую среду вынужденным конвективным теплообменом.

2. Способ нагревания и снижения энергонагруженности при воздушно-жидкостном охлаждении составных тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки при оценке их теплового баланса по п. 1, отличающийся тем, что для оценки интенсивности кондуктивного теплообмена в нижнюю часть правого составного шкива монтируют камеру, изготовленную из теплоизоляционного материала, а левую камеру изготовляют металлической и ее наружную поверхность теплоизолируют от окружающей среды, и при этом доводят циклическими торможениями пары трения "шкив-накладки" до допустимой температуры их материалов при различных постоянных частотах свободного вращения нагретых составных тормозных шкивов за одинаковые промежутки времени, фиксируют скользящими термопарами их поверхностные температуры, а затем по их соотношению правого (t₃-t_O) и левого (t₄) шкивов определяют долю теплоты, которая отводится кондуктивным теплообменом в металлический каркас камеры.

3. Способ нагревания и снижения энергонагруженности при воздушно-жидкостном охлаждении составных тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки при оценке их теплового баланса по п. 2, отличающийся тем, что для оценки интенсивности воздушного конвективно-лучистого теплообмена в нижнюю часть правого составного шкива монтируют металлическую камеру с выполненной над ней полированной поверхностью, а левую камеру оставляют такой же, как и на втором этапе теплообмена, и при этом доводят циклическими торможениями пары трения "шкив-накладки" до допустимой температуры их материалов при различных постоянных частотах свободного вращения шкивов за одинаковые промежутки времени, фиксируют скользящими термопарами их поверхностные температуры, а затем по их соотношению правого (t₅-t_O) и левого (t₆-t_O) шкивов определяют долю теплоты, которая отводится конвективно-лучистым теплообменом в окружающую среду.

4. Способ нагревания и снижения энергонагруженности при воздушно-жидкостном охлаждении составных тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки при оценке их теплового баланса по п. 3, отличающийся тем, что для оценки интенсивности жидкостного и парожидкостного конвективно-лучистого теплообмена камеры заполняют нагретой жидкостью (левую) и парожидкостной смесью (правую) и при этом над ней находится полированная поверхность, а затем доводят циклическими торможениями пары трения "шкив-накладки" до допустимой температуры их материалов при различных постоянных частотах свободного вращения нагретых составных тормозных шкивов за одинаковые промежутки времени, фиксируют скользящими термопарами их поверхностные температуры, а затем по их соотношению правого (t₇-t_O) и левого (t₈-t_O) шкивов определяют долю теплоты, которая отводится конвективно-лучистым теплообменом в окружающую среду.

5. Способ нагревания и снижения энергонагруженности при воздушно-жидкостном охлаждении составных тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки при оценке их теплового баланса по п. 4, отличающийся тем, что для оценки интенсивности парожидкостного и паровоздушного конвективно-лучистого теплообмена камеры заполняют парожидкостной смесью (правую) и паровоздушной смесью (левую), а затем доводят циклическими торможениями пары трения "шкив-накладки" до допустимой температуры их материалов при различных постоянных частотах свободного вращения нагретых составных тормозных шкивов за одинаковые промежутки времени, фиксируют скользящими термопарами их поверхностные температуры, а затем по их соотношению правого (t₉-t_O) и левого (t₁₀-t_O) шкивов определяют долю теплоты, которая отводится конвективно-лучистым теплообменом в окружающую среду.