Wichita公司研发生产的水冷式离合器和制动器采用了新型合成材料,可以直接利用海水冷却。这是海上石油和天然气勘探以及其他高要求应用的一大创举。
在需海上作业的生产中,含盐海域带来的腐蚀会给海上钻探设备带来许多麻烦,需要进行费时费力的维修,甚至更换铸铁材料的冷却腔。利用Wichita公司研发生产的、使用新型合成材料的AquaMaKKs系列离合器和制动器,可以利用海水或者PH值很高水进行冷却。
此新型冷却腔使用的合成材料是Wichita公司与其合作伙伴共同研发的。在完成了各种聚酯材料的尝试实验后,工程技术人员最终选择了具有很高抗腐蚀性能的高科技含量合成材料:能够像金属零部件那样具有很高的承载能力。在负载性能测试中,采用新型合成材料的AquaMaKKs系列冷却腔表现优异:尺寸规格达36"时,仍然能够正常工作,而不会出现异常。而且试验时的负载是正常工况下负载的4倍。有关新型合成材料冷却腔使用寿命的测试已经在Wichita公司的实验室中进行了两年。试验结果表明:这种合成材料的冷却腔最低寿命至少与铸铁材料的使用寿命相同,同时其还能提供海上作业所必需的高抗腐蚀性。
除合理的材料选择,Wichita公司还对新型AquaMaKKs系列冷却腔提出了重要的技术要求:进水口和出水口的螺纹结构。为了能够在合成材料中制作出螺纹,开始时,工程师们选择把水管接头集成在冷却腔中。但试验表明在工业应用中这种结构形式不够坚固。经过多次尝试后,最终Wichita公司的工程师们选择采用嵌入式(内螺纹和外螺纹)螺纹的工艺方案(图)。

题图 AquaMaKKs冷却腔利用嵌入到合成材料中的金属螺纹连接件保证水管可靠的连接
Wichita公司使用的合成材料申请了专利保护,与冷却性能相关的冷却腔内腔结构设计也申请了专利保护。“冷却腔的进水方式保证了平稳均衡的水流,新型材料保证了很高的散热效率。合适的水流能够有效带走片式摩擦离合器所产生的热量。”Altra集团总经理Mark Stuede先生说道。Altra集团是Wichita公司的重要客户。由于合成材料具有很好的隔热性能,从而也减小了流经散热器散热所需的水流流量,但在同等情况下其能比铸铁材料冷却腔带走更多热量。由于很好的隔热性能,冷却腔周边的零部件也保持着较低的温度,从而也有利于延长它们的使用寿命。
除很好的耐腐蚀性能外,合成材料冷却腔的另一个优点就是重量轻,至少减轻了50%。公称尺寸为36"的铸铁材料的制动器冷却腔的重量为170kg,而相同规格的合成材料冷却腔的重量却只有43kg。在三片或四片摩擦片式大功率高发热离合器中,减轻了这么多的重量是非常有意义的。例如,四片式的摩擦离合器有8个摩擦和发热面,这样也就需要8个冷却腔,每一个冷却腔为一个铜制摩擦面散热。
在型号为36"的制动器中,铜制摩擦片厚9mm、重约52kg。整个金属材料制造的、带有8个冷却腔的制动装置总重量达1800kg。而利用合成材料制造冷却腔时整个制动装置的总重量只有760kg。从整体角度来看,合成材料冷却腔所减轻的重量是非常可观的。
据介绍,新型合成材料冷却腔的性能比原来金属材料提高了35%。目前,合成材料制造的25"和36"冷却腔已在Oil States公司和Amclyde Division公司等国际性石油公司中应用。另外,在石油和天然气开采升降设备中也有应用。
“使用效果非常好,目前我们只有好的感受。并且在今后几年中金属冷却腔所必须的维护保养或者更换带来的繁琐工作,会让用户更加深刻的体会到新产品的好处。新型冷却腔可能不会被腐蚀,一直正常工作下去。”Mark Stuede先生最后说道。
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