地面驅動螺桿泵防反轉裝置的優缺點分析研究

劉玉忠

摘 要：地面驅動螺桿泵采油裝置停抽或卡泵后，由于工作時桿柱內聚集大量的旋轉扭轉能量、油管內與外輸管線油液壓差作用下會使桿柱高速反轉，造成桿柱脫扣等現象。所以必須用防反轉裝置使抽油桿停止反轉。目前現場常用的防反轉裝置有：棘輪、棘爪式防反轉裝置，楔塊式防反轉裝置，摩擦式防反轉裝置，液壓式防反轉裝置，電磁能耗式防反轉裝置等。目前現場用的最多的是棘輪、棘爪式防反轉裝置，其它幾種用量相對較少。下面針對其優缺點進行簡要的分析與總結。

關鍵詞：地面驅動螺桿泵；防反轉裝置；研究分析

1 棘輪、棘爪式防反轉裝置（如圖1所示）

其是目前現場使用最多的一種防反轉裝置。優點是：它結構相對簡單、容易制造、成本低和現場安裝維修方便。大多安裝在驅動頭的輸入軸上，制動效果較好。棘輪、棘爪式防反轉裝置的工作原理：該防反轉系統一般裝在驅動裝置輸入軸上，依靠剎車帶的摩擦力釋放反轉勢能。當驅動裝置工作時，棘爪在離心力的作用下與棘輪剎車帶脫離嚙合，防反轉系統不工作。當驅動裝置停機時，桿柱反轉帶動驅動裝置反轉，這時棘爪在重力和彈簧力作用下與棘輪剎車帶嚙合，防反轉系統工作，通過棘輪帶動抱閘，使摩擦片抱緊制動輪，動力輸入軸轉速減慢或制動。依靠摩擦力以避免驅動裝置高速反轉。

通過手動旋轉松扭矩釋放螺栓，可以將儲存在桿柱驅動裝置中的反轉扭矩釋放掉，提高了驅動裝置操作維護的安全性。

缺點是：（1）為保證防反轉系統可靠工作，需要經常調整棘輪剎車帶摩擦面的壓緊力；（2）低速時，棘輪、棘爪由于接觸會產生噪聲和磨損；（3）剎車帶摩擦面壓緊力調整及反轉扭矩釋放都需要人為近距離操作，而且在扭矩釋放過程中，桿柱還會以一定速度反轉，如果操作不當或剎車帶摩擦面打滑，也會對操作者帶來安全隱患。

圖1棘輪、棘爪式防反轉裝置原理圖

1-棘爪，2-棘輪，3-抱閘，4-六角螺母，5-螺釘，6-輸入軸，7-從動輪

2 摩擦式防反轉裝置

摩擦式防反轉裝置是一個閘瓦式制動器（由閘體、閘瓦、外圈、滾柱、心輪等）和一個能識別正、反轉的超越離合器組成。閘瓦鉚在閘體上，兩扇閘體通過螺栓將外圈拖緊。摩擦式防反轉裝置的工作原理：

星輪抽油時順時針旋轉，此時制動裝置不起作用，外環不轉動。當星輪反轉時，滾柱楔入星輪與外環之間，使這三者成為一體。這時制動裝置起阻尼作用，限制了星輪轉速，達到防反轉作用。

該種防反轉機構是國內初期使用的防反轉裝置，其缺點是：星輪不易制造，星輪順時針旋轉時，滾柱與外圈也存在摩擦力，使用壽命較短，現場更換具有很大的危險性，逐漸被淘汰。

3 楔塊防反轉系統

楔塊防反轉系統（見圖3）是利用超越離合器工作原理。主要由外圈、楔塊、輸出軸等組成。

工作原理：當內圈在輸出軸帶動下正轉時，楔塊正向排列，與外圈線摩擦，防反轉系統不工作。而當內圈在輸出軸帶動下反轉時，楔塊反向排列，壓緊在外圈摩擦面上，防反轉系統工作，阻止桿柱反轉。

該種防反轉系統的優點是：結構簡單緊湊，承載扭矩大。

但缺點是：（1）雖然防止了桿柱的反轉，但儲存在桿柱驅動裝置中的反轉扭矩并沒有釋放掉，因此在動桿柱過程中，反轉問題仍沒有解決 ；（2）更換維護不方便，日常管理需要加潤滑油，拆卸更換需要上吊車；（3）如反扭矩過大，防反轉系統會卡死。

失效形式：

（1）楔塊防反轉沒有按時添加潤滑脂或潤滑脂變質，防反轉因缺油而摩擦過熱卡死或失效。（2）楔塊防反轉中的楔塊由于磨損，間隙變大，楔塊防反轉卡死或失效。

操作性：更換維護不方便，需要上設備更換，存在安全隱患。

4 液壓防反轉系統

液壓盤鉗式防反轉裝置的工作原理：正常運轉時，大、小齒輪隨主軸轉動，單向離合器脫開，齒輪油泵不工作，停機后主軸產生反轉時，單向離合器瞬時嚙合，帶動齒輪油泵工作。整個管路內在初安裝時就已經充滿液壓油。油箱直接安裝在液壓泵進油口，齒輪油泵工作時，將液壓油從低壓腔吸入，高壓油從高壓出口經高壓油管傳遞給制動鉗油缸，制動鉗活塞伸出推動摩擦片卡緊制動盤。

當螺桿泵停機時，桿柱反轉驅動液壓泵，輸出的液壓油驅動制動鉗缸活塞伸出，并帶動摩擦塊作用于剎車盤，釋放反轉勢能。反轉扭矩越大，摩擦力也越大；反轉扭矩小，摩擦力也小。

5 電磁式防反轉裝置

電磁式防反轉裝置是將拖動電動機當作制動器。其作用原理為：當停抽時（拖動電動機放電），將直流電輸入給電動機的定子繞組，以產生平衡的直流磁場。這種磁場吸引轉子，對轉子的反轉產生阻尼作用。從而達到了限速作用。當限速終了時，而沒有專用機械零件，所以安裝方便，成本也不高。

直流電磁防反轉制動扭矩的計算公式：

Tb=CTIa?m （1）

式中：CT-扭矩系數；Ia-供電電流；?m-勵磁磁通。

直流制動需要交直轉換裝置，設備復雜，成本高。

交流電磁防反轉制動扭矩的計算公式：

Tb=CTIa?mcosφ （2）

式中：cosφ-電磁制動的功率因數。

缺點是：限速時間不能過長，皮帶斷裂后電磁式防反轉裝置就不能發揮作用。適用于直驅或偏置式驅動形式，屬能耗制動。現場不推薦在皮帶傳動上使用。

參考文獻

[1]李子俊.采油機械[M].石油工業出版社，2006.

[2]徐建寧，屈文濤.螺桿泵采油技術[M].石油工業出版社，2006.