地面驅(qū)動螺桿泵防反轉(zhuǎn)裝置的優(yōu)缺點(diǎn)分析研究

劉玉忠

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

關(guān)鍵詞：地面驅(qū)動螺桿泵；防反轉(zhuǎn)裝置；研究分析

1 棘輪、棘爪式防反轉(zhuǎn)裝置（如圖1所示）

其是目前現(xiàn)場使用最多的一種防反轉(zhuǎn)裝置。優(yōu)點(diǎn)是：它結(jié)構(gòu)相對簡單、容易制造、成本低和現(xiàn)場安裝維修方便。大多安裝在驅(qū)動頭的輸入軸上，制動效果較好。棘輪、棘爪式防反轉(zhuǎn)裝置的工作原理：該防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)一般裝在驅(qū)動裝置輸入軸上，依靠剎車帶的摩擦力釋放反轉(zhuǎn)勢能。當(dāng)驅(qū)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(zhuǎn)系統(tǒng)不工作。當(dāng)驅(qū)動裝置停機(jī)時，桿柱反轉(zhuǎn)帶動驅(qū)動裝置反轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)系統(tǒng)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(zhuǎn)速減慢或制動。依靠摩擦力以避免驅(qū)動裝置高速反轉(zhuǎn)。

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

缺點(diǎn)是：（1）為保證防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)可靠工作，需要經(jīng)常調(diào)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(chǎn)生噪聲和磨損；（3）剎車帶摩擦面壓緊力調(diào)整及反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，如果操作不當(dāng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)裝置

摩擦式防反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)裝置的工作原理：

星輪抽油時順時針旋轉(zhuǎn)，此時制動裝置不起作用，外環(huán)不轉(zhuǎn)動。當(dāng)星輪反轉(zhuǎn)時，滾柱楔入星輪與外環(huán)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(zhuǎn)速，達(dá)到防反轉(zhuǎn)作用。

該種防反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是國內(nèi)初期使用的防反轉(zhuǎn)裝置，其缺點(diǎn)是：星輪不易制造，星輪順時針旋轉(zhuǎn)時，滾柱與外圈也存在摩擦力，使用壽命較短，現(xiàn)場更換具有很大的危險性，逐漸被淘汰。

3 楔塊防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)

楔塊防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)（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(dāng)內(nèi)圈在輸出軸帶動下正轉(zhuǎn)時，楔塊正向排列，與外圈線摩擦，防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)不工作。而當(dāng)內(nèi)圈在輸出軸帶動下反轉(zhuǎn)時，楔塊反向排列，壓緊在外圈摩擦面上，防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作，阻止桿柱反轉(zhuǎn)。

該種防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單緊湊，承載扭矩大。

但缺點(diǎn)是：（1）雖然防止了桿柱的反轉(zhuǎn)，但儲存在桿柱驅(qū)動裝置中的反轉(zhuǎn)扭矩并沒有釋放掉，因此在動桿柱過程中，反轉(zhuǎn)問題仍沒有解決 ；（2）更換維護(hù)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(zhuǎn)系統(tǒng)會卡死。

失效形式：

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

操作性：更換維護(hù)不方便，需要上設(shè)備更換，存在安全隱患。

4 液壓防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)

液壓盤鉗式防反轉(zhuǎn)裝置的工作原理：正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，大、小齒輪隨主軸轉(zhuǎn)動，單向離合器脫開，齒輪油泵不工作，停機(jī)后主軸產(chǎn)生反轉(zhuǎn)時，單向離合器瞬時嚙合，帶動齒輪油泵工作。整個管路內(nèi)在初安裝時就已經(jīng)充滿液壓油。油箱直接安裝在液壓泵進(jìn)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(jīng)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(dāng)螺桿泵停機(jī)時，桿柱反轉(zhuǎn)驅(qū)動液壓泵，輸出的液壓油驅(qū)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(zhuǎn)勢能。反轉(zhuǎn)扭矩越大，摩擦力也越大；反轉(zhuǎn)扭矩小，摩擦力也小。

5 電磁式防反轉(zhuǎn)裝置

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

直流電磁防反轉(zhuǎn)制動扭矩的計算公式：

Tb=CTIa?m （1）

式中：CT-扭矩系數(shù)；Ia-供電電流；?m-勵磁磁通。

直流制動需要交直轉(zhuǎn)換裝置，設(shè)備復(fù)雜，成本高。

交流電磁防反轉(zhuǎn)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(shù)。

缺點(diǎn)是：限速時間不能過長，皮帶斷裂后電磁式防反轉(zhuǎn)裝置就不能發(fā)揮作用。適用于直驅(qū)或偏置式驅(qū)動形式，屬能耗制動。現(xiàn)場不推薦在皮帶傳動上使用。

參考文獻(xiàn)

[1]李子俊.采油機(jī)械[M].石油工業(yè)出版社，2006.

[2]徐建寧，屈文濤.螺桿泵采油技術(shù)[M].石油工業(yè)出版社，2006.