地面驅(qū)動(dòng)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(dòng)螺桿泵采油裝置停抽或卡泵后，由于工作時(shí)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(xiàn)油液壓差作用下會(huì)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(chǎng)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(chǎng)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(duì)較少。下面針對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析與總結(jié)。

關(guān)鍵詞：地面驅(qū)動(dòng)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(chǎng)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(duì)簡(jiǎn)單、容易制造、成本低和現(xiàn)場(chǎng)安裝維修方便。大多安裝在驅(qū)動(dòng)頭的輸入軸上，制動(dòng)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(dòng)裝置輸入軸上，依靠剎車(chē)帶的摩擦力釋放反轉(zhuǎn)勢(shì)能。當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置工作時(shí)，棘爪在離心力的作用下與棘輪剎車(chē)帶脫離嚙合，防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)不工作。當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置停機(jī)時(shí)，桿柱反轉(zhuǎn)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置反轉(zhuǎn)，這時(shí)棘爪在重力和彈簧力作用下與棘輪剎車(chē)帶嚙合，防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作，通過(guò)棘輪帶動(dòng)抱閘，使摩擦片抱緊制動(dòng)輪，動(dòng)力輸入軸轉(zhuǎn)速減慢或制動(dòng)。依靠摩擦力以避免驅(qū)動(dòng)裝置高速反轉(zhuǎn)。

通過(guò)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)松扭矩釋放螺栓，可以將儲(chǔ)存在桿柱驅(qū)動(dòng)裝置中的反轉(zhuǎn)扭矩釋放掉，提高了驅(qū)動(dòng)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(chē)帶摩擦面的壓緊力；（2）低速時(shí)，棘輪、棘爪由于接觸會(huì)產(chǎn)生噪聲和磨損；（3）剎車(chē)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(guò)程中，桿柱還會(huì)以一定速度反轉(zhuǎn)，如果操作不當(dāng)或剎車(chē)帶摩擦面打滑，也會(huì)對(duì)操作者帶來(lái)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(dòng)輪

2 摩擦式防反轉(zhuǎn)裝置

摩擦式防反轉(zhuǎn)裝置是一個(gè)閘瓦式制動(dòng)器（由閘體、閘瓦、外圈、滾柱、心輪等）和一個(gè)能識(shí)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(guò)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(shí)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)制動(dòng)裝置不起作用，外環(huán)不轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)星輪反轉(zhuǎn)時(shí)，滾柱楔入星輪與外環(huán)之間，使這三者成為一體。這時(shí)制動(dòng)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(guó)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(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾柱與外圈也存在摩擦力，使用壽命較短，現(xiàn)場(chǎng)更換具有很大的危險(xiǎn)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(jiàn)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(dòng)下正轉(zhuǎn)時(shí)，楔塊正向排列，與外圈線(xiàn)摩擦，防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)不工作。而當(dāng)內(nèi)圈在輸出軸帶動(dòng)下反轉(zhuǎn)時(shí)，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(jiǎn)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(chǔ)存在桿柱驅(qū)動(dòng)裝置中的反轉(zhuǎn)扭矩并沒(méi)有釋放掉，因此在動(dòng)桿柱過(guò)程中，反轉(zhuǎn)問(wèn)題仍沒(méi)有解決 ；（2）更換維護(hù)不方便，日常管理需要加潤(rùn)滑油，拆卸更換需要上吊車(chē)；（3）如反扭矩過(guò)大，防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)會(huì)卡死。

失效形式：

（1）楔塊防反轉(zhuǎn)沒(méi)有按時(shí)添加潤(rùn)滑脂或潤(rùn)滑脂變質(zhì)，防反轉(zhuǎn)因缺油而摩擦過(guò)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(pán)鉗式防反轉(zhuǎn)裝置的工作原理：正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，大、小齒輪隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，單向離合器脫開(kāi)，齒輪油泵不工作，停機(jī)后主軸產(chǎn)生反轉(zhuǎn)時(shí)，單向離合器瞬時(shí)嚙合，帶動(dòng)齒輪油泵工作。整個(gè)管路內(nèi)在初安裝時(shí)就已經(jīng)充滿(mǎn)液壓油。油箱直接安裝在液壓泵進(jìn)油口，齒輪油泵工作時(shí)，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(dòng)鉗油缸，制動(dòng)鉗活塞伸出推動(dòng)摩擦片卡緊制動(dòng)盤(pán)。

當(dāng)螺桿泵停機(jī)時(shí)，桿柱反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)液壓泵，輸出的液壓油驅(qū)動(dòng)制動(dòng)鉗缸活塞伸出，并帶動(dòng)摩擦塊作用于剎車(chē)盤(pán)，釋放反轉(zhuǎn)勢(shì)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(dòng)電動(dòng)機(jī)當(dāng)作制動(dòng)器。其作用原理為：當(dāng)停抽時(shí)（拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)放電），將直流電輸入給電動(dòng)機(jī)的定子繞組，以產(chǎn)生平衡的直流磁場(chǎng)。這種磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子，對(duì)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(shí)，而沒(méi)有專(zhuān)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(dòng)扭矩的計(jì)算公式：

Tb=CTIa?m （1）

式中：CT-扭矩系數(shù)；Ia-供電電流；?m-勵(lì)磁磁通。

直流制動(dòng)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(dòng)扭矩的計(jì)算公式：

Tb=CTIa?mcosφ （2）

式中：cosφ-電磁制動(dòng)的功率因數(shù)。

缺點(diǎn)是：限速時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，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(dòng)形式，屬能耗制動(dòng)。現(xiàn)場(chǎng)不推薦在皮帶傳動(dòng)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.