改進制動器 保證螺桿泵生產安全

文/韓冬堯

由于螺桿泵采油具有占地少、噪聲小、投資低等特點，特別對含氣量較大油井，適應性好于常規抽油泵，在油田迅速推廣應用。與常規抽油機舉升相似，螺桿泵舉升一般由地面和地下設備兩部分組成，地下設備主要由油管、抽油桿和螺桿泵等組成，地面驅動設備俗稱驅動頭（如圖1），主要由電機、皮帶、減速器構成。

圖1 螺桿泵地面驅動

由于螺桿泵井停機后產生的馬達效應，致使光桿反轉，帶動皮帶輪加速反向旋轉，容易誘發光桿飛出、防護罩被撞碎飛出、皮帶輪甩飛或甩碎飛出傷人等生產安全事故。圖2 展示了一口因光桿反轉失控致使皮帶輪飛出的事故現場。

圖2 皮帶輪甩飛現場

問題分析

針對失控問題，現場一般采用如圖3、圖4 所示的棘輪棘爪反轉控制技術對光桿進行反轉控制，棘輪通過制動轂與減速器固定，一般呈靜止狀態。皮帶輪工作時，棘爪一起轉動并受離心力向外甩出，與棘輪脫開；皮帶輪靜止后，棘爪受彈簧拉力回到初始位置，與棘輪齒嚙合，制止反轉。

圖3 制動轂

圖4 棘輪棘爪配合

當井口需要施工時，需要對反轉扭矩進行釋放，此時需要緩慢放開制動轂上的制動螺栓，使制動轂的兩轂片緩慢張開，使棘輪緩慢旋轉，釋放扭力。如果制動轂放開幅度過大，棘輪快速旋轉，再次通過人工緊固螺栓較慢，及時使制動轂抱緊的動作很難實現，光桿反轉將失去控制，誘發安全事故。

解決方案

針對制動轂上的制動螺栓在失控時難上緊，及上緊時間較長容易發生安全事故的問題，對制動器結構進行了改進。如圖5，新裝置主要是由棘爪盤、棘輪盤總成和制動機構由3 部分構成。當減速箱輸入軸呈正轉運行時，在離心力作用下，棘爪克服扭簧彈力向外甩開與棘齒分開，當減速箱輸入軸的大皮帶輪停轉時，在扭簧作用下，棘爪回彈被棘齒卡住，實現制動。

圖5 改進制動器結構

該工藝的突出特點是采用彈簧常閉式結構（圖6），釋放時用杠桿頂彈簧拉桿的最下端，此時彈簧受到外力而收縮，上頂力通過拉板和連扳傳至制動瓦，使其向外張開，制動瓦不再抱緊棘輪盤，此時棘輪盤帶動其上的棘齒和卡在棘齒上的棘爪，緩慢反向旋轉，緩慢釋放。如果上頂力過大，釋放速度過快，可通過減小對彈簧拉桿的上頂力使制動瓦收緊，從而降低釋放速度。當速度達到失控風險出現時，可迅速抽離彈簧拉桿底部的杠桿，此時制動瓦在彈簧預緊力的作用下迅速收緊，制動瓦迅速恢復鎖緊狀態，從而防止了危險發生。

圖6 改進制動器實物

現場推廣

截至目前，共推廣應用該螺桿泵井口自鎖安全機構90 套，主要在故障檢修、井口維護、機械部件檢查、作業等停機時發揮作用，對90 套設備累計停機次數進行了調查，停機次數少的5 次，多的達13 次，90 口井年合計停機次數達738 次，單井平均年停機8.2 次，均能安全停機。其中，有320 次停機后實施了釋放反轉工作，用杠桿頂升彈簧拉桿壓縮彈簧施工順暢，抽離杠桿彈簧能迅速復位，制動瓦能立即卡緊棘輪盤，實現制動，過程中未發現任何一次失控問題，說明該工藝適應性良好，滿足現場安全需要。

應用的預緊型制動器，通過彈簧常閉式設計，利用彈簧預緊力實現了在發現棘輪盤轉速過快時，快速實現自動鎖緊功能，與原技術對比具有制動轂響應速度快、工藝可靠性高等優點。降低了螺桿泵井施工風險，現場安全得到保障。

為保障該設備正常運轉，制定了檢查及維護制度：一是每半年檢查一次釋放反轉系統是否有松動部位，每年檢查一次棘輪、棘爪及扭簧是否有卡阻現象；二是根據使用頻次釋放反轉多的情況，隨時檢查剎車和磨擦片是否磨損嚴重情況，發現磨損嚴重的要及時更換；三是每年定期檢查保養一次，對整個防反轉裝置要進行全面細致檢查，發現問題要及時維修或更換；四是雨雪天氣及冬天重啟驅動裝置時，在重新啟機前及時檢查棘爪及制動系統是否被凍住，如果存在凍住或卡死情況，需要及時處理保證運轉靈活。（本文作者單位系大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院）