地面驱动螺杆泵防反转装置的优缺点分析研究

摘 要：地面驱动螺杆泵采油装置停抽或卡泵后，由于工作时杆柱内聚集大量的旋转扭转能量、油管内与外输管线油液压差作用下会使杆柱高速反转，造成杆柱脱扣等现象。所以必须用防反转装置使抽油杆停止反转。目前现场常用的防反转装置有：棘轮、棘爪式防反转装置，楔块式防反转装置，摩擦式防反转装置，液压式防反转装置，电磁能耗式防反转装置等。目前现场用的最多的是棘轮、棘爪式防反转装置，其它几种用量相对较少。下面针对其优缺点进行简要的分析与总结。

关键词：地面驱动螺杆泵；防反转装置；研究分析

1 棘轮、棘爪式防反转装置（如图1所示）

其是目前现场使用最多的一种防反转装置。优点是：它结构相对简单、容易制造、成本低和现场安装维修方便。大多安装在驱动头的输入轴上，制动效果较好。棘轮、棘爪式防反转装置的工作原理：该防反转系统一般装在驱动装置输入轴上，依靠刹车带的摩擦力释放反转势能。当驱动装置工作时，棘爪在离心力的作用下与棘轮刹车带脱离啮合，防反转系统不工作。当驱动装置停机时，杆柱反转带动驱动装置反转，这时棘爪在重力和弹簧力作用下与棘轮刹车带啮合，防反转系统工作，通过棘轮带动抱闸，使摩擦片抱紧制动轮，动力输入轴转速减慢或制动。依靠摩擦力以避免驱动装置高速反转。

通过手动旋转松扭矩释放螺栓，可以将储存在杆柱驱动装置中的反转扭矩释放掉，提高了驱动装置操作维护的安全性。

缺点是：（1）为保证防反转系统可靠工作，需要经常调整棘轮刹车带摩擦面的压紧力；（2）低速时，棘轮、棘爪由于接触会产生噪声和磨损；（3）刹车带摩擦面压紧力调整及反转扭矩释放都需要人为近距离操作，而且在扭矩释放过程中，杆柱还会以一定速度反转，如果操作不当或刹车带摩擦面打滑，也会对操作者带来安全隐患。

图1棘轮、棘爪式防反转装置原理图

1-棘爪，2-棘轮，3-抱闸，4-六角螺母，5-螺钉，6-输入轴，7-从动轮

2 摩擦式防反转装置

摩擦式防反转装置是一个闸瓦式制动器（由闸体、闸瓦、外圈、滚柱、心轮等）和一个能识别正、反转的超越离合器组成。闸瓦铆在闸体上，两扇闸体通过螺栓将外圈拖紧。摩擦式防反转装置的工作原理：

星轮抽油时顺时针旋转，此时制动装置不起作用，外环不转动。当星轮反转时，滚柱楔入星轮与外环之间，使这三者成为一体。这时制动装置起阻尼作用，限制了星轮转速，达到防反转作用。

该种防反转机构是国内初期使用的防反转装置，其缺点是：星轮不易制造，星轮顺时针旋转时，滚柱与外圈也存在摩擦力，使用寿命较短，现场更换具有很大的危险性，逐渐被淘汰。

3 楔块防反转系统

楔块防反转系统（见图3）是利用超越离合器工作原理。主要由外圈、楔块、输出轴等组成。

工作原理：当内圈在输出轴带动下正转时，楔块正向排列，与外圈线摩擦，防反转系统不工作。而当内圈在输出轴带动下反转时，楔块反向排列，压紧在外圈摩擦面上，防反转系统工作，阻止杆柱反转。

该种防反转系统的优点是：结构简单紧凑，承载扭矩大。

但缺点是：（1）虽然防止了杆柱的反转，但储存在杆柱驱动装置中的反转扭矩并没有释放掉，因此在动杆柱过程中，反转问题仍没有解决 ；（2）更换维护不方便，日常管理需要加润滑油，拆卸更换需要上吊车；（3）如反扭矩过大，防反转系统会卡死。

失效形式：

（1）楔块防反转没有按时添加润滑脂或润滑脂变质，防反转因缺油而摩擦过热卡死或失效。（2）楔块防反转中的楔块由于磨损，间隙变大，楔块防反转卡死或失效。

操作性：更换维护不方便，需要上设备更换，存在安全隐患。

4 液压防反转系统

液压盘钳式防反转装置的工作原理：正常运转时，大、小齿轮随主轴转动，单向离合器脱开，齿轮油泵不工作，停机后主轴产生反转时，单向离合器瞬时啮合，带动齿轮油泵工作。整个管路内在初安装时就已经充满液压油。油箱直接安装在液压泵进油口，齿轮油泵工作时，将液压油从低压腔吸入，高压油从高压出口经高压油管传递给制动钳油缸，制动钳活塞伸出推动摩擦片卡紧制动盘。

当螺杆泵停机时，杆柱反转驱动液压泵，输出的液压油驱动制动钳缸活塞伸出，并带动摩擦块作用于刹车盘，释放反转势能。反转扭矩越大，摩擦力也越大；反转扭矩小，摩擦力也小。

5 电磁式防反转装置

电磁式防反转装置是将拖动电动机当作制动器。其作用原理为：当停抽时（拖动电动机放电），将直流电输入给电动机的定子绕组，以产生平衡的直流磁场。这种磁场吸引转子，对转子的反转产生阻尼作用。从而达到了限速作用。当限速终了时，而没有专用机械零件，所以安装方便，成本也不高。

直流电磁防反转制动扭矩的计算公式：

Tb=CTIaϕm （1）

式中：CT-扭矩系数；Ia-供电电流；ϕm-励磁磁通。

直流制动需要交直转换装置，设备复杂，成本高。

交流电磁防反转制动扭矩的计算公式：

Tb=CTIaϕmcosφ （2）

式中：cosφ-电磁制动的功率因数。

缺点是：限速时间不能过长，皮带断裂后电磁式防反转装置就不能发挥作用。适用于直驱或偏置式驱动形式，属能耗制动。现场不推荐在皮带传动上使用。

参考文献

[1]李子俊.采油机械[M].石油工业出版社，2006.

[2]徐建宁，屈文涛.螺杆泵采油技术[M].石油工业出版社，2006.