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        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

        2014-09-26 10:56:33劉玉忠
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年29期
        關(guān)鍵詞:棘爪桿柱楔塊

        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帶嚙合,防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作,通過棘輪帶動(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(huì)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(huì)對(duì)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(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)扭矩并沒有釋放掉,因此在動(dòng)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(huì)卡死。

        失效形式:

        (1)楔塊防反轉(zhuǎn)沒有按時(shí)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(shí),大、小齒輪隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng),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(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。

        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)摩擦塊作用于剎車盤,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(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(dòng)形式,屬能耗制動(dòng)?,F(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.

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