超越离合器

超越离合器（精选四篇）

超越离合器 篇1

关键词：起动机,载荷识别,超越离合器,动态特性

1 概述

超越离合器是随着机电一体化产品的发展而出现的基础件,它是用于原动机和工作机之间或机器内部主动轴与从动轴之间动力传递与分离功能的重要部件。它是利用主、从动部分的速度变化或旋转方向的变换,具有自行离合功能的装置[1,2]。

在现代航空器中,超越离合器在航空发动机的减速机的起动系统以及直升飞机的螺旋桨双驱动系统中都有广泛的使用。

在航空发动机的起动系统中,采用双驱动的启动模式,通过起动和发电组合式电机,在起动过程中,起动电机通过减速机来带动发动机,这时,超越离合器传递转矩,带动主机进入工作并发电;当发动机达到一定的转速后,离合器又要及时与主机解脱,处于超越空转状态,保证起动机的安全。

由于起动机主减速机频繁地启动和工作后,离合器长期处于超越、大过载的动载荷作用状态,离合器的楔块容易磨损,因此离合器工作状态下的动态受载和载荷规律研究非常重要。

目前国内外在离合器动态载荷测试中均采用双驱动台架测试装置,在实际应用中,由于电机高速转动,使得试验装置发生振动,测试数据曲线发生振荡、失真。对此问题,国内外有关科研人员采用了多种方法来处理,有的采用在测力传感器与激励之间加装阻尼器件,但是阻尼大小却不好控制;有的在测试系统中加装滤波电路,但是使测试曲线过于线性化。所有这些办法都是传统的静态方法来直接测定离合器受力载荷本身来确定载荷的大小和作用规律。笔者改进了测试手段,采用载荷识别原理[3,4],通过模态分析试验获得了测试装置动态特性,用测试得到的响应数据通过模态数据反求离合器受力载荷。

2 载荷识别基本理论

载荷识别技术,是指在已知系统动态特性的基础上,通过对结构系统的载荷测量,识别出结构系统在实际工作状态下的作用力[5]。

对于一个n自由度线性定常系统,其结构的运动微分方程的一般形式为[6]:

[M]{X咬(t)}+[C]{X觶(t)}+[K]{X(t)}={f(t)}(1)式中[M]-质量矩阵,为正定及对称的n阶方阵;[C]-n阶阻尼对称方阵;[K]-n阶刚度对称方阵,为正定或半正定;{X咬(t)},{X觶(t)},{X(t)}-各离散质量的n维位移、速度、加速度向量。

在初始条件为零时,对式(1)进行拉普拉斯变换,得:

记[H(s)]=([M]s2+[C]s+[K])-1,则:

式中[H(ω)]-系统的频响函数矩阵;{X(ω)}-响应{x(t)}的傅利叶变换;{F(ω)}-激励{f(ω)}的傅利叶变换。

式(3)即为频域载荷识别的基本关系式。对于离合器载荷测试,{X(ω)}是在测试台架装置上测得的超越离合器实际工作状态下传感器输出信号{x(t)}的傅利叶变换;系统的频响函数矩阵[H(ω)]是在测试前通过对测试系统进行动态特性测量得到的;[F(ω)]为激励[f(t)]的傅利叶变换;当识别的载荷数和测量的响应数一致时,有如下关系式:

由快速傅利叶逆变换可得到载荷的时间历程为:

由此,通过上述过程即得到了超越离合器载荷识别结果数据。

3 超越离合器动态载荷识别试验

超越离合器动态载荷识别系统由超越离合器转矩测试装置、转矩传感器、动态电阻应变仪、多通道高速数据采集仪组成,如图1所示。

超越离合器转矩测试装置,如图2所示,用两台电机分别模拟航空发动机和起动机。内环电机轴与离合器的内环相连模拟起动机,外环电机与离合器外环相连模拟发动机。当起动机启动时,内环电机运转,通过超越离合器带动外环电机运转。当外环电机达到一定转速后,内环电机停止运转,离合器处于超越状态,外环电机与内环电机自动解脱。

通过某型号3台超越离合器进行试验,包括磨合试验、超越试验和动态力矩试验。每台试验离合器累计运行了12次循环,其中包括3次磨合试验、6次双驱动启动状态和3次高低速差速脱开试验。

图3是某型号超越离合器转矩测试中实测的载荷曲线,图4是测试装置的频响函数曲线,图5是经载荷识别方法处理后的曲线。

4 结论与展望

应用载荷识别技术的超越离合器动态载荷识别系统,提出了一种新的测试原理,采用试验模态分析理论和载荷识别原理,数据处理可靠,便于实际应用。

超越离合器在现代航空器的传动系统中是关键部件之一,尤其对于军用航空器,直接影响到其一些列重要战技指标。目前这种超越离合器的主要制造商是美国From Sprag公司,美国政府国对此产品严格控制,我国一直难以采购。开展这种离合器的理论研究和试验研究,对尽快实现该部件的国产化、系列化,提高我国航空零部件的设计和制造水平,加强我国的国防力量,具有重要的现实意义。

参考文献

[1]孔庆堂.楔块式超越离合器的结构及其应用[J].新技术新工艺,1990(3):30-35.

[2]实用机械设计手册编写组.实用机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,1995.

[3]孔炜.楔块式超越离合器的性能及其应用[J].新技术新工艺,1998(4):23-24.

[4]蔡金狮.动力学系统辨识与建模[M].北京:国防工业出版社,1991.

[5]左鹤声,彭玉莺.振动试验模态分析[M].北京:中国铁道出版社,1995.

超越离合器 篇2

罗艳玲，吴克明，尹敬山

（大庆油田有限责任公司 第六采油厂）

摘 要：抽油机安装超越离合器后，可使抽油机原双向动力传动系统变为单向动力传动，不平衡负荷不再反拖电机发电，消除负功，提高电机和皮带的传动效率, 在皮带轮轮径不变的情况下，抽油机可以动态微量调整冲次, 降低交变载荷，提高泵效，在达到油井增产的同时，提高系统效率，达到节能目的。本文介绍了超越离合器在喇嘛甸油田现场应用的节能效果，证明该技术具有很好的推广价值，认为这是解决抽油机节电的又一重大发展方向。关键词： 抽油机井；超越离合器；节能降耗 喇嘛甸油田已进入高含水后期开发阶段，机械采油井生产用电量已占油田总用电量的1/3左右。对于游梁抽油机的节电已有许多研究和应用，并已取得较明显的节能效果。但是，挖掘抽油机节能潜力、创造更大的经济效益，仍然是采油工程技术研究的重点工作。1 抽油机电机发电与节电

抽油机的用电普遍存在着电机平均负荷率低和抽油机拖动电机发电的现象。由于这种状态发生时没有明显的不良反映和后果，因而没有引起人们的足够重视，以致很少有人对它进行研究和处理。但是，抽油机电机的这种异常发电状态如果不及时控制，长期下去就可能对油田现场电网和电机造成不良影响，因此有必要首先分析研究抽油机工作中电机的发电运行机理，以便采取措施对其进行有效的控制。1.1 存在发电现象

由于抽油机负载波动很大，在抽油机的正常运转中会出现抽油机的运转速度大于电机对它的驱动速度的情况，这时抽油机就拖动电机发电。从现场实测的上百井次的抽油机用电功率曲线来看（图1、2），都存在抽油机拖动电机发电的情况，最大发电功率可达40 kW。

图1 某抽油机井实测扭矩特性曲线 图2 某抽油机井实测电功率曲线 1.2 抽油机拖动电机发电浪费机理浅析

1.2.1从能量转换的角度考虑，电网的电能由电机转换为机械能，传送给抽油机。设此时转换效率为η1，当减速箱输入轴的转速大于电机对它的驱动速度时，抽油机拖动电机运转，抽油机将一部分能量传送给电机，由电机再将这部分能量转换为电能馈送回电网。设此时的转换效率为η2，整个电能--机械能--电能转换过程的总效率η0＝η1*η2，因为总效率是2个小于1的数的乘积，所以 作者简介：罗艳玲（1971－），助理工程师，现从事油田地质开发工作。

总效率很低，说明在整个电能--机械能--电能的转换过程有很大一部分能量被浪费掉。1.2.2 电机电能被电网的利用，还有待于进一步研究。但是，由于电动机发的电不会完全与电网同步和存在线路损耗，可以肯定电机发的电不能完全被电网利用。

1.2.3 发电量由抽油机平衡状态决定。由现场实测示功图和电功率曲线对比可看出，一口井的供液情况相对好时，平衡好，发电少；供液情况差时，平衡差，发电多。在我国新颁布的电业法中明确规定，用电器的功率因数必须达到0.85以上，否则将处以120%的罚款，这对使用电业部门电力的油田来说，提高抽油机的功率因数迫在眉睫，而解决“倒发电”又是首当其冲的问题。2 抽油机超越离合器技术原理

超越离合器是一种只能单方向传输动力的机械机构，如自行车的飞轮。一般情况下，当曲柄的转速大于电动机作用于曲柄的驱动速度时，电动机做负功。而安装超越离合器后，在电动机做负功的瞬时由于棘轮的脱开可实现瞬态超越，使得原双向动力传动系统变为单向动力传动，动力不能反传回去，此时电机相当于空载运行，不平衡负荷不再反拖电机发电，消除了负功，可提高电机和皮带的传动效率，最终可达到增产和节能的目的。可将超越离合器安装在减速箱大皮带轮或电机皮带轮上，在基本不改变抽油机原有工作制度情况下，达到节能的目的；对抽油机的改动较小，安装便捷，重要的是对现场管理没有任何附加的影响。

对一个有离合器的抽油装置，离合器在负的净转矩期间从转满到离合，零转矩施加在组合皮带轮轴上，这种离合器允许齿轮、曲柄、连杆、游梁、驴头以及光杆在抽油杆柱或平衡块的重力作用下自由下落。根据负转矩时间长短，离合器至少每冲程周期离合一次。

此次现场应用的是新型磁力复位棘轮棘爪式超越离合器--MR超越离合器，该离合器用永磁件作为离合的部件，其优异性能在抽油机应用上得到充分体现。相对于滚柱或楔块式超越离合器，MR超越离合器的使用扭矩和工作寿命的关系曲线得到显著改善，该离合器最高已经在抽油机上额定工作扭矩下满载连续运行了3年。3 超越离合器现场应用与分析 3.1 超越离合器现场应用

2004年在喇嘛甸油田共安装试验了8口井，在减速箱皮带轮上安装6口，在电机皮带轮上安装2口，其中水驱5口井，聚驱3口井，机型全部为CYJY10-4.2-53HB。根据对其中7口井安装前后系统效率对比测试结果，平均冲次增加了0.23 次/min，产液量平均增加了6t/d，有功耗电平均下降1.66kW，平均系统效率由30.36%提高到41.97%，提高了11.61个百分点，平均有功节电率14.58%，见到了较好的节能及增产效果。

以水驱5-2414井为例，安装超越离合器前产液90t/d，有功17.69kW，系统效率43.94%，冲程2.92m，冲次7.75次/min，光杆悬点最大载荷53.88kN，最小载荷20.49kN。安装超越离合器后冲程不变，冲次7.96次/ min，增加了0.21次/min；产液95t/d，增加了5t/d；有 功14.96kW，下降了2.73 kW；系统效率55.98%，提高了

12.04个百分点；光杆悬点最大载荷52.38kN，下降了1.5 kN；最小载荷24.90kN，上升了4.41kN，3 交变载荷减小。

从功率与电流曲线看，峰值功率由55.10kW下降到52.40kW，下降了2.7kW，且消除了负扭矩，对电机没有反馈发电现象（图3、4、5）。

图4 L5-2414装前功率曲线 图5 L5-2414装后功率曲线 3.2 超越离合器应用分析

解决“倒发电”问题的方法有很多，如超高转差率电机、调压控制器、变频调速器等（见表1），这些方法只能减轻“倒发电”的程度，不能彻底消除“倒发电”现象。既经济又能彻底杜绝“倒发电”现象。表1 节电技术对比 节电措施 优点

不足 节电率 系统效率提高百分点 无功补偿

提高电机功率因数 使电机发电严重 10%左右 0 超高转差率电机

提高低负荷率下的效率和 功率因数

电机仍存在发电 8%～12% 3左右

调压节能 同上 同上 5%～10% 3左右 双功率电机 同上 同上 10%左右 3左右 永磁电机 同上 发电更强 10%～15% 5左右

超越离合器

用机械方法避免电机被拖动发电 不提高用电期的效率与功率因 数

15%～20% 11左右 整体参数优化

提高低负荷率下的效率 不提高功率因数,电机仍存在 发电

15%～25% 14左右 电机合理匹配

提高效率和功率因数 发电更强

10%～15% 4左右 3.3 安装井的选择

尽管超越离合器可用于所有抽油机井，但是它的性能却因井的不同而不同。经过试用发现，在高GOR的浅井中和平衡较差的泵井中使用效果较好。选择安装井的关键是动态载荷会损坏抽油杆柱。动态载荷Wd可以粗略地表示为： baWg Wrd 

作用在抽油杆上部的Wt，可表示为：

WtWrWrg ab

Wr---抽油杆的总重量，αb---下冲程加速度。

如果计算的总载荷大于抽油杆柱承受力，就有动态载荷压坏抽油杆柱的危险。在这种情况下，参数影响αb，象n，S这样的参数就需要调整，应该考虑在安装超越离合器期间减小动态载荷。4 结术语

基于理论和现场测试数据分析，获得以下认识：

（1）安装超越离合器后，使得原双向动力传动系统变为单向动力传动，不平衡负荷不再反拖电机发电，基本消除了负功，提高了电机和皮带的传动效率，说明抽油机拖动电机发电过程浪费电能，其节电潜力有很大空间。

（2）安装超越离合器后，泵效明显提高，在皮带轮轮径不变的情况下，冲次平均增加0.23次min-1，同时降低了交变载荷，适应抽油机井的生产需要。

（3）在达到油井增产的同时，有功百米吨液耗电反而有所降低，从而提高了系统效率，达到了节能目的。（4）抽油机调平衡能部分解决抽油机拖动电机发电期的电能浪费问题，但不能完全解决。参考文献：

超越离合器 篇3

下面以正扭矩换高档工况为例, 介绍一下双离合变速器离合器升档工作时的工作原理。

设c1为低档位离合器, c2为高档位离合器。将换挡分为3个阶段:准备期, 扭矩相, 惯性相。

准备期:在准备期, 离合器c2处于分离状态, 传递扭矩为0, 离合器c2的压力保持一个较小值, 以克服各种摩擦阻力以及回位弹簧阻力。发动机输出扭矩全部由离合器c1传递, 无扭矩突变, 两个离合器均不产生滑摩。

扭矩相:此阶段两个离合器传递的扭矩进行了重新分配, 但离合器c1仍然处于结合状态, 离合器c2处于滑摩状态, 发动机转速并没有发生显著变化。

惯性相:此阶段离合器c1的扭矩迅速降为零, 离合器c1处于分离状态, 随着离合器c2压力的继续增加, 离合器c2传递的扭矩随之增大, 发动机转速被逐渐拉低, 直至离合器c2完全结合, 整个换挡过程结束。整个离合切换的过程一般为0.2~0.5秒。

从现有双离合器的工作方式可以看到现有双离合方式的不足:

(1) 危害大, 最严重的问题就是容易出现换挡干涉

从双离合器工作原理可以看出, 两个离合器切换时有重叠的部分。如果重叠过多就会出现双锁止现象, 引起传动系统较大的动载荷, 同时使得摩擦元件因为过量重叠而严重磨损, 严重的甚至会造成离合器摩擦面产生局部高温导致摩擦片的翘曲变形, 甚至烧结在一起损毁变速器。

(2) 没有冗余度

如果控制机构可靠性出现问题, 或者因为软件没有考虑到的问题, 如环境对控制机构的影响等, 而造成两个离合器重叠太多, 就会造成换挡干涉的严重问题。

(3) 换挡时间比较长

从软件设计方面考虑, 要有裕度。因为机械执行机构有制造误差, 环境变化也会造成机械机构的变化, 这就造成软件系统命令下达后, 硬件机构执行这个命令的时间有误差, 硬件可能靠前执行这个命令, 也可能靠后执行这个命令, 设这个误差时间是Δt, 那么很明显, 要想不出现干涉现象, 两个离合器配合的总误差时间是2Δt, 这样才能确保安全。而如果总误差时间如果能是Δt, 那么2Δt就算比较长的时间。

(4) 对硬件要求高, 因而成本高

首先, 如果硬件机构精度越高, Δt的时间就越小。那么在给定的时间内, 要想缩小双离合变速器换挡时间, 很显然就要提高硬件机构的精度, 由于总误差时间是2Δt, 那么要想达到更低的换挡时间, 就要使硬件机构具有非常高的精度。而且当这个硬件系统涉及的零件越多, 那么单个零件的要求精度就越高。

其次, 由于双离合变速器没有冗余度, 因此对硬件的可靠性也要求非常高, 否则一旦硬件出问题就可能出现换挡干涉的严重问题。

(5) 软件设计难度大

首先, 考虑两个离合器难度很大。离合器本身控制就非常复杂, 要涉及材料, 温度, 磨损补偿、非线性动力学、粘性流体力学、计算科学、摩擦学等等问题, 要考虑一个离合已经很困难, 还要考虑两个相互作用离合器, 就更加困难。

其次, 不利于最优控制。双离合器变速器要讨论换挡最优控制。就是要在冲击度与滑摩功之间找到平衡。在两个离合器接合的时候, 既要保证足够的时间减少冲击度, 又要尽量减少接合的时间, 减少滑摩功延长离合器的使用寿命。但由于两个离合器要相互作用, 因此难于取舍, 留的余地小, 会出现换挡干涉, 留的余地大, 从小的方面看会出现滑摩功大不经济, 从大的方面看会出现动力中断造成转矩急剧变化, 使得冲击度增加。

(6) 实现双离合变速器的国产化困难, 进口价格高, 浪费了国家宝贵的外汇

由于双离合器变速器硬件要求精度高, 不适合我国目前加工工艺水平低、制造精度不高、可靠性相对不高的国情。而软件研究过于复杂也增加了研制的难度。因此完全国产化比较困难。而不能完全国产化就只能依靠进口, 根据一般的规律。目前进口的价格普遍偏高, 这样浪费了国家宝贵的外汇, 据不完全统计我国目前自动变速器进口金额高达上百亿元。

(7) 离合器磨损相对损耗大

由于双离合器换挡时, 两个离合器都工作, 因此磨损相对于一个离合器工作的情况较大。

(8) 在市区频繁换挡时温度容易过高

由于双离合器换挡时, 两个离合器都工作, 因此频繁工作时温度容易过高。

超越式双离合器变速器如图1, 就是在目前双离合器变速器的两个分变速器的输出轴上分别加入了一个超越离合器。

下面以正扭矩换高档工况为例, 介绍一下超越式双离合器变速器升档工作时的原理。

换挡分为3个阶段:准备期, 扭矩相, 惯性相。

准备期:在准备期高档位离合器处于分离状态, 传递扭矩为0, 压力保持一个较小值, 以克服各种摩擦阻力以及回位弹簧阻力, 但不产生滑摩。

扭矩相:此阶段两个离合器传递的扭矩进行了重新分配, 高档位离合器处于滑摩状态, 发动机转速并没有发生显著变化, 超越离合器没有断开。

惯性相:随着高档位离合器压力的继续增加, 传递的扭矩随之增大, 发动机转速被逐渐拉低, 超越离合器自动断开, 直至高档位离合器完全结合, 整个换挡过程结束。

正扭矩换低档工况时, 需要低档位离合预结合, 但此时超越离合器是断开的, 动力不传递。然后高档位离合器断开, 超越离合器自动结合。

从现有超越式双离合器变速器的工作方式可以看到其特有的优点:

(1) 安全。从结构特点可以看出, 不会出现干涉这种最严重的情况。

(2) 有冗余度。由于无论硬件出现什么情况, 都不会出现干涉这种最严重的问题, 因此系统冗余度高。

(3) 换挡时间比较短。由于超越式双离合器变速器的结构特点, 两个离合器配合的总误差时间是Δt, 因此换挡时间相对现有的双离合变速器较短。

(4) 对硬件要求低。首先, 因为两个离合器配合的总误差时间是Δt, 因此可以用精度比较低的硬件机构。其次, 由于不会出现干涉这个严重问题, 因此对产品的可靠性要求不会那么高。

(5) 软件设计难度低。首先, 由于仅需要考虑一个离合器的结合, 另一个分变速装置动力传递的断开由超越离合器自动完成, 因此问题相对简单。其次, 由于不用担心干涉现象, 仅需要对换挡品质进行一般的取舍, 难度相对低。最后, 相对于ATM变速器的离合器控制, 也相对简单。ATM变速器控制离合器时, 因为离合器是完全分离的, 因此ATM变速器第一个步骤就要使离合器迅速消除间隙, 但消除间隙不是固定的时间, 而是与车辆载荷, 磨损情况有关的变量, 测这个变量就增加了软件的复杂性, 而忽略这个变量的影响因素就减轻了软件编写的难度。超越式双离合器变速器, 恰恰可以省略这个过程。

(6) 降低双离合变速器国产化的难度, 国产化后将节约国家宝贵的外汇。由于硬件和软件要求相对低, 因此适合我国国情, 减少了国产化的困难度。特别是在要求不是特别高的中低档车上, 完全可以利用我国在现有的生产线和机械式自动变速器的经验, 做一定的改动后完成。国产化后将节约国家宝贵的外汇, 根据一般的规律, 价格也能大大降低。

(7) 离合器磨损相对小。由于换挡时仅有一个离合器在工作, 因此磨损相对于两个离合器共同工作较小。

(8) 频繁换挡温度相对较低。由于换挡时仅有一个离合器在工作, 因此频繁换挡温度相对现有的双离合器较低。

摘要：通过调研, 本文分析了在用双离合器变速器存在的不足, 提出了在双离合器变速器上加装超越离合器的设想, 阐述了改装后双离合器变速器的优点。

关键词：超越离合器,双离合器变速器,分析

参考文献

[1]张德明, 吴光强.干式离合器起步结合最优控制[J].汽车技术, 2008 (4) .

[2]杨伟斌, 吴光强, 秦大同.双离合器式自动变速器传动系统的建模及换挡特性[J].机械工程学报, 2007 (7) .

超越离合器 篇4

1 抽油机电动机运行

1.1 抽油机电动机反发电特性

游梁式抽油机工作原理是电动机通过皮带传动带动减速箱, 由四连杆机构把减速箱输出轴的旋转运动变为游梁驴头带动抽油杆的上下往复直线运动。目前国内外抽油机是以驴头悬点上下冲程时间相等为设计基础。上冲程时, 电动机做功带动抽油机提升原油及抽油杆柱上升;下冲程时, 由于受四连杆机构的影响, 抽油机悬点载荷作用在曲柄轴上的载荷扭矩会产生一定的偏移[1], 即会出现“负扭矩”。当出现这种情况时, 抽油机将拖动电动机运行, 电动机此时的转速大于其同步转速, 处于发电状态。当交流电动机转速超过其同步转速时, 电动机参与了抽油机的平衡机能, 将抽油杆下落的能量部分转化为电能, 这种损耗可达50%左右, 而且这部分能量在电网上的应用很小, 效率低下。实际测试抽油机功率曲线中发现, 抽油机井中交流电动机负发电现象非常普遍, 这也是造成抽油机地面系统效率低的一个主要因素。

1.2 电动机反发电的危害性

电动机的反发电是一种不利于抽油机运行的影响因素, 主要出现在下冲程中后期抽油杆反拖驴头的过程中。异步电动机发电需从电网中汲取滞后的无功功率进行励磁, 而这部分功率比较大, 约为电动机额定功率的1/5~1/4, 这将加大电网无功功率损耗, 降低电网功率因数[2]。从能量守恒角度上讲, 电动机发电过程中, 把部分储存在抽油机平衡块中的机械能转化为了电能反馈到电网, 而这部分能量其实是最初电网提供给电动机的, 这就造成了电动机长期处于交替发电的运行状态, 在电能-机械能-电能的转换过程中消耗大量的能量, 加重生产成本, 降低收益。同时, 由于电动机反发电是在抽油机拖动下进行的, 转速不稳定, 其所发电的相位及频率都不能达到电网的电能质量要求, 从而会污染电网, 造成电网供电不稳, 对电动机运行产生不良影响, 甚至损坏电动机, 影响油田生产。

2 抽油机超越离合器应用

2.1 超越离合器技术原理

抽油机超越离合器是一种只能单方向传输动力的机械机构, 安装在游梁式抽油机的传动系统中, 使电动机只能单向传递扭矩, 就像自行车的飞轮一样。当抽油机运行到下冲程中后期, 电动机即将产生负扭矩的瞬间, 超越离合器内部的棘轮结构可实现脱开, 完成瞬态超越, 使得抽油机的动力传送系统变为单向动力传动, 动力传不过去, 油杆下降的能量只能转化为平衡块的机械能。这时电动机相当于空载运行, 抽油机无法反拖电动机发电, 消除了负功, 杜绝了反发电现象, 同时提高了电动机和皮带的传动效率, 可达到提高系统效率及节能的目的。由于电动机没有参与抽油机的平衡, 使得抽油机的平衡准确性得到了很大提高, 抽油机系统具有一定的自适应能力, 可以保证抽油机长期在平衡状态下运行。

2.2 超越离合器现场应用

2014年, 在喇嘛甸油田对5台安装超越离合器装置的抽油机进行了现场节能效果测试, 通过对其改造前后进行现场比对测试, 5台抽油机井安装超越离合器后平均有功节电率为10.15%, 无功节电率为15.95%, 综合节电率为10.46%, 系统效率平均提高了5.62%, 产液量平均提高了2.6 t/d, 取得了较好的增产和节能效果, 并有效提高了抽油机井的系统效率, 见表1。

以喇1#井为例, 安装超越离合器前:电动机输入功率为9.64 k W, 吨液百米耗电0.79 k Wh, 系统效率35.66%, 产液量45 t/d。安装后:电动机输入功率为9.02 k W, 吨液百米耗电0.70 k Wh, 系统效率41.83%, 产液量47 t/d。节能效果:有功节电率11.50%, 综合节电率12.19%, 系统效率提高了6.17%。由此可见, 安装超越离合器后, 抽油机井的节电效果及系统效率都取得了明显的提高。

从平衡度情况来看, 安装超越离合器后, 抽油机平衡度在未进行人工调整的情况下, 随着产液量等参数的变化实现了相应的调整。其中喇3#井的平衡度在安装前不合格, 安装后随着工况的变化平衡度已经合格, 基本实现了超越离合器对抽油机平衡度调整的功能, 提高了抽油机平衡调整的准确性。

3 结束语

通过对超越离合器装置的研究及现场实际应用效果测试, 可以得出以下结论:

1) 超越离合器改变了抽油机原来的传动原理, 通过单向扭矩传送, 解决了电动机反发电的问题, 基本消除了负功, 有效提高电动机的传动效率;在不改变皮带轮轮径的情况下, 能够快速便捷的实现抽油机平衡的自适应变化, 适应了抽油机生产需要。

2) 安装超越离合器后, 抽油机井可以实现增产效果, 同时降低了抽油机有功及无功单耗, 提高了系统效率, 实现了节能效果。

3) 有效解决了电动机参与抽油机平衡的情况, 对抽油机实现精确平衡, 更好的实现平衡控制具有很好的效果。

参考文献

[1]邬亦炯.游梁式抽油机曲柄轴扭矩计算公式剖析[J].石油机械, 1994, 22 (5) :35-42.