目前使用的游梁式抽油机主要采用曲柄平衡方式,曲柄平衡装置所产生的平衡力矩是按固定的正弦曲线规律变化的,与抽油机悬点载荷形成的力矩不能很好的配合,使抽油机无法达到有效平衡,致使抽油机的电机负荷波动大,耗能高。为了提高抽油机系统效率,降低举升能耗,国内外研制了多种新型节能抽油机,如双驴头抽油机、调径变矩抽油机、二次平衡抽油机和曲柄动态平衡抽油机等,这些抽油机在运动学与动力学上比常规抽油机有所改进,使曲柄轴净扭矩波动变小,峰值降低,达到了较好的节能效果,但是电机发电问题依然没有得到彻底解决。现场测试表明,尽管抽油机达到最佳平衡状态,曲柄轴仍然有负扭矩存在,这时抽油机带动电机发电,其发电的频率和相位都不能达到电网要求,发出的电消耗在电网中,造成用电系统的附加能量损耗,从而会“污染”电网,造成电网供电不稳,这是导致游梁式抽油机能耗高的原因之一。
抽油机加装超越离合器是一种对常规抽油机进行改造的新技术,当曲柄轴出现负扭矩时,一方面可以避免抽油机反拖电机发电,另一方面使抽油机能脱开电机的阻力而加速运行,从而实现降低功率损耗,提高系统效率的目的。
抽油机超越离合器的结构有点类似自行车的飞轮,主要由皮带轮和单向离合器两大部分组成,皮带轮内有高强度轴承;单向离合器内有永久磁铁、单向棘爪及内外环等部件,通过磁铁和棘爪的相互作用,实现离合器的单向超越运行。
超越离合器安装在电机输出轴上,当从动轴的转速超过主动轴时,超越离合器的棘爪自动分开,使得主、从传动轴能够及时脱开,抽油机与电机传动系统形成瞬间的脱离,此时电机空载运行,曲柄、平衡块与抽油杆柱发生短暂的超越或加快;当从动轴的转速低于主动轴的转速时,超越离合器的棘爪啮合,使电机保持正常的传动状态。这样,超越离合器棘爪分开、啮合的状态,使电机只能够单方向出力。