旋轉器

概述

近年來隨著遼河油田大斜度井、水平井及深抽井的不斷增多，油井抽油桿與井下油管偏磨的現象也越來越普遍，而由於抽油桿接箍偏磨斷脫及油管偏磨漏液造成的檢泵作業次數也日益增多，儘管使用抽油桿扶正器及防偏磨耐磨抽油桿接箍延長了抽油桿的使用壽命，但隨著生產時間的延長，油管被偏磨泄漏的現象卻沒有改變[l]。

常規手動壓桿式油管旋轉器

1、結構原理

針對油管偏磨造成漏失問題，2006年開始，遼河油田自主研製手動壓桿式油管旋轉器，其結構如圖1所示。該旋轉器主要由提升接頭、壓帽、渦輪、殼體、油管掛、軸承、壓桿、鍵、軸承座、渦桿、驅動輪罩、軸蓋、彈簧、驅動輪等部分組成。裝置採用手動下壓驅動，通過調整手柄慢慢旋轉油管，將桿管偏磨傳遞到整個3600油管內壁上，每下壓一次油管轉動1 ，避免了抽油桿接箍長期在油管內壁某一固定位置長期磨擦的現象，使得抽油桿與油管內壁的偏磨更加均勻，延長了油管的使用壽命。但是該裝置每次旋轉油管需手動下壓驅動桿，增加了工人勞動強度，同時裝置需要每周旋轉3~5 ，也增加管理強度。

2、技術參數

工作壓力：21MPa；通徑：62mm；工作溫度：0~120 C；懸掛載荷：60t（12個承重球每個5t）。

3、抽油機帶動新型油管旋轉器研製

1）在原油管旋轉器基礎上，通過增加一級渦輪蝸桿裝置，改變其傳動比，解決其驅動力大的問題。

2）增加地面驅動機構如圖2所示，主要由支架8、卡箍12、彈簧5及其配套件等組成，其與抽油機配合，實現油管旋轉器自動下壓旋轉帶動油管旋轉。其具體實施方式為卡箍12卡在光桿上，支架8定於油管旋轉器壓桿上，當抽油機下行時彈簧5壓縮同時，支架8下行壓動油管旋轉器壓桿，帶動油管旋轉，當抽油機上行時，彈簧5釋放，支架8上行，油管旋轉器壓桿彈起，即完成手動下壓一次。

應用

目前，該油管旋轉器在遼河油田共施工20餘井次，從應用效果看，該裝置即新型油管旋轉器起到延長了油管和抽油桿偏磨的目的，同時降低工人勞動強度和管理難度，具有很大的應用前景。

引言

法拉第旋轉器是一種利用法拉第效應實現光的偏振狀態旋轉的裝置，是准光學隔離器中的重要裝置之一，常用於低損耗准光學波束波導饋電網路系統中。法拉第旋轉器和極化線柵一起工作實現收發通道之間的信號隔離。

透射式的法拉第旋轉器的基本原理為：波束每透射通過一次旋轉器，極化狀態旋轉45°。若發射極化為水平極化，則電磁波透射通過法拉第旋轉器后極化狀態旋轉45°，經反射的回波再次透射通過法拉第旋轉器后，極化狀態再次旋轉45°成為垂直極化，並由極化線柵反射實現發射信號與接收信號的隔離。模擬結果表明該法拉第旋轉器匹配度高、系統駐波小、透射率高。

饋源喇叭的設計與分析

法拉第旋轉器與極化線柵共同組成准光學隔離器，實現收發通道之間的信號隔離，是W頻段准光學傳輸系統中的另一關鍵部件。當一個線性極化波行進在與磁化平行且均勻厚度d的鐵氧體時，極化波的主軸將會旋轉一定角度θ，基於該原理設計的器件為法拉第旋轉器。

其中，d為鐵氧體厚度，4πMS鐵氧體飽和磁化強度，γ為旋磁比，γ=2.21×105rad/s/A/m，εf為鐵氧體相對介電常數。法拉第旋轉器示意圖如圖1所示。

在該套系統中，法拉第旋轉器設計為透射式，波束每透射通過一次鐵氧體，極化狀態旋轉45°。若發射極化為水平極化，透射通過法拉第旋轉器后極化狀態旋轉45°，經目標反射的回波再次透射通過法拉第旋轉器后，極化狀態再次旋轉45°成為垂直極化，並由極化線柵反射實現發射信號與接收信號的隔離。

饋源喇叭模擬結果及結果分析

經過建立的分層媒質總體反射和透射係數與法拉第旋轉器各分層煤質電磁參數與幾何尺寸之間的關係模型。能夠利用主極化和交叉極化的透射係數進一步計算得到器件的旋轉角和插入損耗。

目前已經具備鐵氧體材料若干，鐵氧體材料採用100mm×100mm×3mm的模具燒結而成。為驗證磁性材料的基本性能，在Ka波段26.5GHz～40GHz進行初步測試。

設計了一種可用於准光學波束波導饋電網路的透射式法拉第旋轉器，模擬結果表明這種透射式的法拉第旋轉器具有匹配度高、系統駐波小、透射率高等優點。