Роторный моментомер

 

1. РОТОРНЫЙ МОМЕНТОМЁР, содержащий ведущую и ведомую полумуфты, связанные через шарнирные опоры с упругими стержнями различной и одинаковой жесткости, преобразователь перемещения в электрический сигнал, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и расширения диапазона измерения в пределах упругой деформации стержней , в ведомой полумуфте.выполнены ограничительные пазы конусной формы, угол Ч| уклона конуса которых выбирается из соотношения ; е -nrcicr -1 . 3R . С; .- -; ..... где Е - рабочая длина упругого. стержня; R - расстояние от оси полумуфты до оси стержня; М; - крутящий момент i-и пары .стержней одинаковой жесткости; С; - жесткость 1-й пары стержней; ti - число пар упругих стержней , при этом опоры размещены в пазах, а одинаковой жесткости стержни диаметрально противоположно относительно оси полумуфт, пара стержней наименьшей жесткости установлена в ведомой полумуфте неподвижно, а подвижный в осевом направлении (Л якорь преобразователя перемещения размещен на внешней поверхности ведомой полумуфты и кинематически связан с ведущей полумуфтой . 2.Моментомер поп.1, отличаю щ и и с я тем, что якорь преобразователя перемещения выполнен в виде подпружиненного цилиндра с рассд положенными, на нем профильным кулачком и ферромагнитным диском и да to связан с ведущей полумуфтой с помощью закрепленных на ней роликов. со

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECflYS JtHH

3(50 Е 21 В 45 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВЪГ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3562775/22-03 (22) 14,03,83 (46) 30,07,84. Бюл. Р 28 (72) A.A.Øàâèí, В.Ф.Оловянишников, A.A.Ãîëîâèí, M.Ã.Воловац и Б.A.Ìoëoé÷èío (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт разработки и эксплуатации нефтепромысловых труб (53) 622.242,7 (088 ° 8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Р 872988, кл. E 21 В 44/00, 1979.

2.Авторское свидетельство СССР

Р 870995, кл. E 21 В 44/00, 1979 (прототип) ° (54)(57) l, РОТОРНЫИ МОМЕНТОМЕР, содержащий ведущую и ведомую полумуфты, связанные через шарнирные опоры с упругими стержнями различной и одинаковой жесткости, преобразователь перемещения в электрический сигнал, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и расширения диапазона измерения в пределах упругой деформации стержней, в ведомой полумуфте.выполнены ограничительные пазы конусной формы, угол Ч, .уклона конуса которых выбирается из соотношения, z

Г

Ч. =юг tq

5Р ; „ С, „„Я0„„1105623 А где — рабочая длина упругого. стержня;

R — расстояние от оси полумуфты до оси стержняу

М; — крутящий момент 1-й пары .стержней одинаковой жесткости;

C; — жесткость -й пары стержней; ь — число пар упругих стержней, при этом опоры размещены в пазах, а одинаковой жесткости стержни диаметрально противоположно относительно оси полумуфт, пара стержней наименьшей жесткости установлена в ведомой полумуфте неподвижно, а подвижный в осевом направлении якорь преобразователя перемещения размещен на внешней поверхности ведомой полумуфты и кинематичес- С ки связан с ведущей полумуфтой.

2.Моментомер по п.l, о т л и ч аю щ. и и с я тем, что якорь преобра- фаиай. эователя перемещения выполнен в виде подпружиненного цилиндра с расположенными на нем профильным ку- Q3. лачком и ферромагнитным диском и связан с ведущей полумуфтой с помощью закрепленных на ней роликов. К) 1105623

60 -й пары стержИзобретение относится к глубокому бурению, а именно к устройствам для контроля и регулирования различных параметров бурения, и предназначено для измерения крутящего момента, развиваемого ротором буровой 5 установки при проводке глубоких скважин.

Известны роторные моментомеры, содержащие первичный преобразова-. тель усилия в осевое перемещение .и 10 вторичный (гидравлический) преобразователь перемещения в выходной. сигнал fl 3

Эти устройства характеризуются невысокой точностью измерения мо- 15 . мента, недостаточной надежностью в работе, большим гистерезисом при реверсном вращении.

Наиболее близким к. предлагаемому по технической сущности является 20 роторный моментомер, содержащий ведущую и ведомую муфты, связанные ,через шарнирные опоры с упругими стержнями различной и одинаковой жесткости, вторичный преобразователь усилия в электрический сигнал(2), Недостатками этого устройства являются невысокая чувствительность, ограниченный диапазон измерения крутящего момента, обусловленный постоянной жесткостью стержней и

30 использованием тензодатчиков на стержнях в качестве вторичных преобразователей, требующих наличия контактных токосъемников с присущими им недостатками, снижающими точ- 35 ность измерения.

Цель изобретения — увеличение чувствительности и расширение диапазона измерения в пределах упругой деформации стержней, Поставленная цель достигается тем, что в роторном моментомере, содержащем ведущую и ведомую полумуфты, связанные через шарнирные опоры с упругими стержнями и одинаковой жесткости, преобразователь перемещения в электрический сигнал, в ведомой полумуфте выполнены ограничительные пазы конусной формы, угол У;.уклона конуса которых выбирается из соотношения

2 M. е с:—

Ч.= с гс1 —

3А . „С; где — рабочая длина упругого стержня;

55 расстояние от оси полумуфты до оси стержня;

Л ; — крутящий момент i-й пары стержней одинаковой жесткости жесткость

1 ней; — число пар упругих стержней, при этом опоры размещены в пазах, а одинаковой жесткости стержни— диаметрально противоположно относи- тельно оси полумуфт,.пара стержней наименьшей жесткости установлена в ведомой полумуфте неподвижно, а подвижный в осевом направлении якорь преобразователя перемещения размещен на внешней поверхности ведомой полумуфты и кинематически связан с ведущей полумуфтой.

Кроме того, якорь преобразователя выполнен в виде подпружиненного ци.— линдра с расположенными на нем профильными кулачками и ферромагнитным диском и связан с ведущей полумуфтой с помощью закрепленных на ней роликов.

На фиг. 1 схематически представлен предлагаемый роторный моментомер, Общий вид; на фиг. 2 — разрез

A-A на фиг. 1;,на фиг. 3 — разрез

Б-Б на фиг. 1.

Роторный моментомер содержит вращающиеся ведущую полумуфту 1 и ведомую полумуфту 2, связанные между собой упругими стержнями 3. При этом стержни одинаковой жесткости расположены диаметрально противоположно по окружности полумуфты (фиг, 2) и подвижно укреплены одними концами в шаровых опорах 4 ведущей полумуфты 1, а вторыми концами — в поворотных опорах 5 ведомой полумуфты 2. Поворотные опоры 5 размещены в ограничительных конусных пазах 6 полумуфты 2, за исключением одной пары опор со стержнями (1 — } наименьшей жесткости. Эти опоры установлены в пазах 7 прямоугольной формы, что исключает возможность их поворота.

На внешней поверхности полумуфты

2 смонтирован якорь 8 преобразователя 9 перемещений. Электромагнитная система 10 преобразователя 9 укреплена на внутренней поверхности неподвижного кожуха 11, которым закрыты полумуфты 1 и 2. Якорь 8 укреплен на полумуфте 2 с помощью пружин 12 и выполнен в форме цилиндра с расположенным на ней ферромагнитным диском 13 и профильными кулачками 14.

Цилиндр якоря 8 свободно посажен на полумуфту 2, а штыри 15 в замкнутых пазах 16 обеспечивают перемещение якоря 8 относительно полумуфты 2 только в осевом направлении. На ведущей полумуфте 1 установлены ролики 17, обеспечивающие совместно с кулачками 14 связь якоря 8 с ведущей полумуфтой 1.

Полумуфта 1 жестко закреплена на ведущем валу 18 редуктора, а полумуфта 2 свободно посажена на подшипниках на втулку ведущей полумуфты 1 и жестко связана с валом 19 ротора буровой установки. Количество пар

1105623 стержней и их жесткость определяют ся в зависимости от.заданной максимальной величины измеряемого крутя-. щего момента, а жесткость первой пары стержней, установленных в неподвижных опорах, выбирается с учетом заданной минимальной величины измеряемого момента и допускаемых напряжений изгиба для выбранного материала стержней при передаче наибольшего момента. Конусные пазы шарнирных опор позволяют, начиная с первой пары стержней, последовательно вступать в работу с ростом . величины крутящего момента на полумуфте 2., При передаче. максимального момента все пары нагружены силами при этом стрела прогиба концов каждой пары упругих стержней обратно пропорциональна нарастанию угла Ч уклона конуса пазов, а суммарная энергия деформации изгиба стержней . равна сумме моментов, передаваемых каждой парой.

Предлагаемый роторный моментомер работает следующим образом.

Вращающий момент с вала 18 редуктора передается на жестко закрепленную на нем полуформу 1 и через упругие стержни 3 за ведомую полумуфту

2 и на вал 19 ротора. В начале работы за счет сопротивления нолумуфты

2 начинает изгибаться пара (E- 3) стержней 3 наименьшей жесткости, неподвижная относительно полумуфты 2.

Угол поворота шарнира первой пары

4 = О. Изгиб стержней происходит до определенной, заранее выбранной величины крутящего момента. При этом шарнирные опоры, несущие последующую пару — Й стержней 3, повора:чиваются до упора в стенку паза б без нагрузки на угол

2 М

9 =оп.с1

1 3R С„

При дальнейшем увеличении момента начинается изгиб второй пары стержней и поворот шарнирных опор третьей пары на угол и т.д.

При достижении максимального педаваемого момента в работе находятся все пары упругих стержней. При передаче крутящего момента вследствие изгиба стержней 3 возникает угро ловое перемещение полумуфты 2 относительно полумуфты 1, ролики 17,воздействуя на профильные кулачки 14, вызывают осевое перемещение подпружиненного якоря 8 электромагнитного преобразователя 9. Ферромагнитный диск 13, перемещаясь вместе с якорем 8, изменяет воздушный зазор в электромагнитной системе 10 преобразователя 9. Таким образом, крутящий момент, передаваемый с вала 18 на

20 вал 19 ротора буровой установки, преобразуется с помощью упругих стержней 3 в угловое перемещение полумуфт 1 и 2, которое, в свою очередь, с помощью роликов 17 и кулачков 14 преобразуется в осевое перемещение якоря 8 и затем с помощью электромагнитной системы 10 в выходной сигнал, пропорциональный измеряемому моменту.

Использование электромагнитного преобразователя перемещения в электрический сигнал позволяет осуществить бесконтактный съем сигнала с вращающихся полумуфт моментомера, что повышает точность и стабильность измерения и повышает надежность передачи сигнала к измерительным приборам, Кроме того, предлагаемый моментомер может использоваться в .ротор40 ных установках как с цепным, так и с карданным приводом, а благодаря более высокой точности и чувствительности возможно более точно определять моменты заклинки долота при бурении, оценивать более полный износ долота

45 в забое, сокращая тем самым количество спускоподъемных операций, что непосредственно способствует увеличению скорости проходки скважины.

1105623

1105623

b-6

Составитель И.Карбачинская

Тсхред Ж. Кастелевич Корректор А. Тяско

Редактор Л.Алексеенко

Заказ 5563 25

Тираж 565

ВНИИПИ Государственного комитета па делам изобретении и открытий

1130 . 5, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

СССР

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4