Роторный моментомер

 

< 812911

Союз Советскин

Социалистические

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свид-sy (22) Заявлено 17.06.77 (21) 2498657/22-03 (51)М. Кл. с присоединением заявки РЙ

Е 21 В 45/00

Ркударстееннмб кемнтет

СССР нв делам нзебретеннй в еткрытнй (23) П ри орнтет

Опубликовано 15.03.81, Бюллетень .% 10

Дата опубликования описания 20.03.81 (53) УДК 622. .243(088.8) В. Ф. Оловянишников, В. Л. Оруджев, Э. А. А

В. Г. Сечкин, Б. 3. Султанов, Ф. К. Суюндуко

A. C. Муртаэин и А. Ш. Янтурин ибаев !

1

1 (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институ и эксплуатации нефтепромысловых труб (71) Заявитель (54) РОТОРНЫЙ МОМЕНТОМЕР

Изобретение отнс"ится к приборам кон. троля параметров бурения скважин, а именно к устройствам для измерения вращающего момента на роторе буровой установки.

Известно устройство для измерения мэмента на буровой штанге, содержащее месдозы, механически связанные с ротором и гидравлически связанные с указателями момента (1 J.

Известно также устройство для измерения момента, содержащее первичный преобразователь, расположенный в звездочке ротора, на внутренней поверхности которой:выполнены скошенные шлицы, которые при приложении момента стремлятся сместить звездочки в осевом направлении до упора в упругую мембрану.

Перемещение мембраны преобразуется в пневматический сигнал (2).

Недостатками известных устройств являются невысокая точность измерения и невозможность контроля при реверсировании.

Цель изобретения — повышение точности измерения и проведение измерений при реверсировании установок с карданным приводом.

Указанная цель достигается тем, что

» первичный преобразователь моментомера выполнен в виде размещенного в ступице на валу ротора преобразователя усилий, связанного со вторичной аппаратурой, при этом первичный преобразователь вы10 полнен в виде . ведущего, ведомого и опорного дисков, ведущий диск соединен с ведомым T-образными рычагами, имею. щими по две радиально установленные на дисках оси, а опорный диск имеет

1j независимую свободу осевого перемещения, соединен через свободные плечи рычагов с ведомым диском и связан через упорный подшипник с преобразователем усилий.

На фя; 1 изображен моментомер, йЭ общий вид, на фиг. 2 - то же, разрез, на фиг. 3 - передача усилий от .. приводного устройства к валу ротора; на фиг. 4 » «схема действия усилий на преобразователи.

3 81

Ротърннй моментомер имеет вал 1 ротора, и» котором размешаны три ди<.ка: и<душпй диск 2, свободно сидящий на валу 1 и соединенный с приводным механизмом {в частности с карданным . сочл циам), ведомый диск 3 и опорный диск 4, соединенные с валом шпонкой

5. Диски 2 и 3 соединены рычагами 6, оси 7 и 8 которых радиально укреплены на соответствующих дисках. Рычаги имеют Т-образную форму и на концах их поперечных плеч смонтированы подшшшики 9. Диск 4 связан с упорным подшипником 10, с противоположной стороны которого в него, упирается преобразователь 11 усилий. В частном случае это могут быть гидравлические элементы, которые соединены с указателем 12.

Первичный преобразователь закрыт кожухом 13, нижняя часть которого обра« зует картер 14, заполненный маслом. С поверхностью масла соприкасаются зубья

15, нарезанные на одном из дисков, например диске 4. Кожух и преобразователи крепятся к неподвижному корпусу ротора 16.

Работает моментомер следующим эбразом.

Усилие от приводного механизма передается ведущему диску 2 и от него через оси 7 и 8 на плечо рычага 6 к ведомому диску 3. Кроме того, через одно из поперечных плеч (в зависимости

or направления вращения) укрепленным на нем подшипником рычаг взаимодействует с диском 4, осевое усилие с которого действует на преобразователь

11. В частном случае под действием усилия от вращающего момента перемещаются диски 3 и 4, а также происходит поворот рычага вокруг оси 8 на некоторый угол d (см. фиг. 2 и 3).

Все детали, расположенные влево от упорного подшипника, вращаются вме- - сте с валом ротора, а преобразователь

11 усилий закреплен неподвижно на корпусе ротора.

При реверсировании работа моментомера происходит аналогично с той лишь разницей, что опорный диск 4 взаимодействует с противоположным пле- чом рычага.

Сигнал от преобразователя .усилий индицируется указателем 12.

На схеме передачи усилий or ведущего диска 2 к ведомому 3, изображенной на фиг. 3, диски соединены:плечом рычага а, на одиом колюще которого действует

2911 4 . усилие р от приводного двигателя. Если к другому концу плеча приложить параллельно Р две равные ей и противоположно направленные силы, равновесие системы не нарушается. При этом сила Р, действующая на ось, вызывает врашенйе вала ротора, а пара сил Я® и Р образует момент, . поворачивающий плечо

„% рычага.

Ж Поскольку ведущий и ведомый диски имеют свободу относительного перемещения, нод действием момента а Р, „ произойдет DGBopoT рычага на угол из положения а в положение а . При

1 этом сила Р разложится на две составляющие Р и P . P — это сила, вызы-1 Й ваюшая вращение рычага, ей соответ< ствует реакция на ведомом диске Р„.

Сила Р действует вдоль плеча и, скла<

20 дываясь с Р, дает в сумме силу, вызывающую вращение ведомого диска, связанного с валом ротора. Отсюда сила

Р равна Р, Таким образом, передаваемый момент

2$ н<: зависит от угла поворота

Взаимодействие рычага с опорным диском 4 (см. фиг. 4) происходит следующим образом.

При действии на плечо рычага силы P

30 другое плечо действует на опорный диск с силой Р, перпендикулярной плечу рычага. Поскольку опорный диск имеет свободу Перемещения только в осевом направлении, в нем возникают только осевые реакции, уравновешивающие составляющую F> направленную вдоль оси вала.

Другая составляющая силы Р действует вдоль плеча рычага. Это сила F .

При равенстве . плеч имеет место

4р соотношение Р Р„и P+ F, так как нрямоугольиые треугольники сил равны между собой (углы <х-и сС равны, как углы с взаимно перпендикулярными сторонами, а равенство P„=F вытекает

1 1 из равенства. плеч).

Если плечи рыча а не равны, то треугольники подобны, и усилие, действующее на преобразователь, равно

F Фk Ð%, (I)

50 где К - соотношение плеч.

Как видно Йз фиг. 4 равенство (1) сохра)иютая при любом првороте рычага, который происходит до тех пор, пока

peaataa преобразователей не уравновесит силу F>

Другое усилие выполнения равенства (1) - перпендикулярность плеч рычага. .Если угол между ними отличается от

8129 1 прямого на У, тотреугольники сил не раравны, так как сС -=<+9. При åîì возникает погрешность измерения, относительная величина которой равна а, (i! с -с с где F и Р— основные усилия до и

I после поворота рычагов.

При отсутствии поворота сила F 3. равна

eoSg

После поворота рычагов из-за переме-. щения преобразователей под действием осевой силы

Р.,сРВ oL г—

Представив эти зависимости в форму26 лу (2P с учетом того, что при малых углах 4"Ыт и Ф О, получаем д"= с Ы-Ьс ц. (З

Отсюда следует, что минимальная 2% методическая погрешность д"- упри ф Ф Фр что соответствует углу между плечами

0 "рычага, равному 90 .

Анализируя другие источники, погрешностей, следует отметить наличйе гисте- 30 резиса, вызываемого силами трении в осях рычагов, от перемещения опорного диска вдоль шпонки, от трения в подпип никах качения. Силы трения можно значительно уменыиить применением. пбдшинников качения и смазкой всех узлов механизма, что достигается применением масляного тумана", для чего в корпусе имеется картер с маслом, а на опорном диске выполнены зубья для его рассеива- gg нияе

Трение велущего и ведомого дис ков о вал ротора и в его шпонке снижает КГЩ механизма, но не отражается на его погрешности, так как эти силы не входят в систему передачи усилия к преобразователям, которая идет через рычаг. .Предлагаемый роторный моментомер имеет широкую область применения, больbye точность и надежность. В бурении это позволит повысить показатели за счет улучшения режима бурения, правильной обработки долот и приводит к снижению аварийности с долотами и бурильными трубами.

Фор мула изобретения

1. Роторный моментомер, содержащий первичнь|й преобразователь выполненный в виде размещенного в ступице на валу ротора преобразователя усилий, и вторичную аппаратуру, о т л и ч а ю ш и й— с я тем, что, с целью повышения точности измерения и проведения измерений при реверсировании, преобразрватель усилий выполнен в виде ведущего, ведомого и опорного дисков, при этом ведущий диск соединен с ведомым диском рычагами, имеющими по две радиально установлен-. ные на дисках оси, а опорный диск имеет независимую свободу осевого перемещения, соединен через свободные плечи рычагов с ведомым диском и связан через упорный подшипник с преобразо.— вателем усилий.

2. Моментомер по и. 1, о т л ич а ю ш и и с я тем, что рычагивыполнены Ч -образны ми.

Источники информации, црииятые во внимание при экспертизе

g. Tru=Torque ЗпсЬссйог, Ha tin РесМг

Сонц опм, ВнИеиь. Р-И9 19?2

2. Патент США % 3.668.926, кл. 73-136, опублик. 1972 (прототип).

Составитель Е. Садовников

-фактор С. Лыжова ..Техред Н. Граб .

Корректор Ю. Макаренко

Поддисное

: ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,-. 4.

7 15/35 Тираж 627

ВНИИПИ Государственйого комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, -35, Раушская наб., д. 4/5