Роторный моментомер Советский патент 1981 года по МПК E21B45/00 

I

Изобретение отиссится к приборам контроля параметров бурения скважин, а именно к устройствам йля 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 l.

Известно также устройство для измерения момента, содержащее первичный преобразователь, расположенный в звездочке ротора, на внутренней поверхности которой выполнены скошенные шлицы, которые при приложении момента стрем- лятся 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 проведеш1е 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 выполнен в виде . ведущего, ведомого и опорного дисков, ведущий диск соединен с ведомым Т-образными рьиагами, имеющими по две радиально установленные на Щ1сках оси, а опорный диск имеет

независимую свободу осевого перемещения, соединен через свободные плечи рычагов с ведомым диском и связан через упорный подщипник с преобразователем усилий. На фиг. 1 изображен моментомер,

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, момеатомер нмоот вал 1 ротора, на котором размещены -фи ди(;ка: водуишй диск 2, свободно сидящий на валу 1 и соединеш1ый с приводны механизмом (в частности с карданным сочлонием), ведомый диск 3 и опорный диск 4, соединенные с валом шпонко 5. Диски 2 и 3 соединены рычагами 6, оси 7 и 8 которых радиапьно укреплены на соответствующих дисках. Рычаги имеют Т-образную форму и на концах поперечных плеч смонтированы подшипники 9. Диск 4 связан с упорным нодшипннком 10, с противоположной стороны которого в него .упирается преобразователь 11 усилий. В частном случае это могут быть гадравлическйе элементы, которые соединены с указателем 12. Первичный преобразователь закрыт кожухом 13, нижняя часть которого обр зует картер 14, заполненный маслом. С поьерхИостью масла соприкасаются зубья 15, нарезанные на одном из дисков, например диске 4. Кожух и преобразователи крепятся к неподвижному корпусу ротора 16. Работает моментомер следующим образом. Усилие от приводного механизма ив редается 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 от 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 некотс ь1й угол «i (см. фиг. 2 и 3). Все детали, расположенные влево от упорного подшипника, вращаются вместе с валом ротора, а преобразователь 11 усилий закреплен неподвижно на корпусе ротора. При реверсировании работа момен томера происходит аналогично с той .. лишь азнидей, что опорный диск 4 взаимодействует с противоположным пле чом рычага. Сигнал от преобразователя .усилий ивдицируется указателем 12. На схеме передачи усилий от ведуще диска 2 к ведомому 3, изображенной на фиг. 3, диски соединены-плечом рыча га а, на од1гом Koiuie которого действу 14 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 вращение вала ротора, а пара сил Р и Р образует момент, поворачивающий плечо рычага. Поскольку ведущий и ведомый диски имеют свободу относительного перемещения, под действием момента а Pjr произойдет поворот рычага на угол из положения а в положение а . При сила Р разложится на две составляющие Р и Р . Р - это сила, вызывающая вращение рычага, ей соответствует реакция на ведомом диске Р . Сила Bj действует вдоль плеча л, складываясь с Р , дает в сумме силу, вызывающую вращение ведомого диска, связанного с валом ротора. Отсюда сила F равна P. Таким образом, передаваемый момент H(j зависит от угла поворота Взаимодействие рычага с опорным диском 4 (см. фиг. 4) происходит следующим образом. При действии на плечо рычага силы Р другое плечо действует на опорный диск с силой F, перпендикулярной плечу рычага. Поскольку опорный диск имеет свободу веремещения только в осевом направлении, в нем Возникают только осевые реакции, уравяовещивающие составляющую F/j, направленную вдоль оси вала. Другая составяяющая силы F действует вдоль плеча рычага. Это сила F. При равенстве плеч имеет место соотношение R, Ф, и Pfff-. прямоугольные треугольники сил равны между собой, (углы сСи вСравны, как углы с взаимно перпендикулярными сторонами, равенство R F вытекает яа равенства, плеч). Если плечн рычага не равны, то треугольники подобны;, я усилие, действующее ва 1дэео6рвзователь, равно - СП где к -соотношение плеч. Как аедно из фиг. 4 jpaBeHcxBo (1) сохраняется лрн любом првороте рычага, который прсжсходит до тех пор, пока реакция щэеобразователей не уравновесит силу Рд,. Другое усилие выполнения равенства (1/ - перпевдикулярность плеч рычага. Если угол между ними отличается от

прямого на V , то треугольники сил не раравны, так как.. При гг-гом возникает погрешность измерения, относительная величина которой равна

FO-R,

а--12.

()

где Р-н Pj - основные усилия до и

после поворота рычагоа

При отсутствии повсфота сипа Fa.

равна После поворота рычагов из-за перемв щения преобразователей яод действием осевой силы oL cos(.+) Представив эти зависимости в формулу (2) с учетом того, что при малых углах tf SjTvA 53 О, получаем cf -tQ;c -tcs f. (3) Отсюда следует, что минимальная методическая погрешность - -Оьщж что соответствует углу между плечами рычага, равному 9О . Анализируя другие источники,погрешностей, следует отметить наличие гистерезиса, вызываемого силами трения В осях рычагов, от перемещения опорного диска вдоль шпонки, от трения в подшип никах качения. Силы трения можно значи тельно уменынить применением пбдшинни ков качения и смазкой всех узлов механизма, что достигается приме {ением масляного тумана, для чего в корпусе имеется с маслом, а на опорном диске выполнены зубья для его рассеива ния. Трение велущего и ведомого дисков о вал ротора и в его шпонке снижает КПД механизма, но не отражаетчзя

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, боль5цую точность и надежность. В бурении это позводит повысить показатели за счет улучше1аш режима бурения, правильной обработки долот и приводит к снижению аварийности с долотами и бурильными трубами. формула изобретения 1.Роторный моментомер.-, содержащий первичный преобразователь выполненный в вще раэме{ценного в ступице на валу pOTqpa преобразователя усилий, и вторичную аппаратуру, отличаюшийс 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 установленные на дисках оси, а опорный диск : имеет независимую свободу осевого пе- р мещения, соединен через свободные плечи рычагов с ведомым диском и связан через упорный подшипник с преобразо. вателем усилий. 2.Моментомер noi п. 1, о т л ичаюшийся тем, что рычаги выполнены Т- -образными. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. TrurTorqjue Jnditortor, Martin Pecite Company, ButEetitt. P-t4g, 1972. 2. Патент США й 3.668.926, кл. 73-136, опублик. 1972 (прототип).

фиг/

15