Стенд для испытания забойных двигателей

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК В 4/02 Э(5--К.Агс .,"1 ф туч ,:,ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ овцев,ден ссле ник пр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ Н АВТОРСКОМУ( СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Пермский филиал Всесоюзного Трудового Красного Знамени научно довательского института буровой т (53) 622,243.92.05 (088.8)(54) (57) 1. СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, содержащий искусственный забой, поршень и фрикцион, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности фрикциона за счет его разгрузки . при износных испытаниях, в полости фрикциона установлен вал, нижний конец которого имеет возможность взаимодействия с искусственным забоем посредством пазового соединения и с поршнем, причем вал и фрикцион имеют турбинки.2, Стенд по п. 1, отличающийся тем, что поверхности контакта фри кциона и искусственного забоя выполнены конусными.Изобретение относится к стендам для испытания различного подземного оборудования, применяемого для бурения скважин, а именно для испытания забойных двигателей.Известна стендовая скважина для испытаний различного подъемного оборудования, содержащая обсадную колонну, испытательную камеру и искусственный забой 11.Недостатком стендовой скважины является то, что при испытаниях забойного двигателя на износ торможение его вала осуществляется за счет сопротивления, возникающего при разбуривании искусственного забоя долотом. При изготовлении искусственного забоя из блока гранита или цемента он быстро разрушается, что не позволяет провести испытания забойного двигателя на износ. При изготовлении искусственного забоя из металла (стали) из-за малого внедрения зуба долота в забой на валу забойного двигателя не создается необходимого тормозного момента, способного в достаточной мере нагрузить вал забойного двигателя или остановить его, Полная остановка вала забойного двигателя необходима для определения величины крутящего момента, развиваемого забойным двигателем при различных условиях работы (при изменении осевой нагрузки и параметров промывочной жидкости).Известен также стенд для испытания забойных двигателей, содержащий искусственный забой, поршень и фрикцион. По напорной трубе подается рабочая жидкость к поршню, который, поджимая искусственный забой к фрикциону, осуществляет нагружение вала забойного двигателя осевой нагрузкой и тормозным моментом, Торможение осуществляется трением боковой поверхности цилиндрического фрикциона о стенки искусственного забоя, что обеспечивает необходимую величину тормозного момента при относительно малом диаметре стендовой скважины 12.Недостаток известного устройства заключается в том, что механическое трение фрикциона и искусственного забоя быстро приводит к выходу из строя тормоза из-за износа трущихся поверхностей фрикциона и искусственного забоя, что не позволяет проводить износных испытаний. Устройство во фри кционе какого-либо распирающего механизма сильно усложняет конструкцию фрикциона.Кроме того, при торможении боковой поверхностью фрикциона отсутствует связь между тормбзным моментом и осевой нагрузкой на валу забойного двигателя. Это не позволяет исследовать зависимости между крутящим моментом на валу забойного двигателя и осевой нагрузкой при различных условиях работы забойного двига 20 25 30 35 40 45 50 55 Стенд работает следующим образом.Перед испытанием забойного двигателя в обсадную колонну 1 спускают испытательную камеру 3 спуска-подъемными механизмами на бурильном инструменте (не показаны) и устанавливают в посадочном гнезде башмака 12. Нижний конец испытательной камеры 3 входит в центральное отверстие в башмаке 2 и герметизируется уплотнением 13. При зтом полость теля. Если торможение осуществлять торцовой поверхностью цилиндрического фрикциона, невозможно получить достаточного тормозного момента из-за малого диаметра стендовой скважины,Цель изобретения - повышение долговечности фрикциона за счет разгрузки его при износных испытаниях забойного двигателя.Указанная цель достигается тем, что в стенде для испытания забойных двигателей,содержащем искусственный забой, поршень и фрикцион, в полости фрикциона установлен вал, нижний конец которого имеет возможность взаимодействия с искусственным забоем посредством пазового соединения и с поршнем, причем вал и фрикцион имеют турбинки.Кроме того, поверхности контакта фрикциона и искусственного забоя выполнены конусными.На фиг. 1 представлен предлагаемыйстенд, общий вид; на фиг. 2 - сечение А - А на фиг. 1.Стенд, содержит обсадную колонну 1 с напорной трубой 2, испытательную камеру 3 с искусственным забоем 4 и поршнем 5, фрикцион 6, связанный с валом испытуемого забойного двигателя 7 переводником 8, внутренний вал 9, турбинки 10, гидроцилиндр 11, башмак 12,уплотнение 13 и штуцер 14. В нижней части испытательной камеры 3 имеется центральное отверстие Б, служащее для сообщения гидроцилиндра 11 с напорной трубой 2. На боковой поверхности фрикциона 6 имеются отверстия 5, служащие для выхода промывочной жидкости, В штуцерах 14 имеются отверстия 1, необходимые для регулирования количества промывочной жидкости, прокачиваемой через фрикцион 6. Внутренний вал 9 и турбинки 10 устанавливаются в полости фрикдиона 6 на радиально-осевой опоре (не показана).При наворачивании и затяжке нижней конусной части фри кциона 6 происходит крепление турбинок 10 на внутреннем валу 9 и фрикционе 6. Нижний конец вала 9 связанс искусственным забоем 4 пазовым соединением и опирается на поршень 5. Пазовое соединение может быть выполнено, например, в виде квадрата на,нижнем конце вала 9 и квадратного отверстия в искусственном забое 4.гидроцилиндра 11 через отверстие Б сообщается с внутренней полостью напорной. трубы 2, по которой затем подают рабочую жидкость (масло) специальным насосом (не показан). Поршень 5 поднимается и занимает крайнее верхнее положение. Вне стенда к валу забойного двигателя 7 крепится переводник 8 с фрикционом 6 и при помощи спуско-подъемного механизма (не показан) забойный двигатель спускают в обсадную колонну. При этом нижняя квадратная часть внутреннего вала 9 проходит через квадратное отверстие в искусственном забое 4 и опирается на поршень 5, а нижняя конусная часть фрикциона 6 не доходит до искусственного забоя 4 и не взаимодействует с ним. Забойный двигатель нагружается осевой нагрузкой и через него прокачивается, промывочная жидкость, приводящая в движение его вал 7, которая затем попадает во внутреннюю полость фрикциона 6, проходит через турбинки 10, а затем выходит через отверстия 8. При этом турбинки 1 О многократно изменяют направление потока промывочной жидкости. Так как нижняя часть внутреннего вала 9 имеет квадратное сечение и проходит через квадратное отверстие в искусственном забое 4, вал 9 остается неподвижным и турбинки 10, закрепленные на нем, являются статорами. Турбинки, закрепленные на фрикционе 6, являются следовательно, роторами и создают реактивный крутящий момент, направленный противоположно крутящему моменту на валу забойного двигателя 7. Этим обеспечивается гидравлическое торможение испытуемого забойного двигателя 7.Величина тормозного момента, обеспечиваемая турбинками 10, не зависит от величины осевой нагрузки, т. е. отсутствует функциональная связь между тормозным моментои и осевой нагрузкой. Поэтому для исследования зависимости тормозного момента от величины осевой нагрузки, а также для определения полного крутящего момента на валу забойного двигателя 7 его нагружают дополнительной осевой нагрузкой, постепенно сбрасывая давление в гидроцилиндре 11. При этом поршень 5 перемещается вниз и фрикцион 6, опирающийся на него валом 9, начинает взаимодействовать с искусственным забоем 4, обеспечивая увеличение тормозного момента до полной остановки вала забойного двигателя 7. При этом обеспечивается функциональная связь между осевой нагрузкой на забойный двигатель и тормозным моментом. Угол при вершине конуса фрикциона 6 устанавливают таким, чтобы не было самоторможения. Таким образом, вал забойного двигателя 7 тормозится одновременно турбинка 5 10 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 ми 1 О и механическим трением фрикциона6 об искусственный забой 4.Дополнительное гидравлическое торможение фрикциона 6 смягчает характеристику механического торможения, т. е. делает более плавной, без рывков и заеданий.Коническая форма фрикциона 6 увеличивает длину хода фрикциона 6 между нулевыми максимальным тормозным моментом, чтоувеличивает диапазон измерений тормозного момента, следовательно, повышаетточность измерений. Это, в свою очередь,повышает качество испытаний и увеличивает функциональные возможности стенда,При износных испытаниях забойного двигателя торможение его вала 7 может полностью осуществляться за счет турбинок 10.В этом случае регулирование величинытормозного момента можно осуществлятьобъемом промывочной жидкости, прокачиваемой через фрикцион 6. Для этой целипредусмотрены штуцера 14 с отверстиями Г.Увеличение отверстия Г уменьшает, а уменьшение отверстия Г увеличивает количествожидкости, прокачиваемой через турбинки 1 О.Например, при испытаниях объемного забойного двигателя, развивающего большой крутящий момент, при прокачке через негомалого количества промывочной жидкостивсю промывочную жидкость необходимопропустить через турбинки 10. При испытании турбобура, требующего для своейработы большого количества промывочнойжидкости, нет необходимости всю ее пропускать через турбинки 10. Величину тормозного момента можно регулировать иколичеством турбинок 1 О.Таким образом, для любого забойногодвигателя обеспечивается тормозной моментнеобходимой величины и характеристик(постоянный или переменный, зависящийот осевой нагрузки или нет).По сравнению с известным предлагаемый стенд имеет следующие преимущества,Фрикцион стенда разгружается при износных испытаниях забойных двигателей,а торможение вала забойного двигателяосуществляется гидравлическим торможением за счет турбинок, закрепленных внутри фрикциона. Это обеспечивает проведение износных испытаний без ремонта фрикциона в течение необходимого времени.В стенде возможно одновременное проведение испытаний зависимости тормозного момента от осевой нагрузки назабойный двигатель с износными испытаниями. Проведение износных испытанийв стендовой скважине с функциональнойзависимостью тормозного момента от осевой нагрузки при условиях, близких к естественным, значительно сокращает время насоздание и совершенствование забойныхдвигателей.1038464Д-АСоставитель А. Сергачев Редактор А, Курах Техред И. Верес Корректор В. Бутяга Заказ 6164/31 Тираж 603 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб д. 4/5филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4