Моментомер ротора буровой установки

;,.1021770 СОКИ СОВЕТСКИХСОЦИАДИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТий-йю аййОЮВф НИЯ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ф(21) 3335152/22-03щ и й с я тем, что, с целью повыше(22) 21.08;81 ния чувствительности, уиеньаения га(46) 07.06.83. Бюл. Ю 21баритов, он снабжен треия кольцаии,(72) Г.И. Кузнецов, И.ИРабин, . одно из которых ведущее и жестко свяБ.Г. Соколов, В.Д, Карпов и.А,А. По- : зано со ступицей зубчатого колеса,гарский . а другое - ведомое установлено внут(71) Грозненское научно-производст- " . ри ведущего кольца и жестко соединеновенное объединение "Проиавтоматика" . с ведоми стаканом, при этом чувстви(53) 622.243.5(088.8) - тельный элемент выполнен в виде упру"(56) 1. Вц 111 й 1 п, р, Тгц-Тогдце гих стержней, расположенных вдоль оси1 пд 1 айот, Иагй 1 п"ОесЕег Сощрапу, .: вала ротора, причем стержни с одной1928, .опйЬ СгаМ Ачепце 1.апйа Апа стороны связаны с третьим кольцом, аСа 11 огп 1 а, 92.702(714) 540-9220.:с другой " одна их часть соединена. 2. Авторское свидетельство СССР :с ведомым кольцом, а другая - с ведуМ 498520, кл, 6 013/10, 1974. , щим,(54)(57) 1. ИОИЕНТОИЕР РОТОРА БУРО- . 2. Иоментоиер по и; 1, о т л и. ВОЙ УСТАНОВКИ, содержащий ведомый ста". . ч а в щ и й с я тем, что, с целью по- Екан, закрепленный на валу ротора, - выаения надежности его работы, на назубчатое колесо, ступица которого .ружной поверхности ведомого стаканапосредствои подшипников связана с ве- . и внутренней поверхности ступицы меж-Седомым стаканом, датчики импульсов - ду подшипниками установлены с зазосвязанные через индуктивные преоб-.ром относительно один другого кулач- йразователи с блоком измерения, чувст", . км, между которыии встроены аморти"вительный элемент, о т л и ч а ю" заторы. ааГЮИзобретение относится к контроль"но-измерительной технике, а именнок измерению крутящего момента, развиваемого ротором буровой установки впроцессе бурения, и может быть исполь,зовано, например, в неФтедобывающейпромышленности.Известно устройство для измерениякрутящего момента, которое содержитдве компрессионных ячейки нагрузки,устанавливаемых между ротором и над-роторной рамой в вертикальных плос"костях, гидравлические линии связи,сумматор, вторичные приборы, Междуротором и подроторным основанием установлень 1 в горизонтальной плоскостиподшипники, на которые опирается ротор 1,Недостаток известного устройства - 2 Оналичие дополнительной рамы, что делает в целом конструкцию громоздкой,кроме того, в зимних .условиях глинистый раствор, а также вода, используемая в процессе спуско-подъемных опе- рраций, попадая между ротором, подроторной рамой и основанием буровойустановки замерзает, следовательно,практически полностью исключается пе"редача усилия от крутящего момента накомпрессионные ячейки, т.е. работоспособность известного устройстваиз-за смерзания подроторной рамы ипотерей ею подвижности чрезвычайнонизкая при обледенении оборудования.Наиболее близким к изобретение пс З 5технической сущности и достигаемомурезультату является устройство дляизмерения крутящего момента пологовала, состоящее из торсиона, сочлененного через разъемное шлицевое со-единение с концом полого вала, втулки, подшипников, звездочки, Фланцев,зубчатых венцов и бесконтактных датчиков импульсов.Крутящий момент, воспринимаемыйторсионом штангой, поворачивает ко:нец торсиона совместно с элеиентомпривода и вызывает пропорциональноерассогласование между зубьями венцовпо величине которого судят о крутя",:50щем.моменте 2.Однако практические испытания торсионного устройства вскрыли недоста" ,точную надежность работы на буровойустановке из-з его ограниченного за".упаса прочности. Привод ротора со зна"чительным запасом мощности и бурильный инструмент с большим приведенныммоментом инерции, работающих при больших моментах сопротивления, создают тяжелые условия работы для торсиона.Торсион совместйо с полым валом ротора буровой установки подвергаетсязначительным знакопеременным нагрузкам как в процессе бурения, так и впереходных режимах в момент пуска иостановки. В таких условиях торсионы,как измерительные элементы, быстротеряют свои упругие свойства, и развивающиеся микротрещины преждевременно выводят моментомер иэ строя.Кроме того, торсионный моментомеримеет большую жесткость, а следова.тельно, малые инФормативные углы за"Ф . ъкручивания, что затрудняет бвсконтакт-ный съем инФормации. Применить торсионс большей чувствительностью за счетувеличения его длины не представляется возможным из-за ограниченных размеров рабочих валов, которые как правилостараются выполнить как можно короче .и компактнее.Кроме указанного при увеличениидлины торсиона происходит потеря егоустойчивости, что приводит к дополнительным изгибающим и растягивающимусилиям, резко ухудшающим его работа"способность. Таким образом, имеетсяпринципиальная трудность изготовленияторсиона необходимой чувствительностии запаса прочности из-за противоречивых требований,Недостатком устройства также является нетехнологичность изготовленияторсиона большого поперечного и линейного размеров со сплошным рабочим те"лом. Неоднородность структуры материала, локальные нарушения в толще металла, сложность термообработки массивного торсиона значительно затрудня;,ют изготовление-тоосиона, апособногодлительно и надежно работать при крутящих моментах более 3000 кГм. Существующие роторы практически невозможнооснастить торсионами, так как дляэтого потребовалсябы дорогостоящий.демонтаж валов роторов и их переделка,Целью изобретению является повы,шение чувствительности, надежности,.работы и уменьшение габаритов моментомера.Поставленная цель достигается тем,что моментомер ротора буровой установки, содержащий ведомый стакан, закрепленйый на валу ротора, зубчатое колесо, ступица которого посредством под"шипников связана с ведомым стаканом,датчики импульсов, связанные черезиндуктивные преобразователи с блокомизмерения, чувствительный элемент,3 10217704снабжен тремя кольцами,. одно из ко- ). может быть осуществлена карданом 24,1ю Иторых ведущее и жестко. связано со сту, который соединяется со ступицеи 7пицей зубчатого колеса, а другое - через крышку 23 посредством консоль-ведомое установлено внутри ведущего ного вала 25кольца и жестко соединено с ведомымИоментомер ротора буровой установ"стаканом, при этом чувствительный . ки работает следующим образом.элемент еыполнен в виде упругих стерж"В процессе работы буровой установротора причем стержни " ки развиваемый крутящий момент на зуброны связаны с третьим коль а ,чатом колесе 6 аналогично при кар"аны с третьим кольцом, а сдругой - одна их часть соединена с данном приводе момент на ступицу 7ведомым кольцом, а другая - с ве передается карданом 2 М через крышции. ку 23 ) передается на егп ступицу 7,.На наружной поверхности ве Омого котораяр поворачиваясь в подшипниости ведомогостакана и внутренней поверхности сту ках, чеРез торцовые шлицы 16 и 1.7 и15пицы между подшипниками установлен ведущее 18, ведомое 19 и общее 22 кольс зазором Относительно Друг Друга кольца нагружает изгибающим моментомкулачки, между которыми встроены амор упругие стержни 20 и 21, которые петизаторы, редают .момент через ведомый стакан 1На Фиг:. 1 показан моментомер ро-и шпонну 4 на вал 2 ротора 3.тора буровой установки, общий вид; 2 О, Под действием изгибающего моментана Фиг. 2 - сечение А-д на Фиг. 1; упругие стержни 20 и 21 синхроннона Фиг. 3 - сечение Б-Б на Фиг 1 изгибаются в пределах своей. упругойИоментомер ротора буровой уста" ДФОРмации, в Результате чего ступиновки содержит ведомый стакан 1, ца 7, а следовательно, связанный скоторый насажен на вал 2 ротора 3 и нею датчик ,2 имп льсов смещаются от"25, 7закреплен посредством шпонки Й и ,носительно датчика 11 импульсов, за- болта 5. На ведомом стакане 1 на крепленного на валу 2 ротора 3;подшипниках смонтировано зубчатоеВ результате смещения датчиков 11колесо 6. На внутренней поверхности .: и 12 импульсов относительно друг друступицы 7 .зубчатого колеса 6 и на на ЗО га пропорционально происходит и сдвигружной поверхности ведомого стака- Фаз импУльсов, индуцируемых в индук"на 1, .соответственно, расположены с . тивных пресЮразователях 13 и 14, ко,зазором относительно друг друга ку- торые поступают в блок 15 измерения,:пачки 8 и 9,.между которыми смонти- , где преобразуЮтся в численное значерованы амортизаторы 10, выполненные 35 ние кРУтящего момента на РотоРе 3.например, из Резины. На валу 2 рото . В результате упругого изгиба стерж.ра 3 жестко закреплен датчик 11. .ней .20 и 21 их концы перемещаются какимпульсов, а на торце ступицы 7 со в плоскости вращения, так и вдоль осистороны .ротора смонтирован дат ., вращения вала 2,чик 12 импульсов. Датчики 11 и 12 им .пульсов выполнены например, в видеОб ее кольцо 22, соединяющее концыстальных звездочек, которые черезсте вней 20 и 21, обеспечивает пере"преобразователи 13 и 14 соединеы с .:дачу момента от ступицы 7 на вал 2 идомый стакан 1 посредством шлицов 16 451ственное свободное) перемещение кон-.и 17 соединены с ведущим и ведомым цов стержне 2ов сте жйей 20 и 21, что исключаеткольцами 18 и 19, которые посредствомвозникновение сил трения, влиящих наупругих стержней 20 21,упругих стержней 0 и 21, например,1стабильность и точность работы.прямоугольного сечения, расположен" :, для-.обеспечения синхронного иных вдоль оаэи вращения вала 2 и па ц,Равного перемещения концов ствржней 20Раллельно друг друга своими противо- и 21 как в плоскости вращения вала,положными концами соединены с общим так и вдоль его оси, стержни 20 и 21кольцом 22. Элементы 18-22 закрытывыполнены с идентичными упругими ха- .рактеристиками, что исключает появле.В слУчае необходимости, когда, 55 ние дополнительных и нежелательныхнапример, буровая установка оснаще- растягивающих и сжимающих усилий,на индивидуальным приводом ротора,,обеспечивая работу стержней 20 и 21передача вращения на вал 2 ротора 3 на изгиб.5 10217В настоящее время отсутствуют моментомеры и в основном из"за неудачного выбора упругого элемента, по деформации которого судят о величине крутящего момента, оценку действующего момента осуществляют на "глазок" по интуиции, по загрузке бурового двигателя.Отсутствие достоверной информации о моменте часто приводит к полом. 1 О ке бурового инструмента, что состав" ляет 303 от общего числа аварий. Кроме того, из-за боязни передержки долота на забое ( что чревато потерей его шарошек),долота как правило на 15-25/ не отрабатывают своего ресурса, что увеличивает на 10-203 расход долот на одну скважину. Более того, это вызывает значительное увеличение утомительных и малопроизводительных спуско-подъемных операций, что при 70 6больших глубинах увеличивает продолжительность бурения. Наличие моментомера позволит своевременно обнару-.живать предаварийные ситуации, связанные с осложнениями ствола скважины, предотвратить поломки инструмента и полнее отрабатывать долота,и, следовательно, сократить числоспуско-подъемных операций и энерго-;затраты, связанные с ними,Экономический эффект от внед"рения предлагаемого изобретения в составе автоматизированной системы бурения может быть получен за счет оперативного определения полной отработки элементов долота и предупреждения их поломок, что дает экономию долот, снижает количество спуско-подъемных операций, увеличивает рейсовую скорость проходки.юг,У ель Г. Ал .Далекоре е тт етФ ексее и Код Ци П м о а ета рытий . наб. л ул. Про 4/5е е е т етная, Ч т ) РедакторЗаказ 399 11 т е тт ее Фили1021770Составит цика Техреду вТираж о ИИПИ- Государстпо делай изобИосква ЫЙа а ППП "Патент",3енногоетенийРаусг. Ужг ектор А. ИльисноеСССР