Роторный моментомер

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 191 (11 0 Е 21 В 45 00 ОСУДПО ДЕЛ ЕТ ТВУ рабочая дл стержня; расстояние ты до оси крутящий м .стержней о кости;- жесткость ней; на упругог от оси птержняументинаковой У пар ест 1-й пары стерж ь - чисней при этом оп а одинаковой диаметрально тельно оси и наименьшей ж в ведомой по а подвижный в якорь преобра размещен на ведомой пол ки связан с той. о пар упругих ст оры разм жесткос противо олумуфт, есткости лумуфте щены в пазах,и стержниоложно относипара стержнейустановленаеподвижно,а- ффффф ТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ СПИ САНИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТ(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт разработки и эксплуатации нефтепромысловых труб(54)(57) 1, РОТОРНЫИ МОМЕНТОМЕР, содержащий ведущую и ведомую полумуфтысвязанные через шарнирные опоры супругими стержнями различной и одинаковой жесткости, преобразовательперемещения в электрический сигнал,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения чувствительностии расширения диапазона измерения впределах упругой деформации стержней, в ведомой полумуфте.выполненыограничительные пазы конусной формы,угол Ч, .уклона конуса которых выбирается из соотношения,г П еЧ.:агс Фс.,осевом направленииователя перемещениявнешней поверхностимуфты и кинематичесведущей полумуф 2,Моментомер по п.1, о т л и ч ю щ. и й с я тем, что якорь преоб эователя перемещения выполнен в в де подпружиненного цилиндра с рас положенными на нем профильным кулачком и ферромагнитным диском и связан с ведущей полумуфтой с пом щью закрепленных на ней роликов.40 60-й пары стерж" Изобретение относится к глубокому бурению, а именно к устройствамдля контроля и регулирования различных параметрон бурения, и предназначено для измерения крутящего момента, развиваемого ротором буровой 5установки при проводке глубоких скважин.Известны роторные моментомеры,содержащие первичный преобразова-.тель усилия в осевое перемещение и 10вторичный (гидравлический) преобразователь перемещения в выходной.сигнал 1)Эти устройства характеризуютсяневысокой точностью измерения мо. мента, недостаточной надежностьюв работе, большим гистерезисом приреверсном вращении.Наиболее близким к. предлагаемомупо технической сущности является 20роторный моментомер, содержащийведущую и недомую муфты, связанныечерез шарнирные опоры с упругимистержнями различной и одинаковойжесткости, вторичный преобразователь усилия н электрический сигнал 23,Недостатками этого устройстваявляются невысокая чувствительность,ограниченный диапазон измерениякрутящего момента, обусловленныйпостоянной жесткостью стержней и30использованием тензодатчиков настержнях в качестве вторичных преобразователей, требующих наличияконтактных токосъемников с присущими им недостатками, снижающими точность измерения.Цель Изобретения - увеличениечувствительности и расширение диапазона измерения в пределах упругойдеформации стержней,Поставленная цель достигаетсятем, что в роторном моментомере,содержащем ведущую и ведомую полумуфты, связанные через шарнирныеопоры с упругими стержнями и одинаковой жесткости, преобразовательперемещения в электрический сигнал,в ведомой полумуфте выполнены огра"ничительные пазы конусной формы,угол У, уклона конуса которых выбирается из соотношения502Ме с: -Ч.: сгс 1 - .где е - рабочая длина упругогостержня;55расстояние от оси полумуфты до оси стержня;М, - крутящий момент -й парыстержней одинаковой жест"кости;жесткостьней;- 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 полу- муфтой с помощью закрепленных на ней роликов.На фиг. 1 схематически представлен предлагаемый роторный моментомер, Общий вид; на фиг, 2 - разрез А-А 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 - н 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 н 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 н 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 относительнополумуфты 2только 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 полу- муфта 2 свободно посажена на подшипниках на втулку ведущей полумуфты 1 и жестко связана с валом 19 ротора буровой установки. Количество парстержней 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 полу- муфте 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 моментомерработает 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 1 Естержней 3 наименьшей жесткости, неподвижная относительно полумуфты 2.Угол поворота шарнира первой пары Ч : О, Изгиб стержней происходит до определенной, заранее выбранной величины крутящего момента. При этом шарнирные опоры, несущие последующую пару Й - Й стержней 3, поворачиваются до упора в стенку паза б без нагрузки на угол2 М9:агс 1ьа СПри 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. Припередаче крутящего момента вследствие изгиба стержней 3 возникает уг ловое перемещение полумуфты 2 относительно полумуфты 1, ролики 17,воздействуя на профильные кулачки 14,вызывают осевое перемещение подпружиненного якоря 8 электромагнитногопреобразователя 9. Ферромагнитныйдиск 13, перемещаясь вместе с якорем 8, изменяет воздушный зазор вэлектромагнитной системе 10 преобразователя 9. Таким образом, крутящиймомент, передаваемый с вала 18 на 20 вал 19 ротора буровой установки,преобразуется с помощью упругихстержней 3 в угловое перемещение полумуфт 1 и 2, которое, в свою очередь, с помощью роликов 17 и кулач ков 14 преобразуется в осевое перемещение якоря 8 и затем с помощьюэлектромагнитной системы 10 в выходной сигнал, пропорциональный измеряемому моменту.Использование электромагнитногопреобразователя перемещения в электрический сигнал позволяет осуществить бесконтактный съем сигнала свращающихся полумуфт моментомера,что повышает точность и стабильностьизмерения и повышает надежность передачи сигнала к измерительным приборам, Кроме того, предлагаемый. моментомер может использоваться в .роторных установках как с цепным, так и скарданным приводом, а благодаря более высокой точности и чувствительности возможно более точно определятьмоменты 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 Составитель И.КарбачинскаяТсхред Ж. Кастелевич Корректор А.Тяско едактор Л,Алексе Заказ 5563/25 лиал ППП Патент, г,ужгород, ул.Проектная Тираж 565 ВНИИПИ Государстве па делам иэобрете 130; 5, Москва, ЖПодписноеого комитета СССРи и открытийРаушская наб д,4/5