Роторный моментомер

и 812911 Союз Советски нСоциалмсткческинРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл. с присоединением заявки РЙ Е 21 В 45/00 йкуддретвеннмб кемнтет СССР в делам нзебретеннй и еткрытнй(23) П ри орнтет Опубликовано 15.03,81, Бюллетень РВ 10Дата оублнкования описания 20.03.81(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-иссл и эксплуатации неф вательский институромысловых труб 7 витель) РОТОРНЫЙ МОМЕНТОМЕ Зв общий являются и невозм ровании. фиге обра Изобретение отнс"ится к приборам ко троля параметров бурения скважин, а именно к устройствам для измерения вращающего момента на роторе буровой установки.Известно устройство для измерения ьомента на буровой штанге, содержащее месдозы, механически связанные с ротором и гидравлически связанные с указателями момента 3.3. 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 1,2.Недостатками известных устройствневысокая точность измеренияожность контроля при реверсиЦель изобретения - повышение точностиизмерения и проведение измерений приреверсировании установок с карданнымприводом,Указанная цель достигается тем, что1е первичный преобразователь моментомеравыполнен в виде размещенного в ступицена валу ротора преобразователя усилий,связанного со вторичной аппаратурой,при этом первичный преобразователь вые полнен в виде . ведущего, ведомого иопорного дисков, ведущий диск соединенс ведомым Т-образными рычагами, имею, щими по две радиально установленныена дисках оси, а опорный диск имеетнезависимую свободу осевого перемещения,соединен через свободные плечи рычаговс ведомым диском и связан через упорныйподшипник с преобразователем усилий.На фю. 1 изображен моментомер,видф на фиг. 2 - то же, разрез,на фиг. 3 - передача усилий отприводного устройства к валу ротора; на4 схема действия усилий на пре 3 81Ротърний моментомер имеет вал 1роторе, и котором размещены тридике: вдушпй диск 2, свободно сидящий на валу 1 и оединенный с приводныммеханизмом (в частности с карданным .сочл циам), ведомый диск 3 и опорныйдиск 4, соединенные с валом шпонкой5. Диски 2 и 3 соединены рычагами 6,оси 7 и 8 которых радиально укрепленына соогветствующих дисках, Рычагиимеют Т-образную форму и на концахих поперечных плеч смонтированы подшипники 9, Диск 4 связан с упорнымподшипником 10, с противоположнойстороны которого в него, упирается преобразователь 11 усилий. В частномслучае это могут быть гидравлическиеэлементы, которые соединены с указателем 12.Первичный преобразователь закрыткожухом 13, нижняя часть которого образует картер 14, заполненный маслом. Споверхностью масла соприкасаются зубья15, нарезанные на одном из дисков,например диске 4. Кожух и преобразователи крепятся к неподвижному корпусуротора 16,Работает моментомер следующим образом,Усилие от приводного механизма передается ведущему диску 2 и от негочерез оси 7 и 8 на плечо рычага 6 кведомому диску 3. Кроме того, черезодно из поперечных плеч (в зависимостиот направления вращения) укрепленнымна нем подшипником рычаг взаимодействует с диском 4, осевое усилие скоторого действует на преобразователь11. В частном случае под действиемусилия от вращающего момента перемешаются диски 3 и 4, а также происходит поворот рычага вокруг оси 8 нанекоторый угол Ы (см. фиг. 2 и 3),Все детали, расположенные влево отупорного подшипника, вращаются вме- -сте с валом ротора, а преобразователь11 усилий закреплен неподвижно накорпусе ротора.При реверсировании работа моментомера происходит аналогично с тойлишьазницей, что опорный диск 4взаимодейсгвует с противоположным пле-чом рычага.Сигнал от преобразователя .усилийиндицируется указателем 12.На схеме передачи усилий от ведущегодиска 2 к ведомому 3, изображеннойна фиг. 3, диски соединены:плечом рычага а, на одиом коще которого действует 2911 а. усилие Я от приводного двигателя. Еслик 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 вращенйевала ротора, а пара сил Я и Р образует момент, . поворачивающий плечо%рычага.10 Поскольку ведущий и ведомый дискиимеют свободу относительного перемещения, нод действием момента а Р,произойдет поворот рычага на уголиз положения а в положение а . При/15 этом сила Р разложится на две составляющие Р и Р . Р - это сила, вызы 2 1вающая вращение рычага, ей соответствует реакция на ведомом диске Р,Сила Р действует вдоль плеча и, скла20 дываясь с Р, дает в сумме силу, вызывающую вращение ведомого диска, связанного с валом ротора, Огсюда силаР равна Р,Таким образом, передаваемый момент2% н зависит от угла поворотаВзаимодействие рычага с опорнымдиском 4 (см. фиг. 4) происходит следующим образом.При действии на плечо рычага силы РЗО другое плечо действует на опорный дискс силой Р, перпендикулярной плечу рычага. Поскольку опорный диск имеетсвободу Перемещения только в осевомнаправлении, в нем возникают толькоосевые реакции, уравновешивающие составляющую Р направленную вдоль оси вала.Другая составляющая силы Р действуетвдоль плеча рычага. Это сила Р .При равенстве . плеч имеет место4 р соотношение Р Ри Р Р, так какпрямоугольные треугольники сил равнымежду собой. (углы Аи сравны, какуглы с взаимно перпендикулярными сторонами. а равенство Р =Р вытекает1 1из равенства. нлеч).Если плечи рыча 3 а не равны, то треугольники подобны, и усилие, действующее на преобразователь, равноР - МР, (1)0где К - соотношение плеч.Как Видно Йз фиг. 4 равенство (1)сохраияетая при любом повороте рычага,который происходит до тех пор, покареакция преобразователей не уравновеситсйлу РДругое усилие выполнения равенства.Если угол между ними отличается отпрямого на У, тотреугольники сил не раравны, так как сС=+ У. При том возникает погрешность измерения, относительная величина которой равна О- ", (т 1 с -сх где У и Р - основные усилия до ипосле поворота рычагов.При отсутствии поворота сила Р р. равнасобЧПосле поворота Рычагов из-за переме-. щения преобразователей под действиемосевой силыРсРВ оР - 1.у. - Представив эти зависимости в фор (2 с учетом того, что при малых ах 4 ЫЫ ФО, получаемд":сЫ.ЬЦ, (ЗОтсюда следует, что минимальная методическая погрешность дф-"аФпри ф Ф Фр что соответствует углу между плечамий" рычага, равному 90 .Анализируя другие источники, погрешностей, следует отметить наличйе гистереэиса, вызываемого силами трении в осях рычагов, от перемещения опорного диска вдоль шпонки, от трения в подшип никах качения. Силы трения можно значительно уменьшить применением.пбдщинников качения и смазкой всех узлов механизма, что достигается применением "масляного тумана", для чего в корпусе имеется картер с маслом, а на опорном риске выполнены зубы для его рассеиваТрение велущего и ведомого див о вал ротора и в его шпонке сниает КГЩ механизма, но не отражаетсна 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, боль 1 пую 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 рычаги г, Иа+М972,США Мю 3.668.926,публик. 1972 (прототип 2. Пате7 3-13 1, Роторный моментомер., содержащийпервичньй преобразователь выполненныйв виде размещенного в ступице на валу2 О Ротора преобразователя усилий, и вторичную аппаратуру, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повышения точностиизмерения и проведения измерений приреверсировании, преобразрватель усилийвыполнен в виде ведущего, ведомого иопорного дисков, при этом ведущий дисксоединен с ведомым диском рычагами,имеющими по две радиально установлен-.ные на дисках оси, а опорный дискимеет независимую свободу осевого перемещения, соединен через свободныеплечи рычагов с ведомым диском и связан через упорный подшипник с преобраэователем усилий.2, Моментомер по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, чтовыполнены Т-образными.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеО 1 тго-.тогсое Зпа 1 ийо РесхегСощропю, ВнИесЬ. Р-ия,1, ул. Проектная;. 4,ф 715/35 Тир ВНИИПИ Госуд по делам 113035, Мосюк 627 Подларственйого комитета СССРизобретений и открытийква, Ж-З 5, Раушская наб., д. 4/5