СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
TEST BENCH FOR HYDRAULIC BOTTOMHOLE MOTORS

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано для обкатки и испытаний гидравлических забойных двигателей.
Известен стенд для обкатки и испытаний ГЗД гидравлических забойных двигателей (патент РФ №2229581), содержащий установочную базу с зажимными приспособлениями для закрепления корпуса ГЗД, емкость для приема энергетической жидкости и связанный с ней насос для подачи жидкости в ГЗД, тормозное устройство в виде электромагнитного порошкового тормоза, имеющего величину нагрузочного момента, равную 2500 Нм, и дополнительного электромагнитного порошкового тормоза, обеспечивающего в совокупности с основным электромагнитным порошковым тормозом повышение величины максимально нагрузочного момента до 5000 Нм и проведение испытаний ГЗД диаметром от 85 до 240 мм.
Известный стенд обеспечивает прямую активную систему измерения крутящего момента ГЗД, но имеет низкую величину максимального тормозного момента, не превышающую 5000 Нм.
Другим недостатком известного стенда является недостаточная точность измерения крутящего момента в результате высокой величины погрешности измерений, возникающей из-за остаточной намагниченности электромагнитных порошковых тормозов.
Кроме того, для испытания гидравлических забойных двигателей диаметром менее 85 мм приходится производить переналадку известного стенда под испытываемый габарит, отключать дополнительный порошковый тормоз, из-за чего снижается производительность работы стенда.
Известен стенд для испытаний гидравлических забойных двигателей (патент РФ №2325556), содержащий основание с устройствами для закрепления корпуса двигателя, емкость для рабочей жидкости, насос для подачи рабочей жидкости, электромагнитные порошковые тормоза, соединенные с валом двигателя система измерения параметров забойных двигателей, включающая датчик крутящего момента, мультипликатор, установленный перед тормозными механизмами.
Известный стенд имеет возможность испытания всех типоразмеров гидравлических забойных двигателей с максимальным тормозным крутящим моментом до 15000 Нм.
Недостатком известного стенда является недостаточная величина тормозного момента, большая погрешность измерений из-за использования двух электромагнитных порошковых тормозов, обладающих остаточной намагниченностью при нулевом значении намагничивающего тока, и высокая стоимость конструкции.
Известен стенд для обкатки и испытаний гидравлических забойных двигателей (патент РФ №2234691), наиболее близкий по технической сущности к заявляемому и принятый в качестве прототипа, содержащий установочную базу, зажимные приспособления для закрепления ГЗД, емкость для сбора энергетической жидкости, насос, датчики оборотов двигателя и тормозного момента, давления, электропорошковый тормоз, тормозное дисковое устройство, расположенное на установочной базе на одной оси со стендом с возможностью перемещения от этой оси в сторону, включающее планшайбу, два тормозных суппорта с цилиндрами, тормозной диск.
Недостатки прототипа заключаются в узком диапазоне испытываемых габаритов гидравлических забойных двигателей, недостаточной точности и производительности испытаний ГЗД.
Применяемое в известном стенде дисковое тормозное устройство является вспомогательным, так как обладает малой мощностью и применяется в случае испытания малогабариных ГЗД диаметром до 48 мм. Электромагнитный порошковый тормоз при этом отключается.
Другим недостатком прототипа является неравномерная работа суппортов дискового тормозного устройства, вызывающая биение тормозного диска, что приводит к прерывистому торможению ГЗД. При прерывистом торможении характеристики, в частности крутящий тормозной момент, снимаются с большим разбросом, что приводит к снижению точности измерений малогабаритных ГЗД.
При испытании на стенде-прототипе ГЗД больших типоразмеров используется электромагнитный порошковый тормоз. Снижение точности при измерении характеристик ГЗД больших типоразмеров происходит в результате остаточной намагниченности, которой обладает электромагнитный порошковый тормоз. Величина погрешности при этом достигает 10%.
Кроме того, тормозной крутящий момент передается с вала на датчик крутящего момента посредством рычага, расположенного на планшайбе, что также дает погрешность в измерениях за счет деформации рычага.
В стенде-прототипе для испытания малогабаритных двигателей электромагнитный порошковый тормоз отключается. Следовательно, для испытания гидравлических забойных двигателей различных типоразмеров требуется специальная переналадка стенда под испытываемый габарит, что снижает производительность испытаний.
Задачей предлагаемого изобретения является создание универсального стенда для испытаний ГЗД широкого диапазона типоразмеров ГЗД, повышение максимального тормозного крутящего момента без переналадки стенда, повышение точности и производительности измерений.
Технический результат достигается тем, что предлагаемая конструкция стенда приводит к увеличению поверхности трения тормозного устройства, снижению давления в гидросистеме, которое позволяет при малом давлении достичь большого тормозного момента; а также приводит к охлаждению поверхности тормозного диска при торможении, торможению ГЗД до полной остановки при проведении испытаний, плавному повышению тормозного усилия, снижению вибраций при испытании ГЗД и возможности представления информации на любом носителе.
Поставленная задача решается тем, что в стенде для испытаний ГЗД, содержащем основание, зажимные устройства для закрепления ГЗД, насос, приемно-расходную емкость, тормозное дисковое устройство с гидравлическим зажимом и гидравлическим приводом, датчик тормозного момента, управляющее устройство, раму, тормозные суппорты с цилиндрами, силовой вал с жестко закрепленным тормозным диском и жестко соединенный с выходным валом ГЗД, согласно изобретению тормозное дисковое устройство включает опору, не менее двух тормозных дисков, объединенных в блок, расположенный внутри опоры на силовом валу, столько же пар суппортов с гидроцилиндрами, жестко соединенных между собой в каждой паре и охватывающих каждый диск в блоке, рама выполнена подвижной и кинематически связанной с тормозными суппортами, при этом датчик тормозного момента установлен на опоре напротив подвижной рамы, основание выполнено в виде приемно-расходной емкости. Кроме того, зажимные устройства для закрепления ГЗД выполнены самоцентрирующимися. Кроме того, тормозное дисковое устройство снабжено принудительным воздушным охлаждением.
В предлагаемой конструкции испытательного стенда использование дискового тормозного устройства, содержащего не менее двух тормозных дисков и столько же пар суппортов, жестко скрепленных между собой в каждой паре и объединенных в единый блок, увеличивает поверхность трения тормозного устройства по сравнению с прототипом. Предлагаемая конструкция стенда позволяет развивать максимальную величину крутящего тормозного момента до 25000 Нм, что превышает максимальную величину крутящего тормозного момента при использовании электромагнитного порошкового тормоза. Следовательно, на предлагаемом стенде, используя только дисковое тормозное устройство, можно испытывать ГЗД не только малых габаритов, как в прототипе, но и больших, т.е. весь диапазон типоразмеров ГЗД без переналадки стенда под испытываемый габарит.
В прототипе основным тормозным устройством является электромагнитный порошковый тормоз для испытания ГЗД больших габаритов. Для испытания двигателей с малыми габаритами установлено дополнительное дисковое тормозное устройство. Переключение с одного тормозного устройства на другое во время проведения испытаний ГЗД на стенде приводит к снижению производительности работ. В предлагаемом стенде приводит к снижению производительности работ. В предлагаемом изобретении дисковое тормозное устройство является основным и обеспечивает испытания всего диапазона востребованных типоразмеров ГЗД.
Использование тормозного дискового устройства позволяет снизить погрешность измерения тормозного крутящего момента из-за отсутствия остаточной намагниченности до 0,5%.
Стенд, включающий предлагаемую совокупность признаков, снабженный дисковым тормозным устройством с большой площадью торможения может при проведении испытаний развить тормозной крутящий момент, достаточный, чтобы затормозить ГЗД до полной остановки, благодаря чему при измерении получают истинную величину тормозного крутящего момента. В прототипе для определения величины тормозного крутящего момента ГЗД после достижения максимально возможного для используемого тормозного устройства тормозного момента, но не достаточного для остановки двигателя, проводится дальнейший теоретический расчет.
3
В предлагаемом устройстве используется прямое активное измерение тормозного крутящего момента, как в прототипе. Но в прототипе для передачи крутящего момента на датчик используется рычаг, подвергающийся деформации, что повышает погрешность измерения тормозного крутящего момента. В предлагаемом изобретении датчик установлен на опоре напротив подвижной рамы. Такое расположение датчика повышает точность измерения крутящего тормозного момента. Основание стенда выполнено в виде приемно-расходной емкости. Это позволяет устанавливать стенд без специального фундамента. За счет большого объема энергетической жидкости (25-30 м) увеличивается масса основания стенда, что снижает возникающие вибрации при испытании ГЗД на стенде и позволяет не применять специальный фундамент. Применение самоцентрирующихся зажимов повышает производительность работ на стенде. Использование принудительного воздушного охлаждения позволяет сохранять рабочую температуру поверхности дисков, что обеспечивает эффективное торможение. Таким образом, использование всей совокупности признаков предлагаемого изобретения позволяет проводить испытания ГЗД всех типоразмеров без перестройки стенда под испытываемый габарит с высокой точностью и производительностью, позволяет устанавливать стенд для испытаний ГЗД в любом производственном помещении без подготовки специального фундамента.
На фиг.1 изображен стенд для обкатки и испытаний гидравлических забойных двигателей. На фиг.2 изображено тормозное дисковое устройство, вид сбоку. На фиг.3 представлено тормозное дисковое устройство, вид спереди.
Стенд для обкатки и испытаний гидравлических забойных двигателей содержит основание 1, выполненное в виде приемно-расходной емкости объемом 25-30 м, насос 2, зажимные устройства 3, выполненные самоцентрирующимися, тормозное дисковое устройства 4, гидростанцию 5, выполняющую функцию гидравлического привода тормозного дискового устройства 4, управляющее устройство, например компьютер с программным обеспечением (не показано). Тормозное дисковое устройство 4 может быть снабжено принудительным воздушным охлаждением. Тормозное дисковое устройство 4 включает опору 6, которая крепится на основании 1 испытательного стенда, силовой вал 7, установленные на силовом валу 7 объединенные в блок два тормозных диска 8 и гидравлический зажим, включающий две пары суппортов 9 с восемью гидравлическими цилиндрами 10, охватывающих попарно каждый из тормозных дисков 8 в блоке. Суппорты 9 в каждой паре жестко соединены между собой. При этом каждая пара суппортов 9 кинематически связана с подвижной рамой 11, установленной на опоре 6. На опоре 6 напротив подвижной рамы 11 установлен датчик тормозного момента 12, связанный с управляющим устройством.
В прототипе тормозное дисковое устройство используется как дополнительное для испытания ГЗД с малыми габаритами, так как развивает невысокий тормозной крутящий момент из-за небольшой поверхности торможения. Для испытания двигателей с большими типоразмерами используется электромагнитный порошковый тормоз, который в свою очередь неприменим для испытания двигателей малых габаритов из-за остаточной намагниченности, приводящей к недопустимо большой погрешности измерений. Поэтому для испытания двигателей различных типоразмеров необходима переналадка стенда под испытываемый габарит.
В предлагаемом изобретении тормозное дисковое устройство является, в отличие от прототипа, основным для измерения тормозного крутящего момента и позволяет проводить испытания практически всего востребованного диапазона типоразмеров гидравлических забойных двигателей.
Стенд для испытаний ГЗД работает следующим образом.
К силовому валу 7 тормозного дискового устройства 4 с помощью шлицевого соединения присоединяют испытываемый ГЗД, который приводится во вращение от подаваемой насосом энергетической жидкости. Жесткое соединение ГЗД с силовым валом 7 тормозного дискового устройства 4 обусловливает вращение тормозных дисков 8, закрепленных на силовом валу 7, с той же скоростью и с тем же крутящим моментом, что и испытываемый ГЗД на стенде. С помощью гидростанции 5 в гидравлическом зажиме, включающем два сдвоенных суппорта 9 с восемью гидроцилиндрами 10, плавно повышается давление, происходит воздействие гидроцилиндров 10 на каждый из тормозных дисков 8 в блоке, и на тормозных дисках 8 возникает тормозной момент. Плавная подача давления от гидростанции 5 на гидроцилиндры 10 суппортов 9 гидравлического зажима приводит к плавному повышению тормозного усилия, что обеспечивает высокую точность измерения тормозного момента. Повышение тормозного усилия рывками приводит к большому разбросу измерений.
Крутящий тормозной момент через подвижную раму 11 передается на датчик тормозного момента 12 через упор на подвижной раме. Чем больше давление в гидравлическом зажиме, тем больший тормозной момент возникает на тормозных дисках 8 блока, тем больше значение на датчике тормозного момента 12, а соответственно линейно увеличивается значение электрического сигнала на выходе датчика тормозного момента 12. Давление в гидравлическом зажиме создается до полной остановки блока тормозных дисков 8, а вместе с ним и ГЗД. Увеличенное по сравнению с прототипом количество гидроцилиндров 10 в гидравлическом зажиме приводит к снижению давления в гидросистеме, что позволяет при малом давлении достичь большого тормозного момента. Принудительное охлаждение не позволяет разогреваться тормозным поверхностям дисков 8 и суппортов 9, что не снижает коэффициент трения и создает эффективное торможение. Полученные значения с датчика крутящего тормозного момента 12 передаются в управляющее устройство, включающее компьютер, и могут быть представлены на любом носителе информации, например в виде распечатки.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет проводить испытания широкого диапазона типоразмеров гидравлических забойных двигателей без переналадки испытательного стенда с высокой точностью и производительностью. Кроме того, стенд для обкатки и испытания ГЗД экономически выгоден, менее энергоемок и обладает высокой мобильностью.