Измеритель крутящего момента ротора буровой установки

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, в частности для измерения технических характеристик бурильных установках вращательного действия, а именно в буровых установках с дизельным приводом, имеющих карданную передачу в приводе ротора.
Известен датчик момента ротора (Руководство по эксплуатации, инструкция по монтажу, паспорт 1336.404159.002РЭ), включающий ротор в виде упругого измерительного вала с фланцами и статор. На измерительном участке ротора размещен тензомост и электрический модуль, а также катушка для приема энергии и передачи данных. Разность моментов на ведущем и ведомом фланцах ротора определяет деформацию вала, которая воспринимается тензомостом и преобразуется в цифровой код.
Недостатком известного датчика является сложность его установки из-за необходимости расположения датчика в разрыве силового вала, т.к. если периоды включенного состояния больше выключенного, статор находится ближе оптимального расстояния, а если периоды включенного состояния меньше выключенного, статор находится дальше оптимального расстояния. При выходе из строя датчика, требуется установка специальной «проставки» в разрыве вала с целью продолжения работы буровой установки. Замена датчика связана с большим объемом работы по установке и наладке датчика. В условиях буровых работ калибровка датчика практически не возможна.
Прототипом полезной модели является измеритель крутящего момента ротора буровой установки (RU 126828, Кл. G01L3/14, 2013), содержащий корпус с крышками, гидравлический преобразователь крутящего момента с блоком цилиндров и измерительный прибор. Одна крышка корпуса выполнена неподвижной и с возможностью взаимодействия с блоком цилиндров посредством подпружиненного кольца. Полости цилиндров гидравлически связаны с измерительным прибором каналами, выполненными в неподвижной крышке.
Данная конструкция является сложной при изготовлении и для эксплуатации. Кроме того, для калибровки оборудования требуется специальный стенд, что достаточно сложно осуществить непосредственно на месте эксплуатации, на буровой установке.
Проблемой полезной модели является разработка измерителя крутящего момента для его использования в буровых установках с дизельным приводом, имеющих карданную передачу в приводе ротора с возможностью осуществления градуировки прибора непосредственно на буровой установке по показанию эталонного устройства.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции и ее эксплуатации.
Указанная проблема и технический результат достигаются тем, что измеритель крутящего момента ротора буровой установки включает корпус, цилиндр с поршнем, гидравлически связанный с измерительным прибором. Согласно полезной модели цилиндр, заполненный жидкостью, в котором расположен поршень с возвратной пружиной, установлен в корпусе вертикально, в теле корпуса образован канал, сообщающийся с внутренней полостью цилиндра и датчиком давления, расположенным перпендикулярно продольной оси канала, а над поршнем установлен упор для контакта с нажимным винтом редуктора привода карданного вала буровой установки.
Датчик давления выполнен в виде первичного преобразователя величины давления в аналоговый электрический сигнал, связанный с платой МСДН-241, для осуществления преобразования аналогового сигнала в цифровой и обеспечения питания тензопреобразователя.
Упор, установленный над поршнем цилиндра, выполнен грибковым.
Цилиндр заполнен маслом ИПМ – 10.
Канал снизу закрыт пробкой.
Устройство выполнено во взрывозащищенном исполнении.
Установка цилиндра с жидкостью в корпусе вертикально обеспечивает перпендикулярное направление усилия к плечу прикладываемой силы, отвечающее точность измерения.
Наличие канала, сообщающегося с одной стороны с цилиндром, а с другой стороны с датчиком давления обеспечивает прямое измерение усилия передаваемого датчику давления без дополнительных промежуточных элементов, что одновременно положительно влияет на точность измерения.
Выполнение упора грибковой формы, обеспечивает тангенциальную передачу усилия и позволяет производить установку датчика непосредственно под опорой редуктора карданного привода.
Канал закрыт снизу пробкой для технологического обслуживания устройства.
Конструкционно устройство простое, без дополнительных соединительных элементов, что значительно упрощает его изготовление, и повышает достоверность измеряемых параметров крутящего момента.
Полезная модель поясняется следующими чертежами, где на фиг. 1 – представлен измеритель крутящего момента ротора буровой установки в разрезе; на фиг. 2 – его схема установки.
Измеритель крутящего момента ротора буровой установки выполнен во взрывозащищенном исполнении, является полностью искробезопасным изделием. Искробезопасность внутренних цепей достигается соблюдением искробезопасных зазоров и путей утечки между токопроводящими элементами. Электрическая схема измерителя не содержит элементов, способных накопить энергию, достаточную для воспламенения взрывоопасных смесей. Измеритель включает корпус 1, в котором вертикально установлен цилиндр 2, заполненный маслом ИПМ-10. В цилиндре 2 установлен поршень 3, под которым расположена возвратная пружина 4. В корпусе 1 образован измерительный канал 5, сообщающийся с внутренней полостью цилиндра 2. В нижней части канал 5 закрыт пробкой 6.  Измерительный канал 5 связан с датчиком 7 давления в виде первичного преобразователя величины давления в аналоговый электрический сигнал, связанный с платой МСДН-241 (на фиг. не показано) установленной внутри датчика давления 7, для осуществления преобразования аналогового сигнала в цифровой и обеспечения питания тензопреобразователя датчика 7.
Датчик 7 расположен перпендикулярно продольной оси измерительного канала 5. Над поршнем 3 установлен грибковый упор 8 для контакта с нажимным винтом 9 редуктора 10 привода 11 карданного вала буровой установки.
Измеритель крутящего момента ротора буровой установки работает следующим образом.
Измеритель крутящего момента ротора используется в буровых установках с дизельным приводом, имеющих карданную передачу в приводе ротора. Измеритель устанавливают на станине 12 редуктора 10 привода 11 кардана, под нажимным винтом 9. При изменении крутящего момента силы на роторе изменяется усилие, действующее на поршень 3 через нажимной винт 9 редуктора 10. Изменение давления в цилиндре 2 регистрируется первичным преобразователем датчика 7 давления. Давление внутри цилиндра 2 изменяется пропорционально изменению крутящего момента на бурильной колонне. Датчик 7 является первичным преобразователем величины давления в аналоговый электрический сигнал. Этот электрический сигнал поступает на плату МСДН-241, которая осуществляет преобразование аналогового сигнала в цифровой и обеспечивает питание тензопреобразователя (на фиг. не показано), установленного в датчике 7.
Перед измерением крутящего момента предварительно осуществляют градуировку, которая проводится непосредственно на буровой установке по показаниям эталонного устройства, применяемого для измерения момента на роторе. Градуировку датчика 7 производят с использованием драйвера «GeoScape». Для начала проводят монтаж измерителя крутящего момента под нажимным винтом 9 опоры редуктора 10 карданного привода 11 и подключают к системе регистрации выходного сигнала (на фиг. не показано). При нулевых показаниях эталонного устройства устанавливают с помощью драйвера «GeoScape» для начальной точки градуировочного графика значение 0 тс. Задают по показаниям эталонного устройства момент на роторе, равный максимально измеряемому моменту. С помощью драйвера «GeoScape» для второй точки градуировочного графика вводят в поле «Значение» величину текущего момента на роторе, измеренную эталонным устройством. В случае если величина максимального измеряемого момента близка к максимальному допустимому моменту на роторе, определенным производителем бурового оборудования, допускают вторую градуировочную точку, которую выбирают ниже верхнего предела диапазона измерений. После чего разгружают систему привода 11 ротора. Такое осуществление градуирования оборудования значительно облегчает процесс измерения и контроля крутящего момента ротора буровой установки, обеспечивая тем самым повышенную надежность работы всего оборудования.
После осуществления градуировки датчика 7 осуществляют измерение крутящего момента ротора буровой установки. Сила момента от нажимного винта 9 передается через грибковый упор 8, поршень 3 на масло, залитое в цилиндр 2, которое поступает в измерительный канал 5, сообщающийся с датчиком 7. Давление жидкости измеряется и датчиком 7 преобразуется в аналоговый электрический сигнал, который в дальнейшем через плату преобразуется в цифровой.
Измеритель крутящего момента ремонтопригодный, его можно при необходимости быстро заменить и привести в рабочее состояние с малыми трудозатратами.
В настоящее время измеритель крутящего момента ротора буровой установки проходит опытную проверку на буровых установках в ОАО «Сургутнефтегаз».