СТЕНД ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к оборудованию для сервисного обслуживания гидравлических забойных двигателей (ГЗД) и предназначено для обкатки и проведения испытаний ГЗД как новых, так и после проведения ремонта.
Известен стенд для обкатки и проведения испытаний ГЗД, включающий установочную базу, зажимные приспособления для закрепления корпуса ГЗД, два тормозных устройства в виде электромагнитных порошковых тормозов, емкость для приема энергетической жидкости, насос (заявка №2003106201, дата приоритета 05.03.03 г., авторы Садырев П.Н. и др.)
Недостатком стенда является невысокий уровень точности результатов испытаний ГЗД, т.к. на этом стенде не модулируется осевая нагрузка на ГЗД и не учитывается ее влияние при определении рабочих характеристик.
Известен стенд для обкатки и проведения испытаний ГЗД, включающий установочную базу, зажимные приспособления для закрепления
корпуса ГЗД, емкость для принятия энергетической жидкости, насос, датчик тормозного момента, тормозное устройство (заявка №2003126783, дата приоритета 01.09.03 г., авторы Назаров А.Н. и др.). Этот аналог является наиболее близким, поэтому взят за прототип заявленного изобретения.
Недостатком прототипа является невысокий уровень точности результатов испытаний вследствие того, что измерение рабочих характеристик ГЗД на стенде происходит за счет создания тормозными устройствами тормозного крутящего момента на валу шпинделя ГЗД без учета осевой нагрузки, которая возникает в естественных условиях работы ГЗД.
При работе ГЗД в естественных условиях наряду с радиальными нагрузками возникают осевые нагрузки от давления рабочей жидкости, веса ГЗД, долота и обсадных труб, причем именно осевые нагрузки являются основными нагрузками, действующими на осевые опоры шпинделя ГЗД (В.А.Добкин и др. «Обслуживание и ремонт гидравлических забойных двигателей» г.Москва, Недра, 1983 г. стр.23).
Для восприятия радиальных и осевых нагрузок в шпиндельной секции ГЗД предусмотрены осевые и радиальные опоры. В качестве осевых опор в зависимости от диаметра ГЗД, скорости его вращения, условий бурения (вида бурового раствора, его плотности и температуры, глубины бурения) используются подшипники скольжения (резино-металлические опоры) или подшипники качения. Допустимая нагрузка на осевые опоры
является расчетной паспортной характеристикой ГЗД и имеет разные значения в зависимости от диаметра и конструктивного исполнения ГЗД. Величина допустимой осевой нагрузки определяется исходя из конструкции двигательной секции ГЗД и осевых опор шпинделя ГЗД.
Величина потерь вращающего момента на трение в осевых опорах значительно выше, чем сумма потерь момента в радиальных опорах и потерь на трение роторов о статоры (В.А.Добкин «Обслуживание и ремонт гидравлических забойных двигателей», Москва, Недра, 1983 г. стр.25). Например, потери вращающего момента на трение в резино-металлических опорах могут достигать существенной величины, более 20%, энергетического ресурса двигателя (В.А.Добкин «Обслуживание и ремонт гидравлических забойных двигателей», Москва, Недра, 1983 г., стр.24, рис.10), что никак не учитывается при получении рабочих характеристик ГЗД на стенде прототипа.
Таким образом, при моделировании работы ГЗД на стенде для получения рабочих характеристик, наиболее точно соответствующих естественным условиям работы ГЗД, необходимо моделировать работу на валу шпинделя ГЗД тормозной крутящий момент и осевую нагрузку, что обеспечит повышение точности снимаемых характеристик работы ГЗД, повышение качества изготовления ГЗД и увеличение ресурса работы ГЗД.
Технической задачей полезной модели является создание стенда, моделирующего работу ГЗД в условиях, приближенных к естественным.
Решение поставленной технической задачи осуществляется за счет известного стенда, содержащего установочную базу, зажимные приспособления для закрепления ГЗД, емкость для сбора энергетической жидкости, насос, датчик, тормозное устройство, снабженное валом, согласно полезной модели тормозное устройство содержит два диска, подвижный и неподвижный, установленные с зазором в пределах от 10 мм до 15 мм с возможностью контакта при осевой нагрузке, подвижный диск, задающий осевую нагрузку, установлен на валу тормозного устройства с возможностью перемещения вдоль вала с помощью не менее двух гидроцилиндров, которые расположены симметрично относительно продольной оси вала, и связан с датчиком через рычаг, а неподвижный диск, получающий осевую нагрузку и передающий при этом крутящий момент на подвижный диск, установлен на валу ГЗД, причем датчик, вал и корпуса гидроцилиндров жестко закреплены на установочной базе.
На фиг.1 изображен стенд для моделирования работы ГЗД - общий вид
На фиг.2 изображено тормозное устройство - вид сбоку
На фиг.3 изображен зазор «S» между подвижным и неподвижным дисками тормозного устройства
На фиг.4 изображено тормозное устройство - вид А
Стенд (фиг.1) включает насос 1, буровой рукав 2, всасывающий трубопровод 3, блок датчиков 4 для контроля производительности насоса и
и давления развиваемого насосом, пульт управления 5 с компьютером и установочную базу 6.
Установочная база 6 (фиг.1) включает зажимные устройства 7, гидроотбойник 8, предотвращающий разбрызгивание энергетической жидкости, раму 9, датчик оборотов 10, датчик момента 11, переводник 12, тормозное устройство 13.
Тормозное устройство 13 состоит из неподвижного диска 14 (фиг.2, 4), установленного на валу шпинделя ГЗД, подвижного диска 15 и вала тормозного устройства 16, расположенного на рамной конструкции 17, которая жестко соединена с рамой стенда 9, двух симметрично расположенных гидроцилиндров 18, имеющих поршни 19, которые взаимодействуют с подвижным диском 15, а корпуса 20 жестко соединены с рамной конструкцией 17. Подвижный диск 15 установлен на валу тормозного устройства 16 с возможностью вращения вокруг оси вала и перемещения вдоль оси вала во время торможения ГЗД. С подвижным диском 15 соединен рычаг 21 таким образом, что при вращении подвижного диска, свободный конец рычага имеет возможность контактирования с датчиком момента 11. Гидроцилиндр 18 через трубки 22 соединен с насосом 23, в котором создается гидравлическое давление, задающее осевую нагрузку на подвижный диск 15.
Моделирование работы ГЗД на стенде происходит следующим образом. В ГЗД устанавливается переводник 12, а на вал шпинделя ГЗД
крепится неподвижный диск 14. Испытуемый ГЗД жестко устанавливается на стенде с помощью зажимных устройств 7, обеспечив при этом гарантированный зазор «S» (фиг.3) в пределах от 10 мм до 15 мм между неподвижным 14 и подвижным 15 дисками. В ГЗД под давлением подается энергетическая жидкость. Поток энергетической жидкости передает гидравлическую энергию на вал шпинделя ГЗД и раскручивает его, и вместе с валом начинает вращаться неподвижный диск 14.
При достижении необходимого числа оборотов в режиме холостого хода ГЗД производится постепенное торможение вала шпинделя ГЗД тормозным устройством до полной остановки вала шпинделя ГЗД.
Торможение производится воздействием гидравлического давления на поршни 19 гидроцилиндров 18 с помощью насоса 23. Поршни 19 гидроцилиндров 18 воздействуют на подвижный диск 15, который перемещается вдоль вала тормозного устройства 16.
Подвижный диск 15, взаимодействуя с неподвижным диском 14, передает через него на вал шпинделя ГЗД осевую нагрузку, воспринимая при этом крутящий момент от ГЗД, который через рычаг передается датчику момента 11. При этом происходит торможение ГЗД. Таким образом, моделируется работа ГЗД при бурении скважины.
В стенде прототипа применены тормозные устройства в виде электромагнитного порошкового нагрузочного тормоза, типа ПТ-250М, и в виде расположенных на свободно вращающейся планшайбе двух
тормозных суппортов, которые тормозят вал шпинделя ГЗД. На валу шпинделя ГЗД получают тормозной крутящий момент, моделирующий реальные условия работы ГЗД и производят измерение рабочих характеристик ГЗД. Но при этом уровень точности снимаемых характеристик недостаточно высок. Это объясняется тем, что в прототипе не моделируется осевая нагрузка на вал шпинделя ГЗД и, соответственно, не учитывается ее влияние при определении рабочих характеристик ГЗД.
В предлагаемой полезной модели тормозное устройство позволяет создавать осевую нагрузку на вал шпинделя ГЗД с одновременным получением на валу шпинделя ГЗД тормозного крутящего момента, что обеспечивает моделирование работы ГЗД приближенное к естественным условиям, при этом повышается уровень точности снимаемых характеристик.