CN105092195B - 钻机井架和底座系统振动试验模型 - Google Patents
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Abstract
一种钻机井架和底座系统振动试验模型，包括井架，在井架的底部设有基座，基座通过松紧模拟装置与固定在地面的支座连接；在井架的顶部设有垂直载荷加载装置；在井架的外围设有激振器支架，激振器支架上设有激振器，激振器通过刚性杆与井架接触。所述的松紧模拟装置中，弹簧压盖通过多个螺栓和第三螺母与基座固定连接，螺杆与支座固定连接，螺杆穿过弹簧和弹簧压盖与第二螺母连接。本发明提供的一种钻机井架和底座系统振动试验模型，能够模拟地基不平、载荷变化和运转部件振动中单项或多项组合对井架和底座的动态特性的影响，为结构优化提供依据。优选的方案中，运转部件的振动能够加载在井架位和底座于激振器支架范围内的任意位置。
Description
技术领域
本发明涉及钻井设备领域，特别是一种钻机井架和底座系统振动试验模型。
背景技术
现有的石油钻机在实际工作中，存在地基不平的现象，载荷也处于变化状态，在设备运行过程中，运动部件的运转会将振动传导给井架，为确保石油钻机的施工安全，需要研究上述因素对钻机井架和底座的动态特性的影响，为深井钻机的抗振、避振及结构优化提供依据。现有的井架与底座测试，多是在现场进行，测试成本高，并影响现场的钻井进度。
例如中国专利文献CN104713739A记载了一种井架试验方法，即需要在现场对井架进行试验。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种钻机井架和底座系统振动试验模型，能够模拟地基不平、载荷变化和运转部件振动中单项或多项组合对井架和底座的动态特性的影响，为结构优化提供依据。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种钻机井架和底座系统振动试验模型，包括井架，在井架的底部设有基座和底座，基座通过松紧模拟装置与固定在地面的支座连接；
在井架的顶部设有垂直载荷加载装置；
在井架的外围设有激振器支架，激振器支架上设有激振器，激振器通过刚性杆与井架或底座接触。
所述的井架底部设有人字架，人字架与井架的钢架之间在弯折段通过支撑座支撑，人字架与井架的钢架之间在垂直段通过U型螺栓和第一螺母连接。
所述的松紧模拟装置中，弹簧压盖通过多个螺栓和第三螺母与基座固定连接，螺杆与支座固定连接，螺杆穿过弹簧和弹簧压盖与第二螺母连接。
基座和弹簧压盖设有供螺杆穿过的孔，基座的孔径大于弹簧的外径，弹簧压盖的孔径小于弹簧的外径，弹簧压盖的孔径大于螺杆的外径。
所述的垂直载荷加载装置中，在井架下方的地面设有滑轮，钢丝绳的一端与紧绳器连接，另一端绕过滑轮与井架的顶部连接，在钢丝绳上还设有拉力计。
激振器支架活动安装在固设于地面的激振器支架导轨上。
激振器与滑块固定连接，滑块与水平布置的激振器导轨滑动连接，滑块上设有多个用于锁定滑块位置的激振器微调螺栓。
在激振器导轨两端的激振器支架设有丝杆螺母机构，激振器导轨与丝杆螺母机构中的螺母连接，其中一个丝杆螺母机构的顶端设有手轮，两个丝杆螺母机构中的丝杆通过同步带传动装置连接。
在井架和底座上设有多个应变传感器。
在井架和底座上设有多个加速度传感器。
本发明提供的一种钻机井架和底座系统振动试验模型，能够模拟地基不平、载荷变化和运转部件振动中单项或多项组合对井架和底座的动态特性的影响，为结构优化提供依据。优选的方案中，模拟的运转部件的振动能够加载在井架和底座位于激振器支架范围内的任意位置。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的主视结构示意图。
图2为本发明的右视结构示意图。
图3为本发明中松紧模拟装置的结构示意图。
图中：井架1，激振器支架2，同步带传动装置3，激振器4，激振器导轨5，激振器微调螺栓6，滑块7，基座8，支座9，滑轮10，钢丝绳11，U型螺栓12，第一螺母13，支撑座14，人字架15，底座16，激振器支架导轨17，手轮18，定位孔19，拉力计20，拉力滑轮21，紧绳器22，螺杆23，第二螺母24，螺栓25，第三螺母26，弹簧压盖27，弹簧28。
具体实施方式
如图1~3中，一种钻机井架和底座系统振动试验模型，包括井架，在井架的底部设有基座8和底座16，其中底座16用于承载驱动装置，也是部分振动的来源，基座8通过松紧模拟装置与固定在地面的支座9连接；由此结构，用于模拟井架1与支座9之间不同连接刚度，进而模拟井架的基座松动或模拟地基不平现象。
在井架1的顶部设有垂直载荷加载装置；由此结构，用于给井架1加载载荷。
在井架1的外围设有激振器支架2，激振器支架2上设有激振器4，激振器4通过刚性杆与井架1或底座16接触。由此结构，用于给井架1和底座16加载振动。
优选的，在井架1和底座16上指定部位设有多个应变传感器。当井架1和底座16受到载荷影响出现局部应力变化，则应变传感器将数据传送给采集装置。在井架1和底座16上指定部位也设有加速度传感器。当井架1和底座16发生振动，则由加速度传感器将数据传送给采集装置。进一步优选的，在井架底部的基座8还设有压力传感器，用于检测各个基座的受力分布状况。各种传感器在图中未示出。
优选的方案如图2中，所述的井架底部设有人字架15，人字架15与井架的钢架之间在弯折段通过支撑座14支撑，人字架15与井架的钢架之间在垂直段通过U型螺栓12和第一螺母13连接。井架1和人字架15的底部均与基座8铰接。由此结构，便于安装和拆卸。
如图3中，所述的松紧模拟装置中，弹簧压盖27通过多个螺栓25和第三螺母26与基座8固定连接，螺杆23与支座9固定连接，螺杆23穿过弹簧28和弹簧压盖27与第二螺母24连接。由此结构，通过调节第二螺母24，即可方便模拟井架1与支座9之间不同连接刚度。
优选的方案中，基座8和弹簧压盖27设有供螺杆23穿过的孔，基座8的孔径大于弹簧28的外径，弹簧压盖27的孔径小于弹簧28的外径，弹簧压盖27的孔径大于螺杆23的外径。由此结构，能够方便地将弹簧28拆卸，从而实现井架1与支座9之间的刚性连接。
优选的方案如图2中，所述的垂直载荷加载装置中，在井架1下方的地面设有滑轮10，钢丝绳11的一端与紧绳器22连接，另一端绕过滑轮10与井架1的顶部固定连接，在钢丝绳11上还设有拉力计20，钢丝绳的拉力通过拉力计测得。在拉力计20与紧绳器22之间还设有拉力滑轮21。由此结构，通过紧绳器22即可方便的给井架1施加载荷，并能够在试验过程中动态加载载荷。
激振器支架2活动安装在固设于地面的激振器支架导轨17上。由此结构，实现激振器支架2的前后移动。
优选的方案如图1中，激振器4与滑块7固定连接，滑块7与水平布置的激振器导轨5滑动连接，滑块7上设有多个用于锁定滑块7位置的激振器微调螺栓6。由此结构，能够任意水平调节激振器4的位置。
优选的方案如图2中，在激振器导轨5两端的激振器支架2设有丝杆螺母机构，激振器导轨5与丝杆螺母机构中的螺母连接，其中一个丝杆螺母机构的顶端设有手轮18，两个丝杆螺母机构中的丝杆通过同步带传动装置3连接。在激振器支架2上还从上到下设有多个定位孔19，当激振器导轨5调节到预定的高度，即可通过定位销穿过定位孔19使激振器导轨5定位。
由上述的结构，激振器4能够前后、左右和上下移动，将激振通过刚性杆传递给井架和底座16的不同位置。激振频率信号由信号发生器发出，经功率放大器到激振器，布置在井架和底座上的加速度传感器测得的信号由采集器采集并传输到计算机进行分析。
本发明的装置与相关振动及应力测试设备配合使用，可用于定量研究前述地基不平、载荷变化和运转部件振动等多种因素对钻机井架和底座的动态特性的影响，为深井钻机的抗振、避振及结构优化提供试验依据。与现场用钻机的动态测试相比，采用该装置进行试验能够降低成本，提高测试作业的安全性，并避免影响现场钻井进度。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种钻机井架和底座系统振动试验模型，包括井架，在井架的底部设有基座（8）和底座（16），其特征是：基座（8）通过松紧模拟装置与固定在地面的支座（9）连接；
所述的松紧模拟装置中，弹簧压盖（27）通过多个螺栓（25）和第三螺母（26）与基座（8）固定连接，螺杆（23）与支座（9）固定连接，螺杆（23）穿过弹簧（28）和弹簧压盖（27）与第二螺母（24）连接；
在井架（1）的顶部设有垂直载荷加载装置；在井架（1）的外围设有激振器支架（2），激振器支架（2）上设有激振器（4），激振器（4）通过刚性杆与井架或底座（16）接触；
激振器支架（2）活动安装在固设于地面的激振器支架导轨（17）上；
激振器（4）与滑块（7）固定连接，滑块（7）与水平布置的激振器导轨（5）滑动连接，滑块（7）上设有多个用于锁定滑块（7）位置的激振器微调螺栓（6）；
在激振器导轨（5）两端的激振器支架（2）设有丝杆螺母机构，激振器导轨（5）与丝杆螺母机构中的螺母连接，其中一个丝杆螺母机构的顶端设有手轮（18），两个丝杆螺母机构中的丝杆通过同步带传动装置（3）连接；
所述的井架底部设有人字架（15），人字架（15）与井架的钢架之间在弯折段通过支撑座（14）支撑，人字架（15）与井架的钢架之间在垂直段通过U型螺栓（12）和第一螺母（13）连接；
基座（8）和弹簧压盖（27）设有供螺杆（23）穿过的孔，基座（8）的孔径大于弹簧（28）的外径，弹簧压盖（27）的孔径小于弹簧（28）的外径，弹簧压盖（27）的孔径大于螺杆（23）的外径；
所述的垂直载荷加载装置中，在井架（1）下方的地面设有滑轮（10），钢丝绳（11）的一端与紧绳器（22）连接，另一端绕过滑轮（10）与井架（1）的顶部连接，在钢丝绳（11）上还设有拉力计（20）；
在井架（1）和底座（16）上设有多个应变传感器；
在井架（1）和底座（16）上设有多个加速度传感器。
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