CN106644210B - 一种圆柱形工件测力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明设计一种圆柱形工件测力装置，主要由测力装置本体和设置在本体上的测力机构、锁紧机构组成；测力机构包括内设T型腔的壳体，壳体自下而上依次设置测试头、下压盖、弹簧、上压盖、顶紧螺杆、压力传感器和压盖；锁紧机构包括内设T型腔的壳体，壳体内设置顶紧压头和顶紧螺杆和压盖；测力机构和锁紧机构均通过其壳体下端凸头与测力装置本体上的通孔插接配合，并由壳体周边的螺栓、螺孔与测力装置本体固定。其结构简单、易于安装，可靠实用，通过锁紧机构可以实现对所要测量的圆柱形工件的装夹，调节锁紧机构和测力机构，可以实现对不同直径的圆柱形工件在不旋转或旋转状态下对圆柱形工件圆柱面上周期性作用力的测量。

Description

一种圆柱形工件测力装置
技术领域
本发明涉及圆柱形工件测力装置，特别适用于旋转导向工具的推靠力测量。
背景技术
随着钻井向大位移井、水平井、分支井等方向发展，所钻遇的地层（如高陡构造大倾角地层）构造越来越复杂，这些地层的“防斜打快”问题是钻井工程技术中的重点和难点。目前，国内防斜打直技术归纳起来主要有刚性满眼钻具组合防斜技术、钟摆力纠斜技术、离心力防斜、纠斜技术、利用钻具弯曲防斜、纠斜技术、“动力钻具＋MWD”复合钻井防斜、纠斜技术等。由于“动力钻具＋MWD”复合钻井防斜、纠斜技术纠斜能力强，可广泛应用于各级别存在倾斜趋势地层的防斜、纠斜，其中自动化钻井系统的防斜、纠斜效果更好，在国外，相关成熟产品已经得到广泛应用，如旋转导向系统、自动垂直钻井系统等。
旋转导向系统RSS分为推靠式和指向式两种，推靠式旋转导向系统RSS目前应用较为广泛，其工作原理是利用钻柱内外压差驱动活塞推靠井壁从而在钻头处产生侧向力，推靠井壁力的方向根据井眼轨迹由控制部分实时调整，通过调节活塞拍打井壁的次数就相当于实现调节作用力的大小。但是在设备运行过程中，由于旋转导向系统不停旋转，使得其造斜机构的推靠位置不停变化，给其造斜力大小的检测及信号采集带来一定的难度，从而导致推靠式旋转导向工具的推靠力难以准确测量，引起钻头处圆柱向力难以精确计算，严重时会导致旋转导向工具的“防斜打快”功能失效，导致井眼的报废，给钻井公司造成巨大的经济和社会效益损失。因此，开发设计一种可以测量圆柱形工件圆柱面上周期性作用力的测力装置具有较大应用价值，特别是设计出针对石油钻井行业中的推靠式旋转导向系统RSS的活塞推靠井壁的作用力的测量装置具有重要意义。
目前还没有相关的装置出现，然而对于石油钻井行业井下旋转导向工具的地面流体试验来讲，又迫切需要这种可以测量圆柱形工件圆柱面上周期性作用力的装置。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题,提供一种可以实现对圆柱形工件圆柱面上周期性作用力的测量，并且可以对石油工业应用的推靠式旋转导向工具推靠井壁侧向力进行精确测量的圆柱形工件测力装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种圆柱形工件测力装置，主要由测力装置本体15和设置在测力装置本体15上的测力机构1、锁紧机构2组成。所述测力装置本体15为内表面光滑、外表面均分六个平面的外六方体，每个平面上沿轴心开设通孔；测力机构1和锁紧机构2各为三个，并交替设置在测力装置本体15外的六个平面上。所述测力机构1包括内设T型腔的壳体12，壳体12内自下而上依次设置测试头9、下压盖8、弹簧7、上压盖6、顶紧螺杆16、压力传感器5和压盖4，其中，测试头9下段与壳体12凸头内腔滑动密封配合，测试头9上段与下压盖8、弹簧7、上压盖6穿插配合，压盖4与壳体12开口端封盖配合，顶紧螺杆16下段螺纹与压力传感器5旋转配合，顶紧螺杆16上段设有环形凸沿，与压盖4下面的环形凹槽旋转配合，顶紧螺杆16通过小压盖17与压盖4连接将其轴向限定，顶紧螺杆16上端穿过压盖4与调整手柄3连接。所述锁紧机构2包括内设T型腔的壳体12，壳体12内设置顶紧压头19和顶紧螺杆16和压盖4，其中，顶紧压头19下段与壳体12凸头内腔滑动密封配合，压盖4与壳体12开口端封盖配合，顶紧螺杆16下段螺纹与顶紧压头19扩径段内螺纹旋转配合，顶紧螺杆16上段设有环形凸沿，与压盖4下面的环形凹槽旋转配合，顶紧螺杆16通过小压盖17与压盖4连接将其轴向限定，顶紧螺杆16上端穿过压盖4与调整手柄3连接；测力机构1和锁紧机构2均通过其壳体12下端凸头与测力装置本体15上的通孔插接配合，并由壳体12周边的螺栓14、螺孔与测力装置本体15固定。
上述方案还包括：
测力机构1和锁紧机构2的壳体12内壁轴向开设滑槽，在测力机构1上压盖6和锁紧机构2的顶紧压头19上分别设有导轨18，导轨18与滑槽构成轴向滑动配合。
在测力机构1测试头9、下压盖8之间设有两片碟簧10，两片碟簧10同轴心放置。
测力机构1的上压盖6、弹簧7、下压盖8、碟簧10通过测试头9上端螺母配合固定在测试头上。
在测力机构1和锁紧机构2的壳体12底部凸头的内外壁分别设置密封圈20。
本发明的有益效果是：其结构简单、易于安装，可靠实用，通过锁紧机构可以实现对所要测量的圆柱形工件的装夹，调节锁紧机构和测力机构，可以实现对不同直径的圆柱形工件进行锁紧以及测量；测力机构中包括一个弹簧和两片碟簧，在工作时，通过弹簧和碟簧进行作用力的传递，从而使得整体力的测量精度得到大幅度提高；该装置可以在圆柱形工件不旋转或旋转状态下实现对圆柱形工件圆柱面上周期性作用力的测量。
附图说明
图1为本发明的三维结构示意图；
图2为本发明的测力机构剖视图；
图3为本发明的锁紧机构剖视图。
图中：1为测力机构，2为锁紧机构，3调整手柄，4为压盖，5为压力传感器，6为上压盖，7为弹簧，8为下压盖，9为测试头，10为碟簧，11为压盖螺母，12为外壳， 14为螺栓，15为测力装置本体，16为顶紧螺杆，17为小压盖，18为导轨，19为顶紧压头,20为密封圈，21为壳体外凸沿。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1所示，一种圆柱形工件测力装置，主要由测力装置本体15和设置在测力装置本体15上的测力机构1、锁紧机构2组成。所述测力装置本体15为内表面光滑、外表面均分六个平面的外六方体，每个平面上沿轴心开设通孔；测力机构1和锁紧机构2各为三个，均通过螺栓14交替固定在测力装置本体15外的六个平面上。
如图2所示，测力机构1包括内设T型腔的壳体12，壳体12内自下而上依次设置测试头9、下压盖8、弹簧7、上压盖6、顶紧螺杆16、压力传感器5和压盖4，其中，测试头9下段与壳体12凸头内腔滑动密封配合，测试头9上段与下压盖8、弹簧7、上压盖6穿插配合，压盖4与壳体12开口端封盖配合，顶紧螺杆16下段螺纹与压力传感器5旋转配合，顶紧螺杆16上段设有环形凸沿，与压盖4下面的环形凹槽旋转配合，顶紧螺杆16通过小压盖17与压盖4连接将其轴向限定，顶紧螺杆16上端穿过压盖4与调整手柄3连接。
如图3所示，锁紧机构2包括内设T型腔的壳体12，壳体12内设置测试头9和顶紧螺杆16和压盖4，其中，测试头9下段与壳体12凸头内腔滑动密封配合，压盖4与壳体12开口端封盖配合，顶紧螺杆16下段螺纹与顶紧压头19扩径段内螺纹旋转配合，顶紧螺杆16上段设有环形凸沿，与压盖4下面的环形凹槽旋转配合，顶紧螺杆16通过小压盖17与压盖4连接将其轴向限定，顶紧螺杆16上端穿过压盖4与调整手柄3连接；测力机构1和锁紧机构2均通过其壳体12下端凸头与测力装置本体15上的通孔插接配合，并由壳体12周边的螺栓14、螺孔与测力装置本体15固定。
更进一步：
测力机构1和锁紧机构2的壳体12内壁轴向开设滑槽，在测力机构1上压盖6和锁紧机构2的顶紧压头19上分别设有导轨18，导轨18与滑槽构成轴向滑动配合，主要起到滑动导向的作用。
在测力机构1测试头9、下压盖8之间设有两片碟簧10，两片碟簧10同轴心放置。
测力机构1的上压盖6、弹簧7、下压盖8、碟簧10通过测试头9上端螺母配合固定在测试头上。
在测力机构1和锁紧机构2的壳体12底部凸头的内外壁分别设置密封圈20。
本发明的工作过程如下：调节锁紧机构和测力机构，可以对不同直径的推靠式旋转导向工具进行装夹锁紧，通过调整手柄，可以保证旋转导向工具外圆周面与锁紧机构均匀接触，当夹持的旋转导向工具处于不旋转或者旋转状态时，通过调节手柄调整测试头 与旋转导向工具之间的距离，使得测试头轻微压在旋转导向工具圆周面上，当旋转导向工具处于工作状态时，启动泵，旋转导向工具内部有流体流过，此时，在钻柱内外压差作用下，驱动活塞会产生侧向推靠力，推靠力迫使测试头沿着轴向方向移动，此时产生的侧向力经过碟簧和弹簧的联合传递作用到达压力传感器，这样经过碟簧跟弹簧的联合传递作用，使得测得的圆柱形工件圆柱面上的周期性作用力更加准确。

Claims (5)

1.一种圆柱形工件测力装置，由测力装置本体（15）和设置在测力装置本体（15）上的测力机构（1）、锁紧机构（2）组成，其特征在于，所述测力装置本体（15）为内表面光滑、外表面均分六个平面的外六方体，每个平面上沿轴心开设通孔；测力机构（1）和锁紧机构（2）各为三个，并交替设置在测力装置本体（15）外的六个平面上；所述测力机构（1）包括内设T型腔的壳体（12），壳体（12）内自下而上依次设置测试头（9）、下压盖（8）、弹簧（7）、上压盖（6）、顶紧螺杆（16）、压力传感器（5）和压盖（4），其中，测试头（9）下段与壳体（12）凸头内腔滑动密封配合，测试头（9）上段与下压盖（8）、弹簧（7）、上压盖（6）穿插配合，压盖（4）与壳体（12）开口端封盖配合，顶紧螺杆（16）下段螺纹与压力传感器（5）旋转配合，顶紧螺杆（16）上段设有环形凸沿，与压盖（4）下面的环形凹槽旋转配合，顶紧螺杆（16）通过小压盖（17）与压盖（4）连接将其轴向限定，顶紧螺杆（16）上端穿过压盖（4）与调整手柄（3）连接；所述锁紧机构（2）包括内设T型腔的壳体（12），壳体（12）内设置顶紧压头（19）和顶紧螺杆（16）和压盖（4），其中，顶紧压头（19）下段与壳体（12）凸头内腔滑动密封配合，压盖（4）与壳体（12）开口端封盖配合，顶紧螺杆（16）下段螺纹与顶紧压头（19）扩径段内螺纹旋转配合，顶紧螺杆（16）上段设有环形凸沿，与压盖（4）下面的环形凹槽旋转配合，顶紧螺杆（16）通过小压盖（17）与压盖（4）连接将其轴向限定，顶紧螺杆（16）上端穿过压盖（4）与调整手柄（3）连接；测力机构（1）和锁紧机构（2）均通过其壳体（12）下端凸头与测力装置本体（15）上的通孔插接配合，并由壳体（12）周边的螺栓（14）、螺孔与测力装置本体（15）固定。
2.根据权利要求1所述的圆柱形工件测力装置，其特征在于，测力机构（1）和锁紧机构（2）的壳体（12）内壁轴向开设滑槽，在测力机构（1）上压盖（6）和锁紧机构（2）的顶紧压头（19）上分别设有导轨（18），导轨（18）与滑槽构成轴向滑动配合。
3.根据权利要求1或2所述的圆柱形工件测力装置，其特征在于，在测力机构（1）测试头（9）、下压盖（8）之间设有两片碟簧（10），两片碟簧（10）同轴心放置。
4.根据权利要求3所述的圆柱形工件测力装置，其特征在于，测力机构（1）的上压盖（6）、弹簧（7）、下压盖（8）、碟簧（10）通过测试头（9）上端螺母配合固定在测试头上。
5.根据权利要求4所述的圆柱形工件测力装置，其特征在于，在测力机构（1）和锁紧机构（2）的壳体（12）底部凸头的内外壁分别设置密封圈（20）。
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