CN108457639A - 一种适用于深井的转速测量传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于深井的转速测量传感器,其包括:主轴;转速检测组件,其与所述主轴可拆卸连接,用于获取转动部的转速数据;外壳,其套设在所述主轴外部,用于将所述转速检测组件密封在所述外壳与所述主轴之间的空间内;以及卡头,其套设在所述主轴外部,且与所述外壳底部抵接,用于防止所述外壳松动。本发明的转速传感器适合井底工况环境的问题,可大幅度提高测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及油气钻井及地质钻探领域,特别涉及一种适用于深井的转速测量传感器。
背景技术
钻井是利用钻机设备及破岩工具破碎地层,从而形成一个自地表到地球不同深度的孔洞的过程。传统的钻井工艺一般是由钻机、钻杆及钻头等组成。当钻孔深度较深时,钻杆及钻头的受力状态将变得越发复杂,在复杂的合力作用下,钻孔的轨迹将不可能保持为垂直,此时轨迹形状将复杂多变,由此导致钻杆旋转过程中与钻孔内壁的摩擦增大,尤其是对于深部钻井而言,由于自地表到钻孔底部的钻杆长度较长,此时钻杆所受到的摩擦阻力大大增加,导致钻机所提供的动力将很难传递到井底,从而大大降低钻进的效率,此外,较大的摩擦阻力还有可能磨断钻杆,造成钻井事故。
因此,为提高深部钻井的效率及确保钻井安全,现阶段深部钻井大多采用井底动力机进行钻进,即,由地表的高压泥浆泵向钻孔内泵入高压流体,流体驱动放置在钻孔底部的井底动力机旋转,由于井底动力机与钻头相连接,由此实现在孔底破碎岩石并进行钻进的目的。
对于井底动力机而言,转速是衡量及控制井底动力机效率及输出功率的重要参数之一,因此必须对井底动力机在井下工作时的转速进行测量。现有的井底动力机转速测量方法包括磁电式转速测量法、光电式转速测量法、流量推导法及压力脉冲法,但现有的转速测量法存在诸多不足之处,不能完全适应井底动力机在深井下工作时的要求,基于此,急需研制一种能够专门针对深孔孔底动力机使用的转速传感器。
发明内容
针对上述缺陷,本发明提供了一种适合深井环境使用的转速测量传感器,其可大幅度提高测量精度。
本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下:
提供了一种适用于深井的转速测量传感器,其包括:
主轴;
转速检测组件,其与所述主轴可拆卸连接,用于获取转动部的转速数据;
外壳,其套设在所述主轴外部,用于将所述转速检测组件密封在所述外壳与所述主轴之间的空间内;
以及卡头,其套设在所述主轴外部,且与所述外壳底部抵接,用于防止所述外壳松动。
优选的,所述转速检测组件包括:
检测器,其用于获取转动部转动时,因离心力作用而产生的、在所述主轴高度方向上的物体位移信号,并对所述位移信号进行处理;
电路板,其连接所述检测器,用于根据处理后的位移信号获取所述转动部的转速数据;
以及供电组件,其用于为所述电路板供电。
优选的,所述主轴的外周面上形成有用于容纳所述检测器、电路板以及供电组件的凹陷部。
优选的,所述检测器包括:
底座,其与所述主轴可拆卸地连接;
保护罩,其与所述底座可拆卸地连接;且所述底座与保护罩连接后形成的整体具有内部安装空间;
测速管,其设置在所述内部安装空间内,底端与所述底座连接;且所述测速管的纵剖面与所述主轴的纵剖面共平面;
测速球,其位于所述测速管内,可在主轴径向离心力的作用下在所述测速管内移动;
电极,其贴附在所述测速管外周面上,用于获取所述测速球的位移信号并发送;
以及信号调理器,其设置于所述内部安装空间内,用于接收所述电极发送的所述测速球的位移信号,并对所述测速球的位移信号进行处理。
优选的,所述测速管包括:用于容纳所述测速球的管体以及与所述管体底端连接的固定部;所述固定部与所述底座连接,且所述管体与固定部之间的夹角为120-135℃。
优选的,所述主轴包括:头端、中间端以及尾端;且所述头端与所述中间端连接后形成有第一阶梯部,所述尾端与所述中间端连接后形成有第二阶梯部;
所述外壳套设在所述中间端外,且所述外壳顶端与所述第一阶梯部抵接,底端与所述第二阶梯部抵接。
优选的,所述外壳顶端与所述第一阶梯部之间设有垫片。
优选的,所述外壳顶端与所述主轴中间端之间设有第一O型圈。
优选的,所述外壳底端所述主轴中间端之间设有第二O型圈。
优选的,所述卡头与所述主轴底端螺纹连接。
本发明的转速传感器适用于深井环境,利用离心力原理进行深孔孔底动力机等部件转速的测量,主要零部件为机械构建,避免了传统电子测量方法温漂问题,同时也极大的提高了传感器的可靠性,由此解决了传统测量方法不适应深井工况环境的问题。
附图说明
图1为本发明实施例一中转速传感器的主视图。
图2为本发明实施例一中转速传感器的俯视图。
图3为本发明实施例一中转速传感器拆除外壳后的左视图。
图4为本发明实施例一中转速检测组件的的A-A向剖面示意图。
图5为本发明实施例一中测速管以及测速球的俯视图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例一:
如图1-3所示,本发明适用于深井的转速测量传感器包括:主轴11;转速检测组件,其与所述主轴11可拆卸连接,用于获取转动部(如深孔孔底动力机等)的转速数据;
外壳10,其通过螺纹套设在所述主轴11外部,且与所述主轴11可拆卸地连接,用于将所述转速检测组件密封在所述外壳10与所述主轴11之间的空间内;以及卡头8,其通过螺纹套设在所述主轴11外部,且与所述外壳10底部抵接,用于防止所述外壳10松动而造成泄漏。
本实施例中,所述转速传感器可用于获取深孔孔底动力机的转速数据,具体地,所述主轴11包括:头端110、中间端112以及尾端113;且所述头端110与所述中间端112连接后形成有第一阶梯部113,所述尾端113与所述中间端112连接后形成有第二阶梯部114;同时,所述头端110和/或尾端113均设有螺纹,用于与深孔孔底动力机或钻杆连接,且使用时,所述头端110和尾端113位置不可颠倒;
此外,所述外壳10优选通过螺纹套设在所述中间端112外,所述卡头8与所述主轴尾端113螺纹连接;且所述外壳10顶端与所述第一阶梯部113抵接,底端与所述第二阶梯部114抵接。
进一步的,为增强密封效果,所述主轴11周向上加工有多个密封凹槽,对应凹槽内设置有第一O型圈12、第二O型圈9;进一步的,所述外壳10底端与所述第一阶梯部113之间设有垫片13,外壳10通过螺纹与中间端112连接的同时将第一O型圈12、第二O型圈9以及垫片13压紧,进行密封,使得第一O型圈12位于所述外壳10顶端与所述主轴中间端112之间,以及使得第二O型圈9位于所述外壳10底端与所述主轴中间端112之间。
进一步的,所述转速检测组件包括:
检测器2,其用于获取转动部转动时,因离心力作用而产生的、在所述主轴11高度方向上的物体位移信号,并对所述位移信号进行处理;
电路板4,其连接所述检测器2,用于根据处理后的位移信号获取所述转动部的转速数据;
以及供电组件7,其用于为所述电路板4供电;本实施例中,所述供电组件7为电池组。
在上述内容的基础上,所述主轴11的外周面上形成有用于容纳所述检测器2、电路板4以及供电组件7的凹陷部121。具体的,所述转速检测组件还包括:第一紧固螺栓1、第二紧固螺栓5、第三紧固螺栓6、第一支柱3;其中,第一紧固螺栓1用于将所述检测器2固定在主轴11的凹陷部121内;类似的,第二紧固螺栓5穿过所述供电组件7中部后将所述供电组件7固定在所述主轴11的凹陷部121内;第三紧固螺栓6依次穿过所述电路板4以及第一支柱3后连接所述主轴11,以将所述电路板4固定安装在所述主轴11的凹陷部121内。
如图4-5所示,本实施例中的检测器2包括:
底座204,其与所述主轴11可拆卸地连接;优选的,所述底座801两侧各自延伸出一延长部2041,且至少一个延长部2041上开设有固定孔,第一紧固螺栓1穿过所述延长部2041的固定孔后,将所述底座204固定连接在所述主轴11的凹陷部121内;
保护罩201,其纵截面为U型,与所述底座204通过螺钉203可拆卸地连接(如U型保护罩201的两自由端可通过螺钉203于底座204活动连接);且所述底座204与保护罩201连接后形成的整体具有内部安装空间S1;
测速管209,其设置在所述内部安装空间S1内,底端与所述底座204连接;且所述测速管209的纵剖面与所述主轴11的纵剖面共平面;
测速球207,其位于所述测速管209内,可在主轴11径向离心力的作用下在所述测速管209内移动;优选的,所述测速管209包括:用于容纳所述测速球的管体2091以及与所述管体2091底端连接的固定部2092;其中,所述固定部2092的中轴线在所述主轴11的径向方向上,同时,所述固定部2092与所述底座204通过螺母208活动连接,进一步的,为便于测速球207的移动,所述管体与固定部之间的夹角θ为120-135℃。
电极210,其对称贴附(如粘贴)在所述测速管209外周面上,用于获取所述测速球207的位移信号并发送;
信号调理器206,其均设置于所述内部安装空间S1内,于接收所述电极电极210发送的所述测速球207的位移信号,并对所述测速球207的位移信号进行处理;
优选的,所述内部安装空间S1内设有第二支柱205,第四螺栓202穿过所述信号调理器206以及第二支柱205后连接所述底座204,以将所述信号调理器206固定安装在所述第二支柱205上;同时,为便于保存和修改数据,所述电路板4上安装有自带数据存储芯片,其中,所述自带数据存储芯片用于实时存储经所述信号调理器206处理后的所述测速球207的位移信号和/或经电路板4获取的转速数据。
本发明的工作过程如下:
使用时,主轴11的头端110朝上,尾端113朝下,位置不可颠倒。当所述转动部(如深孔孔底动力机)带动传感器同步转动时,所述测速球207在径向离心力的作用下,在管体2091内沿所述主轴11的高度方向移动,深孔孔底动力机转速越大,则测速球207在管体2091内上升的高度越高,即,转速与测速球207的上升高度成正比,同时,测速球207的移动过程中,通过粘贴于测速管209表面的电极210实时测量得到测速球207在测速管209中的位移信号(如高度变化情况),并通过210信号线向信号调理器206实时发送该位移信号(如高度变化情况),信号调理器206对测速球207的位移信号进行该位移信号的初步处理及信号放大,经处理后的位移信号经过信号线实时输入电路板4进行进一步处理及存储,最终得到转速数据。待需要读取传感器数据时,需将传感器的卡头8及外壳10拧卸掉,通过数据线连接到电路板4上进行数据的读取及擦除工作。
综上所述,本发明的转速传感器更加适用于深井环境,利用离心力原理进行转速的测量,主要零部件为机械构建,避免了传统电子测量方法温漂问题,同时也极大的提高了传感器的可靠性,由此解决了传统测量方法不适应井底工况环境的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于深井的转速测量传感器,其特征在于,包括:
主轴;
转速检测组件,其与所述主轴可拆卸连接,用于获取转动部的转速数据;
外壳,其套设在所述主轴外部,用于将所述转速检测组件密封在所述外壳与所述主轴之间的空间内;
以及卡头,其套设在所述主轴外部,且与所述外壳底部抵接,用于防止所述外壳松动。
2.如权利要求1所述的转速测量传感器,其特征在于,所述转速检测组件包括:
检测器,其用于获取转动部转动时,因离心力作用而产生的、在所述主轴高度方向上的物体位移信号,并对所述位移信号进行处理;
电路板,其连接所述检测器,用于根据处理后的位移信号获取所述转动部的转速数据;
以及供电组件,其用于为所述电路板供电。
3.如权利要求2所述的转速测量传感器,其特征在于,所述主轴的外周面上形成有用于容纳所述检测器、电路板以及供电组件的凹陷部。
4.如权利要求2所述的转速测量传感器,其特征在于,所述检测器包括:
底座,其与所述主轴可拆卸地连接;
保护罩,其与所述底座可拆卸地连接;且所述底座与保护罩连接后形成的整体具有内部安装空间;
测速管,其设置在所述内部安装空间内,底端与所述底座连接;且所述测速管的纵剖面与所述主轴的纵剖面共平面;
测速球,其位于所述测速管内,可在主轴径向离心力的作用下在所述测速管内移动;
电极,其贴附在所述测速管外周面上,用于获取所述测速球的位移信号并发送;
以及信号调理器,其设置于所述内部安装空间内,用于接收所述电极发送的所述测速球的位移信号,并对所述测速球的位移信号进行处理。
5.如权利要求4所述的转速测量传感器,其特征在于,所述测速管包括:用于容纳所述测速球的管体以及与所述管体底端连接的固定部;所述固定部与所述底座连接,且所述管体与固定部之间的夹角为120-135℃。
6.如权利要求1-5任一项所述的转速测量传感器,其特征在于,所述主轴包括:头端、中间端以及尾端;且所述头端与所述中间端连接后形成有第一阶梯部,所述尾端与所述中间端连接后形成有第二阶梯部;
所述外壳套设在所述中间端外,且所述外壳顶端与所述第一阶梯部抵接,底端与所述第二阶梯部抵接。
7.如权利要求6所述的转速测量传感器,其特征在于,所述外壳顶端与所述第一阶梯部之间设有垫片。
8.如权利要求6所述的转速测量传感器,其特征在于,所述外壳顶端与所述主轴中间端之间设有第一O型圈。
9.如权利要求6所述的转速传感器,其特征在于,所述外壳底端所述主轴中间端之间设有第二O型圈。
10.如权利要求6所述的转速传感器,其特征在于,所述卡头与所述主轴底端螺纹连接。
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