CN108487898B - 一种基于离心力的井底转速传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于离心力的井底转速传感器,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,特别涉及一种基于离心力的井底传感器。
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基于离心力的井底传感器,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:
提供了一种基于离心力的井底转速传感器,其包括:
主轴,且所述主轴的外周面上形成第一平面部;
转速检测组件,其可拆卸地安装在所述第一平面部上,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。
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电信号,并对所述电信号进行处理;
以及电路板,其连接所述检测器,用于根据处理后的电信号获取所述转动部的转速数据。
优选的,所述检测器包括:
底座,其与所述第一平面部可拆卸地连接;
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;
通孔,其开设在所述底座上;
固定件,其一端插设在所述通孔中,另一端朝向所述内部安装空间延伸,且所述固定件的纵剖面与所述主轴的纵剖面垂直;
惯性球,其位于所述内部安装空间内,且通过绳索与所述固定件的另一端连接;
第一电极,其固定在所述保护罩内壁上;
第二电极,其固定在所述保护罩内壁上,且与所述第一电极相对设置;
以及供电组件,其用于为所述第一电极以及第二电极供电;
所述第一电极、第二电极之间形成有运动区域,所述惯性球位于所述运动区域中,且其位置可因离心力作用改变,并通过所述惯性球位置的变化改变第一电极与第二电极之间的电容。
优选的,所述主轴的外周面上设有用于安装所述电路板的第二平面部,且所述检测器与所述电路板相对设置。
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,底端与所述尾端外周面抵接。
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,所述外壳顶端与所述第一阶梯部之间设有第二O型圈。
优选的,所述外壳底端与所述第二阶梯部之间设有第三O型圈。
优选的,所述外壳通过螺纹套设在所述主轴外部。
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检测组件的A-A向剖面示意图。
图4为本发明实施例一中检测器的结构示意图。
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,本发明的基于离心力的井底转速传感器包括:主轴1,且所述主轴1的外周面上形成第一平面部101;转速检测组件,其可拆卸地安装在所述第一平面部101上,用于获取转动部(如深孔孔底动力机等)的转速数据;外壳3,其通过螺纹套设在所述主轴1外部,用于将所述转速检测组件密封在所述外壳3与所述主轴1之间的空间内。
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1包括:头端111、中间端112以及尾端113;且所述头端111 与所述中间端112连接后形成有第一阶梯部114,所述尾端113与所述中间端 112连接后形成有第二阶梯部115;所述外壳3套设在所述中间端112外,且所述外壳3顶端与所述第一阶梯部114抵接,底端与所述尾端113外周面抵接;
同时,所述头端111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111和尾端113位置不可颠倒。
进一步的,为增强密封效果,所述主轴1外周面的上部和/或下部加工有多个密封凹槽,对应凹槽内设置有第一O型圈2,所述外壳3顶端与所述第一阶梯部114之间设有第二O型圈9,所述外壳3底端与所述第二阶梯部115之间设有第三O型圈6;
外壳3通过螺纹与中间端112连接的同时将第一O型圈2、第二O型圈9以及第三O型圈6压紧,进行密封,使得第一O型圈2位于所述外壳3顶端与所述主轴中间端112之间,和/或使得第一O型圈2位于所述外壳3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8,其用于获取转动部转动时,因离心力作用而产生的电信号;
以及电路板11,其连接所述检测器8,用于根据所述电信号获取所述转动部的转速数据。
在上述内容的基础上,所述主轴11的外周面上还形成有与所述第一平面部 101相对设置的第二平面102,其用于安装所述电路板11;且所述所述转速检测组件还包括:第一螺钉12以及第二螺钉10;其中,所述检测器8通过所述第一螺钉12安装在所述第一平面部101上,所述电路板11通过所述第二螺钉10安装在所述第一平面部101上。
如图4所示,本实施例中的检测器8包括:
底座138,其与所述第一平面部101可拆卸地连接;且所述底座138的一端 /两端设有底座固定孔;
保护罩130,其纵截面为U型,其与所述底座138通过第三螺钉134可拆卸地连接(如U型保护罩130的两自由端可通过第三螺钉134以及底座固定孔与底座138活动连接);且所述底座138与保护罩130连接后形成的整体具有内部安装空间S1;优选的,U型保护罩130的两自由端各自延伸出一延长部1301,且至少一个延长部1301上开设有保护罩固定孔,第一螺钉12穿过所述延长部 2041的保护罩固定孔后,将所述保护罩130以及底座138整体固定连接在所述主轴11的第一平面部101上;进一步的,所述U型保护罩130的一自由端/两自由端设有卡槽1302,所述底座138的一端/两端容纳在对应的卡槽1302中,再通过第三螺钉134将所述底座138连接到所述保护罩130上;
通孔140,其开设在所述底座138上;
固定件137(优选为螺栓柱),其一端插设在所述通孔140中,另一端朝向所述内部安装空间S1延伸,且所述固定件137的纵剖面与所述主轴1的纵剖面垂直;
惯性球135,其位于所述内部安装空间S1内,且通过绳索136(包括钢丝绳等)与所述固定件137的另一端连接;
第一支柱133,其一端伸入U型保护罩130一自由端内,另一端朝向所述内部安装空间S1延伸;
第一平台139,其通过螺母132固定在所述第一支柱133上,且所述第一平台139上开设有第一容纳槽;
第一电极131,其容纳于所述第一容纳槽内,且与所述第一平台139粘接;
第二支柱133’,其一端伸入U型保护罩130另一自由端内,另一端朝向所述内部安装空间S1延伸;
第二平台139’,其通过螺母132固定在所述第二支柱133’上,且所述第二平台139’上开设有第二容纳槽;
第二电极131’,其容纳于所述第二容纳槽内,且与所述第二平台139’粘接;
所述第一电极131与第二电极131’相对设置,且均与所述电路板11连接;
以及供电组件,其与所述电路板11连接,用于为所述第一电极131以及第二电极131’供电;具体的,所述主轴1的外周面上还开设有相对设置的第三平面部103以及第四平面部104,所述供电组件包括通过第四螺钉5安装在所述第三平面部103上的、用于为所述第一电极131供电的第一电池组4,以及通过第五螺钉8安装在所述第四平面部104上的、用于为所述第二电极131’供电的第二电池组7;
所述第一电极131、第二电极131’之间形成有运动区域S2,所述惯性球135 位于所述运动区域S2中,且其位置可因离心力作用改变,并通过所述惯性球135 位置的变化改变第一电极131与第二电极131’之间的电容。
同时,为便于保存和修改数据,所述电路板11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检测器13获取的转速数据。
本发明的工作过程如下:
使用时,主轴1的头端111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,所述惯性球135在径向离心力的作用下逐步远离所述固定件137,随着转动部转速不断变化,所述惯性球135在运动区域S2内的位置也随之发生变化,进一步导致所述第一电极131 以及第二电极131’之间的电容值发生变化,该电容值的变化情况通过线路实时发送至所述电路板11,所述电路板11进一步根据电容值的变化获取转动部的转速数据并存储。待需要读取传感器数据时,需将传感器的外壳3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 (6)
1.一种基于离心力的井底转速传感器,其特征在于,包括:
主轴,且所述主轴的外周面上形成第一平面部;
转速检测组件,其可拆卸地安装在所述第一平面部上,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;
检测器,其用于获取转动部转动时,因离心力作用而产生的电信号,并对所述电信号进行处理;
以及电路板,其连接所述检测器,用于根据处理后的电信号获取所述转动部的转速数据;
所述检测器包括:
底座,其与所述第一平面部可拆卸地连接;
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;
通孔,其开设在所述底座上;
固定件,其一端插设在所述通孔中,另一端朝向所述内部安装空间延伸,且所述固定件的纵剖面与所述主轴的纵剖面垂直;
惯性球,其位于所述内部安装空间内,且通过绳索与所述固定件的另一端连接;
第一电极,其固定在所述保护罩内壁上;
第二电极,其固定在所述保护罩内壁上,且与所述第一电极相对设置;
以及供电组件,其用于为所述第一电极以及第二电极供电;
所述第一电极、第二电极之间形成有运动区域,所述惯性球位于所述运动区域中,且其位置可因离心力作用改变,并通过所述惯性球位置的变化改变第一电极与第二电极之间的电容;
所述主轴的外周面上设有用于安装所述电路板的第二平面部,且所述检测器与所述电路板相对设置。
2.如权利要求1任一项所述的转速传感器,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,底端与所述尾端外周面抵接。
3.如权利要求2所述的转速传感器,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。
4.如权利要求2所述的转速传感器,其特征在于,所述外壳顶端与所述第一阶梯部之间设有第二O型圈。
5.如权利要求2所述的转速传感器,其特征在于,所述外壳底端与所述第二阶梯部之间设有第三O型圈。
6.如权利要求2所述的转速传感器,其特征在于,所述外壳通过螺纹套设在所述主轴外部。
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