CN110470202B - 一种圆螺纹牙型角度检测装置及方法 - Google Patents

一种圆螺纹牙型角度检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于石油套管螺纹参数检测装置及方法，具体涉及一种圆螺纹牙型角度检测装置及方法，解决了现有技术中石油套管圆螺纹的牙型角度检测难度大和效率低的问题。本发明的装置包括设置于表盘上的第一指针和第二指针，表盘的表面设有刻度，还包括第一触脚、第一连杆、第二触脚、第二连杆和基准座。第一触脚通过齿轮齿条和齿轮啮合的传动方式，第二触脚通过齿轮齿条传动，将两个触脚的位移分别通过第一连杆和第二连杆传动至第一指针和第二指针，从而在表盘上显示出相应的位移量，再结合第一触脚和第二触脚的径向长度通过公式换算得到牙型角度，经验证本发明的装置和方法检测结果准确可靠，通过简单巧妙的设计直观的得到牙型角度数据。

Description

一种圆螺纹牙型角度检测装置及方法
技术领域
本发明属于石油套管螺纹参数检测装置及方法，具体涉及一种圆螺纹牙型角度检测装置及方法。
背景技术
石油套管是油气田开采所用的重要物资装备，其质量好坏直接影响油气田生产安全和开采效率。目前，各大油田采用的油套管多数执行API相关标准，如API SPEC 5CT和APISPEC 5B等。其中API圆螺纹套管由于其加工效率高，性能优良，在各大油田已经广泛使用。圆螺纹套管接头的螺纹参数都有明确的要求，规定了性能参数的目标值和公差范围。制造厂商根据产品标准要求加工石油套管，各项参数符合标准要求则判定为合格产品进行交付使用。
在制造厂生产检验和油田实践应用中发现，石油套管接头的有些螺纹参数难以准确测量和判定。比如，对于圆螺纹套管的牙型角参数，API SPEC 5B 标准中要求套管螺纹牙型角度为60°，牙型角度公差为±1.5°。API SPEC 5B标准虽然对牙型角度公差要求明确，但是没有明确如何测量。由于没有实用的测量工具，目前大多数工厂没把牙型角度作为生产检验的常检项目，只有在产品定型出期，或产品出现较大质量问题时才采用实验室方法进行少量的测量，检测效率低，检测成本高。但若不检测牙型角度对于石油套管接头螺纹有质量隐患，因此需要提出一种是用有效的石油套管圆螺纹牙型角测量装置和方法，来检验生产的石油套管圆螺纹牙型角度参数是否符合标准要求
发明内容
本发明的主要目的是在于解决现有技术中石油套管圆螺纹的牙型角度检测难度大和效率低的问题，提供一种圆螺纹牙型角度检测装置及方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种圆螺纹牙型角度检测装置，其特殊之处在于，包括第一指针、第二指针，设有刻度的表盘、第一触脚、第一连杆、第二触脚、第二连杆、基准座、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮以及双层套筒；第二连杆套设在第一连杆外，第二触脚的径向长度大于第一触脚的径向长度；基准座的下底面为水平面；表盘固定安装于基准座上方；第一连杆和第二连杆均自上而下穿过基准座；所述第一连杆下端固定连接第一触脚，上端外表面沿轴向设有第一齿段，第一齿段与第一齿轮相啮合，第一齿轮同时与第二齿轮啮合，第一齿轮圆心与第一齿段和第一齿轮接触点的连线垂直于第一齿轮与第二齿轮的圆心连线；所述第二连杆下端固定连接第二触脚，上端外表面沿轴向设有第二齿段，第二齿段与第三齿轮相啮合；第二齿轮安装在双层套筒的外筒上，第三齿轮安装在双层套筒的内筒上；双层套筒的内筒与外筒同轴且两者为间隙配合；第一指针和第二指针的一端分别固定于所述同心套筒的外筒与内筒上，另一端指向表盘的刻度。
进一步地，第一齿轮与第二齿轮的传动比为1：1。
进一步地，所述第一触脚与第一连杆为一体式结构；所述第二触脚与第二连杆为一体式结构。
进一步地，所述第一触脚与第一连杆通过螺纹固定连接；所述第二触脚与第二连杆通过螺纹固定连接。
一种如上所述圆螺纹牙型角度检测装置的检测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1，对表盘调零，使第一指针和第二指针重合于表盘的零点；
步骤2，使基准座的下底面与圆螺纹槽顶贴合，第一触脚和第二触脚插入圆螺纹槽内；
步骤3，拨动第一指针和第二指针使第一触脚的侧面和第二触脚的侧面均与圆螺纹槽内侧壁接触；或拉动第一触脚和第二触脚使其均与圆螺纹槽内侧壁接触；
步骤4，分别读取第一指针和第二指针在表盘上的读数，通过下式计算圆螺纹牙型角α：
其中，D1为第一触脚的径向长度，D2为第二触脚的径向长度，d1为第一指针的读数，d2为第二指针的读数，i和r均为常数，取值范围0.8-1.2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的圆螺纹牙型角度检测装置中的第一触脚和第二触脚，分别通过第一连杆和第二连杆外表面的齿段与齿轮配合进行传动，其中第一齿轮又通过与第二齿轮啮合，将第一触脚的位移运动传递至第二齿轮；通过同心套筒，第一指针和第二指针同轴且相互独立转动，在表盘上分别显示第一触脚和第二触脚的移动情况。该装置结构简单，可视性强且易操作，在套管制造环节和油田现场均可使用。
2.本发明两个触脚与相应连杆为一体式结构，一体式成型使装置的稳定性和精度更高。
3.本发明本发明两个触脚与相应连杆还可以是分体式结构，通过螺纹配合连接，加工制造时更加便捷，运输更加便利。
4.本发明的圆螺纹牙型角度检测方法，将牙型角度的检测借助上述检测装置转化为深度的检测，再通过较为简单的公式直接换算出结果，步骤简单，对检测人员的技术水平要求较低，涉及的参数较少，计算结果简单明了，准确可靠，可直接用换算结果与标准要求比对作为判定依据，检测难度较低且效率高。
附图说明
图1为本发明圆螺纹牙型角度检测装置的结构示意图；
图2为本发明圆螺纹牙型角度检测装置工作状态的示意图；
图3为本发明的传动结构示意图。
其中，1-第一触脚；2-第二触脚；3-第一连杆；4-第二连杆；5-基准座； 6-表盘；7-第一指针；8-第二指针；9-第一齿轮；10-第二齿轮；11-第三齿轮； 12-第一齿段；13-第二齿段。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。
如图1所示，一种圆螺纹牙型角度检测装置，包括第一指针7、第二指针 8，设有刻度的表盘6、第一触脚1、第一连杆3、第二触脚2、第二连杆4、基准座5、第一齿轮9、第二齿轮10、第三齿轮11以及双层套筒；
第二连杆4套设在第一连杆3外，第二触脚2的径向长度大于第一触脚1 的径向长度，检测时，在圆螺纹内第一触脚1位于第二触脚2的下方，第二触脚2先接触到圆螺纹的侧壁，也正是利用第一触脚1和第二触脚2的径向长度差，以及在圆螺纹内的位移计算牙型角度；第一连杆3和第二连杆4均穿过基准座5，基准座5的下底面为水平面；表盘6固定安装于基准座5上方，第一连杆3和第二连杆4均自上而下穿过基准座5。检测时基准座5的下底面与圆螺纹的两侧边顶部相接触作为基准。
所述第一连杆3一端固定连接第一触脚1，另一端外表面沿轴向设有第一齿段12，第一齿段12与第一齿轮9相啮合，第一齿轮9同时与第二齿轮10 啮合，第一齿轮9圆心与第一齿段12中点的连线垂直于第一齿轮9与第二齿轮10的圆心连线。当第一触脚1发生移动时，第一连杆3带动第一齿段12 运动，进而带动第一齿轮9转动，由于第一齿轮9与第二齿轮10啮合，因此第二齿轮10相应转动。
所述第二连杆4一端固定连接第二触脚2，另一端外表面沿轴向设有第二齿段13，第二齿段13与第三齿轮11相啮合；第三齿轮11与第二齿轮10同心叠放。当第二触脚2发生移动时，第二连杆4带动第二齿段13运动，进而带动第三齿轮11转动。
第二齿轮10安装在双层套筒的外筒上，第三齿轮11安装在双层套筒的内筒上；双层套筒的内筒与外筒同轴且两者为间隙配合；第一指针7和第二指针8的一端分别固定于所述同心套筒的外筒与内筒上，另一端指向表盘6 的刻度。双层套筒保证了第一指针7和第二指针8在表盘6上同轴且相互独立。
上述是通过齿轮齿条、齿轮啮合的方式进行传动，将两个触脚的移动最终转化为表盘上的读数，且第一触脚1和第二触脚2对应的两组传动相互独立，能够直观的从表盘上读出第一触脚1和第二触脚2的移动量。
第一齿段12的齿和第一齿轮12的分度圆周长，以及第一齿轮12和第二齿轮10的传动比可根据需要进行具体设计，同理第二齿段13和第三齿轮11 的分度圆周长也可以进行设计调整。如用于检测一些深度较浅的圆螺纹，可以将第一触脚1和第二触脚2的移动量适当放大；若检测一些深度较深的圆螺纹，可以将第一触脚1和第二触脚2的移动量适当放小，避免因圆螺纹深度较深时，第一指针7和第二指针8在表盘6上转动超过一周不易计数，由于齿轮齿条、齿轮啮合的传动计算公式为公知，不再具体列出。本实施例中第一齿轮9和第二齿轮10的传动比为1：1，有利于后续的计算。
另外，从装置制造、安装和运输的角度考虑，第一触脚1与第一连杆3 可以为一体式结构，第二触脚2与第二连杆4也为一体式结构，在安装和运输时更加方便，不会因经常拆装而引起误差。第一触脚1与第一连杆3也可以通过螺纹固定连，第二触脚2与第二连杆4也通过螺纹固定连接，分体式的结构更容易运输和制造。可以根据使用、制造及安装需求从上述两种结构中选择。
基于上述检测装置的一种圆螺纹牙型角度检测方法，包括以下步骤：
步骤1，对表盘6调零，使第一指针7和第二指针8重合于表盘6的零点；
步骤2，使基准座5的下底面与圆螺纹槽顶贴合，第一触脚1和第二触脚 2插入圆螺纹槽内；
步骤3，拨动第一指针7和第二指针8使第一触脚1的侧面和第二触脚2 的侧面均与圆螺纹槽内侧壁接触；或拉动第一触脚1和第二触脚2使其均与圆螺纹槽内侧壁接触；
步骤4，分别读取第一指针7和第二指针8在表盘6上的读数，通过下式计算圆螺纹牙型角α：
其中，D1为第一触脚1的径向长度，D2为第二触脚2的径向长度，d1为第一指针7的读数，d2为第二指针8的读数，i和r均为常数，取值范围0.8-1.2。
实施例1
取机床加工的牙型为API标准8牙圆螺纹套管，用上述的检测装置和检测方法进行检测。第一触脚1的径向长度为1mm，第二触脚2的径向长度为 2.5mm，第一齿轮9和第二齿轮10的传动比为1：1，i和r的取值均为1；
步骤1，对表盘6调零，使第一指针7和第二指针8重合于表盘6的零点；
步骤2，使基准座5的下底面与圆螺纹槽顶贴合，第一触脚1和第二触脚2插入圆螺纹槽内；
步骤3，拨动第一指针7和第二指针8使第一触脚1的侧面和第二触脚2 的侧面均与圆螺纹槽内侧壁接触；
步骤4，分别读取第一指针7和第二指针8在表盘6上的读数为1.52mm 和0.24mm，通过下式计算圆螺纹牙型角α：
根据API SPEC 5B标准查询可知，8牙圆螺纹套管的理论牙型角度为60°，牙型角度公差为±1.5°，经检测得到的结果60.74°在公差范围内，符合标准要求。且从检测结果来看，本发明的检测装置和方法均合理。
以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种圆螺纹牙型角度检测装置，其特征在于，包括第一指针(7)、第二指针(8)，设有刻度的表盘(6)、第一触脚(1)、第一连杆(3)、第二触脚(2)、第二连杆(4)、基准座(5)、第一齿轮(9)、第二齿轮(10)、第三齿轮(11)以及双层套筒；第二连杆(4)套设在第一连杆(3)外，第二触脚(2)的径向长度大于第一触脚(1)的径向长度；基准座(5)的下底面为水平面；表盘(6)固定安装于基准座(5)上方；第一连杆(3)和第二连杆(4)均自上而下穿过基准座(5)；
所述第一连杆(3)下端固定连接第一触脚(1)，上端外表面沿轴向设有第一齿段(12)，第一齿段(12)与第一齿轮(9)相啮合，第一齿轮(9)同时与第二齿轮(10)啮合，第一齿轮(9)圆心与第一齿段(12)和第一齿轮(9)接触点的连线垂直于第一齿轮(9)与第二齿轮(10)的圆心连线；
所述第二连杆(4)下端固定连接第二触脚(2)，上端外表面沿轴向设有第二齿段(13)，第二齿段(13)与第三齿轮(11)相啮合；
第二齿轮(10)安装在双层套筒的外筒上，第三齿轮(11)安装在双层套筒的内筒上；双层套筒的内筒与外筒同轴且两者为间隙配合；
第一指针(7)和第二指针(8)的一端分别固定于所述双层套筒的外筒与内筒上，另一端指向表盘(6)的刻度；
第一齿轮(9)与第二齿轮(10)的传动比为1：1；
所述第一触脚(1)与第一连杆(3)为一体式结构；所述第二触脚(2)与第二连杆(4)为一体式结构。
2.如权利要求1所述一种圆螺纹牙型角度检测装置，其特征在于：所述第一触脚(1)与第一连杆(3)通过螺纹固定连接；所述第二触脚(2)与第二连杆(4)通过螺纹固定连接。
3.一种如权利要求1所述圆螺纹牙型角度检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对表盘(6)调零，使第一指针(7)和第二指针(8)重合于表盘(6)的零点；
步骤2，使基准座(5)的下底面与圆螺纹槽顶贴合，第一触脚(1)和第二触脚(2)插入圆螺纹槽内；
步骤3，拨动第一指针(7)和第二指针(8)使第一触脚(1)的侧面和第二触脚(2)的侧面均与圆螺纹槽内侧壁接触；或拉动第一触脚(1)和第二触脚(2)使其均与圆螺纹槽内侧壁接触；
步骤4，分别读取第一指针(7)和第二指针(8)在表盘(6)上的读数，通过下式计算圆螺纹牙型角α：
其中，D1为第一触脚(1)的径向长度，D2为第二触脚(2)的径向长度，d1为第一指针(7)的读数，d2为第二指针(8)的读数，i和r均为常数，取值范围0.8-1.2。
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