CN111796225A - 一种高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置，包括第一测力装置、支架、距离度量部件、加热装置、温度传感器和用于夹持磁力座的夹持机构，夹持机构安装在所述支架上并位于测力装置上方；第一测力装置用于测量阀瓣对其向下的作用力；夹持机构与第一测力装置之间的距离可调节或位移；加热装置用于对磁力座进行加热，所述温度传感器用于测量磁力座的温度。本发明可对磁力座进行加热，可用于测试高温环境下磁力的大小以及磁力与距离的关系，通过对比高温环境与常温环境下磁力与距离的关系，可研究高温对磁力的影响，对保压控制器的研究和性能改善具有重要意义。

Description

一种高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置

技术领域

本发明涉及磁力测量设备技术领域，尤其涉及一种高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置。

背景技术

岩石取芯钻机在深地取芯中的一种重要工艺是保压取芯，保压岩心是岩石力学研究中的珍贵样品，如何实现钻机高效保压是取芯钻机的一个发展方向，我国近些年来对于保压取芯及其钻机设计做了不少研究，谢和平院士首次提出“五保”取芯概念中便有“一保”为保压取芯。对于保压取芯中的各部分结构设计，目前还有很多技术需要研究。

专利文献CN110847856A公开了一种保压取芯器翻板阀结构，其阀座具有磁性，可吸引阀瓣关闭。因其阀瓣关闭不依托于自身重力，因而不受钻进方向的限制。利用磁力机械产生的磁力远距离牵引是一种理想的无结构牵引装置。

在取芯钻机深地钻进过程中，伴随着高温高压环境，深地高温对取芯钻机性能具有一定的影响，对于保压控制器的阀座的磁性也有一定影响，高温对阀座磁性（体现在阀座上是阀座对阀瓣产生的磁力）的影响需要具体测试。

但是，目前缺少测量高温环境下该阀座磁力大小的测试装置，因而无法进一步验证磁力关闭的可靠性，对取芯器保压控制器的改进造成阻碍。

由于保压取芯器磁性阀座在数值仿真与实际相似模拟实验中都较为复杂，难以研究其在不同磁场组合下的动态受力情况，导致力学模型模糊不清，故在实验时通常以保压控制器的简化模型代替。如图1所示，保压控制器的简化模型包括圆板状的阀瓣（序号7）和圆筒状的磁力座（序号6）。通过研究简化模型磁力场的磁力大小来深入改进取芯器保压控制器的阀座磁场组合以及力学模型。

如图2、3所示，当简化模型的磁力座（序号6）具有多个方向的磁场时（图中箭头代表永磁体充磁方向），该磁力座（序号6）由多个磁体（61）拼接而成的，如何去测量整个磁力座在其轴线方向上对阀瓣施加的磁力大小是现有技术无法解决的。

此外，由于保压控制器实际工况中会出现高温环境，故高温环境对磁力座磁场的影响也需要测试，这也是现有技术无法解决的。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置，包括第一测力装置、支架、距离度量部件、加热装置、温度传感器和用于夹持磁力座的夹持机构，所述夹持机构安装在所述支架上并位于第一测力装置上方；第一测力装置用于测量阀瓣对其向下的作用力；

所述夹持机构与第一测力装置之间的距离可调节，所述距离度量部件用于测量夹持机构与第一测力装置之间的距离，和/或夹持机构的位移，和/或第一测力装置的位移；

所述加热装置用于对磁力座进行加热，所述温度传感器用于测量磁力座的温度。

进一步，所述加热装置包括导热筒和至少一个加热环，加热环可操作地套接在导热筒上，导热筒用于将热量从加热环传递给磁力座，所述夹持机构用于将导热筒和磁力座一并夹紧。

进一步的，导热筒由至少两个瓦型片组成。

进一步的，所述夹持机构夹紧时具有容置所述导热筒的圆形空间，夹持机构通过夹紧导热筒夹紧磁力座。优选地，所述夹持机构为卡箍。

优选地，所述导热筒上设有温度传感器。

其中，所述距离度量部件包括位移传感器，或距离传感器，或设于支架上的高度刻度标识。

进一步的，高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置还包括用于带动夹持机构竖直移动的直线驱动机构。

进一步的，高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置还包括圆柱芯，它还包括圆柱芯，可通过圆柱芯与夹持机构将磁力座夹在中间。

优选地，第一测力装置为电子秤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1，本发明操作方便，可用于测试和比较在高温环境中，不同磁场组合环境下温度环境下磁力触发的保压控制器的磁力大小；也可用于测量磁力小于重力时，磁力与距离的关系；

2，本发明可对磁力座进行加热，可用于测试高温环境下磁力的大小以及磁力与距离的关系，通过对比高温环境与常温环境下磁力与距离的关系，可研究高温对磁力的影响，对保压控制器的研究和性能改善具有重要意义。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1是保压控制器的简化模型的结构示意图；

图2是简化模型的磁力座拼在一起时的三维图；

图3是简化模型的磁力座的分解图；

图4是实施例一的三维图；

图5是导热筒的分解图；

图6是加热环的三维图；

图7是实施例一中夹持机构未夹持加热装置时的三维图；

图8是实施例一使用时的示意图；

图9是实施例二使用时的示意图；

图10是圆柱芯的结构示意图；

图11是实施例三的三维图；

图12是实施例四的三维图；

图13是实施例五的三维图；

图14是实施例六的三维图；

图15是第一种测力装置的安装示意图；

图16是第一种测力装置测试时的示意图；

图17是采用第二种测力装置的磁力测试系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例一

如图4-8所示，本实施例公开的高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置，包括第一测力装置、支架、距离度量部件、加热装置、温度传感器和用于夹持磁力座的夹持机构3。

第一测力装置用于测量阀瓣对其向下的作用力。第一测力装置包括压力传感器或称重传感器等常规的测力元件。

本实施例中第一测力装置选择称重装置1。称重装置1又可选择电子秤。电子秤是通过压敏电阻、电子芯片来工作的,可优选。

保压控制器实际工况是在高温环境下进行，高温环境有可能对磁力座的磁场产生影响，故需要模拟高温环境下磁力座磁力的大小，通过对比常温状态下磁力座磁力的大小，改进磁力座材料。故加热装置用于对磁力座进行加热，温度传感器用于测量磁力座的温度。

由于磁力座外侧壁为圆柱面，本实施例中加热装置包括导热筒4和至少一个加热环5，导热筒4用于将热量从加热环5传递给磁力座，加热环5内部排布有非缠绕电阻丝。导热筒4内径与磁力座的外径适配，导热筒4长度与磁力座的高度一致。加热环5可套接在导热筒4上。加热环5的数量根据需要设置，可为两个、三个或者更多，加热环5避开夹持机构套在导热筒4外部。

如图5所示，本实施例中导热筒4由至少两个瓦型片41组成，使得导热筒4可夹紧在磁力座上。导热筒4材质选择非金属或铜，以减轻对磁力座磁场的影响，非金属材料优选氮化硅陶瓷。

本实施例中夹持机构3夹在导热筒4上，通过夹紧由瓦型片41组成的导热筒4来夹紧磁力座。因而，夹持机构3夹紧时具有容置导热筒4的空间。

如图7所示，本实施例中夹持机构3包括一对夹持臂，夹持臂的夹持面为圆柱面。作为优选，夹持机构3为卡箍。

本实施例中温度传感器设置在导热筒4上。可以将导热筒4设置成空心的，在空心的导热筒4里面增设温度传感器，根据需要可在空心部分内填充导热液体介质，本实施例中导热液体介质为油；然后给最外层的加热环5的电阻丝通电加热，从而使得加热环5温度升高并且传递给导热筒4，促使油温升高，直至到达预设的温度值；当温度超过设定值时，温度传感器传递信号，可自动降低加热环5的功率，保证导热筒4的温度恒定。这样通过热传递传递给磁力座的温度就会恒定；

同时可在磁力座上增设温度传感器，加热一段时间后，当磁力座上的温度达到设定的温度时，即可开始试验。预设温度可根据保压控制器的工作环境具体设定。因为保压控制器要在深部环境中工作，所以可以在50摄氏度-150摄氏度之间设置不同温度梯度。

夹持机构3安装在支架上，夹持机构3并位于称重装置1上方，夹持机构3与称重装置1之间的距离可调节。距离度量部件用于测量夹持机构3与称重装置1之间的距离，或夹持机构3的位移。

本实施例中支架为升降支架。支架包括底座21和立柱22，立柱22的底部与底座21固接。距离度量部件包括设于立柱22上的刻度标识23。如图4、7所示，通过调节立柱22的高度来实现支架高度的升降，夹持机构3与立柱22的上部固接，通过升降立柱22来实现夹持机构3的高度调节。

立柱22可为自动升降机构也可为手动升降机构。

如果立柱22为自动升降机构，立柱22可为直线电机、气缸、液压缸等常用的驱动机构。

如果立柱22为手动自动升降机构，立柱22可选择阻尼伸缩杆。

如图8所示，使用时，将称重装置1置于底座21上，阀瓣7放置在称重装置1上；夹持机构3将导热筒4与磁力座6夹持住，使立柱22缩短，带动夹持机构3向下移动，使磁力座6同步下放，下放过程中根据需要记录夹持机构3的高度及对应时刻称重装置1的测量值。

当称重装置1的测量值变为0时，说明磁力座6刚好将阀瓣7吸引起来，此时阀瓣7所受合力为0，然后拧紧锁紧旋钮24，通过刻度标识23读出此时夹持机构3的高度，并记录下来。

本发明在称重装置1的测量值变为0时，通过测量磁力座6与阀瓣7间的距离来反应高温环境下磁力座6磁场的强弱；其结构简单，操作方便，可测试和比较不同磁场组合方式下保压控制器的磁力大小，也可用于研究磁力不大于重力时磁力与距离的关系；本发明可在夹持磁力座的同时对磁力座进行加热，可用于测试高温环境下磁力的大小以及磁力与距离的关系，通过对比高温环境与常温环境下磁力与距离的关系，可研究高温对磁力的影响，对保压控制器的研究和性能改善具有重要意义。

实施例二

如图9、10所示，本实施例中基于磁场触发的保压控制器磁力测试装置还包括圆柱芯8，圆柱芯8的外径小于圆形空间的内径。圆柱芯8的外径与磁力座6的内径相等。使用时，圆柱芯8装在磁力座6中央，而夹持机构3从外部给磁力座6一个约束力，通过圆柱芯8与夹持机构3内外的夹持作用，将磁力座6固定在支架上。圆柱芯8不会对磁力座6的磁力造成影响。圆柱芯8可为木芯、岩心、塑料套管等。圆柱芯8为岩心，可检测不同深度的岩心是否对该控制器产生的磁力有所影响；圆柱芯8为塑料套管可模拟真实取心筒。

实施例三

本实施例与实施例一或实施例二的区别在于：如图11所示，本实施例中距离度量部件包括安装在支架上的位移传感器9或距离传感器。位移传感器9或距离传感器、称重装置1均与控制系统电连接。控制系统自动记录下方过程中以及称重装置1的测量值为0时，下位移传感器9或距离传感器的测量值以及对应时刻称重装置1的测量值。

实施例四

本实施例与实施例一、实施例二或实施例三的区别在于：如图12所示，本实施例中基于磁场触发的保压控制器磁力测试装置还包括用于带动夹持机构3竖直移动的直线驱动机构10。直线驱动机构10安装在底座21上，直线驱动机构10的输出端与夹持机构3连接。夹持机构3与支架滑动连接。直线驱动机构10可为直线电机、气缸、液压缸等常用的驱动机构。

直线驱动机构10和称重装置均与控制系统电连接，当称重装置1测量值变为0时，直线驱动机构10可自动停止运行。

实施例五

本实施例与实施例一的区别在于：如图13所示，本实施例中夹持机构3可相对于支架上下移动，夹持机构3与支架滑动连接，夹持机构3与支架间设有用于锁固夹持机构3的锁紧机构。

立柱2上设有滑动套筒，夹持机构3与滑动套筒连接，锁紧机构为用于锁固滑动套筒的锁紧旋钮24。

需要移动夹持机构3时；调松锁紧旋钮24；需要锁固夹持机构3时，拧紧锁紧旋钮24即可。

实施例六

本实施例与前面几个实施例的区别在于：本实施例中称重装置的高度可调节，夹持机构3高度固定。

如图14所示，称重装置1置于置物平台102上，置物平台102的高度可调节，通过调节置物平台102的高度来调节称重装置1的高度，继而调节磁力座6与阀瓣7的距离。

置物平台102的高度调节方式与前面实施例中夹持机构3的高度调节方式相同，此处不再赘述。

在另一个实施方式中称重装置1与夹持机构3的高度均可调节。

本发明的保压控制器磁力测试装置采用第一测力装置可在前期磁力座6距离阀瓣7较远，磁力不大于重力时，测量阀瓣7所受磁力与磁力座6距离的关系。但当磁力座6下移至阀瓣7所受磁力大于自身重力时，称重装置1将失去作用。

因而本发明还公开保压控制器磁力测试系统，该测试系统除了包括上述保压控制器磁力测试装置外，还包括第二测力装置，第二测力装置用于测量阀瓣对其向上的作用力，可用于测量阀瓣7所受磁力大于自身重力时，磁力与距离的关系。

本发明公开两种第二测力装置。第一种包括拉力测量装置，第二种包括压力测量装置，拉力测量装置和压力测量装置的测量值均为磁力值减去重力值，继而测量当阀瓣所受磁力大于重力后，磁力与距离的关系。如图15、16所示，第一种第二测力装置包括拉力测量装置101和置物平台102。置物平台102可安装在支架上并可相对于支架上下移动。置物平台102连接有套筒或夹持臂，套筒安装在立柱102上并立柱102间隙配合，套筒与立柱102间设有锁紧旋钮24，通过锁紧旋钮24可锁固套筒的位置。夹持臂可选择卡箍。

拉力测量装置101上端连接有用于连接阀瓣的连接部件104，置物平台102上设有通孔103，连接部件104自由端穿过通孔103从置物平台102顶面伸出。

拉力测量装置101可选择电子拉力计、弹簧秤等。连接部件104可选择绳、带、索等。连接部件104优选刚性绳索，保证其不会发生形变，以免影响实验结果。

采用拉力测量装置101的保压控制器磁力测试系统的使用方法：

首先，在磁力小于阀瓣7的重力时利用称重装置1测量磁力与距离的关系；

当称重装置1显示为0时，记录下刻度或位移量；

随后，换作拉力测量装置101继续测量。将拉力测量装置101下端与底座21连接，拉力测量装置101下端与底座21可采用螺栓等方式固定。

阀瓣7置于置物平台102上，将拉力测量装置101的测力钩端套上连接部件104，连接部件104另一端绑在阀瓣7上，保证拉力计、连接部件104和阀瓣7三者中心线在同一条直线上。

然后进行调试，将连接部件104拉到紧绷状态，且此时拉力测量装置101的测量值为0；

随后继续将磁力座6下放，利用拉力测量装置101测量磁力。由于该过程中，阀瓣7所受磁力大于自身重力，因而阀瓣7会悬空并逐步向上移动，为了测量此时阀瓣7与磁力座6间的距离，此时将置物平台102上移至悬空的阀瓣7处，记录下此时置物平台102的高度，此时夹持机构3与置物平台102的高度差即为彼此间的距离。

其中，称重装置1可直接置于底座21上，也可直接放置在带通孔103的置物平台102上。如果称重装置1置于底座21上，开始测量前，置物平台102并未安装在支架上，当更换为拉力测量装置101时，再将置物平台102安装在支架上，这时需要调节夹持机构3与置物平台102的距离。已知当称重装置1显示为0时，称重装置1与夹持机构3的距离为h，此时需要调节夹持机构3与置物平台102的距离也为h。

如果称重装置1置于通孔103的置物平台102上。由于称重装置1测量时阀瓣7是直接置于称重装置上，而采用拉力测量装置101时，阀瓣7是直接置于置物平台102上，因而在更换为拉力测量装置101测量时，置物平台102需要向上移动称重装置自身高度的距离，以确保置换前后阀瓣7与磁力座6的距离不变。

如图17所示，第二种第二测力装置包括压力测量装置，压力测量装置包括竖直杆105和安装在竖直杆105下端的压力测量探头106。竖直杆105的外径应当小于磁力座6的内径。

竖直杆105可安装在支架上并可相对于支架上下移动。竖直杆105上端连接有套筒或夹持臂，套筒安装在立柱102上并立柱102间隙配合，套筒与立柱102间设有锁紧旋钮24，通过锁紧旋钮24可锁固套筒的位置。夹持臂可选择卡箍。竖直杆105优选非金属材料。

采用压力测量装置的保压控制器磁力测试系统的使用方法：

首先，将称重装置1置于底座21上，阀瓣7放置在称重装置1上；夹持机构3将磁力座6夹持住；

竖直杆105下端从磁力座6中间穿过，压力测量探头106下端与阀瓣7上端面接触且压力测量探头106的测量值为0；

随后，向下移动夹持机构3，使磁力座6同步下放，下放过程中根据需要记录夹持机构3的高度及对应时刻称重装置1的测量值；

当称重装置1的测量值变为0时，说明磁力座6刚好将阀瓣7吸引起来，此时阀瓣7所受合力为0，然后拧紧锁紧旋钮24，通过刻度标识23读出此时夹持机构3的高度，并记录下来；

继续向下移动夹持机构3，使磁力座6同步下放。该过程中，阀瓣7所受磁力大于自身重力，因而阀瓣7会有向上移动的趋势，但由于压力测量探头106的阻挡，阀瓣7会静止不动，但同时会给压力测量探头106一个向上的推力，该推力可通过压力测量探头106直接测量出来。这个过程中可根据需要记录压力测量探头106的测量值以及夹持机构3的高度或位移。

压力测力装置相对于拉力装置使用更为方便，中途无需更换设备，一次调试即可完成整个测试。

使用本发明的保压控制器磁力测试系统的第一测力装置可测量磁力小于重力时，磁力与距离的关系；使用其第二测力装置可测量当磁力大于重力后，磁力与距离的关系。本发明的保压控制器磁力测试系统可测量磁力座与阀瓣在逐渐接近的整个过程中的磁力与距离的关系。

当然，本发明还可以用于测试不同磁体与其相吸物质在逐渐接近的整个过程的磁力与距离的关系。其尤其适用于测试圆筒状或圆柱状的磁体。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置，其特征在于：包括第一测力装置、支架、距离度量部件、加热装置、温度传感器和用于夹持磁力座的夹持机构，所述夹持机构安装在所述支架上并位于第一测力装置上方；第一测力装置用于测量阀瓣对其向下的作用力；

所述夹持机构与第一测力装置之间的距离可调节，所述距离度量部件用于测量夹持机构与第一测力装置之间的距离，和/或夹持机构的位移，和/或第一测力装置的位移；

所述加热装置用于对磁力座进行加热，所述温度传感器用于测量磁力座的温度。

2.根据权利要求1所述的高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置，其特征在于：所述加热装置包括导热筒和至少一个加热环，加热环可操作地套接在导热筒上，导热筒用于将热量从加热环传递给磁力座，所述夹持机构用于将导热筒和磁力座一并夹紧。

3.根据权利要求2所述的高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置，其特征在于：导热筒由至少两个瓦型片组成。

4.根据权利要求2或3所述的高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置，其特征在于：所述夹持机构夹紧时具有容置所述导热筒的空间，夹持机构通过夹紧导热筒来夹紧磁力座。

5.根据权利要求4所述的高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置，其特征在于：所述夹持机构为卡箍。

6.根据权利要求2或3所述的高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置，其特征在于：所述导热筒上设有温度传感器。

7.根据权利要求1所述的高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置，其特征在于：所述距离度量部件包括位移传感器，或距离传感器，或设于支架上的高度刻度标识。

8.根据权利要求1或7所述的高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置，其特征在于：它还包括用于带动夹持机构竖直移动的直线驱动机构。

9.根据权利要求1、2、3或5所述的高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置，其特征在于：它还包括圆柱芯，可通过圆柱芯与夹持机构将磁力座夹在中间。

10.根据权利要求1所述的高温环境下利用重力检测的保压控制器磁力测试装置，其特征在于：第一测力装置为电子秤。

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