CN116500127B - 一种超声波静胶凝强度分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波静胶凝强度分析仪，属于静胶凝强度分析领域。一种超声波静胶凝强度分析仪，包括箱体，还包括：检测盒，滑动连接在箱体内；第一测试缸和第二测试缸，设置在检测盒中；转动相连的安装板和固定板，设在箱体内，所述安装板和固定板之间设有轴承，其中，所述轴承包括外圈和内圈，所述安装板与内圈固定相连，所述固定板与安装板通过轴承形成转动配合；步进电机，固定连接在安装板上；驱动轴，固定连接在步进电机的输出端；磁力耦合器，设在驱动轴的底部；本发明可以准确测量水泥浆的静胶凝强度，且第二测试缸易拆卸、清洗，减轻了工作人员的工作强度。
Description
技术领域
本发明涉及静胶凝强度分析技术领域，尤其涉及一种超声波静胶凝强度分析仪。
背景技术
高压油气井固井施工过程中急需解决的问题就是环空油气水窜，由于油气侵入水泥浆严重影响了水泥浆在一二界面的胶结质量，水泥环不能充分有效隔离油气水层，制约了后期分层开采和大型酸化压裂增产措施的实施。
在水泥浆泵入井下后水泥浆就开始发展静胶凝强度，静胶凝强度发展的过程，就是水泥浆从能传递液柱压力的液态流体向具有可测量抗压强度的固硬性材料转变的过程，水泥浆静胶凝强度的测量对于防止固井过程中气窜及提高固井质量非常关键。
超声波静胶凝强度分析仪，基于斯伦贝谢技术，为超声波水泥分析仪（UCA）的附属组件，用来测定水泥样品随时间变化静胶凝强度的发展，采用超声波测量静胶凝强度的仪器，可以比较方便的模拟井下的温度和压力利用超声波无损测量技术测量水泥浆的静胶凝强度的发展过程，同时还能测量水泥浆的超声波抗压强度随时间的发展过程。
目前，现有的超声波静胶凝强度分析仪在测试时，缸体内带叶片的转子首先搅拌水泥浆，然后进行静胶凝强度测定，在整个测定过程中，转子周期性或持续低速旋转，旋转时所受到的阻力直接被测定出，软件计算并显示出静胶凝强度值；但是测试完成后搅拌叶片以及缸体上残留的水泥浆难以清洗，给工作人员增大了工作量以及操作难度。
发明内容
本发明公开一种超声波静胶凝强度分析仪，旨在解决测试完成后搅拌叶片以及缸体上残留的水泥浆难以清洗的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种超声波静胶凝强度分析仪，包括箱体，还包括：检测盒，滑动连接在箱体内；第一测试缸和第二测试缸，设置在检测盒中；转动相连的安装板和固定板，设在箱体内，所述安装板和固定板之间设有轴承，其中，所述轴承包括外圈和内圈，所述安装板与内圈固定相连，所述固定板与安装板通过轴承形成转动配合；步进电机，固定连接在安装板上；驱动轴，固定连接在步进电机的输出端；磁力耦合器，设在驱动轴的底部；所述第二测试缸包括互相配合的第一卡合块、第二卡合块，所述第一卡合块和第二卡合块的外部套设有套环，所述第一卡合块和第二卡合块的顶部和底部分别螺纹连接有上盖板和下盖板，所述第二测试缸内转动连接有叶片。
通过设置有抽拉式检测盒，可以快速对水泥浆进行检测，通过设置有第一测试缸和第二测试缸同时检测，得出静胶凝强度和抗压强度，并在同一个软件图中标绘出，给操作者一个完全视觉的水泥浆固化特性；
通过第一卡合块和第二卡合块，可以实现快速组装、拆卸第二测试缸，便于对第二测试缸内的水泥浆进行清洗，通过叶片对水泥浆进行搅拌，从而检测水泥浆的静胶凝强度，通过上盖板和下盖板将第一卡合块和第二卡合块紧固在一起，防止水泥浆泄露；
通过磁力耦合器可以实现隔空传递扭矩，驱动叶片转动，对水泥浆进行搅拌；
通过安装板和内圈相配合，使得步进电机转动连接在固定板上水泥浆，当叶片对第二测试缸内的水泥浆进行搅拌时，叶片拨动水泥浆，水泥浆对叶片产生的阻力，迫使步进电机围绕内圈转动一定的角度。
在一个优选的方案中，所述箱体内转动连接有与齿条相啮合的齿轮，所述齿轮上固定连接有丝杆，所述丝杆上螺纹连接有螺纹块，所述固定板与螺纹块固定相连。
通过设置有互相啮合连接的齿条和齿轮，同时齿轮上固定连接有丝杆，在推拉检测盒时，齿条带动齿轮转动，使得齿轮带动丝杆转动，丝杆驱动螺纹块上下移动，使螺纹块带动磁力耦合器上下移动，在拉出检测盒时，齿条驱动齿轮转动，从而使得丝杆通过其外壁的螺纹驱动螺纹块带动磁力耦合器上移，在关闭检测盒时，齿条驱动齿轮反向转动，从而使得丝杆驱动螺纹块带动磁力耦合器下移，从而使磁力耦合器与从动磁铁件相配合。
在一个优选的方案中，所述检测盒上开设有与插块相配合的插孔，所述检测盒的底部设有与限位滑槽相配合的限位块，所述检测盒的底部开设有与导轨相配合的滑动槽。
通过设置有插块和插孔，在将检测盒推入箱体中时，插块插入插孔，使检测盒固定在箱体中，防止在水泥浆检测过程中，人员误拉检测盒，从而终止检测，或者使检测结果不准确。
在一个优选的方案中，所述套环上固定连接有固定块，所述下盖板和上盖板上分别固定连接有第一密封块和第二密封块，所述第一卡合块上设有插槽，所述第二卡合块上设有与插槽相配合的插条。
通过设置有套环，套环初步固定在所述第一卡合块和第二卡合块上，从而便于拧入下盖板和上盖板，使第一卡合块和第二卡合块固定在一起，第一密封块和第二密封块紧贴合在第一卡合块和第二卡合块组成的第二测试缸内壁，使第二测试缸密封性能更好。
由上可知，一种超声波静胶凝强度分析仪，包括箱体，还包括：检测盒，滑动连接在箱体内；第一测试缸和第二测试缸，设置在检测盒中；转动相连的安装板和固定板，设在箱体内，所述安装板和固定板之间设有轴承，其中，所述轴承包括外圈和内圈，所述安装板与内圈固定相连，所述固定板与安装板通过轴承形成转动配合；步进电机，固定连接在安装板上；驱动轴，固定连接在步进电机的输出端；磁力耦合器，设在驱动轴的底部；所述第二测试缸包括互相配合的第一卡合块、第二卡合块，所述第一卡合块和第二卡合块的外部套设有套环，所述第一卡合块和第二卡合块的顶部和底部分别螺纹连接有上盖板和下盖板，所述第二测试缸内转动连接有叶片。本发明提供的一种超声波静胶凝强度分析仪具有第一测试缸和第二测试缸安装、拆卸快速，清洗方便的技术效果。
附图说明
图1为本发明提出的一种超声波静胶凝强度分析仪的结构示意图一。
图2为本发明提出的一种超声波静胶凝强度分析仪的正视图。
图3为本发明提出的一种超声波静胶凝强度分析仪的侧视图。
图4为本发明提出的一种超声波静胶凝强度分析仪的剖视图。
图5为本发明图4中A处的放大结构示意图。
图6为本发明提出的一种超声波静胶凝强度分析仪的结构示意图二。
图7为本发明提出的一种超声波静胶凝强度分析仪中驱动轴部位的爆炸图。
图8为本发明提出的一种超声波静胶凝强度分析仪中第二测试缸部位的爆炸图一。
图9为本发明提出的一种超声波静胶凝强度分析仪中第二测试缸部位的爆炸图二。
图中：1、箱体；2、底座；3、检测盒；4、第一放置室；5、第二放置室；6、第一测试缸；7、第二测试缸；701、第一卡合块；702、第二卡合块；703、螺纹连接部；704、套环；705、固定块；706、下盖板；707、第一密封块；708、上盖板；709、插槽；7010、插条；7011、第二密封块；8、拉柄；9、插块；10、插孔；11、齿条；12、齿轮；13、限位滑槽；14、导轨；15、滑动槽；16、限位块；17、步进电机；18、安装板；19、驱动轴；20、轴承；2001、外圈；2002、内圈；21、固定板；22、凸环；23、连接部；24、磁力耦合器；25、从动磁铁件；26、转轴；27、叶片；28、固定罩盖；29、丝杆；30、螺纹块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明公开的一种超声波静胶凝强度分析仪主要应用于模拟井下的温度和压力，并使用超声波无损测量技术测量水泥浆的静胶凝强度的发展过程，同时还能测量水泥浆的超声波抗压强度随时间的发展过程的场景。
参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9，一种超声波静胶凝强度分析仪，包括箱体1，还包括：检测盒3，滑动连接在箱体1内；第一测试缸6和第二测试缸7，设置在检测盒3中；转动相连的安装板18和固定板21，设在箱体1内，所述安装板18和固定板21之间设有轴承20，其中，所述轴承20包括外圈2001和内圈2002，所述安装板18与内圈2002固定相连，固定板21与安装板18通过轴承20形成转动配合；步进电机17，固定连接在安装板18上；驱动轴19，固定连接在步进电机17的输出端；磁力耦合器24，设在驱动轴19的底部；所述第二测试缸7包括互相配合的第一卡合块701、第二卡合块702，所述第一卡合块701和第二卡合块702的外部套设有套环704，所述第一卡合块701和第二卡合块702的顶部和底部分别螺纹连接有上盖板708和下盖板706，所述第二测试缸7内转动连接有叶片27。
参照图1和图4，在一个优选的实施方式中，箱体1的底部设有底座2，箱体1内设有插块9，箱体1内开设有限位滑槽13，箱体1内设有导轨14检测盒3上开设有第一放置室4和第二放置室5，第一测试缸6和第二测试缸7分别设置在第一放置室4和第二放置室5内；
用户可以设置多个温度变化和搅拌速度，以适应不同的测试环境；
水泥浆制备好后进入静态期，胶凝强度逐渐增强，然后测量周期开始，叶片27以0.01 rpm (0.001 rad/sec)低速旋转，顶部的传感器测量凝胶形成所需要的电阻值，用户可以调整静态周期、测量周期和测量周期内的转速；
通过设置有第一放置室4和第二放置室5，并在第一放置室4和第二放置室5分别放入第一测试缸6和第二测试缸7，使得该超声波静胶凝强度分析仪能同时检测静胶凝强度和抗压强度，并在同一个软件图中标绘出，给操作者一个完全视觉的水泥浆固化特性。
参照图1和图4，在一个优选的实施方式中，箱体1内转动连接有与齿条11相啮合的齿轮12，齿轮12上固定连接有丝杆29，丝杆29上螺纹连接有螺纹块30，固定板21与螺纹块30固定相连；第一卡合块701和第二卡合块702的顶部和底部均设有螺纹连接部703，上盖板708和下盖板706均螺纹连接在螺纹连接部703上；
拉出检测盒3时，齿条11驱动齿轮12转动，齿轮12带动丝杆29转动，丝杆29通过其外壁的螺纹驱动螺纹块30上移，从而使螺纹块30带动固定板21上移，使得固定罩盖28脱离第二放置室5，磁力耦合器24远离从动磁铁件25；在推入检测盒3时，齿条11驱动齿轮12反向转动，齿轮12带动丝杆29反向转动，丝杆29驱动螺纹块30下移，从而使螺纹块30带动固定板21下移，使得固定罩盖28盖住第二放置室5，磁力耦合器24贴合从动磁铁件25，此时加压装置对第二测试缸7内加压，在驱动轴19的驱动下，磁力耦合器24通过其输出轴驱动转轴26转动。
参照图1和图6，在一个优选的实施方式中，检测盒3上开设有与插块9相配合的插孔10，检测盒3的底部设有与限位滑槽13相配合的限位块16，检测盒3的底部开设有与导轨14相配合的滑动槽15；检测盒3的侧面设有齿条11，检测盒3上设有拉柄8；
箱体1通过底座2平稳的放置在工作台上；
插块9和插孔10互相配合，箱体1内设有电力控制的自动伸缩杆控制插块9上下移动，在推入检测盒3时，插块9插入插孔10中，从而使得检测盒3被固定在箱体1中，避免了在检测时水泥浆时，检测盒3被误拉，导致检测数据不准确，在需要取出检测盒3时，插块9脱离插孔10，使得检测盒3能被顺利拉出箱体1；
在拉出和推入检测盒3时，检测盒3底部的滑动槽15与箱体1中的导轨14相配合，使得检测盒3拉取过程顺畅，检测盒3底部的限位块16在限位滑槽13中滑动，在完全拉出检测盒3时，限位块16抵住限位滑槽13的边缘处内壁，从而防止检测盒3脱离箱体1。
参照图1、图8和图9，在一个优选的实施方式中，套环704上固定连接有固定块705，下盖板706和上盖板708上分别固定连接有第一密封块707和第二密封块7011，第一卡合块701上设有插槽709，第二卡合块702上设有与插槽709相配合的插条7010；固定板21上固定连接有凸环22，外圈2001固定连接在凸环22上，磁力耦合器24上设有连接部23，驱动轴19与连接部23固定相连，第二放置室5上盖设有固定罩盖28，固定板21的底部与固定罩盖28固定相连；上盖板708上设有从动磁铁件25，从动磁铁件25内设有转轴26，叶片27固定连接在转轴26上，从动磁铁件25与磁力耦合器24相对应；
步进电机17固定在安装板18上，固定板21上设有压力传感器，安装板18的底部固定连接有拨动杆，在步进电机17驱动驱动轴19转动时，驱动轴19带动磁力耦合器24转动，磁力耦合器24带动从动磁铁件25转动，从动磁铁件25带动转轴26转动，从而使转轴26带动叶片27转动，通过磁力耦合器24隔空驱动叶片27转动，避免破坏第二测试缸7的密封性；
叶片27拨动水泥浆，水泥浆对叶片27产生的阻力，由于内圈2002与外圈2001转动相连，水泥浆对叶片27产生的阻力迫使步进电机17围绕内圈2002转动一定的角度，从而使安装板18的底部固定连接有拨动杆抵压固定板21上的压力传感器；
固定板21上设置的压力传感器与驱动轴19的横向距离是已知的，样品的阻力可以通过扭矩计算来确定，压力传感器测量的数值代表水泥浆对叶片27旋转运动的阻力，通过在预定时间间隔内对阻力压力进行多次测定，确定阻力在预定时间间隔内的阻力的变化，在实际应用中，这种多次测定表示了水泥浆样品在特定时间间隔内的剪切阻力。
参照图1和图8，在一个优选的实施方式中，为便于安装、拆卸第二测试缸7，第二测试缸7由第一卡合块701和第二卡合块702组成，在安装第二测试缸7时，先将第二卡合块702上的插条7010插入第一卡合块701中的插槽709中，让第一卡合块701和第二卡合块702初步对接，然后在第一卡合块701和第二卡合块702套上套环704，防止后续安装过程中，第一卡合块701和第二卡合块702分离，然后在第一卡合块701和第二卡合块702的底部螺纹连接部703处拧上下盖板706，然后在第一卡合块701和第二卡合块702顶部的螺纹连接部703处拧上上盖板708，上盖板708和下盖板706抵住套环704，使第一卡合块701和第二卡合块702被紧固在一起，并对第二测试缸7进行双重密封，在拧入上盖板708和下盖板706时，第一密封块707和第二密封块7011均紧贴第二测试缸7的内壁，配合上盖板708和下盖板706，对第二测试缸7进行内外限位固定；
套环704上的固定块705用于对第二测试缸7限位固定，防止第二测试缸7转动，第二放置室5上开设有与固定块705相对应的开口，在驱动轴19驱动叶片27对第二测试缸7内水泥浆时，由于水泥浆具有一定的阻力，第二测试缸7会随着驱动轴19转动小幅度偏移转动，固定块705将第二测试缸7限位在第二放置室5中，不能转动，从而保证了测试结果的准确性；
其中，该超声波静胶凝强度分析仪的最高温度为204摄氏度，最高压力为138Mpa，压力介质为水，加热功率为2000W，使用环境温度为10-40摄氏度，使用环境湿度为0-70%。
工作原理：使用时，先拉出检测盒3，在拉出检测盒3时，拉出检测盒3时，齿条11驱动齿轮12转动，齿轮12带动丝杆29转动，丝杆29驱动螺纹块30上移，从而使螺纹块30带动固定板21上移，使得固定罩盖28脱离第二放置室5，磁力耦合器24远离从动磁铁件25，然后取出第一测试缸6和第二测试缸7，拧开第二测试缸7的上盖板708，打开第一测试缸6的盖子，向第一测试缸6和第二测试缸7中加入搅拌好的水泥浆，然后分别盖好盖子和上盖板708，将第一测试缸6和第二测试缸7分别放入第一放置室4和第二放置室5，向箱体1内推入检测盒3，在推入检测盒3时，齿条11驱动齿轮12反向转动，齿轮12带动丝杆29反向转动，丝杆29驱动螺纹块30下移，从而使螺纹块30带动固定板21下移，使得固定罩盖28盖住第二放置室5，磁力耦合器24贴合从动磁铁件25；
在拉出和推入检测盒3时，检测盒3底部的滑动槽15与箱体1中的导轨14相配合，使得检测盒3拉取过程顺畅，检测盒3底部的限位块16在限位滑槽13中滑动，在完全拉出检测盒3时，限位块16抵住限位滑槽13的边缘处内壁，从而防止检测盒3脱离箱体1；
加压装置对第二测试缸7内加压，在驱动轴19的驱动下，磁力耦合器24通过其输出轴驱动转轴26转动，转轴26带动叶片27对第二测试缸7中的水泥浆进行搅拌，叶片27拨动水泥浆，水泥浆对叶片27产生的阻力，由于内圈2002与外圈2001转动相连，水泥浆对叶片27产生的阻力迫使步进电机17围绕内圈2002转动一定的角度，从而使安装板18的底部固定连接有拨动杆抵压固定板21上的压力传感器，随着时间的变化、以及第二测试缸7中的压强温度不同，导致水泥浆对叶片27产生的阻力不一，连续测量固定时间间隔内的阻力数值，通过计算，即可得到静胶凝强度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种超声波静胶凝强度分析仪，包括箱体(1)，其特征在于，还包括：
检测盒(3)，滑动连接在箱体(1)内；
第一测试缸(6)和第二测试缸(7)，设置在检测盒(3)中；
转动相连的安装板(18)和固定板(21)，设在箱体(1)内，所述安装板(18)和固定板(21)之间设有轴承(20)，其中，所述轴承(20)包括外圈(2001)和内圈(2002)，所述安装板(18)与内圈(2002)固定相连，所述固定板(21)与安装板(18)通过轴承(20)形成转动配合；
步进电机(17)，固定连接在安装板(18)上；
驱动轴(19)，固定连接在步进电机(17)的输出端；
磁力耦合器(24)，设在驱动轴(19)的底部；
所述第二测试缸(7)包括互相配合的第一卡合块(701)、第二卡合块(702)，所述第一卡合块(701)和第二卡合块(702)的外部套设有套环(704)，所述第一卡合块(701)和第二卡合块(702)的顶部和底部分别螺纹连接有上盖板(708)和下盖板(706)，所述第二测试缸(7)内转动连接有叶片(27)，所述检测盒(3)上开设有第一放置室(4)和第二放置室(5)，所述第一测试缸(6)和第二测试缸(7)分别设置在第一放置室(4)和第二放置室(5)内，所述套环(704)上固定连接有固定块(705)，所述下盖板(706)和上盖板(708)上分别固定连接有第一密封块(707)和第二密封块(7011)，所述第一卡合块(701)上设有插槽(709)，所述第二卡合块(702)上设有与插槽(709)相配合的插条(7010)，所述固定板(21)上固定连接有凸环(22)，所述外圈(2001)固定连接在凸环(22)上，所述磁力耦合器(24)上设有连接部(23)，所述驱动轴(19)与连接部(23)固定相连，所述第二放置室(5)上盖设有固定罩盖(28)，所述固定板(21)的底部与固定罩盖(28)固定相连。
2.根据权利要求1所述的一种超声波静胶凝强度分析仪，其特征在于，所述箱体(1)的底部设有底座(2)，所述箱体(1)内设有插块(9)，所述箱体(1)内开设有限位滑槽(13)，所述箱体(1)内设有导轨(14)。
3.根据权利要求2所述的一种超声波静胶凝强度分析仪，其特征在于，所述检测盒(3)上开设有与插块(9)相配合的插孔(10)，所述检测盒(3)的底部设有与限位滑槽(13)相配合的限位块(16)，所述检测盒(3)的底部开设有与导轨(14)相配合的滑动槽(15)。
4.根据权利要求1所述的一种超声波静胶凝强度分析仪，其特征在于，所述检测盒(3)的侧面设有齿条(11)，所述检测盒(3)上设有拉柄(8)。
5.根据权利要求1所述的一种超声波静胶凝强度分析仪，其特征在于，所述箱体(1)内转动连接有与齿条(11)相啮合的齿轮(12)，所述齿轮(12)上固定连接有丝杆(29)，所述丝杆(29)上螺纹连接有螺纹块(30)，所述固定板(21)与螺纹块(30)固定相连。
6.根据权利要求1所述的一种超声波静胶凝强度分析仪，其特征在于，所述第一卡合块(701)和第二卡合块(702)的顶部和底部均设有螺纹连接部(703)，所述上盖板(708)和下盖板(706)均螺纹连接在螺纹连接部(703)上。
7.根据权利要求1所述的一种超声波静胶凝强度分析仪，其特征在于，所述上盖板(708)上设有从动磁铁件(25)，所述从动磁铁件(25)内设有转轴(26)，所述叶片(27)固定连接在转轴(26)上，所述从动磁铁件(25)与磁力耦合器(24)相对应。
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