CN203626816U - 轮式钻孔深度测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轮式钻孔深度测量仪，包括轮式测深装置，轮式测深装置包括固定架和转动装配于固定架上的轮架、转动装配于轮架上的转轮，所述转轮转动轴线与转轮架的转动轴线垂直并存在设定的偏心距离；还包括用于采集转轮架相对于钻杆轴线转动的角度信号的角度传感器，用于采集转轮绕其轴线的旋转位移的位移传感器。本实用新型的钻孔深度测量仪采用轮架能随转轮受力而旋转的轮式测深装置，不限制转轮的扭动而是用角度传感器获得其扭动角度，从而能够获得用于计算钻进深度的转轮的旋转位移量和轮架的转动量。

Description

轮式钻孔深度测量仪

技术领域

本实用新型涉及钻孔深度测量仪。 

背景技术

钻孔用的钻杆在钻进过程中既绕其轴线旋转又沿其轴线移动，因此较难直接对钻杆的钻进位移量使用位移传感器进行测量。CN202325482U号中国专利公开的一种钻孔深度计量装置，其采用与钻杆紧贴的耐磨圆球，并利用转动轴线与钻进方向垂直的水平计量压紧圆柱体与滚动圆球的摩擦配合将圆球在钻进方向上的滚动量反映为圆柱体的定向转动，进而通过旋转计数器采集圆柱体的旋转量来算出钻杆的钻进深度。由于钻进过程中钻杆外表面的质点实际在螺旋线运动，因此现有技术中此类测量仪的输出定向旋转量的转动体（圆柱体）均无法避免一直要受到钻杆旋转方向上的作用力，该作用力将使转动体受到方向和大小均无规律的偏转扭矩而难以保证轴线稳定，加上转动体制造精度以及疲劳磨损等因素，现有技术中此类测量仪的测量精度和使用寿命均比较差。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供同时测量转轮的旋转位移量和轮架的转动量的轮式钻孔深度测量仪。 

本实用新型的轮式钻孔深度测量仪的技术方案是：包括轮式测深装置，轮式测深装置包括固定架和转动装配于固定架上的轮架、转动装配于轮架上的转轮，所述转轮转动轴线与轮架的转动轴线垂直并存在设定的偏心距离；还包括用于采集轮架相对于钻杆轴线转动的角度信号的角度传感器，用于采集转轮绕其轴线的旋转位移的位移传感器。 

所述轮式钻孔深度测量仪包括设置于转轮上、固定架与轮架之间或者轮架与转轮之间的对转轮施加压紧在钻杆上的弹性作用力的弹性件。 

所述固定架导向移动装配有导向杆，导向杆与固定架止旋配合，导向杆的移动方向与轮架转动轴线同轴，所述轮架转动装配于导向杆上，还包括用于沿轮架转动轴线对导向杆施加压向待测钻杆的作用力的弹簧。 

所述的轮式钻孔深度测量仪还包括钻孔测深主机，钻孔测深主机包括电源部分和用于采集和处理位移和角度传感器的信号的信号处理显示部分。   

本实用新型的钻孔深度测量仪采用轮架能随转轮受力而旋转的轮式测深装置，不限制转轮的扭动而是用角度传感器实时获得其扭动角度，从而能够获得用于计算钻进深度的转轮的旋转位移量和轮架的转动量，可明显减少钻杆旋转作用力在测量过程中的不良影响。

附图说明

图1是本实用新型的测量仪的实施例的使用状态示意图； 

图2是图1中的轮式测深装置的结构示意图；

图3是图2的左视图。

具体实施方式

如图1-图3所示，本实用新型的轮式钻孔深度测量仪的实施例，包括使用时安装于钻机上的轮式测深装置30和钻孔测深主机31，所述轮式测深装置31包括固定安装在钻机32上的固定架8，固定架8连有固定板7，固定板7固连有导向护筒19，导向护筒19中沿直线方向止旋导向移动装配有导向轴6，导向轴6的轴线延伸方向与其移动方向一致，导向轴6通过定位轴17与导向护筒19上的轴向长形槽止旋导向移动配合，导向轴6与导向护筒19之间还装有直线轴承16和对导向轴6施加压向钻杆的作用力的弹簧20。导向轴6一端同轴转动装配有转轮架3。转轮架3与导向轴6间设有采集转轮架3相对于导向轴6的转动角度信号的角度传感器5，转轮架3与导向轴6之间设有内设推力球轴承13的推力轴承座4，角度传感器转动部分51与转轮架3固连，角度传感器固定部分52与导向轴6固连，角度传感器固定部分52具体被角度传感器固定件15通过压紧螺母14紧固在只轴向运动的导向轴6上而不能转动。因此当角度传感器转动部分51发生转动时，可测量出实时角度并将信号传送到钻孔测深主机31上。 

转轮架3上转动装配有转轮2，转轮2的转动轴线与转轮架3的转动轴线垂直但不相交，转轮架3的转动轴线与转轮2的转动轴线之间存在设定的偏心距离，目的在于保证转轮2在钻杆1上做复杂运动时始终能产生对转轮架3的旋转力矩，此旋转力矩可迫使转轮架3与钻杆1的运动轨迹角度一致。并设有采集转轮2绕其轴线的旋转位移的位移传感器11，位移传感器固定件112通过位移传感器固定座12固定在转轮架3上，转轮2与转轮架3之间设有滚动轴承9，转轮2上连有与其旋转转动轴线同轴的传动轴10，位移传感器转动件111与传动轴10就连接，当位移传感器转动件111相对于固定件112发生转动时，固定件112采集转轮2的旋转位移信号并传送到钻孔测深主机31。 

位移传感器11和角度传感器5均采用光耦式传感器，通过光耦座（固定部分）测量旋转部分的旋转量，从而分别测算出位移及角度信号。钻孔测深主机31包括电源部分和信号处理显示部分，电源部分负责为传感器和主机提供电源，信号处理显示部分负责采集和处理位移和角度传感器的信号而得出钻孔测深的深度等相关信息，并最终显示在主机界面上和将信息上传地面监控系统。 

在上述实施例中弹簧20设置于导向轴与固定架之间，由于轮架与导向轴为固连而可以认为是轮架的一部分，在本实用新型的其他实施例中，弹簧20也可以由设置于转轮上、固定架与轮架之间的其他位置，或者轮架与转轮之间的对转轮施加压紧在钻杆上的弹性作用力的其他类型诸如扭簧、碟簧等其他弹性件代替。 

上述实施例在使用时，轮式测深装置30通过固定架8安装在钻机的夹持器前端，并使轮式测深装置30的转轮2与钻杆贴合时处在钻杆径向最上方，轮式测深装置在测深过程中，位移传感器11的实时位移△L一直与所接触的钻杆1部分运动实时轨迹展开线长度一致。角度传感器5的实时角度信号α一直于转轮2所接触的运动质点相对于钻杆轴线的夹角角度一致。如下为钻杆在打钻过程中的运动状态，现分类进行说明： 

在整个打钻过程中，钻杆运动方式分为四种：

1、静止状态。转轮压紧钻杆，转轮及转轮架相对钻杆静止，无位移和角度变化。

2、钻杆只旋转不进杆或退杆。此时钻杆的运动状态为外表面某一质点沿轴线做圆周运动。此状态下转轮2沿轴线与钻杆轴线平行的方向旋转。即旋转运动与钻杆轴线的夹角α=0°。根据三角定律的正弦算法sin0°=0，故虽然此时转轮2产生位移，但此状态下钻进深度为0。 

3、钻杆旋转同时轴向运动状态。此时钻杆的运动状态为外表面某一质点沿轴线做螺旋线运动。转轮2跟随转动并采集某一时间段的螺旋线展开长度△L。且角度传感器采集的转轮2轴线与钻杆1轴线夹角α∈（0.90）U（-90.0）。根据三角定律的正弦算法sinα≠0  α∈（0.90）U（-90.0）。此时产生的钻进深度L=△L×sinα≠0。当钻进深度L＞0时，为旋转钻进。当钻进深度L＜0时，为旋转退杆。 

4、钻杆不转动，只沿轴向前后运动状态。此时钻杆的运动状态为外表面某一质点沿轴线做直线运动。此状态下转轮2沿轴线与钻杆轴线垂直的方向旋转。即旋转运动与钻杆轴线的夹角α=±90°。根据三角定律的正弦算法sin±90°=±1，故此时转轮2的正向位移即为钻进深度，负向位移即为退杆长度。 

上述四种运动状态在钻机打钻过程中会频繁且无规律的出现。钻孔测深主机会根据位移和角度信号实时进行分析运算，进行钻孔深度的累加或递减。 

在本实用新型的轮式钻孔深度测量仪的其他实施例中，也可以没有钻孔测深主机而仅有轮式测深装置，此时可配套一台计算机进行数据处理。 

Claims (4)

1.轮式钻孔深度测量仪，其特征在于：包括轮式测深装置，轮式测深装置包括固定架和转动装配于固定架上的轮架、转动装配于轮架上的转轮，所述转轮转动轴线与转轮架的转动轴线垂直并存在设定的偏心距离；还包括用于采集转轮架相对于钻杆轴线转动的角度信号的角度传感器，用于采集转轮绕其轴线的旋转位移的位移传感器。

2.根据权利要求1所述的轮式钻孔深度测量仪，其特征在于：包括设置于转轮上、固定架与轮架之间或者轮架与转轮之间的对转轮施加压紧在钻杆上的弹性作用力的弹性件。

3.根据权利要求1所述的轮式钻孔深度测量仪，其特征在于：所述固定架导向移动装配有导向杆，导向杆与固定架止旋配合，导向杆的移动方向与轮架转动轴线同轴，所述轮架转动装配于导向杆上，还包括用于沿轮架转动轴线对导向杆施加压向待测钻杆的作用力的弹簧。

4.根据权利要求1或2或3所述的轮式钻孔深度测量仪，其特征在于：还包括钻孔测深主机，钻孔测深主机包括电源部分和用于采集和处理位移和角度传感器的信号的信号处理显示部分。

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