CN208089278U - 一种井底动力机转速传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井底动力机转速传感器，其包括：承载轴；转速检测组件，其与所述承载轴可拆卸连接，用于获取转动部的转速数据；内密封壳，其套设在所述承载轴以及转速检测组件的外部，且与所述承载轴可拆卸地连接；以及外密封壳，其套设在所述内密封壳外部，且与所述承载轴可拆卸地连接，用于将所述内密封壳密封在所述外密封壳与所述承载轴之间的空间内。本实用新型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

一种井底动力机转速传感器

技术领域

本实用新型涉及油气钻井及地质钻探领域，特别涉及一种井底动力机转速传感器。

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，急需研制一种能够对井底动力机在井下工作时的转速进行测量的专用传感器。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型提供了一种井底动力机转速传感器，其适合井底工况环境的问题，可大幅度提高测量精度。

本实用新型就上述技术问题而提出的技术方案如下：

提供了一种井底动力机转速传感器，其包括：

承载轴；

转速检测组件，其与所述承载轴可拆卸连接，用于获取转动部的转速数据；

内密封壳，其套设在所述承载轴以及转速检测组件的外部，且与所述承载轴可拆卸地连接；

以及外密封壳，其套设在所述内密封壳外部，且与所述承载轴可拆卸地连接，用于将所述内密封壳密封在所述外密封壳与所述承载轴之间的空间内。

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、在所述承载轴径向方向上的物体形变数据，并对所述形变数据进行处理；

以及电路板，其连接所述检测器，用于根据处理后的形变数据获取所述转动部的转速数据。

优选的，所述承载轴的外周面上形成有用于容纳所述检测器的第一凹陷部，以及用于容纳所述电路板的第二凹陷部。

优选的，所述检测器包括：

底座，其与所述承载轴可拆卸地连接；

端盖，其与所述底座可拆卸地连接；且所述底座与端盖连接后形成的整体具有第一内部安装空间；

变形台，其设置在所述第一内部安装空间内，且开设有通孔，两端均与所述底座连接；且所述底座与变形台连接后形成的整体具有第二内部安装空间；

滑轨，其位于所述承载轴的径向方向上，一端连接所述端盖，另一端依次穿过所述变形台的通孔、第二内部安装空间后连接所述底座；

弹簧，其套设在所述滑轨上；

质量块，其位于所述第二内部安装空间外，与所述弹簧远离所述底座的一端连接；

抵持件，其位于所述第二内部安装空间内，与所述弹簧靠近所述底座的一端连接；

应变片，其连接所述变形台远离所述底座的端面上，且位于所述第二内部安装空间外；

以及信号调理器，其设置于所述第二内部安装空间内，且与所述底座连接；

当所述转动部转动时，所述弹簧在径向离心力的作用下被拉伸，使得所述质量块沿所述承载轴的径向滑动，进一步使得所述抵持件抵持在所述变形台靠近所述底座的端面上，由此使得所述变形台产生形变；所述应变片用于收集形变数据，并将其发送至所述信号调理器进行处理。

优选的，所述检测器还包括：温度传感器，其设置于所述第二内部安装空间内，且与所述底座连接，用于获取温度数据，且发送至所述电路板；所述电路板根据经所述信号调理器处理后的形变数据以及所述温度数据获取所述转动部的转速数据。

优选的，所述承载轴包括：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；

且所述外密封壳底端与所述承载轴尾端抵接，顶端与所述第一阶梯部抵持；所述内密封壳顶端与所述第一阶梯部抵持。

优选的，所述外密封壳顶端与承载轴头端之间设有第一O型圈。

优选的，所述外密封壳顶端与所述第一阶梯部之间设有垫片。

优选的，所述外密封壳底端与承载轴尾端之间设有第二O型圈。

优选的，所述内密封壳与所述承载轴之间设有密封盘根。

本实用新型的井底动力机转速传感器采用双层密封结构，因此更加适用于深井环境，利用离心力原理进行传感器的测量，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。

附图说明

图1为实施例一中转速传感器主视图。

图2为本实用新型一种转速传感器A-A向剖面示意图。

图3为本实用新型一种转速传感器检测器组成示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

实施例一：

如图1-2所示，本实用新型井底动力机转速传感器包括：承载轴1；转速检测组件，其与所述承载轴1可拆卸连接，用于获取转动部(如井底动力机)的转速数据；内密封壳2，其通过螺纹套设在所述承载轴1以及转速检测组件的外部，且与所述承载轴1可拆卸地连接；

以及外密封壳9，其通过螺纹套设在所述内密封壳2外部，且与所述承载轴1可拆卸地连接，用于将所述内密封壳2密封在所述外密封壳9与所述承载轴1之间的空间内。

本实施例中，所述转速传感器可用于获取井底动力机的转速数据，具体地，所述承载轴1包括：头端11、中间端12’以及尾端13；且所述头端11与所述中间端12’连接后形成有第一阶梯部112，所述尾端13与所述中间端12’连接后形成有第二阶梯部111；同时，所述头端11和/或尾端13均设有螺纹，用于与井底动力机或钻杆连接,且所述内密封壳2优选通过螺纹套设在中间端12’外；

此外，所述外密封壳9底端通过螺纹与所述承载轴尾端13抵接，顶端与所述第一阶梯部112抵持；所述内密封壳2顶端同样与所述第一阶梯部112抵持。

此外，为增强密封效果，所述承载轴1周向上加工有多个密封凹槽，对应凹槽内设置有第一O型圈7、第二O型圈12以及密封盘根11；内密封壳2通过螺纹与承载轴1连接的同时将第一O型圈7及密封盘根11压紧，进行初级密封，使得第一O型圈7位于所述外密封壳9顶端与所述承载轴头端11之间；进一步的，所述外密封壳9顶端与所述第一阶梯部121之间设有垫片6，外密封壳9通过螺纹与承载轴1连接的同时将垫片6及第二O型圈12压紧，进行二级密封，使得第二O型圈12位于所述外密封壳9底端与承载轴尾端13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、在所述承载轴径向方向上的物体形变数据，并对所述形变数据进行处理；

以及电路板4，其连接所述检测器8，用于根据处理后的形变数据获取所述转动部的转速数据。

在上述内容的基础上，所述承载轴1的外周面上形成有用于容纳所述检测器8的第一凹陷部121，以及用于容纳所述电路板4的第二凹陷部122。具体的，所述第一凹陷部121中设置有支座3，第一紧固螺栓5穿过所述电路板4后，将所述电路板4固定在所述承载轴1的第一凹陷部121内，类似的，第二紧固螺栓10穿过所述检测器8后，将所述检测器8固定在所述承载轴1的第二凹陷部122内。

如图3所示，本实施例中的检测器8包括：

底座801，其与所述承载轴1可拆卸地连接；优选的，所述底座801纵截面为U型，且从封闭端的两侧各自延伸出一第一延长部8011，且至少一个第一延长部8011上开设有固定孔，第二紧固螺栓10穿过所述第一延长部8011的固定孔后，将所述底座801固定在所述承载轴1的第二凹陷部122内；

端盖807，其与所述底座801可拆卸地连接，如端盖807可与U型底座801的开口端通过螺钉811连接；且所述底座801与端盖807连接后形成的整体具有第一内部安装空间S1；

变形台812，其设置在所述第一内部安装空间S1内，整体由弹性片材制成，且变形台812开设有通孔，两端均与所述底座801连接；且所述底座801与变形台812连接后形成的整体具有第二内部安装空间S2；优选的，所述变形台812纵截面为U型，且从封闭端的两侧各自延伸出一第二延长部8121，且至少一个第二延长部8121上开设有固定孔，第三紧固螺栓805穿过所述第二延长部8011的固定孔后，将所述变形台812与所述底座801进行连接；

滑轨809，其位于所述承载轴1的径向方向上，一端连接所述端盖807，另一端依次穿过所述变形台812的通孔、第二内部安装空间S2后连接所述底座801；

弹簧808，其套设在所述滑轨809上；

质量块810，其位于所述第一内部安装空间S1除去第二内部安装空间S2外的部分，与所述弹簧808远离所述底座的一端连接(如通过胶黏剂粘接等)；

抵持件813，其位于所述第二内部安装空间S2内，与所述弹簧808靠近所述底座801的一端连接；本实施例中，所述抵持件813为片状结构；

应变片806，806’，其贴合连接(如通过焊接、粘接等)所述变形台812远离所述底座801的端面上，且位于所述第二内部安装空间外，同时关于滑轨809对称设置；

信号调理器803以及温度传感器804，其均设置于所述第二内部安装空间S2内，且均与所述底座801连接；所述温度传感器804用于获取温度数据，且发送至所述电路板4；所述电路板4根据经所述信号调理器3处理后的形变数据以及所述温度数据获取所述转动部的转速数据；

优选的，所述信号调理器803通过第四螺栓802与底座801可拆卸地连接；所述温度传感器804则可通过螺纹与底座801可拆卸地连接；同时，为便于保存和修改数据，所述电路板4上安装有自带数据存储芯片及电池，其中，所述自带数据存储芯片用于实时存储经所述信号调理器3处理后的形变数据和/或所述温度数据和/或经电路板4获取的转速数据。

本实用新型的工作过程如下：

当所述转动部(如井底动力机)带动传感器同步转动时，所述弹簧808在径向离心力的作用下被拉伸，使得所述质量块810在所述承载轴1的径向上沿滑轨809滑动，井底动力机转速越大，则质量块810在滑轨809上的移动距离越远(即，质量块810受到的径向离心力越大)，当质量块810移动到预订距离时，所述抵持件813抵持在所述变形台812靠近所述底座801的端面上，使得所述变形台812产生形变，且变形台812受到的拉力越大，此时变形台812的形变量越大，此时，所述应变片806，806’用于收集形变数据，并将其通过数据线发送至所述信号调理器803进行处理。

由于应变片的806，806’输出可能受温度影响而产生温漂，因此将温度传感器804输出的温度数据及信号调理器803的输出数据均通过数据线输入到电路板4内进行进一步的标定处理，从而最终得到转速数据。

待需要读取传感器数据时，需将内密封壳2及外密封壳9打开，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，本实用新型的转速传感器采用双层密封结构，因此更加适用于深井环境，利用离心力原理进行传感器的测量，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。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种井底动力机转速传感器，其特征在于，包括：

承载轴；

转速检测组件，其与所述承载轴可拆卸连接，用于获取转动部的转速数据；

内密封壳，其套设在所述承载轴以及转速检测组件的外部，且与所述承载轴可拆卸地连接；

以及外密封壳，其套设在所述内密封壳外部，且与所述承载轴可拆卸地连接，用于将所述内密封壳密封在所述外密封壳与所述承载轴之间的空间内。

2.如权利要求1所述的转速传感器，其特征在于，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、在所述承载轴径向方向上的物体形变数据，并对所述形变数据进行处理；

以及电路板，其连接所述检测器，用于根据处理后的形变数据获取所述转动部的转速数据。

3.如权利要求2所述的转速传感器，其特征在于，所述承载轴的外周面上形成有用于容纳所述检测器的第一凹陷部，以及用于容纳所述电路板的第二凹陷部。

4.如权利要求2所述的转速传感器，其特征在于，所述检测器包括：

底座，其与所述承载轴可拆卸地连接；

端盖，其与所述底座可拆卸地连接；且所述底座与端盖连接后形成的整体具有第一内部安装空间；

变形台，其设置在所述第一内部安装空间内，且开设有通孔，两端均与所述底座连接；且所述底座与变形台连接后形成的整体具有第二内部安装空间；

滑轨，其位于所述承载轴的径向方向上，一端连接所述端盖，另一端依次穿过所述变形台的通孔、第二内部安装空间后连接所述底座；

弹簧，其套设在所述滑轨上；

质量块，其位于所述第二内部安装空间外，与所述弹簧远离所述底座的一端连接；

抵持件，其位于所述第二内部安装空间内，与所述弹簧靠近所述底座的一端连接；

应变片，其连接所述变形台远离所述底座的端面上，且位于所述第二内部安装空间外；

以及信号调理器，其设置于所述第二内部安装空间内，且与所述底座连接；

当所述转动部转动时，所述弹簧在径向离心力的作用下被拉伸，使得所述质量块沿所述承载轴的径向滑动，进一步使得所述抵持件抵持在所述变形台靠近所述底座的端面上，由此使得所述变形台产生形变；所述应变片用于收集形变数据，并将其发送至所述信号调理器进行处理。

5.如权利要求4所述的转速传感器，其特征在于，所述检测器还包括：温度传感器，其设置于所述第二内部安装空间内，且与所述底座连接，用于获取温度数据，且发送至所述电路板；所述电路板根据经所述信号调理器处理后的形变数据以及所述温度数据获取所述转动部的转速数据。

6.如权利要求1-5任一项所述的转速传感器，其特征在于，所述承载轴包括：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；

且所述外密封壳底端与所述承载轴尾端抵接，顶端与所述第一阶梯部抵持；所述内密封壳顶端与所述第一阶梯部抵持。

7.如权利要求6所述的转速传感器，其特征在于，所述外密封壳顶端与承载轴头端之间设有第一O型圈。

8.如权利要求6所述的转速传感器，其特征在于，所述外密封壳顶端与所述第一阶梯部之间设有垫片。

9.如权利要求6所述的转速传感器，其特征在于，所述外密封壳底端与承载轴尾端之间设有第二O型圈。

10.如权利要求6所述的转速传感器，其特征在于，所述内密封壳与所述承载轴之间设有密封盘根。