CN208579922U - 一种大扭矩动力钻具模拟负载试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种大扭矩动力钻具模拟负载试验装置，包括液压马达组、与液压马达组连接的减速器、与减速器连接的动力钻具，所述减速器为行星轮减速器，其包括减速箱，在减速箱后盖板中心设的通孔内可转动置设有一根从动轴，从动轴上连接有一个太阳轮，后盖板沿太阳轮环向均匀设置的通孔内可转动设有若干根主动轴，每根主动轴上均连接有一个与所述太阳轮啮合的行星轮，从动轴通过膜片联轴器与所述动力钻具连接；液压马达组设置在减速箱外，其包括与所述主动轴数量相同的液压马达，每个液压马达通过膜片联轴器与对应的主动轴连接；在每个液压马达输出轴上安装有扭矩传感器，在从动轴上安装有转速转矩传感器。本实用新型测量精度高，测量量程宽。

Description

一种大扭矩动力钻具模拟负载试验装置

技术领域

本实用新型涉及钻探与钻井工具试验技术领域，具体为一种大扭矩动力钻具模拟负载试验装置。

背景技术

动力钻具是钻探作业的关键部件之一，由泥浆泵输送一定压力流量的钻井液，驱动井下动力钻具旋转。动力钻具置于井下，工作环境恶劣，是整个钻柱最薄弱的环节。受钻头振动冲击、破岩扭矩、磨损、摩擦等复杂载荷和高温高压泥浆冲刷、腐蚀等共同作用，动力钻具普遍使用寿命低，容易发生腐蚀破坏、疲劳断裂等安全事故。因此，钻具的基本性能参数对钻井作业有很大影响。当前无法在井底直接进行动力钻具扭矩、转速测量，要掌握动力钻具的输出扭矩、转速，必须在动力钻具的动力输出端施加一定的扭矩载荷，以模拟井底钻头的阻力，需要一种能够模拟井下负载的装置。

现有动力钻具模拟负载试验装置通常采用减速器、滚筒绞车刹车、磁粉制动器、水刹车、液压刹车片和电力测功机等装置通过对钻具输出轴反向加载模拟真实钻井加载行为，以此间接测量出动力钻具扭矩、转速等输出性能参数。然而现有动力钻具模拟负载装置存在以下缺陷：a)减速器机械特性较硬，刚性冲击较大，容易发生事故；b)滚筒绞车刹车体积大，测量不精确；c)磁粉制动器测量扭矩小、动态性能差；d)水刹车散热要求高、精度低，大扭矩钻具测试需要多个串联，同步性差、价格高；e)液压刹车片消耗量大，精度受刹车片影响加大；f)测试能力低，测试的扭矩一般为1.0-2.0万牛米，无法完成3.0万牛米大扭矩动力钻具的负载性能测试；g)装夹系统可调性和互换性差，钻具测试范围、规格受限。

实用新型内容

针对现有技术中测试扭矩不足、测量精度低、体积较大和通用性互换性较差的问题，本实用新型提供一种大扭矩动力钻具模拟负载试验装置，其结构紧凑、测量精度高、测量量程宽。

本实用新型技术方案如下：

一种大扭矩动力钻具模拟负载试验装置，包括液压马达组、与液压马达组连接的减速器、与减速器连接的动力钻具，其关键在于：所述减速器为行星轮减速器，其包括减速箱，在减速箱后盖板中心设置的通孔内可转动设有一根从动轴，该从动轴上连接有一个太阳轮，后盖板沿太阳轮环向均匀设置的通孔内可转动设有若干根主动轴，每根主动轴上均连接有一个与所述太阳轮啮合的行星轮，所述从动轴通过膜片联轴器与所述动力钻具连接；所述液压马达组设置在减速箱外，其包括与所述主动轴数量相同的液压马达，每个液压马达通过膜片联轴器与对应的主动轴连接，液压马达组的供油管路上设有比例溢流阀，用于调整液压马达进口油压；在每个液压马达输出轴上安装有一个扭矩传感器，在所述从动轴上安装有一个转速转矩传感器。

进一步的，上述大扭矩动力钻具模拟负载试验装置还包括控制台，该控制台与所述溢流阀连接，用于控制液压马达的进口油压；该控制台与所述扭矩传感器和转矩转速传感器连接，所述扭矩传感器和转矩转速传感器实时将数据信号发送到控制台显示动力钻具的扭矩和转速。

进一步的，上述大扭矩动力钻具模拟负载试验装置还包括水路循环系统，水路循环系统包括水槽、分水传动总成、泥浆泵和循环水管，所述泥浆泵入口通过管道连通分水传动总成，分水传动总成通过管道与水槽相连，循环水管一端与泥浆泵出口连通，另一端与动力钻具连通，为动力钻具提供具有压力的钻井液。

进一步的，上述大扭矩动力钻具模拟负载试验装置还包括液压马达组安装座，所述液压马达组通过该液压马达组安装座设置在所述减速器后方，液压马达组安装座与所述减速箱后盖板一体连接。

进一步的，上述大扭矩动力钻具模拟负载试验装置还包括底座、水管支撑座、动力钻具支撑座，所述底座水平设置在所述减速箱传动轴前方，所述循环水管与动力钻具连接的一端通过水管支撑座水平设置在底座上，所述动力钻具通过动力支撑座水平设置在底座上。

进一步的，所述液压马达和主动轴的数量均为五个。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

1、本动力钻具模拟负载试验装置可以模拟井下负载，在不断向动力钻具输入液体介质的情况下，液压马达组通过减速器对动力钻具的输出端施加不同的扭矩载荷，使动力钻具在不同的制动扭矩下稳定工作，从而检测出动力钻具在不同工况下的输出扭矩、转速等主要性能参数。本动力钻具模拟负载试验装置设计专用的行星轮减速器，通过多个行星轮与太阳轮啮合，传递效率高，传递的转速与扭矩损失更少，测量精度更高。

2、本动力钻具模拟负载试验装置的比例溢流阀调控液压马达的进口油压，溢流阀的调控范围广，且多个液压马达提供扭矩，提供扭矩大，能够完成大扭矩动力钻具的负载模拟。

3、本动力钻具模拟负载试验装置结构紧凑，循环水管与动力钻具连接的一端通过水管支撑座水平设置在底座上，动力钻具通过动力支撑座水平设置在底座上，使得动力钻具模拟负载试验装置的装夹系统具有较好的通用性和互换性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型结构示意图；

图2为液压马达组与减速器的立体结构示意图；

图3为图2的主视图；

图4为液压马达组与减速器另一方位的立体结构示意图；

附图中：1-液压马达组、2-减速器、201-后盖板、202-从动轴、203-从动轮、204-主动轮、205-滚子轴承、206-从动轴轴承盖、207-主动轴、3-动力钻具、4-油管、5-膜片联轴器、6-扭矩传感器、7-转速转矩传感器、8-控制台、9-水管、10-液压马达组安装座、11-水管支撑座、12-动力钻具支撑座、13-底座。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。

在本实施例中，术语“上”“下”“左”“右”“前”“后”“上端”“下端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示的一种大扭矩动力钻具模拟负载试验装置，包括液压马达组1、与液压马达组1连接的减速器2、与减速器连接的动力钻具3。如图2所示，所述减速器为行星轮减速器，其包括减速箱，减速箱的后盖板201中心设置的通孔内可转动设有一根从动轴202，从动轴202上设有从动轴轴承盖206，从动轴202上连接有一个太阳轮203，后盖板201沿太阳轮203环向均匀设置的通孔内可转动设有五根主动轴207(见图3)，每根主动轴上均连接有一个与所述太阳轮啮合的行星轮204，所述行星轮204通过滚子轴承205固定在减速箱后盖板201上。

参考图1，所述液压马达组1设置在减速器2外，液压马达组包括五个型号相同的液压马达，液压马达组的供油管路4上设有用于调整液压马达进口油压的比例溢流阀。参考图2、图3，每个液压马达通过膜片联轴器5与对应的主动轴207连接，所述从动轴通过膜片联轴器与所述动力钻具3连接。所述每个液压马达输出轴上安装有一个扭矩传感器6，在所述从动轴202上安装有一个转速转矩传感器7。

参考图1，本大扭矩动力钻具模拟负载试验装置还包括控制台8，该控制台8与所述溢流阀连接，用于控制液压马达的进口油压；该控制台与所述扭矩传感器和转矩转速传感器连接，所述扭矩传感器和转矩转速传感器实时将数据信号发送到控制台显示动力钻具的扭矩和转速。

参考图1，本大扭矩动力钻具模拟负载试验装置还包括水路循环系统，水路循环系统包括水槽、分水传动总成、泥浆泵和循环水管9，所述泥浆泵入口通过管道连通分水传动总成，分水传动总成通过管道与水槽相连，循环水管9一端与泥浆泵出口连通，另一端与动力钻具连通，为动力钻具提供具有压力的钻井液。

参考图4，本大扭矩动力钻具模拟负载试验装置还包括液压马达组安装座10，所述液压马达组通过该液压马达组安装座10设置在所述减速器2后方，液压马达组安装座10与所述减速箱后盖板201一体连接。

参考图1，本大扭矩动力钻具模拟负载试验装置还包括底座13、水管支撑座11、动力钻具支撑座12，所述底座13水平设置在所述减速箱从动轴前方，所述循环水管9与动力钻具3连接的一端通过水管支撑座11水平设置在底座13上，所述动力钻具3通过动力支撑座12水平设置在底座13上。

本实用新型工作过程：

泥浆泵通过循环水管9为动力钻具3提供具有压力的钻井液，驱动动力钻具3转动，进而从动轴转动。液压马达提供的扭矩与转速经过膜片联轴器5传递给主动轴207，通过溢流阀控制液压马达的进出油量。当溢流阀开关关闭时，液压马达不工作，主动轴207上的主动轮204与从动轴202上的从动轮203相互啮合转动，此时液压马达正向转动。当溢流阀开关打开时，油管4中的油开始进出液压马达，液压马达开始逆向转动，将相应的反转速和反扭矩经过膜片联轴器5传递给齿轮主动轴207，此时主动轴207上的主动轮204与从动轴202上的从动轮203转动方向相反，提供相应的反转速和反扭矩至从动轴202，转速转矩传感器7与扭矩传感器6实时将数据输入到控制台，从而检测出动力钻具在不同工况下的输出转速、扭矩。

综上所述，如果每个液压马达能够提供10kN.m最大扭矩，五个液压马达驱动的主动轴与从动轴啮合，利用上述本实用新型的大扭矩动力钻具模拟负载装置试验装置，可以完成最大规格为￠350mm、扭矩为50kN.m的动力钻具的性能检测。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种大扭矩动力钻具模拟负载试验装置，包括液压马达组、与液压马达组连接的减速器、与减速器连接的动力钻具，其特征在于：所述减速器为行星轮减速器，其包括减速箱，在减速箱后盖板中心设置的通孔内可转动设有一根从动轴，该从动轴上连接有一个太阳轮，后盖板沿太阳轮环向均匀设置的通孔内可转动设有若干根主动轴，每根主动轴上均连接有一个与所述太阳轮啮合的行星轮，所述从动轴通过膜片联轴器与所述动力钻具连接；所述液压马达组设置在减速箱外，其包括与所述主动轴数量相同的液压马达，每个液压马达通过膜片联轴器与对应的主动轴连接，液压马达组的供油管路上设有比例溢流阀，用于调整液压马达进口油压；在每个液压马达输出轴上安装有一个扭矩传感器，在所述从动轴上安装有一个转速转矩传感器。

2.根据权利要求1所述的大扭矩动力钻具模拟负载试验装置，其特征在于：还包括控制台，该控制台与所述溢流阀连接，用于控制液压马达的进口油压；该控制台与所述扭矩传感器和转矩转速传感器连接，所述扭矩传感器和转矩转速传感器实时将数据信号发送到控制台显示动力钻具的扭矩和转速。

3.根据权利要求1所述的大扭矩动力钻具模拟负载试验装置，其特征在于：还包括水路循环系统，水路循环系统包括水槽、分水传动总成、泥浆泵和循环水管，所述泥浆泵入口通过管道连通分水传动总成，分水传动总成通过管道与水槽相连，循环水管一端与泥浆泵出口连通，另一端与动力钻具连通，为动力钻具提供具有压力的钻井液。

4.根据权利要求1所述的大扭矩动力钻具模拟负载试验装置，其特征在于：还包括液压马达组安装座，所述液压马达组通过该液压马达组安装座设置在所述减速器后方，液压马达组安装座与所述减速箱后盖板一体连接。

5.根据权利要求3所述的大扭矩动力钻具模拟负载试验装置，其特征在于：还包括底座、水管支撑座、动力钻具支撑座，所述底座水平设置在所述减速箱传动轴前方，所述循环水管与动力钻具连接的一端通过水管支撑座水平设置在底座上，所述动力钻具通过动力支撑座水平设置在底座上。

6.根据权利要求1所述的大扭矩动力钻具模拟负载试验装置，其特征在于：所述液压马达和主动轴的数量均为五个。