CN216483641U - 一种顶驱性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种顶驱性能试验装置，包括支撑板、门型架、转动电机、液压缸、连接杆以及扭矩传感器。支撑板固定在地坑顶部，门型架固定在支撑板的顶面，门型架上具有挂钩和连接轨，分别与顶驱的提环和滑车相连，转动电机转动设置在支撑板上，液压缸设置在支撑板和地坑围成的空腔内，连接杆与电机轴和缸筒相连，用于传递扭矩和拉力，扭矩传感器设置在支撑板上，用于检测扭矩参数。本申请的顶驱性能试验装置既能单独进行顶驱的扭矩加载试验或拉力加载试验，也能进行顶驱的拉扭组合试验，且结构简单、占地面积小、工作效率高、测试精度高、故障率低。

Description

一种顶驱性能试验装置

技术领域

本实用新型属于机械设备的性能试验领域，具体涉及一种顶部驱动钻井设备的性能试验装置。

背景技术

在石油钻井领域中，随着技术的发展，顶部驱动钻井设备(以下简称顶驱)因其优秀的作业效果，逐渐替代了转盘钻进结构，成为了一种新型的石油钻井设备。由于顶驱钻进工况复杂，为减少不必要的钻井事故，需要在顶驱进行钻进作业前完成性能试验，以确保顶驱的产品质量能够投入到钻井作业中。

目前国内对整个顶驱进行钻井实际工况模拟试验的设备比较少见，现有的模拟试验装置，整体布置占用面积较大，结构复杂且容易损坏。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种顶驱性能试验装置，旨在提供一种能够对整套顶驱进行实际钻井工况的模拟试验的顶驱性能试验装置，解决目前顶驱性能试验装置存在的占用面积较大，结构复杂且容易损坏的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种顶驱性能试验装置，用于装载至预设的地坑上方，其特征在于，所述顶驱性能试验装置包括：

支撑板，用于固定安装在所述地坑顶部，并与所述地坑之间围成空腔；

门型架，固定设置在所述支撑板的顶面；所述门型架上具有用于与顶驱顶部的提环相连的挂钩，还具有用于与所述顶驱的滑车相连的连接轨；

转动电机，绕自身轴向转动设置在所述支撑板上，具有电机轴；

液压缸，设置在所述空腔内，包括与所述电机轴同轴设置的缸筒和活塞杆，所述活塞杆固定连接在所述支撑板上；

连接杆，同轴转动连接在所述缸筒上；所述连接杆自下至上贯穿所述液压缸、所述支撑板和所述转动电机并伸出，伸出端用于与所述顶驱的主轴相连；在所述液压缸启动，所述缸筒受反作用力影响升降，以通过所述连接杆拉动所述顶驱；处于所述转动电机内部的部分所述连接杆采用径向截面为多边形的杆身结构，在所述顶驱的主轴转动时，所述连接杆带动所述转动电机转动，以向所述转动电机传递扭矩；以及

扭矩传感器，固定设置在所述支撑板上，用于与所述转动电机的机身接触，以检测所述转动电机的旋转扭矩，从而得到所述顶驱的扭矩参数。

在一种可能的实现方式中，所述转动电机和所述支撑板之间具有多组转动组件，每组所述转动组件包括：

支撑座，固定设置在所述支撑板上，位于所述转动电机壳体顶盖下方；

钢球，设置在所述支撑座上，用于支撑所述转动电机；以及

球托，与所述转动电机的壳体顶盖相连。

在一种可能的实现方式中，所述活塞杆通过安装座固定安装在所述支撑板上，安装座包括：

上安装板，与所述支撑板连接；

多个侧安装板，与所述上安装板连接，且向下延伸，与所述上安装板围成容纳腔；以及

多个中间安装板，位于所述容纳腔内，一端与所述上安装板连接，另一端与所述活塞杆连接。

在一种可能的实现方式中，所述转动电机与所述液压缸之间具有两组送风冷却装置；

所述送风冷却装置包括：

风机，固定连接在所述侧安装板上；

送风管道，一端连接在所述风机上，另一端连接在所述转动电机的底端壳体上；以及

两个安装法兰，其中一个所述安装法兰安装在所述转动电机的底端壳体与所述送风管道之间，另一个所述安装法兰安装在所述风机与所述送风管道之间。

在一种可能的实现方式中，所述连接轨上和所述门型架之间具有耳座和反扭矩梁；

其中，所述耳座固定于所述连接轨的顶端，与所述门型架的顶端相连；所述反扭矩梁固定于所述连接轨的侧端，与所述门型架的侧面相连。

在一种可能的实现方式中，所述支撑板的底部具有支腿，所述支腿自上至下延伸，且下端用于支撑在所述地坑的坑底，以形成所述空腔。

本实用新型提供的一种顶驱性能试验装置的有益效果在于：

转动电机和液压缸依次连接于顶驱下方，转动电机用于接受顶驱传递来的扭矩，扭矩传感器通过检测转动电机的旋转扭矩，从而得到顶驱的扭矩参数，来判断顶驱的扭矩性能是否达标；液压缸预设拉力值，通过连接杆向顶驱提供拉力，来判断顶驱的抗拉性能是否达标。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的一种顶驱性能试验装置，结构简单、占地面积小、工作效率高、测试精度高、故障率低。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种顶驱性能试验装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的转动电机和液压缸的安装结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的转动电机、送风冷却装置和液压缸的安装结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为图4中A-A处的剖视图；

图6为本实用新型实施例提供的安装座的结构示意图。

附图标记说明：

10、顶驱；20、支撑板；21、支腿；30、门型架；31、挂钩；32、连接轨；321、耳座；322、反扭矩梁；40、转动电机；41、电机轴；50、液压缸；51、缸筒；52、活塞杆；53、压力轴承；60、连接杆；70、扭矩传感器；80、地坑；81、空腔；90、转动组件；91、支撑座；92、钢球；93、球托；100、安装座；101、上安装板；102、侧安装板；103、中间安装板；104、容纳腔；110、送风冷却装置；111、风机；112、送风管道；113、安装法兰。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请一并参阅图1至图4，现对本实用新型提供的一种顶驱性能试验装置进行说明。

需要在先说明的是，本试验装置用于装载至地面预设的地坑80上，而采用地坑80结构的有益效果在于：

可以节约竖向空间，减少顶驱性能试验装置距离地面的整体高度，便于各零部件的安装拆卸。

本实用新型提供的一种顶驱性能试验装置，包括支撑板20、门型架30、转动电机40、液压缸50、连接杆60、以及扭矩传感器70。

支撑板20固定安装在地坑80顶部，具体是设置在地坑80的开口处，支撑板20的底面与地坑80的坑底和侧壁之间围成空腔81。

门型架30固定设置在支撑板20的顶面。

门型架30的顶部具有挂钩31，此挂钩31用于与顶驱10顶部的提环相连，以悬挂顶驱10，限制顶驱10的下落。

门型架30上具有连接轨32，此连接轨32用于与顶驱10的滑车相连，以限制顶驱10沿绕自身轴向的旋转。

需要特殊说明的是，顶驱10的提环结构和滑车结构均属于现有技术中顶驱10表面的固有结构，无需特殊加工，在此不进行赘述。

转动电机40绕自身轴向转动设置在支撑板20上，具有电机轴41。

液压缸50设置在空腔81内，包括与电机轴41同轴设置的缸筒51和活塞杆52，活塞杆52固定连接在支撑板20上。

需要说明的是，利用此液压缸50进行试验时，顶驱10的抗拉性能可根据液压缸50的预设数值来得出，具体是指液压缸50的拉力越大，顶驱10的抗拉性能越强。

连接杆60同轴转动连接在缸筒51上，具体可以是通过压力轴承53实现转动连接；连接杆60自下至上贯穿液压缸50、支撑板20和转动电机40并伸出，伸出端用于与顶驱10的主轴相连；在液压缸50启动，缸筒51受反作用力影响升降，以通过连接杆60拉动顶驱10；处于转动电机40内部的部分连接杆60采用径向截面为多边形的杆身结构，在顶驱10的主轴转动时，连接杆60带动转动电机40转动，以向转动电机40传递扭矩。

需要说明的是，顶驱10具有电机，电机可带动顶驱10的主轴旋转是现有技术，具体结构，在此不进行赘述。电机轴41内具有与连接杆60截面相同的空腔，电机轴41可随连接杆60转动，且连接杆60可相对于电机轴41上下运动。

在顶驱10的主轴转动时，主轴向连接杆60传递旋转动能，随后连接杆60与电机轴41的连接部分作用(此时转动电机40未启动，转动电机40的外壳和电机轴41可看做一个整体)，使得转动电机40发生自转。

主轴向连接杆60传递动能的方式，还可以通过启动转动电机40，令电机轴41反向传递作用力的方式实现，而常用的方式便是主轴驱动连接杆60转动，因此第二种传递方式在此不再进行赘述，但仍属于我方的保护内容。

扭矩传感器70固定设置在支撑板20上，用于与转动电机40的外壳接触，以检测转动电机40发生转动时的旋转扭矩，从而得到顶驱10的扭矩参数。

在模拟扭矩试验时，启动顶驱10的电机，顶驱10的主轴转动，连接杆60带动转动电机40转动，扭矩传感器70通过检测转动电机40的旋转扭矩，从而得到顶驱10的扭矩参数，来判断顶驱10的扭矩性能是否达标。

在模拟拉力试验时，启动液压缸50，通过连接杆60给顶驱10提供拉力，根据液压缸50的预设数值能够判断顶驱10的抗拉性能是否达标。

在模拟拉扭组合试验时，先启动液压缸50，给顶驱10提供一个预设的拉力值，再启动顶驱10的电机，给转动电机40提供扭矩，其模拟工况与实际钻井工况相同，从而判断顶驱10的抗拉性能和扭矩性能是否达标。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种顶驱性能试验装置，转动电机40和液压缸50依次连接于顶驱10下方，转动电机40用于接受顶驱10传递来的扭矩，扭矩传感器70通过检测转动电机40的旋转扭矩，从而得到顶驱10的扭矩参数，来判断顶驱10的扭矩性能是否达标；液压缸50预设拉力值，通过连接杆60向顶驱10提供拉力，来判断顶驱10的抗拉性能是否达标。装置结构简单、占地面积小、工作效率高、测试精度高、故障率低。

在一些实施例中，上述特征转动电机40的安装方式可以采用如图4、图5所示的安装方式，参见图4、图5，转动电机40和支撑板20之间具有多组转动组件90，每组转动组件90包括：支撑座91、钢球92以及球托93。

支撑座91固定设置在支撑板20上，位于转动电机40的壳体顶盖下方，支撑座91的上表面为弧面；

钢球92设置在支撑座91上，用于支撑转动电机40，钢球92可以沿支撑座91的上弧面滑动；以及

球托93与转动电机40的壳体顶盖相连，球托93底部具有半球形槽，用于容纳钢球92，与钢球92形成滑动连接。

转动组件90的设置，便于转动电机40在顶驱10的主轴旋转时，发生转动，使得扭矩传感器70对顶驱10的扭矩参数的测量更加精确。

在一些实施例中，上述特征活塞杆52的安装方式可以采用如图1、图2、图3、图6所示的安装方式，参见图1、图2、图3、图6，活塞杆52通过安装座100固定安装在支撑板20上，安装座100包括：上安装板101、多个侧安装板102以及多个中间安装板103。

上安装板101与支撑板20连接，具体地，可以是通过连接板与支撑板20连接；

多个侧安装板102，与上安装板101连接，且向下延伸，与上安装板101围成容纳腔104；以及

多个中间安装板103，位于容纳腔104内，一端与上安装板101连接，另一端与活塞杆52连接。

安装座100的设置为活塞杆52与支撑板20的固定连接提供了支撑，保证了转动电机40和液压缸50能依次连接在顶驱10底端。

在一些实施例中，本申请的顶驱性能试验装置的结构可以采用如图3所示的结构，参见图3，转动电机40与液压缸50之间具有两组送风冷却装置110；

送风冷却装置110包括：风机111、送风管道112以及两个安装法兰113。

风机111固定连接在侧安装板102上；

送风管道112一端连接在风机111上，另一端连接在转动电机40的底端壳体上；以及

两个安装法兰113，其中一个安装法兰113安装在转动电机40的底端壳体与送风管道112之间，另一个安装法兰113安装在风机111与送风管道112之间；

送风冷却装置110可给运转中的转动电机40和液压缸50降温，增加转动电机40和液压缸50的使用寿命。

在一些实施例中，上述特征连接轨32的结构可以采用如图1所示的结构，参见图1，连接轨32上和门型架30之间具有耳座321和反扭矩梁322；

其中，耳座321固定于连接轨32的顶端，与门型架30的顶端相连；反扭矩梁322固定于连接轨32的侧端，与门型架30的侧面相连。

连接轨32分别通过耳座321和反扭矩梁322连接于门型架30的顶端和侧面上，可以有效限制顶驱10绕自身轴向的旋转。

在一些实施例中，上述特征支撑板20的安装方式可以采用如图1至图3所示的结构，参见图1至图3，支撑板20的底部具有支腿21，支腿21自上至下延伸，且下端用于支撑在地坑80的坑底，以形成空腔81。

支腿21为支撑板20的安装提供支撑，结构简单，安装方便。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种顶驱性能试验装置，用于装载至预设的地坑上方，其特征在于，所述顶驱性能试验装置包括：

支撑板，用于固定安装在所述地坑顶部，并与所述地坑之间围成空腔；

门型架，固定设置在所述支撑板的顶面；所述门型架上具有用于与顶驱顶部的提环相连的挂钩，还具有用于与所述顶驱的滑车相连的连接轨；

转动电机，绕自身轴向转动设置在所述支撑板上，具有电机轴；

液压缸，设置在所述空腔内，包括与所述电机轴同轴设置的缸筒和活塞杆，所述活塞杆固定连接在所述支撑板上；

连接杆，同轴转动连接在所述缸筒上；所述连接杆自下至上贯穿所述液压缸、所述支撑板和所述转动电机并伸出，伸出端用于与所述顶驱的主轴相连；在所述液压缸启动，所述缸筒受反作用力影响升降，以通过所述连接杆拉动所述顶驱；处于所述转动电机内部的部分所述连接杆采用径向截面为多边形的杆身结构，在所述顶驱的主轴转动时，所述连接杆带动所述转动电机转动，以向所述转动电机传递扭矩；以及

扭矩传感器，固定设置在所述支撑板上，用于与所述转动电机的机身接触，以检测所述转动电机的旋转扭矩，从而得到所述顶驱的扭矩参数。

2.如权利要求1所述的一种顶驱性能试验装置，其特征在于，所述转动电机和所述支撑板之间具有多组转动组件，每组所述转动组件包括：

支撑座，固定设置在所述支撑板上，位于所述转动电机壳体顶盖下方；

钢球，设置在所述支撑座上，用于支撑所述转动电机；以及

球托，与所述转动电机的壳体顶盖相连。

3.如权利要求1所述的一种顶驱性能试验装置，其特征在于，所述活塞杆通过安装座固定安装在所述支撑板上，安装座包括：

上安装板，与所述支撑板连接；

多个侧安装板，与所述上安装板连接，且向下延伸，与所述上安装板围成容纳腔；以及

多个中间安装板，位于所述容纳腔内，一端与所述上安装板连接，另一端与所述活塞杆连接。

4.如权利要求3所述的一种顶驱性能试验装置，其特征在于，所述转动电机与所述液压缸之间具有两组送风冷却装置；

所述送风冷却装置包括：

风机，固定连接在所述侧安装板上；

送风管道，一端连接在所述风机上，另一端连接在所述转动电机的底端壳体上；以及

两个安装法兰，其中一个所述安装法兰安装在所述转动电机的底端壳体与所述送风管道之间，另一个所述安装法兰安装在所述风机与所述送风管道之间。

5.如权利要求1所述的一种顶驱性能试验装置，其特征在于，所述连接轨上和所述门型架之间具有耳座和反扭矩梁；

其中，所述耳座固定于所述连接轨的顶端，与所述门型架的顶端相连；所述反扭矩梁固定于所述连接轨的侧端，与所述门型架的侧面相连。

6.如权利要求1所述的一种顶驱性能试验装置，其特征在于，所述支撑板的底部具有支腿，所述支腿自上至下延伸，且下端用于支撑在所述地坑的坑底，以形成所述空腔。

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