CN217819326U

CN217819326U - 一种管柱疲劳测试装置

Info

Publication number: CN217819326U
Application number: CN202222136236.0U
Authority: CN
Inventors: 杨东川; 练章华; 于浩; 张强
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2022-08-15
Filing date: 2022-08-15
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2032-08-15

Abstract

本实用新型公开了一种管柱疲劳测试装置，包括底板，底板一端固定设有电机座和第一支撑座，底板另一端设有第二支撑座，电机座上设有转动电机，第一支撑座上设有转动轴承和第一止推轴承，电机的输出端通过转动轴承连接第一止推轴承，第二支撑座上设有第二止推轴承轴承，第一止推轴承和第二止推轴承之间设有待测管柱，待测管柱上设置有多个应力应变片；底板中部设有支撑底板，支撑底板上部从下至上依次设有放置板、丝杠电机、支撑板和支撑轴承，同时待测管柱穿过支撑轴承。本装置能够测量管柱在同时受到扭转载荷和径向载荷时的疲劳程度，使其测试结果和实际工况更加接近，因此能够为实际工程提供更好的数据支持。

Description

一种管柱疲劳测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种材料疲劳测试装置，尤其涉及一种管柱疲劳测试装置。

背景技术

钻杆是用于连接井口动力装置和井下钻具的部件，同时，其还起到循环钻井液的作用。钻杆的作业环境较为复杂，在钻井时，其在井口动力装置的作用下会持续转动，受到扭转载荷；同时，在一些斜井中，钻柱还会受到地层的压迫，受到径向载荷。现有技术中，比如中国专利CN211904942U公开了一种管柱弯曲疲劳实验装置，该装置能够测试管柱在弯曲条件下的疲劳程度，但是在实际情况下，钻柱在受到径向载荷弯曲的同时，还会受到持续转动带来的扭转载荷，该专利并未考虑到这一点。

实用新型内容

为解决上述至少一种问题，本实用新型提供了一种管柱疲劳测试装置，其能够同时测量管柱承受扭矩和因承受径向载荷而弯曲时的疲劳程度，同是还能测量其在不同弯曲程度下的疲劳程度。

本实用新型的技术方案是：一种管柱疲劳测试装置，包括底板，所述底板一端固定设有电机座和第一支撑座，所述底板另一端设有第二支撑座，所述电机座上设有转动电机，所述第一支撑座上设有转动轴承和第一止推轴承，所述电机的输出端通过所述转动轴承连接所述第一止推轴承，所述第二支撑座上设有第二止推轴承轴承，所述第一止推轴承和所述第二止推轴承之间设有待测管柱，所述待测管柱上设置有多个应力应变片；所述底板中部设有支撑底板，所述支撑底板上部设有放置板，所述放置板上设有丝杠电机，所述丝杠电机顶部连接有支撑板，所述支撑板上设有支撑轴承，所述待测管柱穿过所述支撑轴承，且所述丝杠电机通过所述支撑轴承对所述待测管柱施加径向力。

本实用新型的一种实施方式在于，所述底板上设有直线滑槽，所述第二支撑座和所述支撑底板能够在所述直线滑槽内滑动。

进一步的，所述底板上还设有至少两条贯穿所述底板的螺纹槽，所述螺纹槽沿所述直线滑槽的方向设置，且至少两条螺纹槽分别设于所述直线滑槽的两侧；所述第二支撑座两个相对侧面的底部均设有固定板，所述固定板上开设有通孔，同时还设有紧固螺栓和紧固螺母，所述紧固螺栓的直径小于螺纹槽的宽度，所述紧固螺栓穿过所述螺纹槽并通过所述紧固螺母将所述第二支撑座固定。

本实用新型的一种实施方式在于，所述支撑轴承包括外环和内环，所述外环和内环之间设置有滚珠，使得所述内环能够相对所述外环转动。

本实用新型的一种实施方式在于，所述放置板上还设有用于测量所述支撑板上升幅度的刻度尺。

本实用新型的一种实施方式在于，距离所述支撑轴承越近，所述待测管柱上的应力应变片的设置密度越高。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型通过设置应力应变片、转动电机及其附属部件、丝杠电机及其附属部件，能够测量管柱在同时受到扭转载荷和径向载荷时的疲劳程度，使其测试结果和实际工况更加接近，因此能够为实际工程提供更好的数据支持。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为支撑轴承的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

在本实用新型的描述中，需指出的是，术语“上”、“下”、“内”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本实用新型的限制。

参见图1～图3，一种管柱疲劳测试装置，包括底板，所述底板一端固定设有电机座和第一支撑座，所述底板另一端设有第二支撑座，所述电机座上设有转动电机，所述第一支撑座上设有转动轴承和第一止推轴承，所述电机的输出端通过所述转动轴承连接所述第一止推轴承，所述第二支撑座上设有第二止推轴承轴承，所述第一止推轴承和所述第二止推轴承之间设有待测管柱，所述待测管柱上设置有多个应力应变片；所述底板中部设有支撑底板，所述支撑底板上部设有放置板，所述放置板上设有丝杠电机，所述丝杠电机顶部连接有支撑板，所述支撑板上设有支撑轴承，所述待测管柱穿过所述支撑轴承，且所述丝杠电机通过所述支撑轴承对所述待测管柱施加径向力。

具体的，电机座和第一支撑座设于底板的一侧，第二支撑座设于底板的另一侧。在电机座上设置有一个转动电机，转动电机能够为待测管柱带来扭转载荷，促使管柱转动；第一支撑座上设有一个转动轴承和一个第一止推轴承，其中，转定电机的输出端通过转动轴承连接第一止推轴承；第二支撑座上设置有第二止推轴承，同时在第一止推轴承和第二止推轴承之间设置有待测管柱，当转动电机启动时，待测管柱开始转动。

在底板中部设置有一个支撑底板，支撑底板从下至上依次设有放置板、丝杠电机、支撑板和支撑轴承，同时待测管柱穿过支撑轴承，其中，丝杠电机能够将旋转运动转化为直线运动，因此能够对待测管柱进行施加径向载荷，以促使管柱弯曲；同时，本实施例中，所谓的支撑轴承，其形状和滚珠轴承较为相似：包括一个外环和内环，同时在外环和内环之间设置有滚珠，同时，内环的内径不小于待测管柱的内径。当待测管柱在转动电机作用下开始转动时，在滚珠的作用下，内环也能够同样转动，但不影响外环。

因此，当转动电机启动使得待测管柱转动时，启动丝杠电机，支撑轴承逐渐上升对待测管柱施加一个径向载荷，促使待测管柱发生径向形变(弯曲)，因此，能够较好的模拟待测管柱在实际地层中的受力情况。

仅依靠上述的装置，虽然能够模拟管柱在转动的同时发生弯曲变形，但是难以对管柱疲劳程度进行测量，因此，在待测试管柱上还设置有多个应力应变片，通过应力应变片的测量数据判断其疲劳程度：通过测量实验过程中，不同区域的应力变化程度进行判断，应力变化程度越高，则其疲劳程度越大。

通常来说，应力应变片应当均匀设置于待测管柱上，但是由于在本实施例中，设置有一个径向载荷，经过发明人大量实验发现，在径向载荷添加处周围，其疲劳程度变化较大，而距离径向载荷添加处的距离越远，则疲劳程度变化越小。因此，在本实施例中，还具有以下限定：距离支撑轴承越近，应力应变片的设置密度越高；反之亦然。

同时，为了便于测量在丝杠电机作用下，待测管柱的弯曲程度，在放置板上还设置有一个刻度尺，该刻度尺能够测量支撑板的上升幅度，而待测管柱本身的长度容易获得，因此，根据三角函数能够较为容易的计算出待测管柱的弯曲程度。

在一些情况下，由于待测管柱的长度存在一定的区别，因此，需要第一支撑座和第二支撑座之间的距离能够进行调节；同时，对于待测管柱来说，其初始形状通常是直线型。因此，在一些实施例中，在地板上还设置有一个直线滑槽，第二支撑座和支撑底板都能够在直线滑槽内滑动，这样便于将第一止推轴承、第二止推轴承和支撑轴承对正，同时也便于调节第一支撑座和第二支撑座之间的距离。

但是，在实际测量过程中，通常需要将第一支撑座和第二支撑座进行固定，由于本实施例中，第一支撑座本身就是固定设置的，因此，仅需要将第二支撑座进行固定即可。为此，在底板上设置有两条贯穿底板的螺纹槽，螺纹槽的设置方向和直线滑槽的方向相同，其长度可以比直线滑槽短，也可以比直线滑槽长，但是考虑到螺纹槽的实际用途，限定螺纹槽的长度比直线滑槽短。同时，在第二支撑座两个相对侧面的底部均设置有固定板，每个侧面可设置一个，也可设置多个，但是从设备稳定性来看，优选设置两个；在这些固定板上都开设有一个允许紧固螺栓穿过的通孔，从实际情况来看，螺纹槽的宽度，可以大于通孔直径，也可以小于或等于；同时还设置有紧固螺栓和紧固螺母，螺纹槽和通孔均允许紧固螺栓穿过，但是不允许紧固螺母穿过，因此通过紧固螺栓和紧固螺母，即可将第二支撑座固定。

使用时，根据待测管柱的长度，调节第二支撑座的位置并将待测管柱安装好，随后采用紧固螺栓和紧固螺母固定好第二支撑座，同时在待测管柱上贴上数个应力应变片，开始试验。

启动转动电机促使待测管柱转动，同时开启丝杠电机对管柱进行加压，根据管柱实际长度和刻度尺计算管柱的弯曲程度，当管柱弯曲程度达到目标值时，关闭丝杠电机，持续开启转动电机进行实验，在实验过程中观察并记录各个应力应变片的数值变化，从而计算管柱的疲劳程度。

当需要测量管柱在不同部位的弯曲时，移动支撑底板到目标位置，重复上述操作即可。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种管柱疲劳测试装置，其特征在于，包括底板，所述底板一端固定设有电机座和第一支撑座，所述底板另一端设有第二支撑座，所述电机座上设有转动电机，所述第一支撑座上设有转动轴承和第一止推轴承，所述电机的输出端通过所述转动轴承连接所述第一止推轴承，所述第二支撑座上设有第二止推轴承，所述第一止推轴承和所述第二止推轴承之间设有待测管柱，所述待测管柱上设置有多个应力应变片；所述底板中部设有支撑底板，所述支撑底板上部设有放置板，所述放置板上设有丝杠电机，所述丝杠电机顶部连接有支撑板，所述支撑板上设有支撑轴承，所述待测管柱穿过所述支撑轴承，且所述丝杠电机通过所述支撑轴承对所述待测管柱施加径向力。

2.根据权利要求1所述的管柱疲劳测试装置，其特征在于，所述底板上设有直线滑槽，所述第二支撑座和所述支撑底板能够在所述直线滑槽内滑动。

3.根据权利要求2所述的管柱疲劳测试装置，其特征在于，所述底板上还设有至少两条贯穿所述底板的螺纹槽，所述螺纹槽沿所述直线滑槽的方向设置，且至少两条螺纹槽分别设于所述直线滑槽的两侧；所述第二支撑座两个相对侧面的底部均设有固定板，所述固定板上开设有通孔，同时还设有紧固螺栓和紧固螺母，所述紧固螺栓的直径小于螺纹槽的宽度，所述紧固螺栓穿过所述螺纹槽并通过所述紧固螺母将所述第二支撑座固定。

4.根据权利要求1所述的管柱疲劳测试装置，其特征在于，所述支撑轴承包括外环和内环，所述外环和内环之间设置有滚珠，使得所述内环能够相对所述外环转动。

5.根据权利要求1所述的管柱疲劳测试装置，其特征在于，所述放置板上还设有用于测量所述支撑板上升幅度的刻度尺。

6.根据权利要求1所述的管柱疲劳测试装置，其特征在于，距离所述支撑轴承越近，所述待测管柱上的应力应变片的设置密度越高。