RU2188941C1

RU2188941C1 - Dynamometer for measurement of fixed flexible member tension

Info

Publication number: RU2188941C1
Application number: RU2001125136A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Зуев; О.В. Силина
Original assignee: Зуев Валентин Никитович; Силина Ольга Валентиновна
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2002-09-10

Abstract

FIELD: measurement technology; applicable in measurement of tension of fixed flexible members, for instance, rope, cable, wire, etc, particularly, in oil and gas industry. SUBSTANCE: dynamometer has measuring transducer connected with calibrating transducer located on flexible beam carrying pressing-deflecting device embracing flexible member and pressing it to flexible beam. It additionally has clamping devices and supports whose one end is made in the form of wedge of sphere. Clamping devices consist of two components tightly embracing flexible member in points of its bends, and said components are tightened together by screw couple. Internal surfaces of embracing components corresponds to shape of flexible member. Location of flexible member relative to flexible beam is fixed in points of contact of support of guide made, for instance, in the form of pin and/or recess. Number of clamping devices and stops corresponds to number of flexible member bends. Measuring transducer is made with use of semiconductor strain members installed on membrane located inside of flexible beam. Pressing-deflecting device has clamp embracing flexible member, plate and components pressing flexible member to flexible beam. Higher accuracy of measurement of flexible member tension and reliable operation of said dynamometer are attained due to elimination of effect of changed of flexible member deflection angle and its fixing in process of measurement that reduces scattering of readings of dynamometer, results in reduction of error and increase of measurement accuracy and exclusion of friction and bending of wires of flexible member in points of its contact with posts, enhances operating reliability of dynamometer. EFFECT: higher accuracy of measurement of flexible member tension and dynamometer operating reliability. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения натяжения неподвижного гибкого органа, например каната и т. п. , применяемого в различных отраслях народного хозяйства, в частности в нефтяной и газовой промышленности. The invention relates to measuring equipment and can be used to determine the tension of a stationary flexible body, such as a rope, etc., used in various sectors of the economy, in particular in the oil and gas industry.

Известно силоизмерительное устройство натяжения каната типа гидравлического индикатора веса (ГИВ), содержащее корпус со стойками, несущие ролики, средний ролик действует на мембраму, сжимающую жидкость, манометр, показывающий натяжение гибкого органа и зажим для крепления на гибком органе (см. кн. Исакович Р. Я. Технологические измерения и приборы. - М.: Недра, 1970, с. 337-343). A force-measuring device for rope tension, such as a hydraulic weight indicator (GIV), is known, comprising a housing with uprights, load-bearing rollers, a middle roller acting on a membrane compressing liquid, a pressure gauge showing the tension of a flexible organ and a clip for fastening to a flexible organ (see book Isakovich R I. Technological Measurements and Instruments. - M .: Nedra, 1970, p. 337-343).

Устройство позволяет измерять натяжение гибкого органа. Однако данное устройство обладает низкой точностью измерений, сложно в исполнении и ненадежно при эксплуатации. The device allows you to measure the tension of a flexible organ. However, this device has low measurement accuracy, is difficult to perform and unreliable in operation.

Известно силоизмерительное устройство для измерения натяжения неподвижного гибкого органа (свидетельство на полезную модель 19088 от 08.02.2001, МКИ Е 21 В 47/00, БИ N 22 от 10.08.01). Оно является наиболее близким к заявляемому устройству и взято за прототип. В данном устройстве для измерения натяжения неподвижного гибкого органа для удобного прижимания гибкого органа с помощью прижимно-прогибочного устройства (ППУ) между гибким органом и упругой балкой установлен ложемент, а в качестве измерительного преобразователя использованы тензорезисторы, установленные на упругой балке между прижимно-прогибочным устройством и стойкой в плоскости, параллельной плоскости нагрузки, стойки выполнены с вырезами овальной формы. При установке силоизмерительного устройства на гибкий орган, например, на канат, применяемый на подъемниках в нефтяной и газовой промышленности, пряди каната ложатся в овальные вырезы стоек и ложемент прижимно-прогибочного устройства произвольно. Канат может лечь на одну прядь или сразу на две пряди, что приводит к изменению угла прогиба гибкого органа, который определяет силу, воздействующую на балку. При ослаблении и последующем натяжении гибкого органа пряди могут повернуться и угол прогиба гибкого органа изменится, что приводит к погрешности измерения натяжения гибкого органа до 4-5%. При перестановке известного устройства вдоль гибкого органа на новое место величина этой погрешности достигает более 10% (см. паспорт ЮДО 005070 ПС на серийно выпускаемый Сафоновским заводом "Теплоконтроль" гидравлический индикатор веса ГИВ-6 стр. 1) Такая погрешность приводит к снижению точности измерения. Known force measuring device for measuring the tension of a stationary flexible body (certificate for utility model 19088 from 08.02.2001, MKI E 21 V 47/00, BI N 22 from 10.08.01). It is the closest to the claimed device and is taken as a prototype. In this device for measuring the tension of a stationary flexible body for conveniently pressing a flexible body using a clamping and bending device (PUF), a lodgement is installed between the flexible body and the elastic beam, and strain gauges installed on the elastic beam between the clamping and bending device are used as a measuring transducer a stand in a plane parallel to the load plane, the posts are made with oval-shaped cutouts. When installing the load-measuring device on a flexible body, for example, on a rope used on lifts in the oil and gas industry, the strands of the rope lie in the oval cutouts of the uprights and the lodgement of the pressure-bending device is arbitrary. The rope can lie on one strand or on two strands at once, which leads to a change in the deflection angle of the flexible organ, which determines the force acting on the beam. With the weakening and subsequent tension of the flexible organ, the strands can turn and the deflection angle of the flexible organ changes, which leads to an error in measuring the tension of the flexible organ up to 4-5%. When the known device is rearranged along a flexible organ to a new location, this error reaches more than 10% (see UDO 005070 PS passport for the GIV-6 hydraulic weight indicator commercially available by Safonovsky Teplokontrol plant). 1) Such an error leads to a decrease in measurement accuracy.

Изобретение направлено на создание силоизмерительного устройства для измерения натяжения неподвижного гибкого органа, позволяющего повысить точность измерения натяжения гибкого органа и надежность его работы. The invention is directed to the creation of a force measuring device for measuring the tension of a stationary flexible organ, which allows to increase the accuracy of measuring the tension of a flexible organ and its reliability.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в том, что, устраняя влияние изменений угла прогиба гибкого органа и фиксируя его в процессе измерения, уменьшаем разброс показаний силоизмерительного устройства, что приведет к снижению погрешности и повышению точности измерения, а исключение трения и передавливания проволок гибкого органа в местах соприкосновения его со стойками повышает надежность работы. The technical result that mediates the solution of this problem lies in the fact that, eliminating the influence of changes in the angle of deflection of the flexible organ and fixing it during the measurement, we reduce the dispersion of the readings of the force measuring device, which will lead to a decrease in the error and increase the accuracy of the measurement, and the exclusion of friction and pinching of wires flexible body in places of contact with the racks increases the reliability.

Данный технический результат достигается тем, что в силоизмерительное устройство для измерения натяжения неподвижного гибкого органа, содержащее измерительный преобразователь, соединенный с нормирующим преобразователем, расположенный на упругой балке, на которой расположено прижимно-прогибочное устройство, охватывающее гибкий орган и прижимающее его к упругой балке, дополнительно введены обжимные устройства и упоры, один из концов которых выполнен в виде клина или сферы, при этом обжимные устройства состоят из двух плотно обхватывающих гибкий орган в точках его перегибов элементов, стягивающихся между собой винтовой парой, внутренние поверхности элементов соответствуют форме гибкого органа, направление гибкого органа по отношению к упругой балке зафиксировано в точках упора направляющей, выполненной, например, в виде штифта и/или паза. Количество обжимных устройств и упоров соответствует числу перегибов гибкого органа. Измерительный преобразователь выполнен на полупроводниковых тензоэлементах, установленных на мембране, расположенной внутри упругой балки. This technical result is achieved by the fact that in the force measuring device for measuring the tension of a stationary flexible body, containing a measuring transducer connected to a normalizing transducer located on an elastic beam, on which there is a pressure-bending device covering the flexible organ and pressing it to the elastic beam, additionally crimping devices and stops are introduced, one of the ends of which is made in the form of a wedge or sphere, while the crimping devices consist of two tightly wrapping the flexible organ at the points of its inflection of the elements, pulled together by a screw pair, the inner surfaces of the elements correspond to the shape of the flexible organ, the direction of the flexible organ with respect to the elastic beam is fixed at the stop points of the guide, made, for example, in the form of a pin and / or groove. The number of crimping devices and stops corresponds to the number of bends of the flexible organ. The measuring transducer is made on semiconductor strain elements mounted on a membrane located inside an elastic beam.

На фиг. 1 представлен общий вид силоизмерительного устройства для измерения натяжения неподвижного гибкого органа; на фиг.2 представлен вид устройства сбоку; на фиг.3 представлено: а - сечение вдоль обжимного устройства без гибкого органа, б - сечение гибкого органа, охваченного элементами обжимного устройства. In FIG. 1 shows a General view of a load measuring device for measuring the tension of a stationary flexible body; figure 2 presents a side view of the device; figure 3 presents: a - section along the crimping device without a flexible organ, b - section of a flexible organ covered by elements of the crimping device.

Силоизмерительное устройство содержит гибкий орган 1, обжимные устройства 2 гибкого органа, упоры 3, упругую балку 4, измерительный преобразователь 5, прижимно-прогибочное устройство 6, включающее в себя скобу и пластину, нормирующий преобразователь 7 и направляющая 8. Обжимное устройство состоит из элементов 9, 10, охватывающих гибкий орган, и винтовой пары 11. The force-measuring device contains a flexible body 1, crimping devices 2 of a flexible body, stops 3, an elastic beam 4, a measuring transducer 5, a clamping and bending device 6, including a bracket and a plate, a normalizing transducer 7 and a guide 8. The crimping device consists of elements 9 , 10 covering a flexible organ, and a screw pair 11.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

Силоизмерительное устройство устанавливается на неподвижном конце гибкого органа подъемника, применяемого при ремонте нефтяных и газовых скважин, или буровой установки. Для этого сначала устанавливаются обжимные устройства на гибкий орган 1 путем обхватывания его элементами 9, 10 обжимных устройств 2 и зажатия винтовой парой 11. Зажатие гибкого органа должно быть плотным, чтобы обжимные устройства не могли перемещаться вдоль гибкого органа. Обжимные устройства позволяют иметь гибкому органу в местах его касания с упорами и прижимно-прогибочным устройством постоянные размеры, независимые от величины натяжения гибкого органа и сжатия его прижимно-прогибочным устройством. Это устранит влияние нестабильности укладки прядей гибкого органа на упоры и упругую балку, а также изменение размеров гибкого органа при его натяжении. The force measuring device is installed on the fixed end of the flexible body of the elevator used in the repair of oil and gas wells, or of a drilling rig. To do this, first crimping devices are installed on the flexible organ 1 by wrapping it around the elements 9, 10 of the crimping devices 2 and clamping them with a screw pair 11. The clamping of the flexible organ must be tight so that the crimping devices cannot move along the flexible organ. The crimping devices allow the flexible body to have constant dimensions in places where it touches the stops and the clamping and bending device, independent of the magnitude of the tension of the flexible organ and the compression of the clamping and bending device. This will eliminate the influence of the instability of laying the strands of the flexible organ on the stops and the elastic beam, as well as the resizing of the flexible organ when it is tensioned.

Обжимное устройство позволяет в точках соприкосновения его с упругой балкой через упоры исключить сжатие гибкого органа и фиксировать угол прогиба гибкого органа. Количество обжимных устройств, устанавливаемых на гибком органе, определяется числом перегибов гибкого органа. Расстояние между обжимными устройствами определяется базовым размером А (см. фиг.1). На крайних обжимных устройствах устанавливаются упоры 3, один из концов которых, выполненный в виде клина или сферы, соприкасаясь с упругой балкой, фиксируется направляющей 8, выполненной в виде штифта или паза. Упоры позволяют перегнуть гибкий орган для создания силы при его натяжении и создают точечный или линейный контакт гибкого органа с упругой балкой 4. Это позволяет иметь стабильные результаты измерений, что значительно повышает точность измерений. Кроме того, такое выполнение контакта гибкого органа с упругой балкой 4 не позволяет сминать стальные проволочки гибкого органа и не изнашивает его при работе, а это повышает долговечность и надежность работы гибкого органа. Затем скоба прижимно-прогибочного устройства 6 одевается на среднее обжимное устройство и балку 4 и с помощью пластины и гаек плотно прижимает его к балке 4. На гибком органе силоизмерительное устройство удерживается прижимно-прогибочным устройством, которое выполняет две функции:
- крепление устройства на гибком органе;
- осуществляет перегиб гибкого органа для создания поперечной изгибающей или сжимающей (растягивающей) силы, воздействующей на измерительный преобразователь 5, преобразующий механическую величину в электрическую, удобную для запоминания и передачи на расстояние.The crimping device allows at points of contact with the elastic beam through the stops to prevent compression of the flexible body and fix the angle of deflection of the flexible body. The number of crimping devices installed on a flexible organ is determined by the number of bends of the flexible organ. The distance between the crimping devices is determined by the base size A (see figure 1). On the extreme crimping devices, stops 3 are installed, one of the ends of which, made in the form of a wedge or sphere, in contact with an elastic beam, is fixed by a guide 8 made in the form of a pin or groove. The stops allow you to bend the flexible body to create a force when it is tensioned and create a point or linear contact of the flexible body with the elastic beam 4. This allows you to have stable measurement results, which significantly increases the accuracy of the measurements. In addition, this contact of the flexible organ with the elastic beam 4 does not allow to crush the steel wires of the flexible organ and does not wear out during operation, and this increases the durability and reliability of the flexible organ. Then the clamp of the clamping and bending device 6 is put on the middle crimping device and the beam 4 and with the help of the plate and nuts tightly presses it to the beam 4. On a flexible body, the force measuring device is held by the clamping and bending device, which performs two functions:
- fastening the device to a flexible body;
- bends the flexible body to create a transverse bending or compressive (tensile) force acting on the measuring transducer 5, which converts the mechanical value into an electrical one, convenient for memorizing and transmitting over a distance.

Натяжение переломленного гибкого органа силой S (см. фиг.1) создает силу Р, изгибающую балку 4. Упругая балка с наклеенными на нее тензорезисторами служит для преобразования измеряемого усилия S в пропорциональный электрический сигнал. Для защиты тензорезисторов от внешних механических воздействий применена крышка (на фиг.1 не показана). Под действием измеряемого усилия деформация упругой балки 4 вызывает изменение сопротивления тензорезисторов, что приводит к разбалансу тензомоста и появлению выходного сигнала, пропорционального измеряемому усилию. Выход измерительной диагонали тензомоста измерительного преобразователя подключен к входу нормирующего преобразователя 7. Напряжение, снимаемое с диагонали моста усиливается и преобразуется, например, в ток с помощью аналоговых элементов, входящих в нормирующий преобразователь. С помощью переменных резисторов нормирующего преобразователя его выходная величина подгоняется к нормируемым ГОСТом величинам. Например, усилие на гибком органе равно нулю, а на выходе нормирующего преобразователя ток будет равен 4 мА, при номинальной нагрузке на гибкий орган на выходе нормирующего преобразователя ток будет равен 20 мА. Нормирующий преобразователь может быть выполнен на микросхемах типа XTR-104, применяемых для получения выходного сигнала 4-20 мА. The tension of the broken flexible organ by force S (see FIG. 1) creates a force P bending the beam 4. An elastic beam with strain gauges glued to it serves to convert the measured force S into a proportional electrical signal. To protect the strain gauges from external mechanical influences, a cover is applied (not shown in Fig. 1). Under the action of the measured force, the deformation of the elastic beam 4 causes a change in the resistance of the strain gages, which leads to an imbalance of the strain gage and the appearance of an output signal proportional to the measured force. The output of the measuring diagonal of the strain gage of the measuring transducer is connected to the input of the normalizing converter 7. The voltage taken from the diagonal of the bridge is amplified and converted, for example, into current using analog elements included in the normalizing converter. Using variable resistors of the normalizing converter, its output value is adjusted to the values normalized by GOST. For example, the force on the flexible organ is equal to zero, and at the output of the normalizing converter, the current will be 4 mA, with a nominal load on the flexible organ at the output of the normalizing converter, the current will be 20 mA. The normalizing converter can be performed on microcircuits of the XTR-104 type used to obtain an output signal of 4-20 mA.

Claims

1. Force measuring device for measuring the tension of a stationary flexible body, containing a measuring transducer connected to a normalizing transducer located on an elastic beam, on which there is a pressure-bending device, covering the flexible organ and pressing it to the elastic beam, characterized in that it further comprises crimping devices and stops, one of the ends of which is made in the form of a wedge or sphere, while the crimping devices consist of two tightly wrapping flexible organ at a point As its bends of the elements are pulled together by a screw pair, the inner surfaces of the elements correspond to the shape of the flexible organ, the direction of the flexible organ with respect to the elastic beam is fixed at the contact points of the guide stop, made, for example, in the form of a pin and / or groove.

2. Force measuring device according to claim 1, characterized in that the number of crimping devices and stops corresponds to the number of bends of a flexible organ.

3. The force-measuring device according to claim 1, characterized in that the measuring transducer is made on semiconductor strain elements mounted on a membrane located inside the elastic beam.

4. The load-measuring device according to claim 1, characterized in that the pressure-bending device comprises a bracket covering a flexible organ, a plate and elements pressing the flexible organ to an elastic beam.