RU2229581C1

RU2229581C1 - Bench for running in and testing turbodrills

Info

Publication number: RU2229581C1
Application number: RU2003106201/03A
Authority: RU
Inventors: П.И. Садырев (RU); П.И. Садырев; С.Г. Трапезников (RU); С.Г. Трапезников; В.Д. Погудин (RU); В.Д. Погудин; А.В. Богданов (RU); А.В. Богданов
Original assignee: Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Буровая техника"
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-05-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: bench has no less than two self-mounting clamps, one or two electromagnetic powder load brakes with value of maximum load moment equal to 2500 Nm for each, as braking means for assuring direct active system for measuring torque of turbodrills and testing turbodrills with diameter up to 127mm and 240mm. Rotors of powder brakes are directly connected to spindle shaft of turbodrill. Capacity for receiving energetic liquid is combined with mounting base of bench. Bench is equipped with computer with software for testing turbodrills. Mounting base is placed horizontally. EFFECT: increased precision of measured parameters and characteristics of turbodrills, increased productiveness of tests, easier assemblage and savings of production space. 5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, а именно к оборудованию для сервисного обслуживания гидравлических забойных двигателей (ГЗД), и предназначено для обкатки и проведения испытаний ГЗД как новых, так и после проведения ремонта.The present invention relates to the field of mechanical engineering, namely, equipment for servicing hydraulic downhole motors (HLD), and is intended for running-in and testing of HLDs, both new and after repair.

Известен горизонтальный стенд, включающий установочную базу с зажимными хомутами, гидравлический домкрат, ленточный тормоз, приемный чан и насос стенда. Рабочая жидкость вода (З.И. Шумова, И.В. Собкина. Справочник по турбобурам. М.: Недра, 1970 г., с.184-185).A horizontal stand is known, including an installation base with clamping clamps, a hydraulic jack, a belt brake, a intake tub and a stand pump. The working fluid is water (Z. I. Shumova, I. V. Sobkina. Handbook for turbodrills. M: Nedra, 1970, p.184-185).

Недостатком горизонтального стенда является использование в качестве тормозного устройства ленточного тормоза. Тормозной крутящий момент ГЗД определяется по натяжению ленты тормоза с помощью манометра. Деформация ленты в процессе натяжения, удлинение ленты в процессе работы, невозможность учета этих величин при расчете тормозного момента ГЗД приводят к снижению определяемой точности его величины.The disadvantage of a horizontal stand is the use of a belt brake as a brake device. GZD braking torque is determined by the tension of the brake band using a manometer. The deformation of the tape during tension, the elongation of the tape during operation, the inability to take these values into account when calculating the braking torque of the hydraulic drive, lead to a decrease in the determined accuracy of its value.

Недостатком горизонтального стенда также является визуальный съем параметров характеристик ГЗД и обработка их вручную с использованием примитивных средств расчета и отображения, что приводит к значительному по времени проведению испытаний ГЗД.The disadvantage of a horizontal stand is also the visual removal of the parameters of the characteristics of the hydraulic breakdown and manual processing using primitive calculation and display tools, which leads to a significant time testing of the hydraulic breakdown.

Недостатком горизонтального стенда также является необходимость использования емкости для приема воды (чана), заполняемой водой перед началом испытаний, что приводит к загромождению производственных площадей. Емкость (чан) необходимо разместить ниже уровня пола производственного помещения, так как вода в процессе испытаний подается насосом под давлением из приемной емкости в ГЗД, протекает через него, самотеком сливается по сливному трубопроводу и снова собирается в приемной емкости, что приводит к усложнению монтажа стенда на месте эксплуатации.The disadvantage of a horizontal stand is also the need to use a container for receiving water (vat) filled with water before the start of the test, which leads to clutter of production areas. The container (vat) must be placed below the floor level of the production room, since water during the tests is pumped under pressure from the receiving tank to the gas distribution valve, flows through it, flows by gravity through the drain pipe and is again collected in the receiving tank, which complicates the installation of the stand at the place of operation.

Недостатком горизонтального стенда также является невозможность проведения обкатки и испытаний ГЗД в компоновке отклонителя, когда секция двигательная ГЗД расположена относительно секции шпиндельной ГЗД под углом до 3°.The disadvantage of the horizontal stand is also the impossibility of running and testing the hydraulic breakdown in the layout of the deflector, when the motor section of the horizontal breaker is located relative to the spindle section of the horizontal breaker at an angle of up to 3 °.

Известны горизонтальные стенды фирмы "Griffith", включающие установочную базу с зажимными устройствами, пульт управления, тормозное устройство, приемную емкость и два насоса стенда (Griffith drilling motor test stend. NATIONAL OILWELL DOWNHOLE TOOLS CATALOG, 1998-99, стр.73).Griffith horizontal stands are known, including an installation base with clamping devices, a control panel, a brake device, a receiving tank and two stand pumps (Griffith drilling motor test stend. NATIONAL OILWELL DOWNHOLE TOOLS CATALOG, 1998-99, p. 73).

В стенде Testmaster для создания тормозного момента используется клещевой дисковый тормоз. Тормозной момент создается в результате создания сил трения между трущимися поверхностями дисков. В стенде Hydramaster в качестве тормозного устройства используется объемный гидравлический тормоз. Тормозной момент создается в результате циркуляции жидкости в тормозной муфте.In the Testmaster booth, a tick-borne disc brake is used to create a braking torque. Braking torque is created as a result of the creation of friction forces between the friction surfaces of the disks. The Hydramaster booth uses a volume hydraulic brake as a braking device. The braking torque is created as a result of fluid circulation in the brake clutch.

Недостатком горизонтальных стендов Testmaster и Hydramaster фирмы "Griffith" является необходимость использования емкости для приема воды, заполняемой водой перед началом испытаний. Приемная емкость установлена на пол производственного помещения. Приемная емкость занимает определенные производственные площади.The disadvantage of the Griffith horizontal Testmaster and Hydramaster stands is the need to use a container to receive the water filled with water before starting the test. The receiving tank is installed on the floor of the production room. The receiving capacity occupies certain production areas.

Недостатком горизонтальных стендов Testmaster и Hydramaster фирмы "Griffith" также является необходимость применения промежуточного насоса. Вода в процессе испытаний подается насосом под давлением из приемной емкости в ГЗД, протекает через него, самотеком сливается и снова собирается в приемной емкости. Так как приемная емкость установлена на пол производственного помещения, для ее заполнения водой, прокаченной через ГЗД, необходим промежуточный насос, сопоставимый по расходу с основным насосом стенда. Необходимость применения дополнительного насоса приводит к усложнению и удорожанию конструкции стенда.Griffith's horizontal Testmaster and Hydramaster stands also have the disadvantage of using an intermediate pump. Water in the test process is pumped under pressure from the receiving tank to the hydraulic circuit breaker, flows through it, gravity drains and collects again in the receiving tank. Since the receiving tank is installed on the floor of the production room, to fill it with water pumped through the hydraulic pump, an intermediate pump is required that is comparable in flow rate to the main pump of the stand. The need to use an additional pump leads to more complicated and more expensive stand design.

Известен горизонтальный стенд ПФВНИИБТ, включающий установочную базу с балансирными опорами (люнетами), тормозное устройство в виде шинно-пневматической муфты и электродвигателя-генератора постоянного тока, насос стенда и приемный бак. Рабочая жидкость - вода (Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко, А.Н. Гноевых. Справочное пособие. Винтовые забойные двигатели. М.: Недра, 1999 г., с.221-222).A horizontal stand PFVNIIBT is known, including an installation base with balancing supports (lunettes), a brake device in the form of a pneumatic tire coupling and a direct current electric motor-generator, a stand pump and a receiving tank. The working fluid is water (DF Baldenko, FD Baldenko, AN Gnoev. Reference manual. Downhole screw motors. M: Nedra, 1999, p.221-222).

Недостатком горизонтального стенда является съем тормозного момента ГЗД с его корпуса, а не с вала, так называемый реактивный момент. Реактивный тормозной момент является косвенной характеристикой работы ГЗД. ГЗД устанавливается в балансирные опоры стенда (люнеты) и закрепляется в них. В процессе проведения испытаний происходят неучитываемые потери величины тормозного момента на трение и подклинивание в балансирных опорах, что приводит к снижению определяемой точности его величины.The disadvantage of a horizontal stand is the removal of the braking torque of the hydraulic control valve from its body, and not from the shaft, the so-called reactive moment. Reactive braking torque is an indirect characteristic of the valve. GZD is installed in the balancing supports of the stand (lunettes) and fixed in them. In the process of testing, unrecorded losses of the braking moment due to friction and wedging in the balancing bearings occur, which leads to a decrease in the determined accuracy of its value.

Недостатком горизонтального стенда также является необходимость использования емкости для приема воды (бака), заполняемой водой перед началом испытаний, что приводит к загромождению производственных площадей. Емкость (бак) необходимо разместить ниже уровня пола производственного помещения, так как вода в процессе испытаний подается насосом под давлением из приемной емкости в ГЗД, протекает через него, самотеком сливается по сливному трубопроводу и снова собирается в приемной емкости, что приводит к усложнению монтажа стенда на месте эксплуатации.The disadvantage of a horizontal stand is also the need to use a tank for receiving water (tank) filled with water before the start of the test, which leads to clutter of production areas. The tank (tank) must be placed below the floor level of the production room, since the water during the test is pumped under pressure from the receiving tank to the gas distribution valve, flows through it, flows by gravity through the drain pipe and is collected again in the receiving tank, which complicates the installation of the stand at the place of operation.

Известен стенд РГУ нефти и газа им. Губкина, включающий установочную базу с зажимами, размещенную под наклоном к полу производственного помещения, тормозное устройство в виде электромагнитного порошкового тормоза с клиноременной передачей к валу ГЗД, одновинтовой насос и емкость для принятия энергетической жидкости (приемный бак). Рабочая жидкость - вода. (Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко, А.Н. Гноевых. Справочное пособие. Винтовые забойные двигатели. М.: Недра, 1999 г., с.222-224).The famous stand of the Russian State University of Oil and Gas. Gubkin, including an installation base with clamps, placed at an angle to the floor of the production room, a brake device in the form of an electromagnetic powder brake with V-belt transmission to the hydraulic drive shaft, a single-screw pump and a container for receiving energy fluid (receiving tank). The working fluid is water. (DF Baldenko, FD Baldenko, AN Gnoev. Reference manual. Downhole screw motors. M: Nedra, 1999, p. 222-224).

Недостатком стенда является недостаточно высокий уровень точности снимаемых параметров характеристик ГЗД вследствие использования клиноременной передачи от электромагнитного порошкового тормоза серии ПТ-6М1 к валу ГЗД. Деформация ремня в процессе натяжения, удлинение ремня в процессе работы, невозможность учета этих величин при расчете тормозного момента ГЗД, дополнительные узлы трения ремня в шкивах ременной передачи приводят к снижению определяемой точности его величины. Изменение частоты вращения, передаваемой ременной передачей от вала ГЗД валу порошкового тормоза, при удлинении ремня в процессе работы искажает величину контролируемой частоты вращения вала ГЗД.The disadvantage of the stand is the insufficiently high level of accuracy of the removed parameters of the gas-hydraulic drive characteristics due to the use of V-belt transmission from the PT-6M1 series electromagnetic powder brake to the gas-discharge roller. Belt deformation during tension, elongation of the belt during operation, impossibility of taking these values into account when calculating the braking torque of the hydraulic drive, additional friction units of the belt in the belt pulleys lead to a decrease in the determined accuracy of its value. A change in the frequency of rotation transmitted by the belt drive from the HPV shaft to the powder brake shaft when the belt is elongated during operation distorts the value of the controlled rotation frequency of the HPV shaft.

Недостатком стенда также является применение в качестве тормозного устройства порошкового тормоза, максимальный нагрузочный момент которого равен 60 Н·м, что позволяет проводить испытания только малогабаритных ГЗД с диаметром 48 мм и не более, а это существенно ограничивает его эксплуатационные возможности в широкой гамме существующих на сегодняшний день ГЗД с диаметрами от 48 до 240 мм.A drawback of the stand is the use of a powder brake as a brake device, the maximum load moment of which is 60 N · m, which allows testing only small-sized hydraulic drives with a diameter of 48 mm and no more, and this significantly limits its operational capabilities in a wide range existing today day of hot spring with diameters from 48 to 240 mm.

Недостатком стенда также является наклонное расположение установочной базы по отношению к полу производственного помещения, что приводит к неудобству установки ГЗД в стенд и его закреплению, в особенности, в верхней части установочной базы. Этот недостаток стенда позволяет проводить обкатку и испытания ГЗД ограниченной длины, определяемой высотой производственного помещения, то есть не позволяет проводить обкатку и испытания ГЗД во всем диапазоне существующих в настоящее время длин ГЗД до 25 м.A disadvantage of the stand is also the inclined location of the installation base in relation to the floor of the production room, which leads to the inconvenience of installing the hydraulic manifold in the stand and its fixing, especially in the upper part of the installation base. This drawback of the stand allows running-in and testing of hydraulic breakers of limited length, determined by the height of the production room, that is, it does not allow running-in and testing of hydraulic breakers in the entire range of current lengths of hydraulic breakers up to 25 m.

Недостатком стенда также является необходимость использования емкости для приема воды (чана или бака), заполняемой водой перед началом испытаний, что приводит к загромождению производственных площадей.The disadvantage of the stand is the need to use a container for receiving water (tank or tank) filled with water before testing, which leads to clutter of production facilities.

Недостатком стенда также является невозможность проведения обкатки и испытаний ГЗД в компоновке отклонителя, когда секция двигательная ГЗД расположена относительно секции шпиндельной ГЗД под углом до 3°.The disadvantage of the stand is also the inability to run and test the hydraulic drive in the layout of the diverter, when the motor section of the hydraulic drive is located relative to the spindle section of the hydraulic drive at an angle of up to 3 °.

Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в увеличении уровня точности снимаемых параметров характеристик ГЗД, повышении производительности проводимых на стенде испытаний при одновременном расширении эксплуатационных возможностей стенда, удобстве монтажа и экономии производственных площадей.The technical task of the invention is to increase the level of accuracy of the removed parameters of the characteristics of the hydraulic valve, to increase the productivity of the tests carried out at the bench while expanding the operational capabilities of the bench, ease of installation and saving production space.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном горизонтальном стенде для обкатки и проведения испытаний ГЗД, включающем зажимные приспособления для закрепления корпуса ГЗД, установочную базу с тормозным устройством в виде электромагнитного порошкового нагрузочного тормоза, емкость для принятия энергетической жидкости и связанный с ней насос для подачи жидкости в ГЗД, согласно изобретению стенд снабжен связанным с установочной базой гидроотбойником для направления выходящей из ГЗД энергетической жидкости в емкость для ее приема и содержит одно, связанное с установочной базой, неподвижное зажимное приспособление и не менее двух, связанных с установочной базой, самоустанавливающихся зажимных приспособлений, а электромагнитный порошковый нагрузочный тормоз имеет величину максимального нагрузочного момента, равную 2500 Н·м, обеспечивающую прямую активную систему измерения крутящего момента ГЗД и проведение испытаний ГЗД диаметром от 48 до 127 мм, при этом стенд оснащен компьютером с программным обеспечением для проведения испытаний ГЗД, ротор порошкового нагрузочного тормоза непосредственно соединен с валом шпинделя ГЗД, емкость для приема энергетической жидкости совмещена с расположеной горизонтально установочной базой стенда, при этом для испытания ГЗД, используемых при бурении скважин, стенд снабжен дополнительным электромагнитным порошковым нагрузочным тормозом, который в совокупности с основным обеспечивает повышение величины максимального нагрузочного момента до 5000 Н·м и проведение испытаний ГЗД диаметром от 85 до 240 мм.The solution to this problem is achieved by the fact that in the well-known horizontal test bench for running and testing the hydraulic drive, including clamping devices for securing the hydraulic drive housing, an installation base with a braking device in the form of an electromagnetic powder load brake, a container for receiving energy fluid and a pump for supplying it the liquid in the hydraulic valve, according to the invention, the stand is equipped with a water hammer connected to the installation base for directing the energy liquid exiting the hydraulic valve into a container for its reception and contains one fixed clamping device connected with the installation base and at least two self-installing clamping devices connected with the installation base, and the electromagnetic powder load brake has a maximum load moment of 2500 N · m providing a direct active measurement system the torque of the hydraulic drive and the testing of hydraulic drives with a diameter of 48 to 127 mm, while the stand is equipped with a computer with software for testing hydraulic drives, a powder rotor the load brake is directly connected to the spindle shaft of the hydraulic drive, the capacity for receiving energy fluid is combined with the horizontal mounting base of the bench, while for testing the hydraulic brake used in drilling wells, the bench is equipped with an additional electromagnetic powder brake, which together with the main one increases the maximum load moment up to 5000 N · m and testing of hydraulic drives with a diameter of 85 to 240 mm.

В конструкции стенда по предлагаемому изобретению в качестве тормозного устройства установлены один или два электромагнитных порошковых нагрузочных тормоза с величиной максимального нагрузочного момента, равной 2500 Н·м каждый, обеспечивающих проведение испытаний ГЗД в габарите от 48 до 127 мм при тормозном моменте до 2500 Н·м, используемых для капитального ремонта скважин, и ГЗД в габарите от 85 до 240 мм при тормозном моменте до 5000 Н·м, используемых для бурения скважин. Ротора порошковых тормозов непосредственно соединены с валом шпинделя ГЗД, что обеспечивает прямую активную систему измерения крутящего момента ГЗД.In the design of the test bench according to the invention, one or two electromagnetic powder load brakes with a maximum load moment of 2500 N · m each are installed as a braking device, providing for the testing of hydraulic drive in a size from 48 to 127 mm with a braking torque of up to 2500 N · m used for overhaul of wells, and hydraulic fracturing in size from 85 to 240 mm with braking torque of up to 5000 N · m, used for drilling wells. The powder brake rotors are directly connected to the spindle shaft of the hydraulic spindle, which provides a direct active system for measuring the torque of the hydraulic spindle.

Установка в конструкции стенда одного тормозного устройства с величиной максимального нагрузочного момента, равной 2500 Н·м, обеспечивает проведение испытаний ГЗД в габарите от 48 до 127 мм.The installation of a single brake device in the stand design with a maximum load moment of 2500 N · m ensures the testing of hydraulic drive in the range from 48 to 127 mm.

Установка в конструкции стенда последовательно двух тормозных устройств (не более двух по техническим условиям) с величиной максимального нагрузочного момента, равной 2500 Н·м каждый, обеспечивает величину тормозного момента стенда, равную 5000 Н·м, что позволяет проводить на стенде испытания ГЗД в габарите от 85 до 240 мм.The installation of two braking devices in series in the test bench (no more than two according to technical specifications) with a maximum load moment of 2500 N · m each ensures a braking torque of the test bench equal to 5000 N · m, which allows dimensioning the hydraulic brake test at the test bench from 85 to 240 mm.

В конструкции стенда по предлагаемому изобретению емкость для приема энергетической жидкости выполнена в виде рамы-емкости, совмещенной с установочной базой стенда, что совместно с другими конструктивными признаками стенда обеспечивает экономию производственных площадей и удобство монтажа на месте эксплуатации стенда.In the design of the stand according to the invention, the container for receiving energy fluid is made in the form of a frame-tank, combined with the installation base of the stand, which, together with other design features of the stand, provides savings in production space and ease of installation at the place of operation of the stand.

В конструкции стенда по предлагаемому изобретению современные датчики съема информации и компьютер с программным комплексом для проведения испытаний ГЗД обеспечивают совместно с другими конструктивными признаками стенда качественно новый уровень съема и обработки получаемых параметров характеристик ГЗД.In the design of the stand according to the invention, modern sensors for information retrieval and a computer with a software package for conducting tests of hydraulic manifolds, together with other design features of the bench, provide a qualitatively new level of removal and processing of the obtained parameters for the characteristics of hydraulic manifolds.

В конструкции стенда по предлагаемому изобретению самоустанавливающиеся зажимы по предлагаемому изобретению обеспечивают возможность проведения испытаний ГЗД как в прямолинейной компоновке, так и в компоновке отклонителя.In the design of the stand according to the invention, the self-locking clamps according to the invention provide the possibility of testing the hydraulic breakdown both in a straight-line layout and in the layout of the diverter.

На фиг.1 показан вид сверху горизонтального стенда для обкатки и испытаний ГЗД диаметром от 48 до 127 мм, с одним порошковым электромагнитным нагрузочным тормозом, с максимальным тормозным моментом, равным 2500 Н·м, На фиг.2 - общий вид горизонтального стенда для обкатки и испытаний ГЗД диаметром от 48 до 127 мм, с одним порошковым электромагнитным нагрузочным тормозом, с максимальным тормозным моментом, равным 2500 Н·м.Figure 1 shows a top view of a horizontal bench for running in and testing hydraulic breakers with a diameter of 48 to 127 mm, with one powder electromagnetic load brake, with a maximum braking torque of 2500 N · m, Figure 2 is a General view of a horizontal bench for running and testing of hydraulic drives with a diameter of 48 to 127 mm, with one powder electromagnetic load brake, with a maximum braking torque of 2500 N · m.

На фиг.3 - общий вид горизонтального стенда для обкатки и испытаний ГЗД диаметром от 85 до 240 мм, с двумя порошковыми электромагнитными нагрузочными тормозами, с максимальным тормозным моментом, равным 5000 Н·м.Figure 3 is a General view of a horizontal test bench for running in and testing the hydraulic drive with a diameter of 85 to 240 mm, with two powder electromagnetic load brakes, with a maximum braking torque of 5000 N · m.

На фиг.4 - общий вид электромагнитного порошкового нагрузочного тормоза типа ПТ250М1.Figure 4 is a General view of the electromagnetic powder load brake type PT250M1.

На фиг.5 - вид электромагнитного порошкового нагрузочного тормоза типа ПТ250М по стрелке А.Figure 5 is a view of an electromagnetic powder load brake type PT250M in arrow A.

Показанный на фиг.1 стенд включает насос 1, буровой рукав 2, всасывающий трубопровод 3, блок датчиков 4 для контроля производительности насоса и давления, развиваемого насосом, пульт управления 5 с компьютером и установочную базу 6.The stand shown in FIG. 1 includes a pump 1, a drill sleeve 2, a suction pipe 3, a sensor unit 4 for monitoring pump performance and pressure developed by the pump, a control panel 5 with a computer, and an installation base 6.

Установочная база 6 (фиг.2) включает одно неподвижное зажимное приспособление 7, два самоустанавливающихся зажимных приспособления 8, электромагнитный порошковый тормоз 9, зубчатую муфту 10, установленную на вал тормоза 9, гидроотбойник 11, предотвращающий разбрызгивание энергетической жидкости, раму-емкость 12, датчик оборотов 13, датчик момента 14, переводник 15, полумуфты 16, 17.The installation base 6 (Fig. 2) includes one fixed clamping device 7, two self-locking clamping devices 8, an electromagnetic powder brake 9, a gear coupling 10 mounted on the brake shaft 9, a hydraulic pick-up device 11 that prevents spatter of energy fluid, a tank frame 12, a sensor revolutions 13, torque sensor 14, sub 15, coupling halves 16, 17.

Технические данные стенда:Technical data of the stand:

Диаметры испытываемых ГЗД, мм 48-127The diameters of the tested HRM, mm 48-127

Длина ГЗД, м До 7The length of the bulkhead, m Up to 7

Частота вращения выходного вала, об/мин 0-1500The frequency of rotation of the output shaft, rpm 0-1500

Тормозной момент, кН·м 2,5Braking moment, kN · m 2,5

Подача насоса, л/сек До 18Pump supply, l / s Up to 18

Давление нагнетания, МПа До 12Discharge Pressure, MPa Up to 12

Показанный на фиг.3 стенд дополнительно к стенду, показанному на фиг.1, 2, включает электромагнитный порошковый тормоз 17, датчик момента 18 и зубчатую муфту 19.The stand shown in FIG. 3, in addition to the stand shown in FIGS. 1, 2, includes an electromagnetic powder brake 17, a torque sensor 18, and a gear clutch 19.

Технические данные стенда:Technical data of the stand:

Диаметры испытываемых ГЗД, мм 85-240The diameters of the tested HRM, mm 85-240

Длина ГЗД, м До 11The length of the bulkhead, m Up to 11

Тормозной момент, кН·м 5,0Braking moment, kN · m 5,0

Подача насоса, л/сек До 33Pump delivery, l / s Up to 33

Показанный на фиг.4 электромагнитный порошковый нагрузочный тормоз типа ПТ250М1 состоит из литого корпуса 20, внутри которого размещены в подшипниковых узлах ведущий элемент (ротор) 21 с выходящими из корпуса шлицевыми концами и ведомый элемент (статор) (не показан). Датчик оборотов 22 устанавливается на конце ротора 21 тормоза. Рычаг 23 (фиг.5) закрепляется на статоре тормоза через специально предназначенный для этого узел крепления 24 и удерживает статор от проворота. Датчик момента 25 устанавливается с помощью кронштейна 26 под рычаг 23 на единую с тормозом плиту.The PT250M1 type electromagnetic powder load brake shown in FIG. 4 consists of a cast housing 20, inside of which are located a bearing element (rotor) 21 with splined ends emerging from the housing and a driven element (stator) (not shown). The speed sensor 22 is mounted on the end of the brake rotor 21. The lever 23 (figure 5) is fixed to the brake stator through a specially designed for this mount 24 and keeps the stator from turning. The torque sensor 25 is installed using the bracket 26 under the lever 23 on a single plate with the brake.

Рама-емкость 12 перед началом испытаний заполняется водой. На корпус ГЗД навинчивается переводник 15, на вал шпинделя ГЗД навинчиваются полумуфты 16 и 17. Испытуемый ГЗД кран-балкой устанавливается в зажимные приспособления 7, 8 стенда, соединяется с буровым рукавом 2 и порошковым тормозом 9 через зубчатую муфту 10. Соединения осуществляются с помощью быстроразъемного соединения на буровом рукаве 2 и шлицевого соединения на зубчатой муфте 10. ГЗД закрепляется в зажимных приспособлениях 7, 8. Закрывается крышка гидроотбойника 11. С пульта управления 5 включается насос 1 и осуществляется управление процессом испытаний. Вода из рамы-емкости 12 с помощью насоса 1 подается в ГЗД, проходит через ГЗД, собирается гидроотбойником 11 и сливается в раму-емкость 12. Расход и давление в напорной линии насоса замеряются блоком датчиков 4, включающим в себя датчик расхода например НОРД-М-65-16,0, и датчик давления, например МИДА-ДИ-13ПК, частота вращения вала ГЗД замеряется датчиком оборотов 13 (например, шифратор приращений модели Е6С2 - CWZ6C производство Япония), тормозной момент замеряется датчиком момента 14 (например, силоизмерительный датчик ГСП 9035). Точность измерения перечисленных датчиков составляет 0,01%. Снимаемые параметры характеристик обрабатываются и распечатываются компьютером.The tank frame 12 is filled with water before testing. An adapter 15 is screwed onto the GZD body, half-couplings 16 and 17 are screwed onto the GZD spindle shaft. The GZD tested by a crane-beam is installed in the clamping devices 7, 8 of the stand, connected to the drill sleeve 2 and the powder brake 9 through the gear coupling 10. Connections are carried out using a quick disconnect the connection on the drill sleeve 2 and the spline connection on the gear coupling 10. The hydraulic fastener is fixed in the clamping devices 7, 8. The lid of the water hammer 11 is closed. From the control panel 5, the pump 1 is turned on and the process is controlled test. Water from the tank 12 using a pump 1 is supplied to the hydraulic manifold, passes through the hydraulic manifold, collected by a hydraulic pick-up device 11 and discharged into the tank 12. The flow rate and pressure in the pressure line of the pump are measured by a sensor unit 4, which includes a flow sensor, for example, NORD-M -65-16.0, and a pressure sensor, for example MIDA-DI-13PK, the rotation speed of the GZD shaft is measured by a speed sensor 13 (for example, the increment encoder model E6C2 - CWZ6C made in Japan), the braking torque is measured by a torque sensor 14 (for example, a load sensor GSP 9035). The measurement accuracy of these sensors is 0.01%. The removed characteristics parameters are processed and printed by the computer.

В предлагаемом изобретении внешне тормоз напоминает электродвигатель с выступающими по обе стороны концами вала. В литом корпусе 20 тормоза в подшипниковых узлах размещены статор и ротор 21. На статор тормоза с помощью крепежного узла 24 крепится рычаг 23, который удерживает его от проворота. В конструкции тормоза имеется механическая связь, исполнительный орган которой представляет собой ферромагнитный порошок, заполняющий зазор (узкое пространство) в электромагнитной системе между ротором 21 (ведущей частью) и статором (ведомой частью) тормоза. Через обмотки электромагнитной системы пропускают электрический ток, на ферромагнитный порошок накладывается магнитное поле. При пропускании через зазор между ротором 21 и статором магнитного потока частицы электромагнитного порошка группируются в плотные колонки в направлении магнитных силовых линий. При повороте ротора 21 возникает сопротивление повороту от трения между собой намагниченных частиц порошка. Слой ферромагнитного порошка представляет собой пластичное тело с управляемой при помощи магнитного воздействия прочностью на сдвиг. Момент возникает от действия тангенциальных сил фрикционного сцепления ферромагнитных частиц рабочего слоя при их взаимном притяжении в магнитном поле. Таким образом ротор 21 и статор оказываются связанными между собой ферромагнитным порошком. При отсутствии магнитного поля ротор 21 и статор не связаны между собой, так как силы сцепления отсутствуют. Величина тормозного момента на валу тормоза изменяется пропорционально намагничивающему току обмотки системы возбуждения и не зависит от частоты вращения. В качестве рабочей смеси в тормозе используется смесь ферромагнитного порошка (карбонильное железо по ГОСТ 13610 со средним размером частиц 1,5...3,5 мкм) и индустриального масла (ГОСТ 20799).In the present invention, the brake externally resembles an electric motor with shaft ends protruding on both sides. In the cast brake housing 20, the stator and rotor 21 are placed in the bearing assemblies. A lever 23 is attached to the brake stator by means of a mounting unit 24, which keeps it from turning. The design of the brake has a mechanical connection, the actuator of which is a ferromagnetic powder filling the gap (narrow space) in the electromagnetic system between the rotor 21 (leading part) and the brake stator (driven part). An electric current is passed through the windings of the electromagnetic system, a magnetic field is superimposed on the ferromagnetic powder. When passing through the gap between the rotor 21 and the stator of the magnetic flux, the particles of electromagnetic powder are grouped into dense columns in the direction of the magnetic field lines. When the rotor 21 is rotated, resistance to rotation from friction between the magnetized powder particles arises. The ferromagnetic powder layer is a plastic body with shear strength controlled by magnetic action. The moment arises from the action of the tangential forces of the frictional adhesion of the ferromagnetic particles of the working layer during their mutual attraction in a magnetic field. Thus, the rotor 21 and the stator are interconnected by a ferromagnetic powder. In the absence of a magnetic field, the rotor 21 and the stator are not interconnected, since there are no adhesion forces. The magnitude of the braking torque on the brake shaft varies in proportion to the magnetizing current of the winding of the excitation system and does not depend on the speed. A mixture of ferromagnetic powder (carbonyl iron according to GOST 13610 with an average particle size of 1.5 ... 3.5 microns) and industrial oil (GOST 20799) is used as a working mixture in the brake.

Вал шпинделя ГЗД посредством полумуфт 16, 17 и зубчатой муфты 10 соединяется непосредственно с валом электромагнитного порошкового тормоза 9. Датчик оборотов 22 (например, вращательный кодер E6C2-CWZ) установлен непосредственно на выходной конец ротора 21 тормоза 9. Датчик момента 25 (например, силоизмерительный датчик ГСП 9035) устанавливается с помощью кронштейна 26 под рычаг 22 на единую с тормозом 9 плиту. Рычаг 23 непосредственно закреплен с помощью узла крепления 24 на статоре тормоза 9, что позволяет снимать активный тормозной момент непосредственно с вала ГЗД без дополнительных узлов и приспособлений.The spindle shaft of the hydraulic spindle is connected directly to the shaft of the electromagnetic powder brake 9 through the coupling halves 16, 17 and the gear clutch 10. A speed sensor 22 (for example, a rotary encoder E6C2-CWZ) is mounted directly on the output end of the rotor 21 of the brake 9. A torque sensor 25 (for example, a load cell GSP sensor 9035) is installed using the bracket 26 under the lever 22 on a plate integrated with the brake 9. The lever 23 is directly fixed using the mount 24 on the brake stator 9, which allows you to remove the active braking torque directly from the valve shaft without additional components and devices.

Конструкция стенда обеспечивает простоту и легкость установки и закрепления ГЗД за счет быстроразъемного соединения на буровом рукаве 2 и шлицевого соединения на зубчатой муфте 10.The design of the stand provides the simplicity and ease of installation and fastening of the hydraulic control valve due to the quick coupler on the drill sleeve 2 and the spline connection on the gear coupling 10.

В стенде по прототипу в качестве тормозного устройства применен электромагнитный порошковый нагрузочный тормоз, максимальный нагрузочный момент которого равен 60 Н·м. На стенде возможно проведение испытаний только малогабаритных двигателей диаметром 48 мм, что существенно ограничивает его эксплуатационные возможности в широкой гамме существующих на сегодняшний день ГЗД с диаметрами от 48 до 240. Между ротором порошкового тормоза и валом шпинделя ГЗД установлена клиноременная передача. Для нормальной работы ременной передачи необходима предварительная натяжка ремня, постоянный ее контроль и периодическая подтяжка ремня в процессе работы. При этом возникают неучитываемые изгибающие моменты на роторе порошкового тормоза и валу шпинделя ГЗД, искажающие величины снимаемых параметров характеристик ГЗД. В процессе работы ремень растягивается, величина растяжения возможна до 5,5% от длины ремня. При растяжении ремня происходит проскальзывание ремня по поверхностям канавки шкивов ременной передачи, в результате чего происходит изменение передаточного отношения ременной передачи, с учетом которого в прототипе рассчитывается тормозной момент. Неконтролируемое удлинение ремня в процессе работы и, как следствие, изменение передаточного отношения ременной передачи искажает величину числа оборотов вала ГЗД, снимаемую тахометром с ротора порошкового тормоза. Все вышеперечисленное значительно снижает точность снимаемых параметров тормозного момента ГЗД и частоты вращения вала ГЗД.In the stand according to the prototype, an electromagnetic powder load brake is applied as a brake device, the maximum load moment of which is 60 N · m. At the stand, it is possible to test only small-sized engines with a diameter of 48 mm, which significantly limits its operational capabilities in a wide range of current hydraulic drives with diameters from 48 to 240. V-belt drive is installed between the powder brake rotor and the shaft of the hydraulic drive spindle. For normal operation of the belt drive, a preliminary tension of the belt is necessary, its constant monitoring and periodic tightening of the belt during operation. When this occurs unaccounted for bending moments on the rotor of the powder brake and the spindle shaft of the hydraulic valve, distorting the magnitude of the removed parameters of the characteristics of the hydraulic valve. In the process, the belt is stretched, the magnitude of the stretch is possible up to 5.5% of the length of the belt. When the belt is stretched, the belt slides over the groove surfaces of the belt pulleys, as a result of which the gear ratio of the belt drive changes, taking into account which the braking torque is calculated in the prototype. Uncontrolled lengthening of the belt during operation and, as a result, a change in the gear ratio of the belt drive distorts the value of the number of revolutions of the GZD shaft, taken by the tachometer from the powder brake rotor. All of the above significantly reduces the accuracy of the measured parameters of the braking torque of the hydraulic drive and the rotation speed of the hydraulic drive shaft.

Применение в предлагаемом изобретении в качестве тормозного устройства одного или двух электромагнитных порошковых нагрузочных тормоза с максимальным нагрузочным моментом, равным 2500 Н·м каждый, позволяет проводить на стенде испытания, в зависимости от назначения, ГЗД диаметром от 48 до 127 мм и от 85 до 240 мм и тем самым расширить эксплуатационные возможности стенда. В предлагаемом изобретении ротор 21 порошкового тормоза 9 непосредственно соединен с валом ГЗД через зубчатую муфту 10 и полумуфты 16, 17, что позволяет снимать активный тормозной момент непосредственно с вала ГЗД, а в совокупности с использованием в качестве измеряемого прибора современного датчика момента 25 (например, силоизмерительный датчик ГСП 9035 с точностью измерения 0,01%), установленного под рычаг 23 тормоза 9, непосредственно связанного со статором тормоза, обеспечивает максимальную точность измеряемого тормозного момента. В предлагаемом изобретении датчик оборотов (например, вращательный кодер E6C2-CWZ с точностью измерения 0,01%) установлен непосредственно на ротор 21 порошкового тормоза 9, что обеспечивает максимальную точность измерения числа оборотов вала ГЗД.The use in the present invention as a brake device of one or two electromagnetic powder load brakes with a maximum load moment equal to 2500 N · m each, allows for testing, depending on the purpose, a hydraulic drive with a diameter from 48 to 127 mm and from 85 to 240 mm and thereby expand the operational capabilities of the stand. In the present invention, the rotor 21 of the powder brake 9 is directly connected to the valve shaft through a gear clutch 10 and the coupling half 16, 17, which allows you to remove the active braking torque directly from the valve cylinder, and in conjunction with the use of a modern torque sensor 25 (for example, power sensor GSP 9035 with a measurement accuracy of 0.01%), mounted under the lever 23 of the brake 9, directly connected to the brake stator, provides maximum accuracy of the measured braking torque. In the present invention, a speed sensor (for example, a rotary encoder E6C2-CWZ with a measurement accuracy of 0.01%) is mounted directly on the rotor 21 of the powder brake 9, which ensures maximum accuracy in measuring the number of revolutions of the valve shaft.

Применение в предлагаемом изобретении горизонтального расположения установочной базы 6 стенда относительно пола производственного помещения совместно с другими конструктивными признаками изобретения позволяет работать с ГЗД любой длины, для чего достаточно в продолжение установочной базы 6 установить на пол производственного помещения поддерживающие стойки для ГЗД. Горизонтальное расположение установочной базы 6 обеспечивает удобство установки ГЗД в стенд и их закрепление от проворота в процессе испытаний, что увеличивает производительность выполняемых на стенде работ.The use in the present invention of a horizontal arrangement of the installation base 6 of the stand relative to the floor of the production room, together with other structural features of the invention, allows working with the hydraulic valve of any length, for which it is enough to install supporting racks for the hydraulic valve mounting on the floor of the production room 6. The horizontal location of the installation base 6 provides the convenience of installing the hydraulic control valve in the stand and securing them from rotation during testing, which increases the productivity of the work performed on the stand.

В стенде по прототипу используется бак для приема воды, заполняемый водой перед началом испытаний. В прототип конструктивно входят два отдельно существующих изделия: бак для приема воды и рама, входящая в состав установочной базы. Вода в процессе испытаний подается насосом под давлением из бака в ГЗД, протекает через него, самотеком сливается и снова собирается в баке. Необходимость использования самого бака приводит к загромождению производственных площадей.The prototype booth uses a tank for receiving water, filled with water before testing. The prototype constructively includes two separately existing products: a tank for receiving water and a frame, which is part of the installation base. Water in the test process is pumped under pressure from the tank to the hydraulic circuit breaker, flows through it, flows by gravity and is collected again in the tank. The need to use the tank itself leads to clutter of production facilities.

В предлагаемом изобретении применение рамной конструкции, входящей в состав установочной базы 6 стенда, являющейся одновременно и установочной базой, и используемой в качестве емкости для приема воды, совместно с другими конструктивными признаками стенда обеспечивает экономию производственных площадей.In the present invention, the use of a frame structure, which is part of the installation base 6 of the stand, which is both the installation base and used as a container for receiving water, together with other design features of the stand provides savings in production space.

В стенде по прототипу в зажимы установочной базы невозможно установить ГЗД в компоновке отклонителя, так как они жестко закреплены на раме установочной базы и не имеют возможности отклоняться на угол, равный углу отклонения двигательной секции относительно шпиндельной секции ГЗД ни в вертикальном, ни в горизонтальном направлении, и, как следствие, невозможно проведение их обкатки и испытаний.In the prototype stand, it is impossible to install the hot-plumbing device in the mounting base clamps in the diverter assembly, since they are rigidly mounted on the mounting base frame and are not able to deviate at an angle equal to the deflection angle of the motor section relative to the spindle section of the hot-spring plate in either the vertical or horizontal direction, and, as a result, it is impossible to run and test them.

Применение в предлагаемом изобретении двух самоустанавливающихся под весом ГЗД в компоновке отклонителя зажимов обеспечивает совместно с другими конструктивными признаками стенда высокопроизводительную установку ГЗД на стенд, а также проведение их обкатки и испытаний. Самоустанавливающиеся зажимы состоят из трех плит. Основная плита жестко закреплена на раме 12 установочной базы 6 стенда. Промежуточная плита на подпружиненных шарикоподшипниках имеет возможность перемещения перпендикулярно раме 12 в горизонтальном направлении. Верхняя плита имеет возможность поворачиваться вокруг подпружиненной оси относительно промежуточной плиты. При установке в зажим ГЗД в компоновке отклонителя под собственным весом двигательной секции промежуточная плита смещается перпендикулярно раме 12, а верхняя плита разворачивается относительно промежуточной плиты, тем самым обеспечивается абсолютное совпадение угла отклонения двигательной секции относительно шпиндельной секции с перемещением и разворотом зажима. После чего плиты закрепляются между собой болтовыми соединениями.The use in the present invention of two self-leveling HPDs in the layout of the deflector clamps provides, together with other structural features of the bench, a high-performance installation of the HPL on the bench, as well as their running-in and testing. Self-locking clamps consist of three plates. The main plate is rigidly fixed to the frame 12 of the installation base 6 of the stand. The intermediate plate on spring-loaded ball bearings has the ability to move perpendicular to the frame 12 in the horizontal direction. The top plate has the ability to rotate around a spring-loaded axis relative to the intermediate plate. When installing the hot-spring plate in the diverter assembly under the own weight of the engine section, the intermediate plate is displaced perpendicular to the frame 12, and the upper plate is deployed relative to the intermediate plate, thereby ensuring the absolute coincidence of the angle of deviation of the engine section relative to the spindle section with the movement and rotation of the clamp. After which the plates are fixed to each other by bolted joints.

Применение в предлагаемом изобретении для обработки полученных данных компьютера, оснащение его программным комплексом MotorStend, разработанным сотрудниками ПФВНИИБТ для проведения испытаний ГЗД, значительно сокращает время обработки получаемых данных с приборов контроля, что увеличивает производительность проводимых испытаний ГЗД. Компьютер проводит расчеты, построение, отображение результатов на экране монитора компьютера и печать их с фиксацией конкретного изделия, даты проведения испытаний и расхода энергетических характеристик.The use of a computer in the present invention for processing the obtained data, equipping it with the MotorStend software package, developed by the PFVNIIIBT staff for testing the hydraulic drive, significantly reduces the processing time of the received data from the control devices, which increases the performance of the hydraulic drive testing. The computer carries out calculations, construction, displaying the results on the computer monitor screen and printing them with fixing a specific product, the date of testing and the consumption of energy characteristics.

Все операции по управлению стендом осуществляются с пульта управления.All operations to control the stand are carried out from the control panel.

Предлагаемая конструкция обкаточно-испытательного стенда увеличивает уровень точности снимаемых параметров характеристик ГЗД при одновременном расширении возможностей стенда за счет использования одного или двух электромагнитных порошковых тормозов для проведения испытаний ГЗД в габарите от 48 до 240 мм, совместно с другими конструктивными признаками стенда повышает производительность проводимых на стенде испытаний за счет качественно нового уровня съема и обработки получаемых параметров характеристик ГЗД, обеспечивает удобство монтажа и экономию производственных площадей, проста в изготовлении и эксплуатации, обладает высокой ремонтопригодностью и простотой обслуживания.The proposed design of the running-test bench increases the accuracy level of the measured parameters of the hydraulic breakdown characteristics while expanding the capabilities of the test bench through the use of one or two electromagnetic powder brakes for testing the hydraulic breakdown tests from 48 to 240 mm, together with other design features of the test bench, it increases the productivity of the test bench tests due to a qualitatively new level of removal and processing of the obtained parameters of the characteristics of the hydraulic valve, provides convenience m installation and economy of production space, easy to manufacture and operate, has high maintainability and ease of maintenance.

Claims

A stand for running in and testing hydraulic downhole motors (HGDs), including an installation base with clamping devices for securing the hydraulic drive housing and a brake device in the form of an electromagnetic powder load brake, a container for receiving energy fluid and an associated pump for supplying fluid to the hydraulic drive, characterized in that the stand is equipped with a hydraulic pick-off associated with the installation base for directing the energy fluid exiting the gas hydraulics into the container for receiving it and contains one associated with the installation the base is a fixed clamping device and at least two self-aligning clamping devices connected to the installation base, and the electromagnetic powder load brake has a maximum load moment of 2500 Nm, which provides a direct active system for measuring the torque of the hydraulic drive and the testing of hydraulic drives with a diameter of 48 to 127 mm at the same time, the stand is equipped with a computer with software for carrying out gas-pressure test, the rotor of the powder load brake is directly connected to the shaft ohm of the spindle of the hydraulic drive, and the container for receiving energy fluid is combined with the horizontal mounting base of the bench, while for testing the hydraulic drill hydraulic used for drilling wells, the bench is equipped with an additional electromagnetic powder brake, which together with the main electromagnetic powder brake provides an increase in the maximum load moment up to 5000 Nm and carrying out tests of hydraulic drives with a diameter of 85 to 240 mm.