RU2325556C1

RU2325556C1 - Bench for hydraulic down hole engine testing

Info

Publication number: RU2325556C1
Application number: RU2006133424/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Андоскин (RU); Владимир Николаевич Андоскин; Сергей Петрович Астафьев (RU); Сергей Петрович Астафьев; Константин Анатольевич Кобелев (RU); Константин Анатольевич Кобелев; Владимир Иванович Тимофеев (RU); Владимир Иванович Тимофеев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис"
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2008-05-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: bench for testing of hydraulic down hole engines contains frame with fixtures for engine body, main tank of working liquid, pump to supply working liquid into an engine, the first and the second successive installed brake mechanisms connected to an engine shaft and a measuring system of an engine working characteristics. The bench is equipped with an additional tank of working liquid, with a case to receive working liquid drained from the engine, the said case is installed between the main and additional tanks; the bench is also equipped with a discharge pump and a step-up tooth gear assembled before brake mechanisms and providing two speed gear controls. In the gear control the first gear transfers torque from the engine via the step-up gear to the shaft of the first brake mechanism while the second gear transfers torque directly from the engine to the shaft of the first brake mechanism.

EFFECT: there is achieved a possibility to test a moment of force on a take off shaft in a minimum to maximum power mode of a complete range of gerotor engines and turbo drills.

2 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения, а именно к оборудованию для обкатки и испытаний гидравлических забойных двигателей (ГЗД), по существу, героторных винтовых многозаходных гидравлических двигателей и турбобуров для бурения нефтяных и газовых скважин.The invention relates to the field of petroleum engineering, and in particular to equipment for running in and testing hydraulic downhole motors (GZD), essentially gerotor screw multi-start hydraulic motors and turbodrills for drilling oil and gas wells.

Известны горизонтальные стенды фирмы "Griffith" (Канада), 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).Horizontal stands of the Griffith company (Canada) 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 дисковый тормоз, а тормозной момент создается в результате создания сил трения между трущимися поверхностями дисков.In the Testmaster stand, a disk brake is used to create a braking torque, and the braking torque is created as a result of the creation of friction forces between the friction surfaces of the disks.

В стенде Hydramaster в качестве тормозного устройства используется объемный гидравлический тормоз, а тормозной момент создается в результате циркуляции жидкости в тормозной муфте.In the Hydramaster stand, a volumetric hydraulic brake is used as a braking device, and the braking torque is created as a result of fluid circulation in the brake clutch.

Недостатком известных горизонтальных стендов Testmaster и Hydramaster фирмы "Griffith" является невозможность использования одного из стендов для обкатки и испытаний всего диапазона известных героторных винтовых гидравлических двигателей и турбобуров.The disadvantage of the Griffith firm's horizontal testmaster and hydramaster stands is the inability to use one of the stands for running and testing the entire range of well-known gerotor screw hydraulic motors and turbodrills.

Стенд Testmaster имеет возможность проведения обкатки и испытаний героторных винтовых гидравлических двигателей и турбобуров диаметром 121...286 мм, а тормозной (динамический) момент составляет 2040...26400 Н·м.Testmaster stand has the ability to run and test gerotor screw hydraulic motors and turbodrills with a diameter of 121 ... 286 mm, and the braking (dynamic) moment is 2040 ... 26400 N · m.

Стенд Hydramaster имеет возможность проведения обкатки и испытаний героторных винтовых гидравлических двигателей и турбобуров диаметром 43...121 мм, а максимальный тормозной (динамический) момент составляет 2040 Н·м.Hydramaster stand has the ability to run and test gerotor screw hydraulic motors and turbodrills with a diameter of 43 ... 121 mm, and the maximum braking (dynamic) moment is 2040 N · m.

Другим недостатком горизонтальных стендов Testmaster и Hydramaster фирмы "Griffith" также является необходимость применения промежуточного насоса.Another drawback of the Griffith Testmaster and Hydramaster horizontal benches is also the need for an intermediate pump.

Вода в процессе испытаний подается насосом под давлением из приемной емкости в ГЗД, протекает через него, сливается и снова собирается в приемной емкости.Water in the test process is pumped under pressure from the receiving tank to the recovery chamber, flows through it, drains and is collected again in the receiving tank.

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 конструкции стенда.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 complicates the design of the stand.

Известен горизонтальный стенд, включающий установочную базу с балансирными опорами (люнетами), тормозное устройство в виде шинно-пневматической муфты и электродвигателя-генератора постоянного тока, насос стенда и приемный бак (Балденко Д.Ф. и др. Винтовые забойные двигатели. Справочное пособие. М.: Недра, 1999 г., с.221-222).A horizontal stand is known, which includes an installation base with balancing supports (lunettes), a brake device in the form of a pneumatic tire coupling and an electric motor-generator of direct current, a stand pump and a receiving tank (Baldenko DF and other Screw downhole motors. Reference manual. M .: Nedra, 1999, p. 212-222).

Недостатком известного стенда является невозможность использования для обкатки и испытаний всего диапазона используемых в России героторных винтовых гидравлических двигателей и турбобуров, например двигателя Д-55 с диаметром корпуса 55 мм, а также двигателя Д-240 с диаметром 240 мм, при этом диапазон момента силы на выходном валу, в режиме максимальной мощности, составляет от 0,2...0,34 до 10...14 кН·м (Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, 9/2003, с.8).A disadvantage of the known stand is the inability to use for testing and testing the entire range of gyratory rotary screw motors and turbodrills used in Russia, for example, the D-55 engine with a diameter of 55 mm, as well as the D-240 engine with a diameter of 240 mm, while the torque range is output shaft, in maximum power mode, ranges from 0.2 ... 0.34 to 10 ... 14 kN · m (Construction of oil and gas wells on land and at sea, 9/2003, p.8).

Недостатком горизонтального стенда является также снятие характеристик тормозного момента ГЗД с его корпуса, а не с вала, по существу, измерение реактивного момента. Реактивный тормозной момент является косвенной характеристикой работы ГЗД. ГЗД устанавливается в балансирные опоры стенда (люнеты) и закрепляется в них. В процессе проведения испытаний происходят потери величины тормозного момента на трение и подклинивание в балансирных опорах, что приводит к снижению определяемой точности его измерения.The disadvantage of a horizontal stand is also the characterization of the braking torque of the hydraulic control valve from its housing, and not from the shaft, in fact, the measurement of the 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, the braking moment for friction and wedging in the balancing bearings are lost, which leads to a decrease in the determined accuracy of its measurement.

Другим недостатком известного стенда является невозможность проведения испытаний ГЗД в изогнутой компоновке шпиндельной секции относительно двигательной секции, например, под углом 3 градуса.Another disadvantage of the known stand is the impossibility of testing the hydraulic drive in the curved layout of the spindle section relative to the motor section, for example, at an angle of 3 degrees.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является стенд для испытаний гидравлических забойных двигателей, содержащий раму с устройствами для закрепления корпуса двигателя, основной бак рабочей жидкости, насос подачи рабочей жидкости в двигатель, первый и второй последовательно установленные тормозные механизмы, соединенные с валом двигателя, каждый из которых выполнен, например, в виде электромагнитного порошкового тормоза, а также систему измерения параметров забойных двигателей, например, давления и расхода рабочей жидкости, частоты вращения и крутящего момента (RU 2229581 С1, 27.05.2004).Closest to the claimed design is a stand for testing downhole hydraulic motors, containing a frame with devices for securing the motor housing, the main tank of the working fluid, a pump for supplying the working fluid to the engine, the first and second serially installed brake mechanisms connected to the motor shaft, each of which made, for example, in the form of an electromagnetic powder brake, as well as a system for measuring downhole motor parameters, for example, pressure and flow rate of a working fluid, often otoy rotation and torque (RU 2229581 C1, 05.27.2004).

Недостатком известного стенда является невозможность его использования для обкатки и испытаний героторных винтовых гидравлических двигателей и турбобуров, величины максимального нагрузочного момента в которых превышают 5000 Н·м, а также всего диапазона выпускаемых в России героторных винтовых гидравлических двигателей и турбобуров в режиме от минимальной до максимальной мощности, по существу, в диапазоне крутящего момента ГЗД диаметром 40...240 мм в пределах от 250 Н·м до 15000 Н·м.A disadvantage of the known stand is the inability to use it for running and testing gerotor screw hydraulic motors and turbodrills, the maximum load moment in which exceeds 5000 Nm, as well as the entire range of gerotor screw hydraulic motors and turbodrills manufactured in Russia in the mode from minimum to maximum power , essentially, in the range of torque of the hydraulic drive with a diameter of 40 ... 240 mm in the range from 250 N · m to 15000 N · m

При этом проведение испытаний ГЗД диаметром от 85 до 240 мм в известном стенде возможно только в режиме частичной мощности, по существу, до величины максимального нагрузочного момента, составляющего 30% нагрузочного момента в режиме максимальной мощности.At the same time, the testing of hydraulic breakdown with a diameter of 85 to 240 mm in a known test bench is possible only in the partial power mode, essentially up to the maximum load moment of 30% of the load moment in the maximum power mode.

Кроме того, такое выполнение стенда для испытаний гидравлических забойных двигателей не обеспечивает точности измерения крутящего момента ГЗД в режиме холостого хода (измерение крутящего момента от "нуля") вследствие невозможности отключения электромагнитных порошковых тормозов (ПТ-250М1), обладающих остаточной намагниченностью, величина погрешности которых составляет до 10% максимального нагрузочного момента.In addition, such a construction of a bench for testing downhole hydraulic motors does not provide accuracy for measuring the torque of the hydraulic drive in idle mode (measuring torque from "zero") due to the impossibility of disconnecting electromagnetic powder brakes (PT-250M1) with residual magnetization, the error of which up to 10% of the maximum load moment.

Например, винтовые забойные двигатели производства ПФ ВНИИБТ: ДР3-127, ДО3-127, ДГР3-127, Д3-176, Д4-176, ДВР3-176, Д3-195М, ДГ3-195, ДР-195, Д4-195М, ДВ3-195М, Д1-240М, ДР-240 имеют момент силы на выходном валу в режиме максимальной мощности, превышающий 5000 Н·м, по существу, от 5500 Н·м до 14000 Н·м (Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, 9/2003, с.8).For example, downhole screw motors manufactured by PF VNIIBT: DR3-127, DO3-127, DGR3-127, D3-176, D4-176, DVR3-176, D3-195M, DG3-195, DR-195, D4-195M, DV3 -195M, D1-240M, DR-240 have a moment of force on the output shaft in maximum power mode exceeding 5000 Nm, essentially from 5500 Nm to 14000 Nm (Construction of oil and gas wells on land and on Sea, 9/2003, p. 8).

Винтовые забойные двигатели производства ООО "Фирма "Радиус-Сервис": RS055, Д-60РС, ДРУ-63РС, ДРУ-75РС, ДОТ-75РС, ДОТ-75РС, ДРК-98РС, Д1-105РС, ДРУ120-РС, ДРУ2-127РС, Д-172РС, ДРУ3-172РС, ДРУ-240РС, а также турбобур-отклонитель ТОР-240РС, имеют момент силы на выходном валу, в режиме от минимальной до максимальной мощности, по существу, от 250 Н·м до 14000 Н·м.Screw downhole motors manufactured by Radius-Service Firm LLC: RS055, D-60RS, DRU-63RS, DRU-75RS, DOT-75RS, DOT-75RS, DRK-98RS, D1-105RS, DRU120-RS, DRU2-127RS , D-172RS, DRU3-172RS, DRU-240RS, as well as the TOR-240RS turbo-baffle deflector, have a torque on the output shaft, in the mode from minimum to maximum power, essentially from 250 N · m to 14000 N · m .

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в обеспечении возможности обкатки и испытаний момента силы на выходном валу в режиме от минимальной до максимальной мощности всего диапазона используемых в России героторных винтовых гидравлических двигателей и турбобуров, по существу, диапазона измерения крутящего момента ГЗД диаметром от 40 мм до 250 мм в пределах от 250 Н·м до 15000 Н·м.The technical problem to which the invention is directed is to provide the possibility of running-in and testing the torque on the output shaft in the mode from minimum to maximum power of the entire range of gerotor screw hydraulic motors and turbodrills used in Russia, in essence, the range of measuring torque of hydraulic drives with diameters from 40 mm to 250 mm ranging from 250 Nm to 15,000 Nm

Сущность технического решения заключается в том, что в стенде для испытаний гидравлических забойных двигателей, содержащем раму с устройствами для закрепления корпуса двигателя, основной бак рабочей жидкости, насос подачи рабочей жидкости в двигатель, первый и второй последовательно установленные тормозные механизмы, соединенные с валом двигателя, каждый из которых выполнен, например, в виде электромагнитного порошкового тормоза, а также систему измерения параметров забойных двигателей, например, давления и расхода рабочей жидкости, частоты вращения и крутящего момента, согласно изобретению, стенд снабжен дополнительным баком рабочей жидкости, кожухом для приема выходящей из двигателя рабочей жидкости, установленным между основным и дополнительным баками, а также откачивающим насосом и установленным перед тормозными механизмами мультипликатором с зубчатыми колесами и двухскоростным механизмом переключения передач, при этом в механизме переключения передач первая передача передает крутящий момент от двигателя через мультипликатор к валу первого тормозного механизма, а вторая передача передает напрямую крутящий момент от двигателя к валу первого тормозного механизма.The essence of the technical solution lies in the fact that in the stand for testing downhole hydraulic motors, containing a frame with devices for securing the engine housing, the main tank of the working fluid, a pump for supplying the working fluid to the engine, the first and second serially installed brake mechanisms connected to the motor shaft, each of which is made, for example, in the form of an electromagnetic powder brake, as well as a system for measuring downhole motor parameters, for example, pressure and flow rate of a working fluid, According to the invention, the stand is equipped with an additional working fluid tank, a casing for receiving the working fluid leaving the engine, installed between the main and additional tanks, as well as a pumping pump and a gear multiplier with gears and a two-speed gear shift mechanism installed in front of the braking mechanisms while in the gearshift mechanism, the first gear transmits torque from the engine through the multiplier to the shaft of the first brake gear nism, and the second gear transmits torque directly from the engine to the first brake shaft.

Кроме того, мультипликатор выполнен с расположенными на одной продольной оси входным и выходным полыми валами с зубчатыми венцами, выступающими из корпуса мультипликатора, а механизм переключения передач выполнен в виде центрального вала, проходящего сквозь входной и выходной полые валы мультипликатора, и двух зубчатых колес, установленных по краям центрального вала и соединенных устройством передачи крутящего момента, а также содержит две муфты, каждая из которых расположена по краям центрального вала и имеет внутренние зубья, входящие попеременно в зацепление с зубьями зубчатого колеса, центрального вала или, соответственно, зубчатых венцов входного и выходного валов, при этом каждая из муфт с внутренними зубьями соединена устройством передачи крутящего момента с частями вращающейся компоновки стенда, например, с валом датчика крутящего момента и, соответственно, с валом первого тормозного механизма, и снабжена устройством фиксации продольного хода.In addition, the multiplier is made with input and output hollow shafts located on the same longitudinal axis with gear rims protruding from the multiplier housing, and the gearshift mechanism is made in the form of a central shaft passing through the input and output hollow shafts of the multiplier, and two gears installed along the edges of the central shaft and connected by a torque transmission device, and also contains two couplings, each of which is located on the edges of the central shaft and has internal teeth alternately engaged with the teeth of the gear wheel, the central shaft or, respectively, the gear rims of the input and output shafts, each of the couplings with internal teeth being connected by a torque transmission device to parts of the rotating bench assembly, for example, to a torque sensor shaft and, accordingly, with the shaft of the first brake mechanism, and is equipped with a device for fixing the longitudinal stroke.

Выполнение стенда для испытаний гидравлических забойных двигателей таким образом, что он снабжен дополнительным баком рабочей жидкости, кожухом для приема выходящей из двигателя рабочей жидкости, установленным между основным и дополнительным баками, а также откачивающим насосом и установленным перед тормозными механизмами мультипликатором с зубчатыми колесами и двухскоростным механизмом переключения передач, при этом в механизме переключения передач первая передача передает крутящий момент от двигателя через мультипликатор к валу первого тормозного механизма, а вторая передача передает напрямую крутящий момент от двигателя к валу первого тормозного механизма, обеспечивает возможность обкатки и испытаний момента силы на выходном валу в режиме от минимальной до максимальной мощности всего диапазона используемых в России героторных винтовых гидравлических двигателей и турбобуров, по существу, диапазона измерения крутящего момента ГЗД диаметром от 40 мм до 250 мм в пределах от 250 Н·м до 15000 Н·м.The implementation of the stand for testing downhole hydraulic motors in such a way that it is equipped with an additional tank of the working fluid, a casing for receiving the working fluid coming out of the engine, installed between the main and additional tanks, as well as a pump and installed in front of the brake mechanisms gear with gears and a two-speed mechanism gear shift, while in the gear shift mechanism the first gear transmits torque from the engine through the multiplier to the shaft the first brake mechanism, and the second transmission directly transmits torque from the engine to the shaft of the first brake mechanism, provides the opportunity to run-in and test the torque on the output shaft in the mode from minimum to maximum power of the entire range of gerotor screw hydraulic motors and turbodrills used in Russia, essentially , the measuring range of the torque of the hydraulic drive with a diameter of from 40 mm to 250 mm in the range from 250 N · m to 15000 N · m.

Выполнение стенда для испытаний гидравлических забойных двигателей таким образом, что мультипликатор выполнен с расположенными на одной продольной оси входным и выходным полыми валами с зубчатыми венцами, выступающими из корпуса мультипликатора, а механизм переключения передач выполнен в виде центрального вала, проходящего сквозь входной и выходной полые валы мультипликатора, и двух зубчатых колес, установленных по краям центрального вала и соединенных устройством передачи крутящего момента, а также содержит две муфты, каждая из которых расположена по краям центрального вала и имеет внутренние зубья, входящие попеременно в зацепление с зубьями зубчатого колеса, центрального вала или, соответственно, зубчатых венцов входного и выходного валов, при этом каждая из муфт с внутренними зубьями соединена устройством передачи крутящего момента с частями вращающейся компоновки стенда, например, с валом датчика крутящего момента и, соответственно, с валом первого тормозного механизма, и снабжена устройством фиксации продольного хода, дополнительно повышает надежность и точность диапазона измерения крутящего момента ГЗД диаметром от 40 мм до 250 мм в пределах от 250 Н·м до 15000 Н·м.The implementation of the stand for testing hydraulic downhole motors in such a way that the multiplier is made with input and output hollow shafts located on the same longitudinal axis with gear crowns protruding from the multiplier housing, and the gearshift mechanism is made in the form of a central shaft passing through the input and output hollow shafts multiplier, and two gears mounted on the edges of the central shaft and connected by a torque transmission device, and also contains two couplings, each of which located on the edges of the central shaft and has internal teeth alternatingly engaged with the teeth of the gear wheel, central shaft or, respectively, the gear rims of the input and output shafts, each of the couplings with internal teeth being connected by a torque transmission device to parts of the rotating assembly stand, for example, with a shaft of the torque sensor and, accordingly, with the shaft of the first brake mechanism, and is equipped with a device for fixing the longitudinal stroke, further increases the reliability and of the measurements of torque HDDM range in diameter from 40 mm to 250 mm in the range of from 250 Nm to 15000 Nm.

Кроме того, такое выполнение стенда для испытаний гидравлических забойных двигателей (при отключении муфты на выходе из мультипликатора) дополнительно обеспечивает прямую активную систему измерения и повышает точность измерения крутящего момента ГЗД (измерение крутящего момента от "нуля") вследствие возможности отключения электромагнитных порошковых тормозов (ПТ-250М1), каждый из которых обладает остаточной намагниченностью, величина погрешности которой составляет до 10% максимального нагрузочного момента.In addition, such a construction of a bench for testing downhole hydraulic motors (when the clutch is disconnected at the exit of the multiplier) additionally provides a direct active measurement system and increases the accuracy of measuring the torque of the hydraulic drive (measuring torque from "zero") due to the possibility of disconnecting electromagnetic powder brakes (PT -250M1), each of which has a residual magnetization, the magnitude of the error of which is up to 10% of the maximum load moment.

Ниже представлен лучший вариант стенда для испытаний гидравлических забойных двигателей (ГЗД), например героторных винтовых многозаходных гидравлических двигателей.Below is the best version of a bench for testing downhole hydraulic motors (HCP), for example multi-start rotor screw hydraulic motors.

На фиг.1 показан общий вид стенда для испытаний гидравлических забойных двигателей (ГЗД).Figure 1 shows a General view of the test bench for hydraulic downhole motors (HGD).

На фиг.2 показана система подачи рабочей жидкости, включающая насосную установку, основной бак, трубопроводы, распределительные устройства, вентили и рукава.Figure 2 shows a system for supplying a working fluid, including a pumping unit, a main tank, pipelines, distribution devices, valves and sleeves.

На фиг.3 показан разрез А-А на фиг.1 вдоль центральных продольных осей валов мультипликатора.Figure 3 shows a section aa in figure 1 along the central longitudinal axes of the shafts of the multiplier.

На фиг.4 показан элемент I на фиг.3 механизма переключения передач на первой передаче (максимальный диапазон крутящих моментов) на входе в мультипликатор.Figure 4 shows element I in figure 3 of the gear shift mechanism in first gear (maximum torque range) at the input of the multiplier.

На фиг.5 показан разрез Б-Б на фиг.4, устройство фиксации продольного хода зубчатой муфты механизма переключения передач на входе в мультипликатор.Figure 5 shows a section bB in figure 4, a device for fixing the longitudinal stroke of the gear clutch of the gearshift mechanism at the entrance to the multiplier.

На фиг.6 показан тот же элемент I на фиг.3 механизма переключения передач на второй передаче (минимальный диапазон крутящих моментов) на входе в мультипликатор.In Fig.6 shows the same element I in Fig.3 of the gearshift mechanism in second gear (minimum torque range) at the input of the multiplier.

На фиг.7 показан элемент II на фиг.3 механизма переключения передач на первой передаче (максимальный диапазон крутящих моментов) на выходе из мультипликатора.Figure 7 shows element II of figure 3 of the gear shift mechanism in first gear (maximum torque range) at the output of the multiplier.

На фиг.8 показан разрез В-В на фиг.7, устройство фиксации продольного хода зубчатой муфты механизма переключения передач на выходе из мультипликатора.On Fig shows a section bb In Fig.7, a device for fixing the longitudinal stroke of the gear clutch of the gearshift mechanism at the exit of the multiplier.

На фиг.9 показан тот же элемент II на фиг.3 механизма переключения передач на второй передаче (минимальный диапазон крутящих моментов) на выходе из мультипликатора.Figure 9 shows the same element II in figure 3 of the gear shift mechanism in second gear (minimum torque range) at the output of the multiplier.

Стенд для испытаний гидравлических забойных двигателей, максимальная длина которых составляет 14 метров, содержит раму 1 с гидравлическими устройствами 2, 3 для закрепления корпуса 4 двигателя, основной бак 5, объем которого составляет 10 м³ рабочей жидкости 6 (воды), насос 7 (СИН-31) подачи рабочей жидкости 6 в двигатель, первый и второй последовательно установленные тормозные механизмы, соответственно, 8, 9, соединенные с валом 10 двигателя, при этом каждый из тормозных механизмов 8, 9 выполнен, например, в виде электромагнитного порошкового тормоза 11, 12 (ПТ-250М1), а также содержит компьютерную систему измерения (не показанную) параметров забойных двигателей, включающую датчики давления и расхода рабочей жидкости, а также датчик частоты вращения и крутящего момента (K-T10FM-020R-SU2-S-1-S), показано на фиг.1, 2.The test bench for hydraulic downhole motors, the maximum length of which is 14 meters, contains a frame 1 with hydraulic devices 2, 3 for fixing the motor housing 4, the main tank 5, the volume of which is 10 m ^{3 of} working fluid 6 (water), pump 7 (BLU -31) supplying the working fluid 6 to the engine, the first and second sequentially installed braking mechanisms, respectively, 8, 9, connected to the shaft 10 of the engine, each of the braking mechanisms 8, 9 is made, for example, in the form of an electromagnetic powder brake 11, 12 (PT-250M1), and also contains a computer system for measuring (not shown) the parameters of downhole motors, including pressure and flow rate sensors, as well as a speed and torque sensor (K-T10FM-020R-SU2-S- 1-S), shown in figures 1, 2.

В каждом из тормозных механизмов 8, 9, выполненных в виде электромагнитного порошкового тормоза 11, 12 (ПТ-250М1), имеется механическая связь, исполнительный орган которой представляет собой ферромагнитный порошок, заполняющий зазор в электромагнитной системе между ротором и статором тормоза. Через обмотки электромагнитной системы пропускают электрический ток, на ферромагнитный порошок накладывается магнитное поле. При пропускании через зазор между ротором и статором магнитного потока частицы электромагнитного порошка группируются в направлении магнитных силовых линий. При повороте ротора возникает сопротивление повороту от трения между собой намагниченных частиц порошка. Момент возникает от действия тангенциальных сил фрикционного сцепления ферромагнитных частиц рабочего слоя при их взаимном притяжении в магнитном поле. При отсутствии магнитного поля ротор и статор не связаны между собой, так как силы сцепления отсутствуют, однако они обладают остаточной намагниченностью, величина погрешности которой составляет до 10% максимального нагрузочного момента.Each of the braking mechanisms 8, 9, made in the form of an electromagnetic powder brake 11, 12 (PT-250M1), has a mechanical connection, the actuator of which is a ferromagnetic powder, filling the gap in the electromagnetic system between the rotor and the brake stator. 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 and the stator of the magnetic flux, the particles of the electromagnetic powder are grouped in the direction of the magnetic field lines. When the rotor rotates, resistance to rotation from friction between the magnetized powder particles arises. 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. In the absence of a magnetic field, the rotor and stator are not interconnected, since there are no adhesion forces, however, they have remanent magnetization, the error of which amounts to 10% of the maximum load moment.

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 (ГОСТ 13610 со средним размером частиц 1,5...3,5 мкм) и индустриального масла (ГОСТ 20799).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 (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.

Стенд снабжен дополнительным баком 13, объем которого составляет 1,6 м рабочей жидкости 6, кожухом 14 (выполненным в виде разъемного короба) для приема выходящей из двигателя рабочей жидкости 6, установленным между основным и дополнительным баками, соответственно, 5 и 13, а также откачивающим насосом 15 (АНС-130) и установленным перед тормозными механизмами 8, 9 мультипликатором 16 с зубчатыми колесами 17, 18, 19, 20 и двухскоростным механизмом 21 переключения передач, при этом в механизме 21 переключения передач первая передача 22 передает крутящий момент от двигателя через мультипликатор 16, по существу, через передачу зубчатых колес 17, 18, 19, 20 к валу 23 первого тормозного механизма 8, показано на фиг.3, 4, 7.The stand is equipped with an additional tank 13, the volume of which is 1.6 m of the working fluid 6, a casing 14 (made in the form of a detachable box) for receiving the working fluid 6 exiting the engine, installed between the main and additional tanks, respectively, 5 and 13, and a pump out pump 15 (ANS-130) and a multiplier 16 installed in front of the braking mechanisms 8, 9 with gears 17, 18, 19, 20 and a two-speed gear shift mechanism 21, while in the gear shift mechanism 21, the first gear 22 transmits torque from engine through the multiplier 16, essentially through the transmission of gears 17, 18, 19, 20 to the shaft 23 of the first brake mechanism 8, shown in Fig.3, 4, 7.

Вторая передача 24 передает напрямую крутящий момент от двигателя к валу 23 первого тормозного механизма 8, показано на фиг.6, 9.The second gear 24 transmits directly torque from the engine to the shaft 23 of the first brake mechanism 8, shown in Fig.6, 9.

Мультипликатор 16 выполнен с расположенными на одной продольной оси входным и выходным полыми валами, соответственно, 25 и 26, с зубчатыми венцами, соответственно, 27 и 28, выступающими из корпуса 29 мультипликатора 16, а механизм переключения передач 21 выполнен в виде центрального вала 30, проходящего сквозь входной полый вал 25 и выходной полый вал 26 мультипликатора 16, и двух зубчатых колес 31 и 32, установленных по краям центрального вала 30 и соединенных устройством передачи крутящего момента, по существу, шпоночными соединениями 33 и 34, соответственно, а также содержит две муфты 35 и 36, каждая из которых расположена по краям центрального вала 30 и имеет внутренние зубья 37 и 38, входящие попеременно в зацепление с зубьями зубчатого колеса, соответственно, 31 и 32 центрального вала 30 или, соответственно, зубчатых венцов 27 и 28 входного и, соответственно, выходного полых валов 25 и 26, показано на фиг.3, 4, 7.The multiplier 16 is made with input and output hollow shafts located on the same longitudinal axis, respectively 25 and 26, with gears 27 and 28, respectively, protruding from the housing 29 of the multiplier 16, and the gear shift mechanism 21 is made in the form of a central shaft 30, passing through the input hollow shaft 25 and the output hollow shaft 26 of the multiplier 16, and two gears 31 and 32 mounted on the edges of the central shaft 30 and connected by a torque transmission device, essentially keyed connections 33 and 34, respectively but, it also contains two couplings 35 and 36, each of which is located on the edges of the central shaft 30 and has internal teeth 37 and 38, alternately engaged with the teeth of the gear wheel, respectively, 31 and 32 of the Central shaft 30 or, respectively, gear crowns 27 and 28 of the input and, accordingly, the output of the hollow shafts 25 and 26, shown in figure 3, 4, 7.

Каждая из муфт 35, 36 с внутренними зубьями 37 и 38, соответственно, соединена устройством передачи крутящего момента и частоты вращения с частями вращающейся компоновки стенда, по существу, с валом 39 датчика крутящего момента и частоты вращения и, соответственно, с валом 23 первого тормозного механизма 11, и снабжена устройствами 40 фиксации продольного хода, показано на фиг.3, 4, 5, 7, 8.Each of the couplings 35, 36 with the internal teeth 37 and 38, respectively, is connected by a device for transmitting torque and frequency of rotation with parts of the rotational assembly of the stand, essentially, with the shaft 39 of the torque and speed sensors and, accordingly, with the shaft 23 of the first brake mechanism 11, and is equipped with devices 40 for fixing the longitudinal stroke, shown in Fig.3, 4, 5, 7, 8.

Передаточное отношение мультипликатора 16 составляет 0,333.The gear ratio of the multiplier 16 is 0.333.

Максимальный момент торможения при передаточном отношении мультипликатора, равном 0,333, составляет 15000 Н·м, а минимальный момент торможения при прямой передаче крутящего момента от двигателя к валу 23 первого тормозного механизма 11, при отключении второго тормозного механизма 12, составляет 250 Н·м.The maximum braking torque for a gear ratio of 0.333 is 15,000 N · m, and the minimum braking torque for direct transmission of torque from the engine to the shaft 23 of the first brake mechanism 11, when the second brake mechanism 12 is turned off, is 250 N · m.

Кроме того, между тормозными механизмами 11 и 12 установлена зубчатая муфта 41, аналогичная зубчатой муфте 36 с внутренними зубьями 38, которая может передавать или отключать крутящий момент от валов 26 или 30 мультипликатора 16 на тормозной механизм 12, показано на фиг.1, 3.In addition, between the brake mechanisms 11 and 12, a gear clutch 41 is installed, similar to a gear clutch 36 with internal teeth 38, which can transmit or disconnect torque from the shafts 26 or 30 of the multiplier 16 to the brake mechanism 12, shown in figures 1, 3.

Расходы рабочей жидкости 6 в насосной установке 7 (СИН-31) при диаметре плунжеров 140 мм, в зависимости от включенной передачи 21 или 22 мультипликатора 16, составляют 11,5...35 л/с.The flow rate of the working fluid 6 in the pumping unit 7 (SIN-31) with a plunger diameter of 140 mm, depending on the gear 21 or 22 of the multiplier 16, is 11.5 ... 35 l / s.

Максимальные давления рабочей жидкости 6, соответствующие вышеуказанным расходам при диаметре плунжеров 140 мм, составляют 120...360 кгс/см².The maximum pressure of the working fluid 6, corresponding to the above costs when the diameter of the plungers is 140 mm, is 120 ... 360 kgf / cm ² .

Расходы рабочей жидкости 6 в насосной установке 7 (СИН-31) при диаметре плунжеров 80 мм, в зависимости от включенной передачи 21 или 22 мультипликатора 16, составляют 3,75...11,3 л/с.The flow rate of the working fluid 6 in the pumping unit 7 (SIN-31) with a plunger diameter of 80 mm, depending on the gear 21 or 22 of the multiplier 16, is 3.75 ... 11.3 l / s.

Максимальные давления рабочей жидкости 6, соответствующие вышеуказанным расходам при диаметре плунжеров 80 мм, составляют 370...1000 кгс/см².The maximum pressure of the working fluid 6, corresponding to the above costs with a diameter of plungers of 80 mm, are 370 ... 1000 kgf / cm ² .

Передаточное отношение мультипликатора 16 для тормозных механизмов 11,12 устанавливается при помощи муфт 35, 36 и составляет 1:1 и 1:3 (0,333).The gear ratio of the multiplier 16 for the brake mechanisms 11,12 is set using clutches 35, 36 and is 1: 1 and 1: 3 (0.333).

Максимальная частота вращения ГЗД при передаточном отношении 0,333 в мультипликаторе 16 составляет 650 об/мин.The maximum engine speed at a gear ratio of 0.333 in the multiplier 16 is 650 rpm.

Максимальная частота вращения ГЗД при передаточном отношении 1:1 в мультипликаторе 16 составляет 1500 об/мин.The maximum rotational speed of the hydraulic drive with a gear ratio of 1: 1 in the multiplier 16 is 1500 rpm.

Максимальный момент торможения при передаточном отношении 0,333 в мультипликаторе 16 составляет 15000 Н·м, а с одним задействованным тормозным механизмом 11 составляет 7500 Н·м.The maximum braking torque with a gear ratio of 0.333 in the multiplier 16 is 15,000 N · m, and with one engaged brake mechanism 11 is 7,500 N · m.

Максимальный момент торможения при передаточном отношении 1:1 в мультипликаторе 16 составляет 5000 Н·м, а с одним задействованным тормозным механизмом 11 составляет 2500 Н·м.The maximum braking torque with a gear ratio of 1: 1 in the multiplier 16 is 5000 N · m, and with one brake mechanism 11 engaged, it is 2500 N · m.

Минимальный момент торможения при прямой передаче крутящего момента от двигателя к валу первого тормозного механизма 11, при отключении второго тормозного механизма 12, составляет 250 Н·м.The minimum braking torque for the direct transmission of torque from the engine to the shaft of the first brake mechanism 11, when the second brake mechanism 12 is turned off, is 250 N · m.

Максимальный диапазон крутящих моментов.Maximum torque range.

Героторный винтовой многозаходный гидравлический двигатель закрепляют на раме 1 гидравлическими устройствами 2, 3 для закрепления корпуса 4. Стенд для испытаний гидравлических двигателей работает при включенной первой передаче 22 механизма 21 переключения передач на входе в мультипликатор 16 и двух задействованных тормозных механизмах 11, 12, показано на фиг.3, 4, 7.A multi-start rotor hydraulic screw motor is mounted on the frame 1 by hydraulic devices 2, 3 for securing the housing 4. The hydraulic motor test bench operates when the first gear 22 of the gear shift mechanism 21 at the input to the gearbox 16 and the two brake mechanisms 11, 12 are engaged, is shown in figure 3, 4, 7.

Рабочая жидкость 6 насосом 7 (СИН-31) подается в героторный винтовой гидравлический двигатель 4 с определенным давлением и расходом. Под действием перепада давления рабочей жидкости 6 ротор двигателя совершает планетарное движение внутри корпуса двигателя, обкатываясь винтовыми зубьями по винтовым зубьям обкладки из эластомера, закрепленной в корпусе, при этом центральная ось ротора совершает вращение вокруг центральной оси обкладки из эластомера, закрепленной в корпусе, а сам ротор поворачивается вокруг своей центральной оси в направлении, противоположном направлению планетарного движения, образуя крутящий момент, который необходим для вращения долота в скважине и бурения горных пород.The working fluid 6 is pumped by pump 7 (SIN-31) into the gerotor screw hydraulic motor 4 with a certain pressure and flow rate. Under the influence of the differential pressure of the working fluid 6, the rotor of the engine makes a planetary movement inside the engine housing, rolling around with helical teeth on the helical teeth of the elastomer plate fixed in the housing, while the central axis of the rotor rotates around the central axis of the elastomer plate fixed in the housing, and the rotor rotates around its central axis in the direction opposite to the direction of planetary motion, forming the torque that is necessary for the rotation of the bit in the wells and rock drilling.

В механизме 21 переключения передач первая передача 22 передает крутящий момент от двигателя через мультипликатор 16, по существу, через передачу зубчатых колес 17, 18, 19, 20 к валу 23 первого тормозного механизма 11, показано на фиг.3, 4, 7.In the gear shift mechanism 21, the first gear 22 transmits torque from the engine through the multiplier 16, essentially through the gears 17, 18, 19, 20 to the shaft 23 of the first brake mechanism 11, shown in Figs. 3, 4, 7.

Расход и давление в напорной линии насоса 7 замеряют блоком датчиков, включающим в себя датчик расхода, например, НОРД-М-65-16,0, датчик давления, например МИДА-ДИ-13ПК, а тормозной момент замеряют датчиком частоты вращения и крутящего момента (К-T10FM-020R-SU2-S-1-S). Точность измерения перечисленных датчиков составляет 0,01%. Снимаемые параметры характеристик обрабатываются компьютером.The flow rate and pressure in the pressure line of the pump 7 are measured by a sensor unit including a flow sensor, for example, NORD-M-65-16.0, a pressure sensor, for example MIDA-DI-13PK, and the braking torque is measured by a speed and torque sensor (K-T10FM-020R-SU2-S-1-S). The measurement accuracy of these sensors is 0.01%. The removed characteristics parameters are processed by the computer.

Минимальный диапазон крутящих моментов.Minimum torque range.

Стенд для испытаний гидравлических забойных двигателей работает при включенной второй передаче 24 механизма 21 переключения передач на входе в мультипликатор 16 и двух задействованных тормозных механизмах 11, 12, при этом вторая передача 24 передает напрямую крутящий момент от двигателя к валу 23 первого тормозного механизма 11 посредством внутренних зубьев 37 муфты 35, находящихся в зацеплении с наружными зубьями зубчатого колеса 31, шпоночное соединение 33, полый вал 30, шпоночное соединение 34, наружные зубья зубчатого колеса 32, внутренние зубья 38 муфты 36, а далее к валу 23 первого тормозного механизма 11, показано на фиг.6, 9.The stand for testing downhole hydraulic motors operates when second gear 24 of the gear 21 at the input to the multiplier 16 and two engaged brake mechanisms 11, 12 is engaged, while the second gear 24 transmits directly torque from the engine to the shaft 23 of the first brake 11 teeth 37 of clutch 35 engaged with external teeth of gear wheel 31, key connection 33, hollow shaft 30, key connection 34, external teeth of gear 32, internal teeth 38 clutch 36, and then to the shaft 23 of the first brake mechanism 11, shown in Fig.6, 9.

Стенд для испытаний гидравлических забойных обеспечивает возможность испытаний момента силы на выходном валу в режиме от минимальной до максимальной мощности всего диапазона используемых в России героторных винтовых гидравлических двигателей и турбобуров, по существу, диапазона измерения крутящего момента ГЗД диаметром от 40 мм до 250 мм в пределах от 250 Н·м до 15000 Н·м.The stand for testing hydraulic downhole provides the ability to test the moment of force on the output shaft in the mode from minimum to maximum power of the entire range of gerotor screw hydraulic motors and turbodrills used in Russia, in essence, the range of measuring torque of hydraulic drives with diameters from 40 mm to 250 mm ranging from 250 Nm to 15,000 Nm

Claims

1. A test bench for downhole hydraulic motors, comprising a frame with devices for securing the engine housing, a main working fluid tank, a pump for supplying working fluid to the engine, first and second, sequentially installed braking mechanisms connected to the motor shaft, each of which is made, for example , in the form of an electromagnetic powder brake, as well as a system for measuring downhole motor parameters, for example, pressure and flow rate of a working fluid, speed and torque, which differ that the stand is equipped with an additional tank of working fluid, a casing for receiving working fluid coming out of the engine, installed between the main and additional tanks, as well as a pumping pump and a gearbox with gears and a two-speed gearshift mechanism installed in front of the braking mechanisms, while in the gearshift mechanism the first gear transmits torque from the engine through the multiplier to the shaft of the first brake mechanism, and the second gear directly transmits torque m ment of the motor to the shaft of the first braking mechanism.

2. The bench for testing downhole hydraulic motors according to claim 1, characterized in that the multiplier is made with input and output hollow shafts located on the same longitudinal axis with gear rims protruding from the multiplier housing, and the gearshift mechanism is made in the form of a central shaft passing through the input and output hollow shafts of the multiplier, and two gears mounted on the edges of the central shaft and connected by a torque transmission device, and also contains two couplings, each of which s located at the edges of the central shaft and has internal teeth alternatingly engaged with the teeth of the gear wheel, central shaft or gear teeth of the input and output shafts, each of the couplings with internal teeth being connected by a torque transmission device to parts of the rotating bench assembly, for example, with a shaft of a torque sensor, and accordingly with a shaft of the first brake mechanism, and is equipped with a device for fixing the longitudinal stroke.