Узел бурового стенда

Узел бурового стенда

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: исследование буровых долот в процессе бурения. Сущность изобретения: узел бурового стенда включает вращатель 1, гидравлическую систему 2, упругий измерительный элемент 3 с тензомрстами для измерения крутящего момента и осевой нагрузки 4, долото 9, фланцевую втулку 5, установленную в полости упругого элемента Зс образованием замкнутого кольцевого пространства между наружной цилиндрической поверхностью втулки 5 и внутренней цилиндрической поверхностью упругого элемента. На цилиндрических поверхностях фланцев втулки выполнены кольцевые проточки для размещения в них на уровне фланцев упругого элемента уплотнительных колец 6. Размеры втулки связаны с размерами упругого элемента соотношениями: (5/D 0,1A/D (D+A)/D; d/D 1+400 A/D (D+ A) +400A/D -(D+ A )/D, где D - внутренний диаметр упругого элемента, мм; А- толщина стенки упругого элемента, мм; d - наружный диаметр втулки, мм; д - тол-. щина стенки втулки, мм. 1 з. п. ф-лы, 1 ил. . № с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 B 10/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4911639/03 (22) 15.02.91 (46) 07.03.93. Бюл, М 9 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) Г. Ф. Перлов, А. Б. Левина, А. В., Китаев, Ю. К. Бочебаров и Г. П, Чайковский (56) Кивва А. В. Перлов Г. Ф. Стендовые испытания пластичных смазочных композиционных антифрикционных материалов. Труды

ВНИИБТ, М., 1987 г. вып. 63, стр. 222 — 231.

Отчет по теме N 12. Исследования и разработка новых конструкций шарошечных долот, М., ВНИИБТ, 1977, с. 39-42, (54) УЗЕЛ БУРОВОГО СТЕНДА (57) Использование: исследование буровых долот в процессе бурения. Сущность изобретения: узел бурового стенда включает вращатель 1, гидравлическую систему 2, упругий измерительный элемент 3 с тензомоРг.. Ж 1799981 А1 стами для измерения крутящего момента и осевой нагрузки 4, долото 9, фланцевую втулку 5, установленную в полости упругого элемента 3 с образованием замкнутого кольцевого пространства между наружной цилиндрической поверхностью втулки 5 и внутренней цилиндрической поверхностью упругого элемента. На цилиндрических поверхностях фланцев втулки выполнены кольцевые проточки для размещения в них на уровне фланцев упругого элемента уплотнительных колец 6. Размеры втулки связаны с размерами упругого элемента соотношениями: д/D 0,1Ь /D (D+ Ь) /D;

d/D f 1+400 Л /D (D+ Л)/D)/3+

+400Л/О (О+ Л )/О, где D — внутренний диаметр упругого элемента, мм;

Л вЂ” толщина стенки упругого элемента, мм;

d — наружный диаметр втулки, мм; д — толщина стенки втулки, мм, 1 з. и. ф-лы, 1 ил.

1799981

Изобретение относится к области буровой техники, а именно, к буровым стендам, на которых исследуются параметры долота в процессе бурения и отрабатываются его новые конструкции, Цель изобретения — повышение точности измерения крутящего момента и осевой нагрузки за счет исключения искажающего действия внутреннего давления промывочной жидкости.

Это достигается тем, что в узле бурового стенда, содержащем вращатель, гидравлическую систему, долото и корпус с размещенным в нем трубчатым измерительным элементом с тензомостами измерения крутящего момента и осевой нагрузки, трубчатый измерительный элемент выполнен с герметичной кольцевой полостью между наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями, а тензомосты установлены в . интервале простирания вдоль оси трубчатого элемента кольцевой полости, кроме того,. трубчатый элемент выполнен из двух коаксиально размещенных втулок; а герметичная кольцевая полость образована наружной цилиндрической поверхностью внутренней втулки и внутренней цилиндрической поверхностью наружной втулки, причем размеры втулок в интервале и рости ран ия кол ьцевой полости связаны между собой следующим соотношением: д Л О+А, О1,—

1 +400—

d .D 0 — г — ь

D D где D — внутренний диаметр наружной втулки, Л вЂ” тол щи на стен ки наружной втул ки, d — наружный диаметр внутренней втулки, д — толщина стенки внутренней втулки.

На чертеже изображен общий вид бурового стенда.

Узел бурового стенда включает вращатель 1, гидравлическую систему 2 и долото

3. Между вращателем 1 и долотом 3 установлен корпус 4 с размещенным в нем трубчатым измерительным элементом. Последний выполнен из двух коаксиально размещенных втулок наружной 5 и внутренней 6, Они образуют соответственно внутренней и наружной поверхностями герметичную кольцевую полость 7. Тензомосты 8 измерения крутящего момента и осевой нагрузки установлены на наружной поверхности втулки 5 в интервале простирэния вдоль оси трубчатого элемента полости 7. Размеры втулок 5 и 6 связаны между собой следующим соотношением: д(Л О+А

О,1

Ь D+h, б D 0 —; „, тл

0 D где 0 — внутренний диаметр втулки 5, Ь вЂ” толщина стенки втулки 5, d — наружный диаметр втулки 6, д — толщина стенки втулки 6.

Узел бурового стенда работает следующим образом.

При подаче нагрузки и момента на долото и жидкости в гидравлическую систему 2 происходит упругое деформировэние трубчатого элемента. Так как фланцы втулок 5 и

6 уплотнены уплотнениями 8, рабочая часть втулки 5 оказывается изолированной от распирающего действия внутреннего давления и не испытывает связанных с действием внутреннего давления дополнительных осевых, радиальных и окружных деформаций, которые, накладываясь на осевые деформации при действии осевой нагрузки на долото, искажали бы показания тензомоста осевой силы. Например, при действии в си35 стеме внутреннего давления Р=200 кгс/см г и осевой нагрузке 20000 кг эти искажения составляют 30% полезного сигнала трубчатого элемента с внутренним диаметром 100 мм и наружным 125 мм. Втулка б под дейст40 вием внутреннего давления выпучивается осесимметрично в радиальном направлении, причем наибольший прогиб в средней части рассчитывается согласно линейной моментной теории оболочек (верхняя оценка прогиба) по формуле:

P cl — д

50 где W — прогиб стенки втулки в средней ее части, d — наружный диаметр втулки. д — толщина ее стенки, E — модульупругости материала втулки, P — действующее внутреннее давление.

Для того. чтобы стенка втулки б не коснулась стенки втулки 5 необходимо, чтобы ширина кольцевой полости 7 между наружной цилиндрической поверхностью и внут1799981 ренней цилиндрической поверхностью втулки 6 превосходила наибольший прогиб стенки втулки при максимальном давлении

Ртах, создаваемом в системе:

0 — d

2 где D — внутренний диаметр втулки 5.

Это соотношение указывает на то, что стенка втулки 6 должна быть не слишком тонкой, а диаметр ее не слишком близок к диаметру втулки 5, чтобы не было достигнуто критическое значение прогиба.

Действующая на измерительный узел осевая нагрузка распределяется между втулками 5 и 6. Для того, чтобы при этом потери сигнала с тензомоста осевой нагрузки были незначительны, необходимо, чтобы площадь поперечного сечения втулки 6 составляла не более 10% площади поперечного сечения втулки 5:

Я т 0,10 Я Это накладывает ограничение сверху на толщину стенки втулки 6, Учитывая, что s))y= лд(с) — д), а so/)= ЛЛ(0+Л), где Л вЂ” толщина стенки втулки 5, получаем условие; д(с3 — д) 0,1Л(0 + Л). (2)

8 гидравлической системе буровой установки давление не превосходит 500, кгс/см . Учитывая, что Е=2 10 кгс/см полб 2 учим, что размеры втулки 6 д и d должны удовлетворять системе неравенств, связывающих эти величины с размерами втулки 5:

) дг з —— б — )-

Обозначим з= б/а, =(О-а)/О, А= Ь вЂ”вЂ”

D+h, D2

Учитывая, что t и — малые величины, пренебрегая значениями t, I получим усиг г ленные неравенства

t 01 А

1 — 0,2
800А + 6

Итак, имеем неравенства: д Л Э+Л

О,7

Л О+Л

1 — 0,2 — ——

D — d

D О

6 +800в

0 D

Отсюда получаем заявляемые соотноше10 ния; д Л Э+Л

О.715

1 +400— о . -., „,за сз

D D

Техническим преимуществом узла бурового стенда является возможность точного измерения нагрузки на долото при наличии давления промывочной жидкости в не иска25 женном виде, Общественно полезным преимуществом узла является повышение надежности и точности измерений, упрощение процесса испытаний.

Формула изобретения

1, Узел бурового стенда, содержащий вращатель, гидравлическую систему, доло35 то и корпус с размещенным в нем трубчатым измерительным упругим элементом с тензомостами измерения крутящего момента и осевой нагрузки, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности иэмере40 ния крутящего момента и осевой нагрузки за счет исключения искажающего действия внутреннего давления, трубчатый элемент выполнен с герметичной кольцевой полостыю между наружной и внутренней цилин45 дрическими поверхностями, атензомосты, установлены в интервале простирания вдоль оси трубчатого элемента упомянутой кольцевой полости, 2. Узел бурового сте,нда по п. 1, о т л и ч50 а ю шийся тем, что трубчатый элемент выполнен из двух коаксиально размещенных втулок, а герметичная колцьевая полость образована наружной цилиндрической поверхностью внутренней втулки и внутренней

55 цилиндрической поверхностью наружной втулки, причем размеры втулок в интервале простирания кольцевой полости связаны между собой соотношением

1799981

8 д b О+Ь.

« о, Составитель А. Левина

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор И. Шулла

Заказ 1142 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 б . 0 D

1 +400—

Ь D+b, ;;-;, тк

0 О где 0 — внутренний диаметр наружной втулки;

Ь вЂ” толщина стенки наружной втулки;

4 — наружный диаметр внутренней втул5 ки; д — толщина стенки внутренней втулки.