一种动力钳监控系统的制作方法

本实用新型涉及动力钳领域，具体是一种动力钳监控系统。

背景技术：

现代石油钻井、地质勘探、煤气井开采等行业为提高机械化程度，减轻井口操控人员的劳动负荷，保障操控人员人身安全，在井口位置普遍配备了相应的钻杆动力钳、套管动力钳和油管动力钳等动力钳。动力钳有多种形式，根据采用动力不同分为：气动、电动及液动，现代野外矿山普遍采用以液、气为动力的动力钳。其中钻井及修井作业是油田稳产和高产的必要保障。在钻井及修井作业中钻杆和油管的不断延伸是依靠钻杆和油管上的螺纹连接，连接螺纹上扣时必须严格控制上扣扭矩，只有这样才能在连接强度、密封效果、使用寿命上获得最佳效果。国际上针对不同钢级不同尺寸的材料制定了API参数，规定了动力钳上卸扣的扭矩范围。上扣扭矩值的大小直接影响螺纹上扣质量。上扣扭矩值过小会造成钻杆脱落或油管柱密封不好，导至整个作业工程的返工，这不仅增加成本延长工期，还将严重影响油井产油；上扣扭矩值过大又会造成螺纹损坏，影响螺纹连接强度和密封性，严重时会产生应变裂纹，从而降低整个管柱的强度，大大降低油管的使用寿命，导致生产成本大大增加，同时还会造成动力钳因负荷过重而损坏甚至报废。中国专利文献CN205387916U(专利申请号201620231133.4)公开了“一种动力钳监控系统”，其中记载了：一种动力钳监控系统，包括无线数据记录子系统，以及与无线数据记录子系统无线通信联接的一体式无线拉力/扭矩传感器、一体式无线自发电转速测量传感器、无线现场监控器和无线液压站监控子系统；所述一体式无线拉力/扭矩传感器和一体式无线自发电转速测量传感器安装在动力钳上；所述无线液压站监控子系统安装在动力钳的液压站内；所述无线液压站监控子系统根据一体式无线拉力/扭矩传感器和一体式无线自发电转速测量传感器采集的数据对液压站的溢流阀进行控制，并实时监控液压站电动机的电流、转速以及液压油的压力和流速。其通过无线网络联接的动力钳监控系统，减少布线，使得操作更加简单安全。由于使用现场的环境恶劣，有时部分设备会被油水泥等污染或受到其他干扰，导致无线数据传输会有延时现象发生，严重的甚至中断，因此有时会造成误判。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种结构简单，能综合判断动力钳工作状况的动力钳监控系统。

实现本实用新型目的的基本技术方案是：一种动力钳监控系统，其结构特点是：包括压力传感器和数据记录子系统，以及与数据记录子系统无线通信联接的影像监视系统、一体式无线拉力/扭矩传感器、一体式无线自发电转速测量传感器和无线现场监控器。所述一体式无线拉力/扭矩传感器和一体式无线自发电转速测量传感器安装在动力钳上。压力传感器安装在动力钳的液压站中。压力传感器用于实时监控液压站的液压油的压力。压力传感器通过有线电连接至数据记录子系统。影像监视系统包括与数据记录子系统无线通信联接的下位机和具摄像和影像贮存功能的摄像机。摄像机安装在动力钳的下方正对接箍的螺纹连接处，摄像机与下位机通讯，将影像信息传输给下位机。

以上述基本技术方案为基础的技术方案是：所述数据记录子系统包括计算机、无线收发器和数据采集卡。所述无线收发器与计算机的RS232串口或者USB接口连接。所述一体式无线拉力/扭矩传感器、一体式无线自发电转速测量传感器和无线现场监控器均与无线收发器无线通信联接。数据采集卡通过PCI接口接入计算机。数据采集卡与压力传感器通过电缆信号电连接。通过数据采集卡将压力传感器运行时的数据发送给计算机，在计算机上对这些数据进行显示。

以上述相应技术方案为基础的技术方案是：所述一体式无线拉力/扭矩传感器的第一单片机和第一无线通信模块均采用超低功耗芯片。

以上述相应技术方案为基础的技术方案是：所述一体式无线自发电转速测量传感器包括齿轮、转子、永磁铁、三个线圈、测量电路、第二单片机和第二无线通信模块。所述齿轮安装在动力钳上，转子与齿轮啮合，永磁铁安装在转子上，三个线圈套设在永磁铁外部，三个线圈与测量电路电连接。所述测量电路和第二无线通信模块均与第二单片机电连接。

以上述相应技术方案为基础的技术方案是：所述无线现场监控器采用220V供电，并设有后备蓄电池。

以上述相应技术方案为基础的技术方案是：所述一体式无线自发电转速测量传感器的第二单片机和第二无线通信模块均采用超低功耗芯片。

以上述相应技术方案为基础的技术方案是：所述无线现场监控器包括第三单片机，以及与第三单片机电连接的显示模块、声光报警模块、输入模块和第三无线通信模块。

以上述相应技术方案为基础的技术方案是：所述无线现场监控器的第三单片机和第三无线通信模块均采用超低功耗芯片。

本实用新型具有以下的有益效果：(1)本实用新型的结构简单，数据记录子系统无线通信联接一体式无线拉力/扭矩传感器、一体式无线自发电转速测量传感器和无线现场监控器，实现了高精度测量控制的要求，而且减少了大量的布线，结构简单操作方便。通过有线方式采集液压站的液压油的压力，数据反应及时，能间接辅助判断出动力钳的扭矩，有效的避免了因一体式无线拉力/扭矩传感器、一体式无线自发电转速测量传感器和无线现场监控器的无线通信延时或中断而不能及时松闸导致上扣扭矩值过大损坏螺纹。通过影像监视系统进行实时监控，有利于辅助判断上扣圈数，如油管上产生裂纹能及时发现，进一步提高了设备使用的可靠性，同时还能记录影像，便于出现上扣失败故障时分析失败原因用。通过压力传感器和影像监视系统能辅助综合判断动力钳工作状况。

(2)本实用新型的一体式无线拉力/扭矩传感器的第一单片机和第一无线通信模块均采用超低功耗芯片，并采用太阳能蓄电池供电，有利于长时间连续作业，大大提高了工作效率，可靠性好。

(3)本实用新型的一体式无线自发电转速测量传感器不需要电池供电或外接电

源，使用成本低。

(4)本实用新型的无线现场监控器的声光报警模块使其具有报警功能，当扭矩达到或超过设定的API最佳扭矩时或当压力传感器达到液压驱动系统的最高工作油压时，立即产生报警声光信号，提示操作人员及时松闸；输入模块使其具有现场操作功能，如清零、上卸扣标记以及现场设定功能。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1为本实用新型的原理框图。

附图中的标号为：

压力传感器1，影像监视系统2，数据记录子系统3，一体式无线拉力/扭矩传感器4，一体式无线自发电转速测量传感器5，无线现场监控器6。

具体实施方式

(实施例1)

见图1，本实施例的动力钳监控系统，包括压力传感器1、数据记录子系统3，以及与数据记录子系统3无线通信联接的影像监视系统2、一体式无线拉力/扭矩传感器4、一体式无线自发电转速测量传感器5和无线现场监控器6。

压力传感器1安装在动力钳的液压站中。压力传感器1用于实时监控液压站的液压油的压力，间接辅助判断动力钳的扭矩。压力传感器1通过有线电连接至数据记录子系统3。

影像监视系统2包括与数据记录子系统3无线通信联接的下位机和具摄像和影像贮存功能的摄像机，下位机和摄像机由太阳能蓄电池或锂电池供电；摄像机安装在动力钳的下方正对接箍的螺纹连接处，摄像机与下位机通讯，将影像信息传输给下位机。

一体式无线拉力/扭矩传感器4安装在动力钳上，由太阳能蓄电池或锂电池供电，包括第一单片机，以及与第一单片机电连接的应变片电桥和第一无线通信模块。第一单片机和第一无线通信模块均采用超低功耗芯片。

一体式无线自发电转速测量传感器5安装在动力钳上，包括齿轮、转子、永磁铁、三个线圈、测量电路、第二单片机和第二无线通信模块。齿轮安装在动力钳上，转子与齿轮啮合，永磁铁安装在转子上，三个线圈套设在永磁铁外部，三个线圈与测量电路电连接。测量电路和第二无线通信模块均与第二单片机电连接。第二单片机和第二无线通信模块均采用超低功耗芯片。当动力钳工作时，齿轮带动转速传感器转子转动，三个线圈产生感生电动势，从而发出电流提供给测量电路供电。同时根据三个线圈的电流变化情况，可以测量出转子的转速和方向。

无线现场监控器6采用220V供电，并设有后备蓄电池，包括第三单片机，以及与第三单片机电连接的显示模块、声光报警模块、输入模块和第三无线通信模块。第三单片机和第三无线通信模块均采用超低功耗芯片。无线现场监控器6将一体式无线拉力/扭矩传感器4和一体式无线自发电转速测量传感器5采集的数据显示在显示屏上。由于不同动力钳的臂长和圈数变比不一样，显示值应该是乘以一个动力钳型号修正参数，这个参数可以本地设置，也可以由上位机远程设置。当扭矩达到或超过设定的API最佳扭矩时，无线现场监控器6立即产生报警声光信号，提示操作人员及时松闸。无线现场监控器6能通过输入模块现场操作，如清零、上卸扣标记以及现场设定功能。

数据记录子系统3包括计算机、无线收发器和数据采集卡。无线收发器与计算机的RS232串口或者USB接口连接。一体式无线拉力/扭矩传感器4、一体式无线自发电转速测量传感器5、无线现场监控器6和影像监视系统2的下位机均与无线收发器无线通信联接。数据采集卡通过PCI接口接入计算机。数据采集卡与压力传感器1通过电缆信号电连接。通过数据采集卡将压力传感器1运行时的数据发送给计算机，在计算机上对这些数据进行显示。当一体式无线拉力/扭矩传感器4检测到数据时，由计算机发出指令给下位机，使摄像机保护盖打开，摄像机实时监控摄像并保存图像文件；当上扣作业完成后，一体式无线拉力/扭矩传感器4数据归零时，由计算机发出指令给下位机，下位机控制摄像机继续工作30秒至60秒后，关闭摄像机保护盖，摄像机停止工作。摄像机的影像信息传输给计算机，在计算机上实时显示摄像机影像并存储，便于辅助判断上扣圈数和及时发现油管上产生的裂纹，同时为发生上扣失败故障时分析失败原因提供依据。计算机具有数据显示、记录、处理的功能，能够生成扭矩上卸扣数据列表文件和过程图片文件，可以存储和打印输出。计算机通过无线收发器可以对相应设备进行远程设置，下载动力钳型号参数、API参数等。当压力传感器1达到液压驱动系统的最高工作油压时，计算机将数据发送给无线现场监控器6，无线现场监控器6立即产生报警声光信号，提示操作人员及时松闸。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。