一种压裂泵液力端柱塞表面温度检测装置的制作方法

本发明涉及石油矿场机械性能检测技术领域，特别是涉及一种压裂泵液力端柱塞表面温度检测装置。

背景技术：

压裂泵是油田进行压裂、酸化作业，提高油气井产量的重要设备。油气开采作业中，所使用的压裂泵液力端通常为三缸式和五缸式，三缸式压裂泵液力端分布有三根柱塞，五缸式压裂泵液力端分布有五根柱塞。

柱塞与液力端之间设计有特定密封装置。通常，柱塞主密封采用背压密封，辅助密封采用盘根密封，柱塞与背压套筒采用刚性密封。辅助密封产生的摩擦力较小，在设计中略去不计。柱塞在运动时的摩擦为应由两部分组成，一部分是柱塞与密封衬套产生的摩擦力，另外一部分是背压柱塞段与盘根压环产生的摩擦力。压裂泵在运动过程中，柱塞在不断的排液和吸液，此时柱塞运动中的摩擦力始终是与运动方向相反的，摩擦力阻碍着枉塞的运动。当柱塞往复运动速度较高时，柱塞表面与密封圈表面会产生较多的摩擦热，加速橡胶密封件老化，使之过早失去弹性，减小对柱塞的径向抱紧力。同时，由于柱塞表面质量较差，表层被磨损、拉伤、烧蚀和腐蚀的现象时有发生。因此，对于压裂泵液力端柱塞表面温度的实时检测及监测显得尤为重要。

随着科学技术的持续发展，检测技术在硬件和软件方面均得到了巨大提高。温度传感器按传感器于被测介质的接触方式可分为2大类：一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器。压裂泵作业过程中，柱塞进行高速的往复运动，故不能采用接触式温度传感器进行表面测温。非接触式温度传感器的测温元件与被测对象互不接触，这种测温方法可用于运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速对象的表面温度测量，也可用于测量温度场的温度分布。最长的非接触式测温装置基于黑体辐射的基本定律，只有对黑体所测的温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。材料表面发射率不仅取决于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关。通常柱塞表面要进行镀铬工艺，因此要确定柱塞表面的发射率非常难。

鉴于此，本发明人凭借多年的相关设计和制造经验，采用实验测定压裂泵液力端柱塞表面温度，提出一种压裂泵液力端柱塞表面温度检测装置，为压裂泵液力端柱塞表面温度的实时检测及监测提供一套实验装置与方法。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种压裂泵液力端柱塞表面温度检测装置。该装置和方法能够获取压裂泵工作过程中液力端上各个柱塞的表面温度值。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种压裂泵液力端柱塞表面温度检测装置，其特征在于：包括温度数据检测系统与数据处理系统；所述温度数据检测系统包括通过专用夹具安装在压裂泵液力端压盖总成上的多个高精度温度传感器，包括用于实时采集温度参数的数据采集器；所述的温度数据处理系统包括连接在数据采集器与上位机之间的一台串口转换器，包括用于实时调取、分析温度数据的数据采集软件及上位机。

所述的高精度温度传感器具体为一种德国贺利氏pt100型的热电阻温度传感器，铂电阻级别为a级，铂电阻放置在材料为304不锈钢的空心圆柱体内，圆柱体直径为4mm。

所述的专用夹具由葛兰头、内接头、外接头、顶丝、强磁垫片等零部件组成。

所述的专用夹具中的葛兰头为304不锈钢材质，与内接头通过螺纹进行连接，葛兰头与内接头之间放置有密封圈。

所述的专用夹具中的内接头为普通材质钢，内接头具有特定的几何形状，基体上设计有与葛兰头配合的内螺纹、与外接头配合的外螺纹、与顶丝配合的内螺纹。

所述的专用夹具中的外接头为普通材质钢，外接头具有特定的几何形状，基体上设计有与内接头配合的内螺纹，基体尺寸与压裂泵液力端压盖总成上的通孔尺寸相同。

所述的专用夹具中的内接头基体上安装有4个周向分布的顶丝，目的在于调节温度传感器在内接头中的周向位置和中心位置，最终实现温度传感器的固定，且固定后的顶丝不影响内接头与外接头之间的安装。

所述的专用夹具的强磁垫片，其功能在于实现外接头与压裂泵液力端压盖总成之间的稳固连接，其优点在于工作原理简单且不损坏压裂泵液力端压盖总成基体。

所述的数据采集器具体为一种无纸记录仪，其优点在于集变送模块、采集模块、显示模块、存储模块、输出模块等功能性能模块于一体。

所述的连接在数据采集器与上位机之间的串口转换器，具体为一种rs232-rs485串口转换器，其优点在于方便无纸记录仪与上位机数据采集软件之间的数据传输。

所述的上位机数据采集软件，其优点在于可以实时调取、分析所采集的温度数据，通过所特定的回归方程对温度数据进行转换，并在软件界面上实时显示柱塞表面的温度。

本发明还提出使用该压裂泵液力端柱塞表面温度检测装置的方法，包含以下步骤：

1）将所述的温度传感器探测端露出，外侧其余部位包裹一层隔热材料；

2）将所述的温度传感器依次穿过葛兰头和内接头，确保探测端从内接头一端露出，将四个顶丝分别安装在内接头中，确保温度传感器的轴线与内接头轴线重合，最后固定葛兰头；

3）将所述的内接头与外接头进行螺纹配合，并将外接头套入强磁垫片中；

4）将所述的外接头及强磁垫片装入压裂泵液力端压盖总成的通孔中，保持内接头固定，通过旋转外接头实现温度传感器探头端面与柱塞表面之间距离的调节；

5）将所述的温度传感器线缆接入无纸记录仪，串口转换器连接无纸记录仪的输出端与上位机的输入端，并接通无纸记录仪电源；

6）将所述的上位机数据采集软件开启，可调整至数值显示模式或曲线显示模式等即可进行压裂泵液力端柱塞表面温度检测工作；

7）检测工作完毕后，可通过可移动硬盘从无纸记录仪中导出实验数据或通过上位机数据采集软件导出实验数据。

本发明具有以下优点：（1）本发明能够准确检测压裂泵液力端各个柱塞表面的温度；（2）本发明所设计的温度传感器的安装方式均以不损坏液力端基体为原则，安装及拆卸较为方便，且易于更换；（3）本发明所提出的检测装置及检测方法可靠性好，可行性高，生产加工及实际使用所需的经济成本较低。

附图说明

图1为本发明的基本构架图；

图2为本发明的详细结构图；

图3为本发明装置的安装结构示意图；

图4为本发明装置的内接头的剖视图；

图5为本发明装置的外接头的剖视图；

图中，1-柱塞，2-压盖总成，3-专用夹具，4-温度传感器，5-无纸记录仪，6-rs232/rs485转换器，7-上位机，8-葛兰头，9-内接头，10-外接头，11-强磁垫片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下描述：

如图1所示，一种压裂泵液力端柱塞表面温度检测装置，它包括温度数据检测系统与数据处理系统。数据检测系统主要实现压裂泵液力端柱塞表面温度数据的获取、采集、存储等功能、数据处理系统主要实现温度数据的转换、分析、显示、存储等功能。

如图2所示，所述的温度数据检测系统包括多个高精度温度传感器4，以及用于实时采集温度数据的数据采集器。压裂泵液力端的每个工作缸上均有一套柱塞1、密封装置、压盖总成2等零部件，每个压盖总成2沿圆周方向设计有通孔。任意选定压盖总成2的一个通孔，通过一套专用夹具3将一只温度传感器4装入通孔中，然后将温度传感器4线缆接入无纸记录仪5对应的接入端子上。同时将所述的温度数据处理系统中的rs232/rs485转换器6两端分别接入无纸记录仪5和上位机7，在上位机7端运行数据采集软件，即可实现对压裂泵液力端柱塞1表面温度的实时调取、分析并通过特定的回归方程对温度数据进行转换，最终在软件界面上实时显示柱塞1表面的真实温度。

如图3所示，所述的专用夹具3由葛兰头8、内接头9、外接头10、顶丝、强磁垫片11等零部件组成。温度传感器4依次穿过葛兰头8和内接头9，确保探测端从内接头9一端露出，将四个顶丝分别安装在内接头9中，确保温度传感器4的轴线与内接头9轴线重合，最后固定葛兰头8。将内接头9与外接头10进行螺纹配合，并将外接头10套入强磁垫片11中。将外接头10及强磁垫片11装入压裂泵液力端压盖总成2的通孔中，保持内接头9固定，通过旋转外接头10可以实现温度传感器4探头端面与柱塞1表面之间距离的调节。

如图4所示，所述的内接头9具有特定的几何形状，基体上设计有与葛兰头8配合的内螺纹、与外接头10配合的外螺纹，以及沿周向均匀分布的与四个顶丝配合的内螺纹。

如图5所示，所述的外接头10具有特定的几何形状，基体上设计有与内接头9配合的内螺纹，基体尺寸与压裂泵液力端压盖总成2上的通孔尺寸匹配。

本发明产品在实施时，应遵循以下步骤：

1）将所述的温度传感器4探测端露出，外侧其余部位包裹一层隔热材料；

2）将所述的温度传感器4依次穿过葛兰头8和内接头9，确保探测端从内接头9一端露出，将四个顶丝分别安装在内接头9中，确保温度传感器4的轴线与内接头9轴线重合，最后固定葛兰头8；

3）将所述的内接头9与外接头10进行螺纹配合，并将外接头10套入强磁垫片11中；

4）将所述的外接头10及强磁垫片11装入压裂泵液力端压盖总成2的通孔中，保持内接头9固定，通过旋转外接头10实现温度传感器4探头端面与柱塞1表面之间距离的调节；

5）将所述的温度传感器4线缆接入无纸记录仪5，串口转换器连接无纸记录仪5的输出端与上位机7的输入端，并接通无纸记录仪5电源；

6）将所述的上位机7数据采集软件开启，可调整至数值显示模式或曲线显示模式等即可进行压裂泵液力端柱塞1表面温度检测工作；

7）检测工作完毕后，可通过可移动硬盘从无纸记录仪5中导出实验数据或通过上位机7数据采集软件导出实验数据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明的并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排出，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。