一种动态扭矩在线检测装置及检测方法与流程

本发明属石油机械领域，特别涉及到顶驱性能检测装置及检测方法。

背景技术：

顶驱装置是用于取代传统转盘－方钻杆钻井模式的一种新型钻井装备，是集机、电、液、通讯于一体的高技术产品，是近代钻井装备的三大科技成果之一。顶驱装置将钻井动力从转盘直接移至水龙头处，由顶部直接驱动钻具旋转钻进，不使用转盘和方钻杆。顶驱装置可使用立根钻进；在起下钻过程中遇阻、遇卡时，可在井架内任何高度处与钻柱连接，迅速建立循环、旋转钻具，正倒划眼通过遇阻、遇卡点，因此可有效防止卡钻事故的发生，具有常规钻井方式无法比拟的优势，应用于勘探井、定向井、水平井、大位移井等高难度复杂井钻井作业时，经济效益尤为显著,顶驱装置钻井比常规方式可节省时间20-25%,,但顶驱的输出功率、扭矩和转速是否达到各项要求,将会影响顶驱的作业性能和效率,因此,对顶驱装置输出功率,扭矩及转速的检测显得尤为重要。

由于市场上没有检测顶驱性能的试验设备，其各项性能无法检测，制约着顶驱的推广使用和发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在线检测顶驱性能的动态扭矩的检测方法及检测装置，可以检测出顶驱的输出功率、扭矩和转速。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种动态扭矩在线检测装置，包括支撑架1、走道3、测功机2；其中支撑架1用于安装顶驱28和测功机2，测功机2包括：输出轴4、输入轴22、水冷式刹车8，输出轴4上端与顶驱28主轴连接，下端与输入轴22配合转递扭矩，输入轴4上部外圆上装有扭矩传感仪5,输入轴22与水冷式刹车8配合力矩，水冷式刹车8提供摩擦阻力矩，扭矩传感仪5测试顶驱的扭矩和转速。

走道3通过支架焊接在支撑架1的框架上，用于观察设备运转情况和维修设备。

支撑架1由矩形管焊接而成的框架式结构，底面有2个支撑座24用于支撑测功机2中的安全气囊9，支撑座中间结构有一个立柱23，用于与测功机2中的联接板7槽口配合防止联接板7旋转；支撑架左端上部有一个顶驱安装板25，用于安装固定顶驱28。

测功机2还包括：联接板7、连接板14、空气气囊9，联接板7用螺栓固定在水冷式刹车8上端面上，连接板14用螺栓固定在水冷式刹车8下端面上，联接板7四角上装有空气气囊9，用于支撑测功机2的整个重量；输入轴4安装座6用螺栓固定在联接板7上。

测功机2的联接板7左右两侧靠中间部位有一个槽口，用于与立柱23配合，阻止联接板转动，中间有一圈螺栓螺孔用于与轴承座12的连接，外圈一圈螺栓孔用于与水冷式刹车8的连接；输入轴4上端部分有2个轴承11承受轴向力，轴承11安装在轴承座12内;轴承盖10用螺栓固定在轴承盒上，其下端端部顶住轴承11外圈，禁止轴承11向上移动，轴承座12和轴承盖10内装有油封26，对油起密封作用；轴承盖下端外圆上装有o型圈27对油起密封作用；输入轴22中部用键20与水冷式刹车8中的齿轮21键槽配合8；输入轴22最下端装有带紧定套的轴承19，紧定套由锥套18和螺母17组成；轴承19安装于轴承座15内，对输入轴22起到定心和扶正作用；并用轴承盖16上端顶住轴承外圈，调节螺母17使轴承在锥套18上滑动，可调节轴承19的轴向游隙；轴承座12用螺栓固定在联接板7上，联接板7用螺栓固定在水冷式刹车8上端面上；轴承座15用螺栓固定在连接板14上。

一种动态扭矩在线检测方法，其特征在于：

检测时,连接好电路、各液气路管线，调节好气路压力阀31压力值;启动液压泵通过液压马达带动顶驱28主轴旋转，从而带动水冷式刹车8上的各动盘转动；启动水泵34,进行正常的水循环，启动散热器37进行工作；启动气泵29,操纵换向阀30,使气体进入水冷式刹车8的气缸内，产生相应的摩擦阻力矩，从而产生负载力矩，从扭矩传感仪5可读出扭矩的数值大小及轴的转速，从而检测出液压顶驱28的输出功率；

调节气路压力阀31为另一个值，继续按以上步骤进行试验，直到水冷式刹车8提供的摩擦力矩达到液压顶驱28所需要的扭矩即可。

进水管中装有流量传感器32和压力传感器33，随时监控进水的流量及压力；在出水管中装有温度传感器37，随时监控出水的温度；水冷式刹车8通过散热器36进行强制冷却及散热水箱35进行冷却来保护测功机2的正常的工作。

本发明的有益效果：

1、本发明动态扭矩在线检测装置，通过测功机中的水冷式刹车提供摩擦阻力矩，其摩擦阻力矩的大小可通过调节水冷式刹车中的气缸气压的大小来实现；

2、本发明通过扭矩传感仪读出扭矩和转速的大小；

3、本发明采用其它支撑架及安装其它所检设备，也可以在线检测出其他所检设备的输出扭矩、转速和功率；以上检测结构简单，操作安全和方便。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的测功机主视图；

图4为本发明的测功机a—a视图；

图5为本发明的检测方法原理图。

具体实施方式

具体实施方式

参见图1-5，支撑架1是由矩形管焊接而成的框架式结构，走道3通过支架焊接在支撑架1的框架上，用于观察设备运转情况和维修设备。支撑架1底面有2个支撑座24用于支撑测功机2中的空气气囊9，支撑座24中间结构有一个立柱23，用于与测功机中的联接板7槽口配合防止联接板7旋转；支撑架左端上部有一个顶驱安装板25，用于安装固定顶驱28；测功机2由输出轴4、输入轴22、轴承座13、轴承盖10、轴承11、联接板7、空气气囊9、水冷式刹车8等组成；联接板7左右两侧靠中间部位有一个槽口，用于与立柱23配合，阻止联接板7转动，中间有一圈螺栓螺孔用于与轴承座12的联接，外圈一圈螺栓孔用于与水冷式刹车8的联接；输出轴4上端外圆有花键，可与顶驱主轴花键联接，下端部有外六方，可与输入轴22内六方配合转递扭矩；输入轴22最上端有一个内六方可与输出轴4外六方配合传递扭矩；输入轴上端部分有2个轴承11可承受轴向力，轴承安装在轴承座12内；轴承盖10用螺栓固定在轴承盒上，其下端端部顶住轴承11外圈，禁止轴承11向上移动，轴承座和轴承盖10内装有油封26，对油起密封作用；轴承盖10下端外圆上装有o型圈27对油起密封作用；输入轴中部用键与水冷式刹车8中的齿圈21键槽配合将力矩传递给水冷式刹车8；输入轴22下部装有带紧定套的轴承19,,对输入轴22起到定心和扶正作用,紧定套由锥套18和螺母17组成,轴承19安装于轴承座15内，并用轴承盖16上端顶住轴承外圈，调节螺母17使轴承在锥套18上滑动，可调节轴承19的轴向游隙；轴承座12用螺栓固定在联接板7上，联接板用螺栓固定在水冷式刹车8上端面上；轴承座15用螺栓固定在连接板14上，连接板14用螺栓固定在水冷式刹车8下端面上;联接板四角上装有空气气囊9，用于支撑测功机2的整个重量；输入轴22上部外圆上装有扭矩传感仪5，其安装座6用螺栓固定在联接板7上。

检测准备时，将联接板7用螺栓固定在水冷式刹车8上端面，将轴承座12用螺栓固定在联接板7上；在轴承座12内装入油封26，然后依次装入输入轴22、轴承11、轴承盖10;轴承盖先装入油封26和o型圈27;在输入轴的中部装入键20将其与齿轮21联接为一体；用螺栓将连接板14固定在在水冷式刹车8下端面上;然后用螺栓将轴承座15固定在连接板14上,输入轴下部依次装入:轴承19、轴承盖16,并用螺母17调节轴承19的径向游隙；输入轴22最上端装入输出轴4；安装好扭矩传感仪5；将顶驱28安装固定在支撑架1左端上部有的顶驱安装板25上，主轴下端花键与输出轴4花键联接好。

检测时,联接好电路、各液气路管线，调节好气路压力阀31为某一压力值;启动液压泵通过液压马达带动顶驱主轴旋转，将转速传给输出轴4到输入轴22，输入轴通过键带动水冷式刹车8上的齿轮21转动，从而带动水冷式刹车8上的各动盘转动；启动水泵34,进行正常的水循环，启动散热器37进行工作；启动气泵29,操纵换向阀30,使气体进入水冷式刹车8的气缸内，气缸中的活塞推动静盘，从而压紧动盘对其进行制动，产生相应的摩擦阻力矩，从而产生负载力矩，摩擦阻力矩的大小通过调节气路压力阀31大小来改变；来满足不同转速下所产生的扭矩的大小，从扭矩传感仪5可读出扭矩的数值大小及轴的转速，从而检测出液压顶驱28的输出功率；然后调节气路压力阀31为另一个值，继续按以上步骤进行试验，直到水冷式刹车8提供的摩擦力矩达到液压顶驱28所需要的扭矩即可；在进行试验过程中，水流从进水管进入水冷式刹车8，从另一头出水管流出，在进水管中装有流量传感器32和压力传感器33，随时监控进水的流量及压力；在出水管中装有温度传感器37，随时监控出水的温度；水冷式刹车8通过散热器36进行强制冷却及散热水箱35进行冷却来保护测功机2的正常的工作。