一種渦輪鉆具推力球軸承組實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種渦輪鉆具推力球軸承組實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，專門針對(duì)渦輪鉆具推力球軸承組設(shè)計(jì)，它主要包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、臺(tái)架主機(jī)、加載系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和測(cè)試與信號(hào)采集系統(tǒng)。所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電機(jī)、變頻器、聯(lián)軸器和電機(jī)支座組成。所述臺(tái)架主機(jī)主要由支座、主軸、殼體總成、端蓋、支承部分組成；所述加載系統(tǒng)主要由千斤頂、千斤頂支座組成；所述循環(huán)系統(tǒng)主要由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、多級(jí)離心泵、水箱組成；所述測(cè)試與信號(hào)采集系統(tǒng)主要由扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器、一體化溫度變送器、拉壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)組成。本發(fā)明能有效模擬渦輪鉆具推力球軸承組實(shí)際工作環(huán)境及失效形式，綜合測(cè)試軸承的工作性能；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便。
【專利說明】一種渦輪鉆具推力球軸承組實(shí)驗(yàn)臺(tái)架
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種渦輪鉆具推力球軸承組實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，專門針對(duì)渦輪鉆具推力球軸承組設(shè)計(jì)，屬于石油天然氣鉆探工具及室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)裝備。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪鉆具常用的止推軸承是推力球軸承組，它是專門設(shè)計(jì)制造的非標(biāo)準(zhǔn)專用軸承，是整個(gè)鉆具的重要組成部分，它安裝于渦輪節(jié)和支承節(jié)中，承受鉆具工作時(shí)的軸向載荷，其工況惡劣、載荷大，是渦輪鉆具中的薄弱部件。其工作壽命會(huì)對(duì)渦輪鉆具在井下的工作性能產(chǎn)生很大的影響，為了降低渦輪鉆具鉆井的風(fēng)險(xiǎn)，有必要對(duì)新研制的軸承進(jìn)行臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)其工作的可靠性和壽命。但是目前并沒有專門針對(duì)渦輪鉆具推力球軸承組的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，而普通的軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)架不能模擬其實(shí)際工作環(huán)境及失效形式，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)使用結(jié)果有很大差異，達(dá)不到綜合測(cè)試軸承工作性能、預(yù)測(cè)軸承壽命的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種渦輪鉆具推力球軸承組實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，模擬渦輪鉆具推力球軸承組在井下的工作環(huán)境及失效形式，以對(duì)其進(jìn)行可靠性檢測(cè)和壽命預(yù)測(cè)，降低渦輪鉆具鉆井的風(fēng)險(xiǎn)。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0005]本發(fā)明是一種渦輪鉆具推力球軸承組實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，主要包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、臺(tái)架主機(jī)、力口載系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、測(cè)試與信號(hào)采集系統(tǒng)。
[0006]所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電機(jī)、變頻器、聯(lián)軸器和電機(jī)支座組成。電機(jī)放置在電機(jī)支座上，電機(jī)支座通過螺釘和底座連接，從而固定位置，變頻器控制電機(jī)輸出適宜的扭矩和轉(zhuǎn)速，并通過聯(lián)軸器帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。
[0007]所述臺(tái)架主機(jī)主要由支座、主軸、殼體總成、端蓋、支承部分組成。所述殼體總成通過螺栓和端蓋支座、中間支座、端蓋連接，形成腔室，并固定在底座上；殼體總成左右兩端設(shè)置有沿徑向方向的孔，分別用于連接進(jìn)水接頭和出水接頭。所述主軸17左側(cè)開有3個(gè)通孔，沿周向均勻分布；主軸17右側(cè)開有3個(gè)通孔，沿周向均勻分布；沿主軸軸向還開有一深孔。通孔、深孔、進(jìn)水接頭、出水接頭以及殼體總成、被測(cè)軸承組、過流套、開槽套與主軸之間的空間共同組成泥漿通路。主軸左側(cè)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連，并穿過殼體總成，在其與端蓋支座總成、端蓋的接觸面處采用車氏密封，并用壓蓋將其密封壓緊；主軸右側(cè)通過堵水塞密封，并通過軸承套、推力軸承和軸承座進(jìn)行軸向限位。被測(cè)軸承外座圈通過過流套、墊片和開槽套進(jìn)行軸向限位，內(nèi)座圈通過具有自鎖功能的螺母、軸調(diào)節(jié)套、主軸臺(tái)階面、墊片進(jìn)行軸向限位；被測(cè)軸承組通過主軸和軸承套筒進(jìn)行徑向限位。軸承套筒通過墊片調(diào)節(jié)在殼體總成中的軸向位置；過流套、軸承套筒、開槽套、支撐套依次從左至右的布置在殼體總成的內(nèi)圓柱面上。所述導(dǎo)向殼體通過螺母和端蓋與導(dǎo)向殼體支座相連，并固定在底座上；導(dǎo)向殼體上開有注油孔和放油孔，用于加入和放出給推力軸承降溫、潤(rùn)滑的冷卻油。軸承座可在導(dǎo)向殼體內(nèi)圓柱面上沿軸向滑動(dòng)，其右端與加載系統(tǒng)相連。
[0008]所述加載系統(tǒng)主要由千斤頂、千斤頂支座組成。千斤頂支座通過螺母固定在底座上，從而進(jìn)行定位；千斤頂橫放在千斤頂支座上，進(jìn)行軸向限位，進(jìn)而對(duì)設(shè)備進(jìn)行加載。
[0009]所述循環(huán)系統(tǒng)主要由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、多級(jí)離心泵、水箱組成。通過進(jìn)水接頭、出水接頭與泥漿通路相連，形成循環(huán)通路。所述多級(jí)離心泵將水箱中配好的循環(huán)介質(zhì)通過進(jìn)水接頭壓入臺(tái)架主機(jī)中的泥漿通路，一部分循環(huán)介質(zhì)通過被測(cè)軸承組內(nèi)外座圈和鋼球之間的間隙流向出水接頭，模擬推力球軸承組實(shí)際工作時(shí)，在含磨料液體中工作的特殊工況條件，并起到潤(rùn)滑軸承和降溫的作用，另一部分循環(huán)介質(zhì)通過主軸軸向方向的孔流向出水接頭，進(jìn)而流出臺(tái)架主機(jī)回到水箱，完成循環(huán)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥用來調(diào)節(jié)循環(huán)介質(zhì)的循環(huán)流量。
[0010]所述測(cè)試與信號(hào)采集系統(tǒng)主要由扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器、一體化溫度變送器、拉壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)組成。扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器和聯(lián)軸器相連，用來測(cè)試電機(jī)輸入主軸的轉(zhuǎn)速和扭矩；一體化溫度變送器伸入殼體總成內(nèi)部，用來檢測(cè)被測(cè)軸承組工作環(huán)境溫度；拉壓力傳感器在加載裝置和軸承座之間，測(cè)試所加載荷的大??；測(cè)試信號(hào)由數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)程控放大、采樣、A/D轉(zhuǎn)換等動(dòng)作后通過接口電路進(jìn)入計(jì)算機(jī)，并由打印機(jī)輸出。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:1.能夠有效模擬渦輪鉆具推力球軸承組在井下的工作環(huán)境及失效形式，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具有參考價(jià)值；2.通過改變軸承套筒內(nèi)徑及軸調(diào)節(jié)套長(zhǎng)度就可對(duì)不同尺寸的渦輪鉆具推力球軸承組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，適應(yīng)范圍廣；3設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明一種渦輪鉆具推力球軸承組實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的原理示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是圖2的俯視圖；
[0015]圖4是圖2的側(cè)視圖；
[0016]圖中:1.電機(jī)，2.聯(lián)軸器，3.扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器，4.臺(tái)架主機(jī)，5.—體化溫度變送器，6.支承部分7.拉壓力傳感器，8.千斤頂，9.電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，10.多級(jí)離心泵，11.水箱，12.數(shù)據(jù)采集卡，13.計(jì)算機(jī)，14.變頻器，15.底座，16.電機(jī)支座，17.主軸，18.車氏密封，19.壓蓋，20.通孔，21.螺母，22.墊片，23.孔，24.軸承套筒，25.被測(cè)軸承組，26.墊片，27.墊片，28.通孔，29.支撐套，30.車氏密封，31.端蓋，32.導(dǎo)向殼體，33.注油孔，34.導(dǎo)向殼體支座，35.軸承座，36.千斤頂支座，37.推力軸承，38.軸承套，39.放油孔，40.堵水塞，41.壓蓋，42.端蓋，43.開槽套，44.出水接頭，45.中間支座，46.殼體總成，47.軸調(diào)節(jié)套，48.過流套，49.進(jìn)水接頭，50.端蓋支座
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明:
[0018]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明一種渦輪鉆具推力球軸承組實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，主要包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、臺(tái)架主機(jī)4、加載系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、測(cè)試與信號(hào)采集系統(tǒng)。
[0019]如圖1、圖2所示，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電機(jī)1、變頻器14、聯(lián)軸器2和電機(jī)支座16組成。電機(jī)I放置在電機(jī)支座16上，電機(jī)支座16通過螺釘和底座15連接，從而固定位置，變頻器14控制電機(jī)I輸出適宜的扭矩和轉(zhuǎn)速，并通過聯(lián)軸器2帶動(dòng)主軸17旋轉(zhuǎn)。
[0020]如圖1、圖2、圖3所示，臺(tái)架主機(jī)4主要由支座(50、45、34)、主軸17、殼體總成46、端蓋(31、42)、支承部分6組成。所述殼體總成46通過螺栓和端蓋支座50、中間支座45、端蓋42連接，形成腔室，并固定在底座15上；殼體總成46左右兩端設(shè)置有沿徑向方向的孔，分別用于連接進(jìn)水接頭49和出水接頭44。所述主軸17左側(cè)開有3個(gè)通孔20，沿周向均勻分布；主軸17右側(cè)開有3個(gè)通孔28，沿周向均勻分布；沿主軸17軸向還開有一深孔23。通孔20、通孔28、深孔23、進(jìn)水接頭49、出水接頭44以及殼體總成46、被測(cè)軸承組25、過流套48、開槽套43與主軸17之間的空間共同組成泥漿通路。主軸17左側(cè)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連，穿過殼體總成46，在其與端蓋支座50、端蓋42的接觸面處采用車氏密封(18、30)，并用壓蓋
(19,41)將其密封壓緊；主軸17右側(cè)通過堵水塞40密封，并通過軸承套38、推力軸承37和軸承座35進(jìn)行軸向限位。被測(cè)軸承組25外座圈通過過流套48、墊片26和開槽套43進(jìn)行軸向限位，內(nèi)座圈通過具有自鎖功能的螺母21、軸調(diào)節(jié)套47、主軸臺(tái)階面、墊片27進(jìn)行軸向限位；被測(cè)軸承組25通過主軸17和軸承套筒24進(jìn)行徑向限位。軸承套筒24通過墊片22調(diào)節(jié)在殼體總成46中的軸向位置，過流套48、軸承套筒24、開槽套43、支撐套29依次從左至右的布置在殼體總成46的內(nèi)圓柱面上。所述導(dǎo)向殼體32通過螺母和端蓋31、導(dǎo)向殼體支座34相連，并固定在底座15上；導(dǎo)向殼體35上開有注油孔33和放油孔39，用于加入和放出給推力軸承37降溫、潤(rùn)滑的冷卻油。軸承座35可在導(dǎo)向殼體32內(nèi)圓柱面上沿軸向滑動(dòng)，其右端與加載系統(tǒng)相連。
[0021]如圖1、圖2、圖3所示，加載系統(tǒng)主要由千斤頂8、千斤頂支座36組成。千斤頂支座36通過螺母固定在底座15上,從而進(jìn)行定位；千斤頂8橫放在千斤頂支座36上,進(jìn)行軸向限位，進(jìn)而對(duì)設(shè)備進(jìn)行加載。
[0022]如圖1、圖2所示，循環(huán)系統(tǒng)主要由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥9、多級(jí)離心泵10、水箱11組成。通過進(jìn)水接頭49、出水接頭44與泥漿通路相連，形成循環(huán)通路。多級(jí)離心泵10將水箱11中配好的循環(huán)介質(zhì)通過進(jìn)水接頭49壓入臺(tái)架主機(jī)中的泥漿通路，一部分循環(huán)介質(zhì)通過被測(cè)軸承組25內(nèi)外座圈和鋼球之間的間隙流向出水接頭44，模擬推力球軸承組實(shí)際工作時(shí)，在含磨料液體中工作的特殊工況條件，并起到潤(rùn)滑軸承和降溫的作用，另一部分循環(huán)介質(zhì)通過主軸17軸向方向的孔23流向出水接頭44，進(jìn)而流出臺(tái)架主機(jī)回到水箱11，完成循環(huán)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥9用來調(diào)節(jié)循環(huán)介質(zhì)的循環(huán)流量。
[0023]如圖1、圖2所示，測(cè)試與信號(hào)采集系統(tǒng)主要由扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器3、一體化溫度變送器5、拉壓力傳感器7、數(shù)據(jù)采集卡12、計(jì)算機(jī)13組成。扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器3和聯(lián)軸器2相連，用來測(cè)試電機(jī)I輸入主軸17的轉(zhuǎn)速和扭矩；一體化溫度變送器5伸入殼體總成46內(nèi)部，用來檢測(cè)被測(cè)軸承組25工作環(huán)境溫度；拉壓力傳感器7在加載裝置和軸承座35之間，測(cè)試所加載荷的大??；測(cè)試信號(hào)由數(shù)據(jù)采集卡12實(shí)現(xiàn)程控放大、采樣、A/D轉(zhuǎn)換等動(dòng)作后通過接口電路進(jìn)入計(jì)算機(jī)13。
[0024]實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，變頻器14控制電機(jī)I輸出適宜的扭矩和轉(zhuǎn)速，并通過聯(lián)軸器2帶動(dòng)主軸17旋轉(zhuǎn)。由于被測(cè)軸承組25內(nèi)座圈被具有自鎖功能的螺母21、軸調(diào)節(jié)套47、主軸臺(tái)階面、墊片27壓緊，主軸17旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)被測(cè)軸承組25內(nèi)座圈旋轉(zhuǎn)，而軸承外座圈則和過流套48、墊片26和開槽套43 —起與殼體總成46保持相對(duì)靜止。千斤頂8給軸承座35施加一定的軸向載荷，軸承座35將載荷通過推力軸承37、軸承套38傳遞給主軸17，完成加載過程，以此模擬實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)的鉆壓。同時(shí)，打開多級(jí)離心泵10，調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥9，將適宜流量的循環(huán)介質(zhì)從進(jìn)水接頭49壓入泥漿通路，開始泥漿循環(huán)，完成對(duì)軸承井下工作環(huán)境的模擬。打開測(cè)試與信號(hào)采集系統(tǒng)各電源，開始測(cè)試主軸17轉(zhuǎn)速、扭矩、工作環(huán)境溫度、軸向載荷等參數(shù)，并在自行開發(fā)程序的控制下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程監(jiān)測(cè)和結(jié)果采集。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪鉆具推力球軸承組實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，主要包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、臺(tái)架主機(jī)(4)、加載系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、測(cè)試與信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電機(jī)(I)、變頻器(14)、聯(lián)軸器(2)和電機(jī)支座(16)組成；所述臺(tái)架主機(jī)(4)主要由支座(50、45、34)、主軸(17)、殼體總成(46)、端蓋(31、42)、支承部分(6)組成，所述殼體總成(46)通過螺栓和端蓋支座(50)、中間支座(45)、端蓋(42)連接，形成腔室，并固定在底座(15)上；殼體總成(46)左右兩端設(shè)置有沿徑向方向的孔，分別用于連接進(jìn)水接頭(49)和出水接頭(44);所述主軸(17)左側(cè)開有3個(gè)通孔(20)，沿周向均勻分布；主軸(17)右側(cè)開有3個(gè)通孔(28)，沿周向均勻分布；沿主軸(17)軸向還開有一深孔(23);通孔(20)、通孔(28)、深孔(23)、進(jìn)水接頭(49)、出水接頭(44)以及殼體總成(46)、被測(cè)軸承組(25)、過流套(48)、開槽套(43)與主軸(17)之間的空間共同組成泥漿通路；主軸(17)左側(cè)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連，穿過殼體總成(46)，在其與端蓋支座(50)、端蓋(42)的接觸面處采用車氏密封(18、30)，并用壓蓋(19,41)將其密封壓緊；主軸(17)右側(cè)通過堵水塞(40)密封，并通過軸承套(38)、推力軸承(37)和軸承座(35)進(jìn)行軸向限位；被測(cè)軸承組(25)外座圈通過過流套(48)、墊片(26)和開槽套(43)進(jìn)行軸向限位，內(nèi)座圈通過具有自鎖功能的螺母(21)、軸調(diào)節(jié)套(47)、主軸臺(tái)階面、墊片(27)進(jìn)行軸向限位，被測(cè)軸承組(25)通過主軸(17)和軸承套筒(24)進(jìn)行徑向限位；軸承套筒(24)通過墊片(22)調(diào)節(jié)在殼體總成(46)中的軸向位置，過流套(48)、軸承套筒(24)、開槽套(43)、支撐套(29)依次從左至右的布置在殼體總成(46)的內(nèi)圓柱面上；所述導(dǎo)向殼體(32)通過螺母和端蓋(31)、導(dǎo)向殼體支座(34)相連，并固定在底座(15)上；所述加載系統(tǒng)主要由千斤頂(8)、千斤頂支座(36)組成；所述循環(huán)系統(tǒng)主要由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(9)、多級(jí)離心泵(10)、水箱(11)組成，通過進(jìn)水接頭(49)、出水接頭(44)與泥漿通路相連，形成循環(huán)通路；所述測(cè)試與信號(hào)采集系統(tǒng)主要由扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器(3)、一體化溫度變送器(5)、拉壓力傳感器(7)、數(shù)據(jù)采集卡(12)、計(jì)算機(jī)(13)組成，扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器(3)和聯(lián)軸器(2)相連；一體化溫度變送器(5)伸入殼體總成(46)內(nèi)部，拉壓力傳感器(7)在加載裝置和軸承座(35)之間；測(cè)試信號(hào)由數(shù)據(jù)采集卡(12)實(shí)現(xiàn)程控放大、采樣、A/D轉(zhuǎn)換等動(dòng)作后通過接口電路進(jìn)入計(jì)算機(jī)(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦輪鉆具推力球軸承組實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，其特征在于:導(dǎo)向殼體(35)上開有注油孔(33)和 放油孔(39)，軸承座(35)可在導(dǎo)向殼體(32)內(nèi)圓柱面上沿軸向滑動(dòng)，其右端與加載系統(tǒng)相連。
【文檔編號(hào)】G01M13/04GK103900817SQ201410178961
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】張曉東, 李一嵐, 龔彥, 張也, 茍如意 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)