Устройство для измерения кривизны поверхности

 

Использование: в приборостроении для измерения кривизны скважины. Сущность изобретения: устройство содержит многозвенный механизм, состоящий из корпусов с тягами 2, соединенными между собой плоскими шарнирами, каждый плоский шарнир выполнен в виде стакана 13, заполненного трансформаторным маслом, внутри которого расположен бесконтактный датчик 16 угла, ротор которого через безлюфтовую муфту соединен с одной из тяг, закрепленной через подшипники на цилиндрическом выступе стакана. Каждый корпус выполнен в виде пустотелого цилиндра, по наружной поверхности которого установлены подпружиненные в радиальном направлении тела качения, причем внутри корпуса установлены в подшипниках два независимых друг от друга вала, соединенных с тягами. 4 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения кривизны скважины.

Известно устройство, которое по своей технической сущности может быть использовано для измерения кривизны плоских конфигураций, содержащее многозвенный механизм с тягами, соединенными между собой плоским шарниром, датчик угла, закрепленный на тяге таким образом, чтобы ось вращения его ротора была расположена соосно оси вращения шарнира, и устройство, регистрирующее угловые показания датчика [1] .

Недостатками данного устройства являются: невозможность измерения кривизны конфигурации во взаимно перпендикулярных плоскостях; использование в качестве датчика угла потенциометра, работающего по принципу контакта статора с ротором, что снижает надежность и долговечность потенциометра; невозможность обеспечения перемещения устройства в скважине.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, которое может быть использовано для измерения кривизны конфигурации, содержащее многозвенный механизм, состоящий из корпусов с тягами, соединенными между собой плоскими шарнирами, датчики угла, закрепленные на тягах таким образом, чтобы оси вращения их роторов были расположены соосно осям соответствующих шарниров, и устройство, регистрирующее угловые показания датчиков угла [2] .

Недостатками данного устройства являются: для измерения кривизны конфигурации во взаимно перпендикулярных плоскостях требуется значительное количество датчиков угла; использование в качестве датчиков угла потенциометров, работающих по принципу контакта статора с ротором, что снижает надежность и долговечность потенциометров; невозможность обеспечения перемещения устройства в скважине.

Целью изобретения является обеспечение перемещения устройства в скважине, уменьшение количества датчиков угла, повышение надежности и долговечности датчиков угла.

Цель достигается тем, что устройство для измерения кривизны скважины, содержащее многозвенный механизм, состоящий из корпусов с тягами, соединенными между собой плоскими шарнирами, датчики угла, закрепленные на тягах таким образом, чтобы оси вращения их роторов были расположены соосно осям соответствующих шарниров, и устройство, регистрирующее угловые показания датчиков угла, выполнено таким образом, чтобы корпусов было по крайней мере не менее двух, а каждый корпус выполнен в виде пустотелого прочного цилиндра, по наружной поверхности которого установлены подпружиненные в радиальном направлении тела качения, разнесенные вдоль оси корпуса таким образом, чтобы в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, было расположено равномерно по окружности не менее трех тел качения, причем внутри корпуса установлены в подшипниках соосно оси корпуса два независимых друг от друга вала, к выходным концам которых прикреплены тяги, оси шарнирных соединений которых расположены эксцентрично относительно оси вращения валов, при этом выходной конец вала замыкающего корпуса, расположенного наиболее близко к выходу скважины, соединен с подъемным устройством, а плоский шарнир выполнен в виде стакана, заполненного трансформаторным маслом, внутри которого установлен в крышке, расположенной внутри стакана, датчик угла, а с наружной стороны стакана на его дне выполнен цилиндрический выступ, соосный оси вращения ротора датчика угла, на котором в подшипниках закреплена одна из тяг, соединенная с ротором датчика угла поводком через безлюфтовую муфту, а корпус стакана неподвижно соединен с другой тягой, при этом датчик угла выполнен бесконтактным.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - схема измерения кривизны скважины.

Устройство для измерения кривизны скважины содержит многозвенный механизм, состоящий из корпусов 1 с тягами 2, соединенными между собой плоскими шарнирами 3. По наружной поверхности корпусов 1 установлены телескопические кронштейны 4, в которых расположены подпружиненные пружинами 5 вилки 6 с телами 7 качения. Тела 7 качения разнесены вдоль оси корпусов 1 таким образом, чтобы в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, были расположены равномерно по окружности не менее трех тел качения. Внутри корпусов 1 установлены в подшипниках 8 соосно оси корпуса валы 9. Выходной конец вала 9 замыкающего корпуса, расположенного наиболее близко к выходу скважины 10, соединен с подъемным устройством (на чертеже не показан). В качестве захватного приспособления для примера показан крюк 11 с фиксирующей защелкой 12. Для реализации соединения может быть использовано любое другое устройство захвата. Плоский шарнир 3 выполнен в виде стакана 13, заполненного трансформаторным маслом 14. В крышке 15, расположенной внутри стакана 13, установлен датчик 16 угла, по посадке зафиксированный прижимами 17. На дне стакана 13 выполнен цилиндрический выступ 18, соосный оси вращения ротора 19 датчика 16 угла. На цилиндрическом выступе 18 в подшипниках 20 закреплена одна из тяг 2, соединенная с ротором 19 датчика 16 угла поводком 21 через безлюфтовую муфту 22. Корпус стакана 13 неподвижно соединен с другой тягой 2. Датчик 16 угла выполнен бесконтактным.

Устройство для измерения кривизны скважины работает следующим образом.

Под действием собственной силы тяжести многозвенный механизм опускается по скважине 10. Для фиксации и перемещения в скважине 10 используются подпружиненные тела 7 качения. Спуск многозвенного механизма регулируется с помощью гибкой связи 23, соединенной с подъемным устройством, например, лебедкой (на чертежах не показана). При наличии кривизны скважины 10 корпуса 1 смещаются относительно друг друга на углы α₁ и α₂, пропорциональные углам между касательной к кривизне скважины 10 и осью отвеса. При этом подвижная тяга 2 поворачивается относительно цилиндрического выступа 18 и через поводок 21 и безлюфтовую муфту 22 поворачивает ротор 19 датчика 16 угла на углы α₁ и α₂. На выходе датчика 16 появляется электрический сигнал, напряжение которого пропорционально углу поворота ротора 19. Непрерывно поступающая информация о расстоянии, пройденном многозвенным механизмом в скважине 10, и угле поворота ротора 19 датчика 16 угла, введенная с помощью алгоритма в электронно-вычислительную машину, позволяет на дисплее непрерывно вычерчивать профиль кривизны скважины 10. Одновременно эта информация фиксируется на самописцах. Принцип записи в этом изобретении не рассматривается. Необходимость информации о кривизне скважины, особенно нефтяной, важна, так как кривизна оказывает влияние на величину напряжения в заделке насоса и трубопровода. Возникает реальная опасность отрыва насоса от трубопровода и вывода скважины из эксплуатации, стоимость которой превышает миллион руб. Для исключения попадания откачиваемой жидкости, например нефти, в датчик 16 угла стакан 13 заполняется трансформаторным маслом 14, которое не оказывает влияния на электрические показания датчика 16 угла. Так как кривизна скважины 10 может изменять свое направление, то необходимо обеспечить смещение плоскости поворота плоскости шарниров 3. Для этого создается эксцентриситет е между осью вращения валов 9 и осью шарнира 3. При смене направления кривизны скважины 10 в шарнире 3 возникает усилие, которое создает крутящий момент, поворачивающий валы 9 до тех пор, пока плоскость поворота шарнира 3 не совпадает с плоскостью кривизны скважины 10.

Сравнительный анализ предложенного изобретения с известными показал, что предложенная конструкция обладает существенными отличительными признаками, позволяющими это техническое устройство отнести к разряду изобретений.

Достигаемый положительный эффект заключается в том, что измерение кривизны скважины производится при минимальном количестве датчиков угла, что упрощает конструкцию устройства и электрическую схему, обеспечивающую получение информации. Бесконтактность датчиков угла обеспечивает их надежность и долговечность. Конструкция обеспечивает измерение кривизны скважины в любой плоскости.

Конструкция апробирована в макетном исполнении. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 166448, кл. A 61 B 5/10, 1963.

2. Авторское свидетельство СССР N 180296, кл. A 61 B 5/10, 1965.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРИВИЗНЫ ПОВЕРХНОСТИ, содержащее многозвенный механизм, состоящий из корпусов с тягами, соединенными между собой плоскими шарнирами, датчиков угла, закрепленных на тягах, роторов датчиков угла, расположенных соосно с осями соответствующих шарниров регистратора угловых показаний датчиков угла, и подъемного механизма, отличающееся тем, что, с целью использования устройства в скважине, уменьшения количества датчиков угла, повышения надежности и долговечности датчиков угла, устройство снабжено телами качения, валами, подшипниками, поводком и безлюфтовой муфтой, каждый корпус выполнен в виде пустотелого цилиндра, на наружной поверхности которого установлены подпружиненные в радиальном направлении тела качения, разнесенные вдоль оси корпуса и установленные равномерно по окружности в плоскости, перпендикулярно к оси корпуса, не менее трех на каждом уровне, причем внутри корпуса, соосно с его осью, установлены в подшипниках два независимых друг от друга вала, к выходным концам которых посредством плоских шарниров прикреплены тяги, оси плоских шарниров расположены эксцентрично относительно оси вращения валов, при этом выходной конец вала, установленного в верхней части верхнего корпуса, соединен с подъемным механизмом, а каждый плоский шарнир выполнен в виде стакана с крышкой, заполненного трансформаторным маслом, внутри которого установлен датчик угла, а с наружной стороны стакана на его дне соосно с осью вращения ротора датчика угла выполнен цилиндрический выступ, на котором посредством подшипников закреплена одна из тяг, соединенная с ротором датчика угла посредством поводка и безлюфтовой муфты, каждый корпус неподвижно соединен с другой тягой, а датчик угла выполнен безконтактным.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4