Стенд для обкатки и испытаний гидравлических забойных двигателей

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к оборудованию для сервисного обслуживания гидравлических забойных двигателей (ГЗД). Стенд для обкатки и испытаний ГЗД содержит установочную базу, зажимные приспособления для закрепления ГЗД, емкость для сбора энергетической жидкости, насос, гидроотбойник, датчик оборотов двигателя, датчик тормозного момента, электромагнитный порошковый тормоз. Кроме того, стенд дополнительно снабжен тормозным дисковым устройством, расположенным на установочной базе на одной оси со стендом с возможностью перемещения от этой оси в сторону, состоящим из планшайбы, установленной на подшипнике вала с возможностью свободного вращения и воздействия одним концом на нажимную опору датчика давления, двух тормозных суппортов с цилиндрами, расположенными диаметрально на планшайбе, тормозным диском, установленным между тормозными цилиндрами суппортов, жестко связанным с валом, получающим вращение от шпинделя ГЗД. Данное изобретение направлено на расширение технологических возможностей стенда для обкатки и испытания ГЗД с повышенной точностью измерений тормозного крутящего момента. 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, а именно к оборудованию для сервисного обслуживания гидравлических забойных двигателей (ГЗД), и предназначено для обкатки и проведения испытаний ГЗД как новых, так и прошедших капитальный ремонт.

Известен горизонтальный стенд, включающий установочную базу с зажимными хомутами, гидравлический домкрат, ленточный тормоз, емкость для сбора энергетической жидкости и насос стенда. Рабочая жидкость - вода (З.И.Шумова, И.В.Собкина. Справочник по турбобурам, Москва, “Недра”, 1970 г., с. 184-185).

Недостатком горизонтального стенда является использование в качестве тормозного устройства ленточного тормоза. Тормозной крутящий момент ГЗД определяется по натяжению ленты тормоза с помощью манометра. Деформация ленты в процессе натяжения, удлинение ленты в процессе работы, невозможность учета этих величин при расчете тормозного момента ГЗД приводят к снижению определяемой точности его величины. Как следствие, указанные недостатки делают невозможными испытания малогабаритных ГЗД с небольшими тормозными моментами (менее 250 Нм).

Известен горизонтальный стенд ПФ ВНИИБТ, включающий установочную базу с балансирными опорами (люнетами), тормозное устройство в виде шинно-пневматической муфты и электродвигателя-генератора постоянного тока, насос стенда и емкость для сбора энергетической жидкости. Рабочая жидкость - вода (Д.Ф.Балденко, Ф.Д.Балденко, А.Н.Гноевых. Справочное пособие “Винтовые забойные двигатели”, Москва, “Недра”, 1999 г., с. 221-222).

Недостатком горизонтального стенда является измерение тормозного крутящего момента ГЗД не с вала, а с его корпуса, так называемого реактивного момента. Реактивный тормозной момент является косвенной характеристикой работы ГЗД. ГЗД устанавливается в балансирные опоры стенда (люнеты) и закрепляется в них. В процессе проведения испытаний происходят не учитываемые потери величины тормозного момента на трение и заклинивание в балансирных опорах, что приводит к снижению определяемой точности его величины. Указанные недостатки также не позволяют проведение испытаний малогабаритных ГЗД с небольшими тормозными крутящими моментами.

Известен стенд РГУ нефти и газа им. Губкина, включающий установочную базу с зажимами, размещенную под наклоном к полу производственного помещения, тормозное устройство в виде электромагнитного порошкового тормоза серии ПТ-6М1 с клиноременной передачей к валу ГЗД, одновинтовой насос и емкость для сбора энергетической жидкости. Рабочая жидкость - вода (Д.Ф.Балденко, Ф.Д.Балденко, А.Н.Гноевых. Справочное пособие “Винтовые забойные двигатели”, Москва, “Недра”, 1999 г., с. 222-224).

Недостатком стенда является недостаточно высокий уровень точности снимаемых параметров характеристик ГЗД вследствие использования клиноременной передачи от электромагнитного порошкового тормоза серии ПТ-6М1 к валу ГЗД. Деформация ремня в процессе натяжения, удлинение ремня в процессе работы, невозможность учета этих величин при расчете тормозного крутящего момента ГЗД, дополнительные узлы трения ремня в шкивах ременной передачи приводят к снижению определяемой точности его величины. Изменение частоты вращения, передаваемой ременной передачей от вала ГЗД валу порошкового тормоза, при удлинении ремня в процессе работы искажает величину контролируемой частоты вращения вала ГЗД.

Недостатком стенда является также применение в качестве тормозного устройства порошкового тормоза серии ПТ-6М1, что не позволяет проводить с необходимой точностью испытание малогабаритных ГЗД из-за наличия остаточного тормозного момента при нулевом значении намагничивающего тока (I=0 а). Это является недостатком всех порошковых муфт из-за остаточного магнетизма рабочей смеси, состоящей из порошка карбонильного железа и минерального масла.

Задачей настоящего изобретения является расширение технологических возможностей стенда для обкатки и испытаний ГЗД, в том числе малогабаритных диаметром 48 мм и менее, с повышенной точностью измерений тормозного крутящего момента.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном стенде для обкатки и испытаний гидравлических забойных двигателей (ГЗД), содержащем установочную базу, зажимные приспособления для закрепления ГЗД, емкость для сбора энергетической жидкости, насос, гидроотбойник, датчик оборотов двигателя, датчик тормозного момента, электромагнитный порошковый тормоз, согласно изобретению стенд дополнительно снабжен тормозным дисковым устройством, расположенным на установочной базе на одной оси со стендом с возможностью перемещения от этой оси в сторону, состоящим из планшайбы, установленной на подшипнике вала с возможностью свободного вращения и воздействия одним концом на нажимную опору датчика давления, двух тормозных суппортов с цилиндрами, расположенных диаметрально на планшайбе, тормозным диском, установленным между тормозными цилиндрами суппортов, жестко связанным с валом, получающим вращение от шпинделя ГЗД.

На фиг.1 показан вид сверху стенда для обкатки и испытаний ГЗД,

на фиг.2 - общий вид стенда для обкатки и испытаний ГЗД,

на фиг.3 - общий вид тормозного дискового устройства,

на фиг.4 - тормозное дисковое устройство по разрезу А-А.

Стенд (фиг.1) содержит насос 1, емкость для сбора энергетической жидкости 2, всасывающий трубопровод 3, блок датчиков 4 для контроля производительности насоса и давления, развиваемого насосом, пульт управления 5 с компьютером и установочную базу 6.

Установочная база 6 (фиг.2, 4) включает зажимные приспособления 7, электромагнитный порошковый тормоз 8, зубчатую муфту 9, установленную на вал тормоза 8, тормозное дисковое устройство 10, гидроотбойник 11, предотвращающий разбрызгивание энергетической жидкости, раму 12, датчик оборотов двигателя 13, датчик тормозного момента 14, переводник 15, полумуфты 16, 17 и гидравлический привод тормозного дискового устройства 18.

Тормозное дисковое устройство 10 (фиг.3, 4) состоит из основания 19 и тормозного устройства 20. Основание 19 выполнено в виде сварной рамной конструкции из листового металла. Основание 19 устанавливается на плиту 21 рамы 12 и закрепляется на ней болтовыми соединениями 22. В плите 23 основания 19 выполнены не менее четырех пазов 24, позволяющих перемещаться тормозному дисковому устройству относительно оси стенда в поперечном направлении. При проведении испытаний малогабаритных ГЗД диаметром 48 мм и менее тормозное дисковое устройство 10 в пазах 24 основания 19 перемещается к оси стенда до упора, что обеспечивает совпадение оси тормозного дискового устройства 10 с осью стенда, и закрепляется на плите 21 рамы 12 болтовыми соединениями 22. При проведении испытаний ГЗД больших габаритов тормозное дисковое устройство 10 перемещается в пазах 24 основания 19 до упора в противоположную сторону и также закрепляется на плите 21 рамы-емкости 12 болтовыми соединениями 22.

В основание 19 установлен вал 25 тормозного устройства 20, свободно вращающегося в двух подшипниковых узлах 26 и 27, причем подшипниковый узел 26 воспринимает не только радиальную нагрузку от вращения вала, но и осевую нагрузку от работы ГЗД. С одной стороны вал 25 соединен с датчиком оборотов 28, с другой стороны вал соединен на резьбе с переводником 29, соединяющим вал 25 с ГЗД.

На валу 25 в подшипниковом узле 30 свободно вращается планшайба 31, один конец которой при вращении упирается на нажимную опору датчика давления 32, закрепленного на основании 19.

На планшайбу 31 с двух сторон с помощью болтов 32 установлены тормозные суппорты 33, 34. Диаметральное расположение тормозных суппортов 33, 34 на планшайбе 31 уравновешивает дополнительные моменты от веса суппортов при торможении, что увеличивает точность замера тормозного момента ГЗД. Тормозные суппорты 33, 34 имеют по два тормозных цилиндра, работающих навстречу друг другу, что исключает возникновение осевого усилия при торможении, что также увеличивает точность замера тормозного момента на валу ГЗД.

На валу 25 жестко закреплен с помощью шпонки 35 тормозной диск 36 таким образом, что он входит в пазы тормозных суппортов 33, 34 между двумя тормозными цилиндрами каждого суппорта.

Тормозное дисковое устройство 10 в пазах 24 основания 19 перемещается к оси стенда до упора, что обеспечивает совпадение оси тормозного дискового устройства 10 с осью стенда и закрепляется на плите 21 рамы-емкости 12 болтовыми соединениями 22. Малогабаритный ГЗД (диаметром 48 мм и менее) укладывается в зажимные устройства 7, вкручивается переводником шпинделя в переводник 29 тормозного дискового устройства 10 и закрепляется в зажимных приспособлениях 7 от проворота.

Стенд работает следующим образом.

В ГЗД насосом 1 подается энергетическая жидкость. Энергетическая жидкость, протекая под давлением через полости двигательной секции ГЗД, заставляет вращаться шпиндель ГЗД и, соответственно, тормозной диск 36 тормозного дискового устройства 10.

После достижения необходимого числа оборотов в режиме холостого хода ГЗД подается нагрузка на ГЗД тормозным моментом от нуля до режима максимальной мощности торможения. Подача нагрузки производится посредством воздействия на поршни тормозных цилиндров суппортов 33, 34 гидравлического давления привода тормозной системы 18. Тормозные цилиндры, сходясь навстречу друг другу в суппортах 33, 34, сжимают тормозной диск 36, передавая тормозной момент на планшайбу 31.

Планшайба 31, в свою очередь, поворачиваясь на подшипниковом узле 30 под воздействием тормозного момента, контактирует с нажимной опорой датчика давления 32, измеряя тем самым активный момент торможения ГЗД.

В прототипе стенда в качестве тормозного устройства применен электромагнитный порошковый нагрузочный тормоз типа ПТ-6М1, максимальный нагрузочный момент которого равен 60 Нм. Применение в качестве тормозного устройства порошкового тормоза серии ПТ-6М1 не позволяет проводить с необходимой точностью испытание малогабаритных ГЗД 48 мм и менее из-за наличия остаточного тормозного крутящего момента при нулевом значении намагничивающего тока. Остаточный тормозной момент достигает до 10% от номинального, составляя для указанной муфты 6 Нм. При тормозном моменте, к примеру, двигателя Д-42, равном 20 Нм, погрешность измерения тормозного момента при испытании составила бы более 30%, что является недопустимым.

В предлагаемом изобретении снятие тормозного крутящего момента происходит непосредственно с вала шпинделя ГЗД, так называемого активного момента, что приводит к снятию характеристик ГЗД без искажений. Кроме того, тормозной крутящий момент может устанавливаться от нуля до режима полного торможения за счет регулирования усилия воздействия гидравлического привода на поршни тормозных цилиндров суппортов.

В прототипе стенда между ротором порошкового тормоза ПТ-6М1 и валом шпинделя ГЗД установлена клиноременная передача. Для нормальной работы ременной передачи необходима предварительная натяжка ремня, постоянный ее контроль и периодическая подтяжка ремня в процессе работы. При этом возникают неучитываемые изгибающие моменты на роторе порошкового тормоза и валу шпинделя ГЗД, искажающие величины снимаемых параметров характеристик ГЗД. В процессе работы ремень растягивается, величина растяжения возможна до 5,5% от длины ремня. При растяжении ремня происходит проскальзывание ремня по поверхностям канавки шкивов ременной передачи, в результате чего происходит изменение передаточного отношения ременной передачи, с учетом которого в прототипе рассчитывается тормозной момент. Неконтролируемое удлинение ремня в процессе работы и, как следствие, изменение передаточного отношения ременной передачи искажает величину числа оборотов вала ГЗД, снимаемую тахометром с ротора порошкового тормоза. Все вышеперечисленное значительно снижает точность снимаемых параметров тормозного момента ГЗД и частоты вращения вала ГЗД.

В предлагаемом изобретении датчик оборотов 28 (например, вращательный кодер E6C2-CWZ с точностью измерения 0,01%) установлен непосредственно на вал 25 тормозного дискового устройства 10, что обеспечивает высокую точность измерения числа оборотов вала ГЗД.

Предлагаемая конструкция обкаточно-испытательного стенда позволяет производить обкатку и испытания малогабаритных ГЗД 48 мм и менее за счет применения дополнительного, имеющего возможность отодвигаться в поперечном направлении от оси стенда, тормозного устройства в виде расположенных на свободно вращающейся планшайбе двух тормозных суппортов, охватывающих своими тормозными цилиндрами жестко связанный с валом тормозного устройства тормозной диск, вал тормозного устройства, в свою очередь связанный жестко со шпинделем ГЗД.

Формула изобретения

Стенд для обкатки и испытаний гидравлических забойных двигателей (ГЗД), содержащий установочную базу, зажимные приспособления для закрепления ГЗД, емкость для сбора энергетической жидкости, насос, гидроотбойник, датчик оборотов двигателя, датчик тормозного момента, электромагнитный порошковый тормоз, отличающийся тем, что стенд дополнительно снабжен тормозным дисковым устройством, расположенным на установочной базе на одной оси со стендом с возможностью перемещения от этой оси в сторону, состоящим из планшайбы, установленной на подшипнике вала с возможностью свободного вращения и воздействия одним концом на нажимную опору датчика давления, двух тормозных суппортов с цилиндрами, расположенных диаметрально на планшайбе, тормозным диском, установленным между тормозными цилиндрами суппортов, жестко связанным с валом, получающим вращение от шпинделя ГЗД.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

Дата прекращения действия патента: 07.04.2010

Извещение опубликовано: 10.06.2010        БИ: 16/2010

---