Универсальный испытательный стенд
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к сервисному обслуживанию гидравлических забойных двигателей (ГЗД) и предназначена для обкатки и испытаний ГЗД разных типов и размеров. Задачей заявленной полезной модели является создание универсального стенда, обеспечивающего возможность проведения испытаний ГЗД разных типов и размеров с максимальной точностью снимаемых параметров. Поставленная задача решается за счет известного стенда, содержащего установочную базу, зажимные приспособления для закрепления ГЗД, два тормоза, тормозное дисковое устройство, емкость для приема энергетической жидкости, насос, датчик оборотов, согласно полезной модели, стенд дополнительно снабжен приспособлением, контактирующим через датчик оборотов с ГЗД, дополнительно стенд снабжен муфтой и редуктором, соединенным с валом приспособления и валами тормозов, с возможностью обеспечения величины нагрузочного момента до 17650 Нм, что значительно расширяет технологические возможности стенда, обеспечивая возможность проведения обкатки и испытаний ГЗД всех существующих на сегодняшний день моделей, различных типов и размеров, отличающихся диаметрами и длиной.
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к оборудованию для сервисного обслуживания гидравлических забойных двигателей (ГЗД) и предназначена для обкатки и проведения испытаний ГЗД разных типов и размеров.
В России выпускается большое количество ГЗД различных типов и размеров, отличающихся диаметрами и длиной. Диапазон наружных диаметров ГЗД находится в пределах от 42 до 240 мм. Особенности конструкций ГЗД влияют на выбор стендов, на которых производят обкатку и испытание ГЗД.
Создание универсального испытательного стенда, обеспечивающего возможность проведения обкатки и испытаний всех существующих типоразмеров ГЗД в одном месте, особенно актуально в настоящее время, в свете создания нефтедобывающими предприятиями по всей стране сервисных центров по ремонту ГЗД.
Известен стенд для испытаний ГЗД, включающий установочную базу с зажимными приспособлениями для закрепления ГЗД и тормозным устройством в виде одного или двух электромагнитных порошковых тормозов, емкость для приема энергетической жидкости и насос (заявка №2003106201,
приоритет 05.03.03, авторы Садырев П.Н. и др.), этот стенд является аналогом полезной модели.
Недостатком такого стенда, является невозможность проведения испытаний ГЗД с наружным диаметром в пределах от 42 до 54 мм из-за наличия остаточного тормозного момента при нулевом значении намагничивающего тока в электромагнитном порошковом нагрузочном тормозе, который применен в аналоге. Номинальный тормозной момент электромагнитного порошкового нагрузочного тормоза марки ПТ-250М1 равен 2500 Нм. Остаточный тормозной момент достигает до 5% от номинального, составляя для марки ПТ-250М1 125 Нм. При моменте &илы на выходном валу двигателя, например марки Д-42. который находится в препелах от 20 до 40 Нм, запуск двигателя на стенде невозможен.
Недостатком аналога также является невозможность обеспечить и проконтролировать работу новых конструкций ГЗД с наружным диаметром в пределах от 195 до 240 мм в режиме максимальной мощности, где тормозной момент достигает на сегодняшний день 14 кНм.
Другим аналогом заявленной полезной модели, выбран известный стенд, включающий установочную базу, зажимные приспособления для закрепления ГЗД, электромагнитный порошковый тормоз, тормозное дисковое устройство, гидроотоойник, датчик оборотов вала двигателя, датчик тормозного момента, емкость для приема энергетической жидкости, насос (заявка №2003126783, приоритет 01.09.03, авторы Назаров Л.Н. и др.). Этот аналог является наиболее близким я взят за прототип полезной модели.
Недостатком стенда в прототипе является невозможность обеспечить и проконтролировать работу новых конструкций ГЗД с наружным диаметром в пределах от 195 до 240 мм в режимах максимальной мощности и полной остановки. Номинальный тормозной момент электромагнитного порошкового нагрузочного тормоза, который применен в прототипе, марки ПТ-250М1, равен 2500 Нм. Два таких тормоза при каскадном соединении обеспечивают номинальный тормозной момент до 5000 Нм. Момент силы на выходном валу новых конструкций ГЗД с наружным диаметром в пределах от 195 до 240 мм в режиме максимальной мощности на сегодняшний день достигает 14 кНм.
Недостатком стенда - прототипа также является невысокий уровень точности параметров снимаемых характеристик ГЗД на холостом ходу из-за остаточного тормозного момента в электромагнитном порошковом нагрузочном тормозе. Это является недостатком всех порошковых муфт из-за остаточного магнетизма рабочей смеси, состоящей из порошка карбонильного железа и минерального масла.
Задачей заявленной полезной модели является создание универсального стенда, обеспечивающего возможность проведения испытаний ГЗД разных типов и размеров с максимальной точностью снимаемых параметров.
Поставленная задача решается за счет известного стенда, содержащего установочную базу, зажимные приспособления для закрепления гидравлического забойного двигателя, два тормоз?», снабженные валами, тормозное дисковое устройство, емкость для приема энергетической жидкости, насос, датчик
оборотов, согласно полезной модели, стенд снабжен приспособлением, контактирующим через датчик оборотов с гидравлическим забойным двигателем, приспособление состоит из корпуса, вала и расположенного в нем элемента передачи вращения, на валу приспособления установлена муфта с возможностью поступательного перемещения вдоль оси вала и фиксации на нем, дополнительно стенд снабжен редуктором, состоящим из вала, соединенного с помощью муфт отключения с валом приспособления и валами тормозов, с возможностью обеспечения величины нагрузочного момента до 17650 Нм.
На фиг.1 изображен вид сверху универсального стенда для обкатки и испытаний ГЗД,
На фиг.2 - изображен общий вид универсального стенда для обкатки и испытаний ГЗД,
На фиг.3 изображены энергетические характеристики ГЗД марки Д3-195 при работе на воде (расход 33 л/с).
Универсальный стенд для обкатки и испытаний ГЗД, изображенный на фиг.1 содержит насос 1, емкость для приема 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) включает раму 7, два электромагнитных порошковых тормоза 8, редуктор 9, приспособление 10 для замера частоты вращения выходного вала ГЗД на холостом ходу, зубчатую муфту 11, гидроотбойник
12, предотвращающий разбрызгивание энергетической жидкости, тормозное дисковое устройство 13 для контроля характеристик малогабаритных ГЗД, зажимные приспособления 14, полумуфты 15, 16, переводник 17 и две муфты отключения 18, одна из которых соединяет валы тормозов 8 между собой, другая соединяет тихоходный вал редуктора 9 с валом приспособления 10 для замера частоты вращения выходного вала ГЗД на холостом ходу.
В конструкции стенда по предлагаемой полезной модели в качестве тормозного устройства применены два электромагнитных порошковых нагрузочных тормоза 8 марки ПТ-250М1 с величиной номинального тормозного момента равной 2500 Нм каждый. При каскадном соединении два электромагнитных порошковых нагрузочных тормоза обеспечивают суммарную величину тормозного момента стенда равную 5000 Нм. Валы тормозов 8 соединены с помощью муфты отключения 18. Муфта отключения 18 имеет возможность перемещаться вдоль валов тормозов 8 и фиксироваться в определенном положении, соединяя или разъединяя валы тормозов, что позволяет увеличивать или уменьшать величину тормозного момента при проведении испытаний ГЗД и, соответственно, уменьшать величину остаточного момента в тормозах 8.
Стенд заявленной полезной модели имеет осевой редуктор У, например, типа 5Р-240 турбобура редукторного ТР 240 (I=3,53; М вых=2600 кгм, Мвх=736 кгм, n вх=530 об/мин.). Применение в тормозном устройстве стенда редуктора 9 позволяет увеличить номинальный тормозной момент, создаваемый
двумя электромагнитными порошковыми тормозами 8 до 17650 Нм. Применение в тормозном устройстве стенда редуктора 9 позволяет улучшить условия работы порошковых нагрузочных тормозов 8, например, типа ПТ-250М1, в процессе проведения испытаний. Частота вращения выходных валов ГЗД разных конструкций находится в пределах от 90 до 270 об/мин. Номинальная частота вращения вала тормоза 8 равна 750 об/мин. Работа с номинальной частотой вращения является номинальным режимом работы тормозов 8. Применение редуктора 9 позволяет привести частоту вращения валов тормозов 8 к величине равной пределу от 320 до 950 об/мин. Быстроходный вал редуктора 9 соединен с валом тормоза 8 жесткой муфтой, а тихоходный вал редуктора соединен с приспособлением 10 муфтой отключения 18. Муфта отключения 18 имеет возможность перемешаться вдоль валов редуктора 9 и приспособления 10 и фиксироваться в определенном положении, соединяя или разъединяя валы, что позволяет отсоединять весь комплекс тормозных устройств при замере частоты вращения выходного вала ГЗД в режиме холостого хода.
В конструкции стенда по предлагаемой полезной модели установлено тормозное дисковое устройство 13, представляющее собой автономный стенд для испытаний малогабаритных ТЗД. Величина остаточного момента электромагнитного порошкового тормоза типа ПТ-250M1 при нулевом значении намагничивающего тока достаточно велика и не позволяет проводить испытания ГЗД с моментами силы на выходном валу в пределах от 20 до 100 Нм.
Тормозное дисковое устройство 13 имеет возможность перемещаться в поперечном направлении относительно оси рамы 7 стенда.
На фиг.3 показаны результаты испытаний, проведенных на универсальном испытательном стенде ГЗД марки ДЗ-195 на расходе энергетической жидкости равном 33 л/с.
Важнейшими параметрами работоспособности, ГЗД являются частота вращения выходного вала n и перепад давления на холостом ходу Р, частота вращения выходного вала n, перепад давления Р и момент силы М на выходном валу в режиме максимальной мощности N.
По параметрам, снимаемым во время испытаний ГЗД на холостом ходу, судят о соответствии геометрии зацепления зубьев ротора и статора двигательной секции ГЗД требованиям конструкторской документации, об отсутствии утечек жидкости в рабочих полостях двигательной секции ГЗД, о правильности выполнения протоков и отсутствии помех в рабочих органах шпиндельной секции ГЗД. В предлагаемой полезной модели приспособление 10 для замера частоты вращения выходного вала ГЗД на холостом ходу устанавливается на раму 7 между редуктором 9 и выходным валом ГЗД и с помощью муфты отключения 18 отсоединяется от редуктора 9. При замере величины частоты вращения выходного вала ГЗД на холостом ходу исключается влияние на ее величину остаточного тормозного момента при нулевом значении намагничивающего тока (I=0 а) в тормозах 8, что значительно повышает точность снимаемых характеристик.
Величина параметров в режиме максимальной мощности говорит о работоспособности ГЗД в целом. В предлагаемой полезной модели применение редуктора, который, взаимодействуя с двумя электромагнитными порошковыми нагрузочными тормозами, обеспечивает величину номинального нагрузочного момента, равную 17650 Нм. Обеспечить получение, контроль и документирование результатов испытаний ГЗД в режиме максимальной мощности реально, а не аппроксимируя значения параметров ГЗД с помощью программного обеспечения и дорисовывая графики с параметрами на компьютере.
Работа на стенде осуществляется следующим образом. Емкость 2 перед началом испытаний заполняется водой. На корпус испытуемого ГЗД навинчивается переводник 17, на вал ГЗД навинчиваются полумуфты 15 и 16. ГЗД кран - балкой устанавливается в зажимные приспособления 14. К переводнику 17 подсоединяется рукав от блока датчиков 4. С помощью полумуфт 15 и 16 ГЗД подсоединяется к зубчатой муфте 11. С помощью муфты отключения 18 тормоза 8 вместе с редуктором 9 отсоединяются от приспособления 10. С пульта управления 5 включается насос 1. Вода из емкости 2 с помощью насоса 1 подается в ГЗД, проходит через ГЗД, собирается гидроотбойником 12 и сливается в раму 7, а затем в емкость 2. Расход и давление в напорной линии
насоса 1 замеряют блоком датчиков 4, включабщим в себя датчик расхода, например, НОРД-М-65-16,0 и датчик давления, например, МИДА-ДИ-13ПК. Частота вращения выходного вала ГЗД замеряется датчиком оборотов, например, шифратор приращений модели Е6С2 CWZ6C производство Япония,
установленным на приспособлении 10. Снимаемые параметры характеристик обрабатываются и распечатываются компьютером. Насос 1 выключается. С помощью муфты отключения 18 редуктор 9 и тормоза 8 подсоединяются к приспособлению 10 и осуществляется процесс испытаний ГЗД в рабочем режиме. При проведении испытаний малогабаритных ГЗД тормозное дисковое устройство 13 перемещается до совмещения с осью стенда и крепится на раме 7. Малогабаритное ГЗД устанавливается в устройство 13, подсоединяется буровой рукав и осуществляется процесс испытаний. Частота вращения выходного вала ГЗД и тормозной момент замеряются датчиками установленными непосредственно на устройстве 13.
Все операции по управлению стендом осуществляются с пульта управления. необходимые параметры задаются, контролируются и документируются с помощью компьютера.
Конструкция стенда по предлагаемой полезной модели значительно расширяет технологические возможности стенда, обеспечивая возможность проведения обкатки и испытаний ГЗД всех существующих на сегодняшний день моделей, различных типов и размеров, отличающихся диаметрами и длиной.
Конструкция стенда по предлагаемой полезной модели обладает высокой ремонтопригодностью и простотой обслуживания.
Универсальный испытательный стенд, содержащий установочную базу, зажимные приспособления для закрепления гидравлического забойного двигателя, два тормоза, снабженные валами, тормозное дисковое устройство, емкость для приема энергетической жидкости, насос, датчик оборотов, отличающийся тем, что стенд снабжен приспособлением, контактирующим через датчик оборотов с гидравлическим забойным двигателем, приспособление состоит из корпуса, вала и расположенного в нем элемента передачи вращения, на валу приспособления установлена муфта отключения с возможностью поступательного перемещения вдоль оси вала и фиксации на нем, дополнительно стенд снабжен редуктором, состоящим из вала, соединенного с помощью муфт отключения с валом приспособления и валами тормозов, с возможностью обеспечения величины нагрузочного момента до 17650 Нм.
