Термоиндикатор максимальной температуры
Полезная модель относится к термометрии, а именно к термоиндикаторам, которые могут быть использованы для определения максимальной температуры элементов различных устройств в условиях, когда нет доступа к объекту контроля в процессе эксплуатации, в частности к средствам контроля температуры в погружных устройствах при добыче нефти. Предложенная полезная модель позволяет повысить надежность контроля в этих условиях и уменьшить затраты на эксплуатацию. Предложен термоиндикатор, имеющий форму болта с резьбовой частью для установки в контролируемую деталь, на цилиндрической поверхности головки которого выполнена проточка с уступами по краям. В проточке на цилиндрической поверхности болта по окружности или по спиральной линии выполнен ряд цилиндрических отверстий, причем отверстия расположены по крайней мере на одной спиральной линии со сдвигом по образующей и по углу, количество отверстий определяется требуемым температурным диапазоном для контроля элементов оборудования. В отверстия запрессовываются термочувствительные элементы из сплавов металлов или укладываются сферические термочувствительные элементы, которые удерживаются в отверстиях разрезным кольцом для защиты от повреждений в процессе монтажа и эксплуатации термочувствительных элементов.
Изобретение относится к термометрии, а именно к термоиндикаторам, которые могут быть использованы для определения максимальной температуры элементов различных устройств в условиях, когда нет доступа к объекту контроля в процессе эксплуатации, и повысить надежность контроля в этих условиях.
Особенно широкое применение такой термоиндикатор может найти в устройствах, применяемых в нефте- и газодобывающей промышленности при бурении и добыче для определения тепловых режимов работы различных элементов оборудования.
На основе анализа полученных в процессе эксплуатации результатов можно получать информацию о причинах отказов в работе и провести мероприятия по устранению этих причин. Особенно важно обеспечить надежный контроль теплового состояния различных элементов погружных электродвигателей, работающих в условиях скважины.
Известны индикаторы температуры с использованием элементов, выполненных из термоплавких сплавов. (А.С. 
- 513273 М. Кл2 G01К 11/06 «Индикатор температуры», опубл. 31.05.76 г.; 621975 Кл2 G01К 11/06 «Индикатор температуры», опубл. 08.08.78 г.; 697842 Кл2 G01К 11/06, «Индикатор температуры», опубл. 15.11.79 г.; 861980 Кл3 G01К 11/06, «Индикатор температуры», опубл. 07.09.81 г.; 877357 Кл3 G01К 11/00, «Устройство для контроля теплового состояния детали», опубл. 30.10.81 г.; 951086 Кл3 G01К 11/06, «Индикатор температуры», опубл. 15.08.82 г.; SU 1186967 А4 G01К 11/06, «Термодатчик», опубл. 23.10.85 г. Бюл. 39; SU 1195196 А4 G01К 11/06, «Датчик температуры», опубл. 30.11.85 г. Бюл. 44; SU 1196701 А4 G01К 11/06, «Сигнализатор температуры», опубл. 07.12.85 г. Бюл. 45; SU 1200144 А4 G01К 11/06, «Устройство для измерения температуры нагрева тела», опубл. 23.12.85 г. Бюл. 47; RU 2063004 C1 G01К 11/06, «Способ фиксации максимальной температуры в труднодоступных полостях», опубл. 27.06.96 г.; RU 2150681 C1 G01К 11/06, G01К 11/32 «Способ регистрации достижения объектом порогового значения температуры», опубл. 10.06.2000 г.).
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является термоиндикатор по патенту РФ на полезную модель RU 32595 U1 МПК 7 G01К 11/06 «Термоиндикатор», опублик. 20.09.2003 г.
Термоиндикатор, согласно патенту, содержит имеющий форму болта корпус, в торце головки которого выполнены углубления, заполненные пломбами из плавящейся с заданной температурой плавления массой из сплавов металлов, поверхность пломб зашлифовывается и на них ставятся метки.
Недостатками этого устройства является то, что при установке таких термоиндикаторов внутри контролируемого оборудования (например, погружные электродвигатели или гидрозащита), особенно при установке термоиндикатора с плавкими элементами направленными вниз или под углом к оси:
- возникает опасность выпадения пломб до достижения температуры плавления из-за разности в коэффициентах термического расширения корпуса и плавкого материала, что затрудняет определение максимально достигнутой температуры;
- вытекание расплава при достижении температуры плавления во внутреннюю полость устройства может привести к нарушению работы этого устройства из-за попадания частиц расплава в подшипники и циркулирующее внутри устройства масло, что приведет к изменению напряжения пробоя масла и возможности выхода из строя электродвигателя или подшипников из-за нарушения системы охлаждения при попадании частиц расплава в каналы охлаждения и их закупорке;
- зашлифовка поверхности пломб и нанесение меток, как указано в патенте, не гарантируют их сохранности при монтаже, особенно в полевых условиях;
- ограничение возможности по количеству точек регистрации температур из-за ограничений по площади рабочей торцовой поверхности и прочности конструкции.
Целью изобретения является увеличение диапазона измеряемых параметров, расширение функциональных возможностей термоиндикатора, повышение надежности контроля теплового состояния элементов погружного оборудования.
Указанная задача решается тем, что предложена полезная модель термоиндикатора, имеющего корпус в форме болта и пломбы из плавящейся с заданной температурой плавления массой из сплавов металлов, отличающийся тем, что на цилиндрической головке болта, согласно полезной модели, имеется проточка вдоль образующей цилиндра, в которой выполнены радиальные цилиндрические отверстия для размещения массы из сплавов металлов.
Другим отличием является то, что радиальные отверстия расположены по окружности проточки или по крайней мере по одной винтовой линии со сдвигом по углу на 30°, количество отверстий определяется требуемым температурным диапазоном и точностью определения достигнутой максимальной температуры для контроля элементов оборудования, а на торцевой части цилиндрической поверхности болта наносится (например, керном) метка начала отсчета температур.
Еще одним отличием предлагаемого устройства является то, что в радиальные цилиндрические отверстия запрессовываются заподлицо с проточкой цилиндрические индикаторы, выполненные из сплавов металлов, причем на торце индикатора выполнено (например, керном) коническое углубление.
Еще одним отличием предлагаемого устройства является то, что в радиальные цилиндрические отверстия вставляются индикаторы в виде сфер (дроби) соответствующего диаметра, выполненные из сплавов металлов с различной температурой плавления, а в проточку вставляется цилиндрическая обечайка из подпружиненной стали, предотвращающая выпадение сфер из радиальных отверстий.
Техническим результатом полезной модели является исключение возможности попадания частиц термоиндикаторных материалов в рабочее пространство погружного устройства, расширение номенклатуры применяемых индикаторных материалов для контроля температур Это обеспечивает повышение надежности работы изделия в процессе эксплуатации и сокращение эксплуатационных затрат на обслуживание.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены варианты конструктивного исполнения термоиндикатора с запрессованными заподлицо с проточкой цилиндрическими индикаторами (фиг.1) и с индикаторами в виде сфер (дроби) соответствующего диаметра, выполненные из сплавов металлов (фиг.2).
Термоиндикатор (фиг.1) содержит имеющий форму болта корпус 1, состоящий из цилиндрической головки болта 2 с отверстием 3 для монтажного ключа (на фиг. не показан) и резьбовой части 4 для установки в контролируемую деталь.
На цилиндрической поверхности головки болта 2 (фиг.1) имеется проточка 5. В проточке 5 на цилиндрической поверхности болта 2 выполнены цилиндрические отверстия 6, в которые запрессовываются цилиндрические индикаторы из сплавов металлов с различной температурой плавления 7 на торце которых выполнено (например, керном) коническое углубление 8, а на торцевой части цилиндрической поверхности болта наносится (например, керном) метка 9 начала отсчета температур.
На фиг.2 представлен термоиндикатор, в котором в цилиндрические отверстия 6 помещены сферические индикаторы 10 из сплавов металлов с различной температурой плавления, а проточка закрыта цилиндрической обечайкой 11 из подпружиненной стали, предотвращающая выпадение сфер из радиальных отверстий, а на торцевой части цилиндрической поверхности болта наносится (например, керном) метка начала отсчета температур.
Вариант спирального расположения отверстий 6 в проточке 5 для увеличения количества индикаторов представлен на развертке (фиг.2), они расположены по спирали со сдвигом по углу не менее 15° и сдвигом по образующей на половину диаметра отверстия 6.
В проточку 5 вставляется подпружиненное цилиндрическое кольцо 11, имеющее разрез по образующей 12 шириной меньше, чем диаметр отверстия 6. Кольцо 11 предотвращает выпадение из отверстий 6 сферических индикаторов 10 из сплавов (фиг.2) в процессе монтажа и эксплуатации.
Подготовка термоиндикатора к работе производится следующим образом:
Термоиндикатор с цилиндрическими индикаторами 7 (Фиг.1):
В отверстия 6 запрессовываются цилиндрические индикаторы из сплавов металлов 7 с требуемым диапазоном температур индикации, их торцы кернятся с образованием конических углублений 8 и термоиндикатор устанавливается в соответствующее гнездо контролируемой детали (на фиг. не показана).
При воздействии температуры объекта в первую очередь плавится индикатор 7 в том отверстии 6, которое соответствует наименьшей температуре плавления. При этом конусная метка плавится и деформируется, что является свидетельством достижения соответствующей температуры. При дальнейшем увеличении температуры контролируемой детали происходят аналогичные изменения в следующих отверстиях 6.
После проведения испытаний термоиндикатор вывинчивается из контролируемой детали и по изменениям деформаций конусных меток в отверстиях 6 определяется максимальная температура нагрева детали.
Термоиндикатор с использованием сплавов металлов сферической формы (дробь) (Фиг.2):
На цилиндрическую поверхность головки болта 2 устанавливается подпружиненное кольцо 11 с разрезом по образующей 12. В отверстия 6 последовательно укладываются шарики из сплавов 10 в нужном диапазоне контроля температур одновременно надвигая кольцо 11 для перекрытия соответствующего отверстия с шариком до полного закрытия проточки 5. После этого термоиндикатор устанавливается в соответствующее гнездо контролируемой детали. Такая конструкция термоиндикатора обеспечивает защиту индикаторного шарика 10 при транспортировании и монтаже, надежный тепловой контакт шарика 10 с корпусом в любом положении термоиндикатора в контролируемой детали (на фиг. не показана) и не позволяет вытекать индикаторной массе при плавлении из корпуса термоиндикатора.
При воздействии температуры объекта в первую очередь расплавляется масса в том отверстии, материал которой имеет наименьшую температуру плавления. При нагреве шарики 10 нагреваются и при достижении температуры плавления теряют сферическую форму или растекаются.
После проведения испытаний термоиндикатор вывинчивается из контролируемой детали, снимается подпружиненное кольцо 11 и по изменениям формы шарика 10 в отверстиях 6 определяется максимальная температура нагрева детали.
При необходимости увеличения диапазона измеряемых температур или более точной температурной градации максимальной температуры, отверстия для шариков с соответствующей температурой плавления располагаются по образующей цилиндрической части экведистантно показанной на Фиг.2 развертке. Это же относится и к цилиндрическим индикаторам.
Применяя сплавы металлов в форме шариков 10 достигается значительная экономия материалов по сравнению с прототипом.
1. Термоиндикатор, содержащий корпус в форме болта и пломбы из плавящейся с заданной температурой плавления массой из сплавов металлов, отличающийся тем, что на цилиндрической головке болта имеется проточка вдоль образующей цилиндра, в которой выполнены радиальные цилиндрические отверстия, для размещения массы из сплавов металлов.
2. Термоиндикатор по п.1, отличающийся тем, что радиальные отверстия расположены по окружности проточки или по крайней мере по одной винтовой линии со сдвигом по углу не менее 15° и сдвигом по образующей на половину диаметра отверстия, количество отверстий определяется требуемым температурным диапазоном и точностью определения достигнутой максимальной температуры для контроля элементов оборудования, а на торцевой части цилиндрической поверхности болта наносится (например, керном) метка начала отсчета температур.
3. Термоиндикатор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в радиальные цилиндрические отверстия запрессовываются заподлицо с проточкой цилиндрические индикаторы, выполненные из сплавов металлов, причем на торце индикатора выполнено (например, керном) коническое углубление.
4. Термоиндикатор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в радиальные цилиндрические отверстия вставляются индикаторы в виде сфер (дроби) соответствующего диаметра, выполненные из сплавов металлов с различной температурой плавления, а в проточку вставляется цилиндрическая обечайка из подпружиненной стали, предотвращающая выпадение сфер из радиальных отверстий.
