Результат интеллектуальной деятельности: Стенд для испытаний механического теплового компенсатора

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для испытаний различных конструкций механических тепловых компенсаторов, устанавливаемых в скважинах.

Известен «Стенд для испытаний гидроцилиндров» по патенту РФ на изобретение №2498120, содержащий испытуемый гидроцилиндр с поршнем и корпусом, а также нагрузочный механизм, сообщающийся посредством трубопроводов с испытуемым гидроцилиндром, при этом стенд снабжен механизмом вращательного движения, с которым связан поршень гидроцилиндра, и механизмом возвратно-поступательного движения, с которым связан корпус испытуемого гидроцилиндра.

Недостатком известного стенда по патенту РФ на изобретение №2498120 является ограниченная функциональность, обусловленная отсутствием возможности контроля усилий при перемещении с различной скоростью поршня гидроцилиндра, а так же отсутствием возможности проведения гидравлических испытаний при различной величине выдвижения поршня из гидроцилиндра.

Известен «Стенд для испытаний силовых цилиндров» по патенту РФ на изобретение №2528544, принятый в качестве ближайшего аналога, содержащий установленные на раме подвижную каретку в продольных направляющих, испытываемый силовой цилиндр, шток которого соединен с подвижной кареткой, элементы фиксации гильзы и штока силового цилиндра и нагружающее устройство, при этом он снабжен устройством для измерения силы, установленным с возможностью взаимодействия с упомянутым штоком, размещенными в подвижной каретке переходником, установленным в роликовой опоре соосно штоку, и дополнительным нагружающим устройством, связанным с гильзой, установленной шарнирно на кронштейне, закрепленном на раме, тормозом, выполненным в виде двух балок, одни концы которых через оси соединены с рамой в конце хода подвижной каретки, другие концы выполнены подпружиненными под углом к раме, фрикционных накладок, закрепленных как на балках, так и на раме, амортизатором, ограничивающим ход каретки, и элементом фиксации штока силового цилиндра, выполненного в виде П-образного рычага, через две оси шарнирно связанного с рамой, двух размещенных на раме втулок с двумя взаимодействующими с кареткой ползунами, выполненными с возможностью взаимодействия с осями рычага с горизонтальными пазами, при этом нагружающие устройства выполнены в виде отдельных плит.

Недостатком известного стенда по патенту РФ на изобретение №2528544 является ограниченная функциональность, обусловленная отсутствием возможности контроля усилий при перемещении с различной скоростью штока силового цилиндра, а так же отсутствием возможности проведения гидравлических испытаний при различной величине выдвижения штока из силового цилиндра.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача расширения функциональных возможностей стенда за счет контроля усилий при перемещении с различной скоростью штока в цилиндре механического теплового компенсатора, а так же проведение гидравлических и прочностных испытаний при различной величине выдвижения штока из цилиндра механического теплового компенсатора.

Поставленная задача в заявляемом изобретении решается за счет того, что стенд для испытаний механического теплового компенсатора содержит раму с продольными направляющими, подвижную каретку, имеющую возможность перемещения по продольным направляющим и фиксации на раме, две или более опоры, имеющие возможность перемещения по продольным направляющим и фиксации на раме, внутренняя сквозная полость испытываемого механического теплового компенсатора герметично закрыта со стороны штока заглушкой штока, соединенной через измеритель силы с подвижной кареткой, а со стороны цилиндра заглушкой цилиндра, соединенной с установленным на раме нагружающим устройством, при этом опоры обеспечивают соосность штока относительно цилиндра испытываемого механического теплового компенсатора при перемещении подвижной кареткой штока с различной скоростью, опоры имеют возможность фиксации штока и цилиндра относительно рамы, внутренняя сквозная полость через канал подачи в заглушке штока сообщается с гидростанцией, обеспечивающей заполнение жидкостью под давлением внутренней сквозной полости, внутренняя сквозная полость через канал подвода в заглушке цилиндра сообщается с пневмостанцией, обеспечивающей вытеснение жидкости из сквозной внутренней полости воздухом под давлением, в заглушке штока также выполнен сообщающийся с гидростанцией канал слива жидкости из внутренней сквозной полости, в заглушке цилиндра также выполнен сообщающийся с пневмостанцией канал отвода воздуха из внутренней сквозной полости.

Заявленное изобретение отличается от известного технического решения по патенту РФ №№2528544 тем, что опоры обеспечивают соосность штока относительно цилиндра испытываемого механического теплового компенсатора при перемещении подвижной кареткой штока с различной скоростью, опоры имеют возможность фиксации штока и цилиндра относительно рамы, внутренняя сквозная полость через канал подачи в заглушке штока сообщается с гидростанцией, обеспечивающей заполнение жидкостью под давлением внутренней сквозной полости, внутренняя сквозная полость через канал подвода в заглушке цилиндра сообщается с пневмостанцией, обеспечивающей вытеснение жидкости из сквозной внутренней полости воздухом под давлением, в заглушке штока также выполнен сообщающийся с гидростанцией канал слива жидкости из внутренней сквозной полости, в заглушке цилиндра также выполнен сообщающийся с пневмостанцией канал отвода воздуха из внутренней сквозной полости.

Указанное отличие позволило получить технический результат, а именно, обеспечило расширение функциональных возможностей стенда за счет контроля усилий при перемещении с различной скоростью штока в цилиндре механического теплового компенсатора, а так же проведение гидравлических и прочностных испытаний при различной величине выдвижения штока из цилиндра механического теплового компенсатора.

На фиг. 1 представлена схема для испытаний механического теплового компенсатора.

На фиг. 2 представлен механический тепловой компенсатор герметично закрытый со стороны штока 7 заглушкой 8 штока, а со стороны цилиндра 10 заглушкой 11 цилиндра.

Стенд для испытаний механического теплового компенсатора (фиг. 1, 2) содержит раму 1 с продольными направляющими 2, подвижную каретку 3, имеющую возможность перемещения по продольным направляющим 2 и фиксации на раме 1, две или более опоры 4, имеющие возможность перемещения по продольным направляющим 2 и фиксации на раме 1, внутренняя сквозная полость 5 испытываемого механического теплового компенсатора 6 герметично закрыта со стороны штока 7 заглушкой 8 штока, соединенной через измеритель силы 9 с подвижной кареткой 3, а со стороны цилиндра 10 заглушкой 11 цилиндра, соединенной с установленным на раме 1 нагружающим устройством 12, при этом опоры 4 обеспечивают соосность штока 7 относительно цилиндра 10 испытываемого механического теплового компенсатора 6 при перемещении подвижной кареткой 3 штока 7 с различной скоростью, опоры 4 имеют возможность фиксации штока 7 и цилиндра 10 относительно рамы 1, внутренняя сквозная полость 5 через канал 13 подачи в заглушке 8 штока сообщается с гидростанцией 14, обеспечивающей заполнение жидкостью под давлением внутренней сквозной полости 5, внутренняя сквозная полость 5 через канал 15 подвода в заглушке 11 цилиндра сообщается с пневмостанцией 16, обеспечивающей вытеснение жидкости из сквозной внутренней полости 5 воздухом под давлением, в заглушке 8 штока также выполнен сообщающийся с гидростанцией 14 канал 17 слива жидкости из внутренней сквозной полости 5, в заглушке 11 цилиндра также выполнен сообщающийся с пневмостанцией 16 канал 18 отвода воздуха из внутренней сквозной полости 5.

Стенд для испытаний механического теплового компенсатора (фиг. 1-2) работает следующим образом.

Перед началом испытаний внутреннюю сквозную полость 5 испытываемого механического теплового компенсатора 6, состоящего из цилиндра 10 и штока 7 с уплотнительными элементами, герметично закрывают со стороны штока 7 заглушкой 8 штока, а со стороны цилиндра 10 заглушкой 11 цилиндра (фиг. 2). Устанавливают механический тепловой компенсатор 6, например, на четыре опоры 4, имеющие возможность перемещения по продольным направляющим 2 и фиксации на раме 1, а также обеспечивающие соосность при перемещении штока 7 относительно цилиндра 10. Стыкуют заглушку 8 штока с измерителем силы 9, например, через фланцевое соединение. Измеритель силы 9 установлен на подвижной каретке 3. Подвижная каретка 3 имеет возможность перемещения по продольным направляющим 2, например цепным привод, работающим от мотор-редуктора, а также фиксации на раме 1. Стыкуют заглушку 11 цилиндра с нагружающим устройством 12, соединенной с установленным на раме 1 нагружающим устройством 12, например, через фланцевое соединение. Нагружающее устройство 12, например гидроцилиндр, установлен на раме 1. Подключают внутреннюю сквозную полость 5 испытываемого механического теплового компенсатора 6 через канал 13 подачи и канал 17 слива жидкости в заглушке 8 штока к гидростанции 14, а также через канал 15 подвода и канал 18 отвода воздуха в заглушке 11 цилиндра к пневмостанции 16. Канал 13 подачи и канал 17 слива жидкости гидростанции 14 закрыты. Канал 15 подвода и канал 18 отвода воздуха пневмостанции 16 закрыты. Стенд готов к проведению испытаний. Испытания проводят в следующем порядке.

Проводят испытание на контроль усилий перемещения штока 7 относительно цилиндра 10 испытываемого механического теплового компенсатора 6. Опоры 4, имеющие возможность перемещения по направляющим 2 рамы 1, обеспечивают соосность штока 7 относительно цилиндра 10 механического теплового компенсатора 6. При этом, например тремя опорами 4 неподвижно фиксируют цилиндр 10 относительно рамы 1 (фиг. 1). Подвижной кареткой 3 задвигают шток 7 в цилиндр 10 испытываемого механического теплового компенсатора 6 до необходимого минимального расстояния h, характеризующего выдвижение штока 7 из цилиндра 10. Далее подвижной кареткой 3 выдвигают шток 7 из цилиндра 10. Скорость подвижной каретки 3 в процессе выдвижения штока 7 изменяется по заданному алгоритму, например, в диапазоне от 50 мм/сек до 200 мм/сек с шагом 10 мм/сек. Во время перемещения с различной скоростью подвижной каретки 3 контролируют усилия перемещения штока 7 в цилиндре 10 измерителем силы 9, например, тензометрическим датчиком. Контролируемое усилие не должно превышать максимального значения, например, не более 80 кН.

Далее проводят гидравлическое испытание на герметичность и прочность испытываемого механического теплового компенсатора 6 в требуемых положениях штока 7 относительно цилиндра 10. Подвижной кареткой 3 выдвигают шток 7 из цилиндра 10 на требуемое расстояние h. Подвижную каретку 3 фиксируют на раме 1. У опор 4 снимают фиксацию цилиндра 10 относительно рамы 1, при этом опоры 4 обеспечивают соосность перемещения штока 7 относительно цилиндра 10. Открывают канал 13 подачи жидкости, например, воды, из гидростанции 14 во внутреннюю сквозную полость 5 испытываемого механического теплового компенсатора 6. Жидкость под давлением заполняет внутреннюю сквозную полость 5. Так же открывают канал 18 отвода воздуха, сообщающийся с пневмостанцией 16, через который отводят воздух, вытесняемый из внутренней сквозной полости 5. После заполнения жидкостью внутренней сквозной полости 5 канал 18 отвода воздуха закрывают. Во внутренней сквозной полости 5 создают необходимое давление жидкости, например, 80 МПа. Канал 13 подачи жидкости закрывают. Далее нагружающим устройством 12 создают осевое усилие, например, 1000 кН, сжимающее испытываемый механический компенсатор 6. Возникающие при испытании усилия от внутреннего давления жидкости и осевого сжатия контролируют измерителем силы 9. Контролируемое усилие не должно превышать максимального значения, например, не более 1500 кН. Также контролируют герметичность и прочность испытываемого механического теплового компенсатора 6. Например, в течение 10 минут недопустимо появление капель жидкости, возникновение деформаций и короблений деталей испытываемого механического теплового компенсатора 6, находящегося под нагрузкой. Далее отключают нагружающее устройство 12 и снимают сжимающее осевое усилие с механического теплового компенсатора 6. Открывают канал 17 слива жидкости из внутренней сквозной полости 5 испытываемого механического теплового компенсатора 6, сообщающийся с гидростанцией 14, и сбрасывают давление жидкости во внутренней сквозной полости 5. Открывают канал 15 подвода, сообщающийся с пневмостанцией 16, и сжатым воздухом вытесняют жидкость из внутренней сквозной полости 5. Канал 17 слива жидкости закрывают. Канал 15 подвода воздуха закрывают. Открывают канал 18 отвода и сбрасывают давление воздуха во внутренней сквозной полости 5, после чего канал 18 отвода закрывают. При необходимости задают следующее требуемое расстояние h и проводят по приведенной выше методике гидравлическое испытание на герметичность и прочность испытываемого механического теплового компенсатора 6. После окончания испытаний механический тепловой компенсатор 6 снимают с опор 4, снимают заглушку 8 штока и заглушку 11 цилиндра.

Стенд готов к испытанию следующего механического теплового компенсатор 6.

Заявленное изобретение позволило получить технический результат, а именно обеспечило расширение функциональных возможностей стенда за счет контроля усилий при перемещении с различной скоростью штока в цилиндре механического теплового компенсатора, а так же проведение гидравлических и прочностных испытаний при различной величине выдвижения штока из цилиндра механического теплового компенсатора.