Результат интеллектуальной деятельности: Стенд энергосберегающий для комплексных испытаний буровых установок и бурильных труб

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к оборудованию для испытания рабочих органов буровых установок и бурильных труб.

Известен стенд для исследования буровых рабочих органов в целях повышении эффективности и расширении диапазона возможностей путем измерения крутящего момента, осевого усилия и скорости погружения рабочего органа и использования в эксперименте рабочих органов больших диаметров и значительного сокращения времени на проведение испытаний в естественных условиях без подготовки образцов (патент RU № 2 593 612). Недостатком известного решения является возможность испытания только отдельных узлов бурового оборудования.

Известен «Стенд для испытаний мобильной буровой и грузоподъёмной техники» (патент RU № 181275 на полезную модель) статическим и динамическим нагружением. Недостатком известного решения является возможность испытаний только грузоподъемного оборудования буровой установки.

Известен «Комплексный стенд для испытаний мобильной буровой техники и сопутствующего оборудования» (патент RU №73018 на полезную модель), отличающийся тем, что содержит ферму и нагрузочную тележку, которая соединена талевой системой и перемещается вдоль фермы, обеспечивая нагружение лебедки буровой установки в динамике регулируемой нагрузкой. Недостатком известного решения является ограничение на проведение преимущественно нагрузочных испытаний различных силовых металлоконструкций буровой установки.

Известен стенд для испытания буровых установок (авт. свидетельство СССР №607007), содержащий механизм нагружения, упорный узел и тормозной механизм.

Недостатком известного решения является сложность конструкции исполнительных механизмов стенда и ограничение на использование стенда для испытания исключительно узлов буровой установки.

Наиболее близким к предлагаемому решению является «Стенд для комплексных испытаний буровых установок и бурильных труб» (патент RU № 2746680 С1 МПК G01M 99/00 (2011.01) E21B 3/00 (2006.01), содержащий механизм нагружения, упорный узел и тормозной механизм в виде углового конического редуктора, соединённого с валом упорного узла муфтой, и двух соединённым муфтами с редуктором порошковых электромагнитных тормозов.

Недостатком известного решения является необходимость устройства системы отвода тепла, выделяемого при работе порошковых электромагнитных тормозов, и высокая энергоёмкость стенда при проведении длительных ресурсных испытаний.

Решаемая задача – повышение экономичности стенда при обеспечении длительных ресурсных испытаний узлов буровой установки и бурильных труб.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем механизм нагружения, упорный узел и тормозной механизм в виде углового конического редуктора, соединённого с валом упорного узла муфтой, и двух соединённым муфтами с редуктором тормозов, тормоза выполнены в виде асинхронных электродвигателей, работающих в тормозном режиме с рекуперацией электрической энергии в питающую сеть посредством полупроводниковых преобразователей частоты с соответствующей силовой частью.

Технический результат изобретения – упрощение конструкции стенда и снижение потерь электроэнергии при проведении длительных ресурсных испытаний элементов привода и металлоконструкции буровой установки, бурильных труб и соединений указанных труб в условиях динамического нагружения, близких к условиям эксплуатации.

На чертеже показана принципиальная схема стенда энергосберегающего для комплексных испытаний буровых установок и бурильных труб.

На чертеже обозначено: 1 - механизм нагружения, 2 - упорный узел, 3 - тормозной механизм, 4 - нагружатель-вращатель буровой установки (буровая установка условно не показана), 5 и 6 - бурильные трубы, 7 - резьбовое соединение труб 5 и 6 друг с другом, 8 - резьбовое соединение трубы бурильной 6 с упорным узлом 2, 9 - вал упорного узла 2, 10 - общая ось нагружателя-вращателя, бурильных труб и упорного узла, 11 - корпус опорного узла 2 (самоустанавливающимися упорно-радиальные подшипники упорного узла условно не показаны), 12 - рама тормозного механизма 3, 13 - угловой конический редуктор, 14 - соединительная муфта между редуктором 13 и валом 9 упорного узла 2, 15 и 16 - асинхронные электродвигатели, 17 и 18 - соединительные муфты между редуктором 13 и асинхронными электродвигателями 15 и 16, 19 – полупроводниковых преобразователей частоты, 20 – устройство подключения к электрической сети, Т (со стрелкой) – вращающий момент нагружателя-вращателя, F (со стрелкой) – сила растяжения труб нагружателем-вращателем, ω (со стрелкой) – угловая скорость нагружателя-вращателя. Соединения упорного узла 2, углового редуктора 13 и асинхронных электродвигателей 15 и 16 с рамой 12 тормозного механизма 3 условно показаны осевыми линиями.

Процесс подготовки стенда к испытаниям и собственно испытаний осуществляется следующим образом.

Подготовка стенда к испытаниям (монтажные работы). На производственной площадке для испытаний размещаются буровая установка (условно не показана) с нагружателем-вращателем 1 и тормозной механизм 3 с установленным на раме 12 корпусом 11 упорного узла 2 с обеспечением общей оси 10 нагружателя-вращателя 1 и упорного узла 2. Рама 12 тормозного механизма 3 фиксируется на производственной площадке (элементы крепления условно не показаны). Испытываемые бурильные трубы 5 и 6 сочленяются резьбовым соединением 7. Затем труба 5 закрепляется в нагружателе-вращателе 1 (соединение условно не показано). Далее трубы 5 и 6 подводятся к упорному узлу 2 и труба 6 сочленяется с валом 9 упорного узла 2 резьбовым соединением 8. После завершения монтажных работ осуществляется подключение буровой установки к энергоисточнику (условно не показан), асинхронных электродвигателей 15 и 16 к полупроводниковому преобразователю частоты 19 (сплошные линии с точками на концах), который через устройство 20 подключается к электрической сети (условно не показана), и подключение блоков управления (пультов, компьютеров и т.п.) (условно не показаны).

Собственно испытания проводятся путем создания растягивающей нагрузки F и приложения вращающего момента Т к трубам 5 и 6 нагружателем-вращателем 1 при вращении его с угловой скоростью ω. При этом вращение труб 5 и 6 через вал 9 и муфту 14 передается на угловой конический редуктор 13 и далее через муфты 17 и 18 на валы асинхронных электродвигателей 15 и 16, создающим момент сопротивления вращающему моменту Т. Таким образом, значение вращающего момента Т будет определяться моментом сопротивления асинхронных электродвигателей 15 и 16, задаваемым по требуемой циклограмме управляющим компьютером. Аналогично по специальным циклограммам могут изменяться значения растягивающей нагрузки F и угловой скорости ω.

Ресурсные испытания производятся в течение требуемого времени для определения фактической долговечности узлов привода буровой установки, бурильных труб 5 и 6 и резьбового соединения 7. Использование двух асинхронных электродвигателей 15 и 16, работающих в тормозном режиме с рекуперацией электрической энергии в питающую сеть посредством полупроводниковых преобразователей частоты с соответствующей силовой частью позволяет расширить диапазон регулирования нагрузки на испытываемые элементы и повысить экономичность процесса длительных ресурсных испытаний. Параллельное (комплексное) испытание буровой установки и бурильных труб позволяет сократить время испытаний и (при обеспечении соответствующих циклограмм изменения нагрузочных параметров) приблизить условия испытаний к условиям эксплуатации.