專利名稱：桿管磨損模擬試驗(yàn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油開采過程中抽油桿包括接箍與油管之間磨損工況的試驗(yàn)機(jī)裝置，特別涉及一種桿管磨損模擬試驗(yàn)機(jī)。
背景技術(shù)：
石油抽油開采過程中，原油通過地面抽油機(jī)帶動(dòng)井下抽油桿和抽油泵在油管中進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)而被抽到地面，在此抽油過程中抽油桿在油管中沿自己的軸心進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，由于井斜、抽油桿端部軸向力等因素的存在，因此存在著抽油桿與油管磨損或偏磨現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響油井的產(chǎn)量和壽命。2006年，中國(guó)專利局公布了一項(xiàng)專利號(hào)為200620133922. 0的滑臺(tái)式套管磨損試驗(yàn)機(jī)，為鉆井過程中鉆桿與套管的磨損試驗(yàn)提供了較好的實(shí)驗(yàn)手段，但其存在著如下的缺點(diǎn)或不足①只對(duì)石油鉆井過程中的鉆桿和套管的磨損狀況進(jìn)行了模擬，由于鉆井過程中的鉆桿和套管間的運(yùn)動(dòng)基本上為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和上下運(yùn)動(dòng)的組合，與石油開采過程中抽油桿與油管間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和拉壓運(yùn)動(dòng)大不相同；②不能用于模擬復(fù)雜介質(zhì)情況下抽油桿與油管間的磨損狀況；③不能改變循環(huán)介質(zhì)的溫度，從而對(duì)不同溫度下的磨損進(jìn)行測(cè)試—次試驗(yàn)只能對(duì)一對(duì)試樣或材料進(jìn)行試驗(yàn)；⑤現(xiàn)有磨損試驗(yàn)機(jī)只能用比例試樣，而不能使用抽油桿(接箍)和油管原件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也不能對(duì)不同材料、不同靜壓力、不同介質(zhì)和溫度下試樣間的磨擦系數(shù)、磨損量以及材料的磨擦性能進(jìn)行研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種桿管磨損模擬試驗(yàn)機(jī)，采用機(jī)架上安裝動(dòng)力系統(tǒng)、夾持系統(tǒng)、介質(zhì)系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)的組合結(jié)構(gòu)，由電機(jī)帶動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)裝有第一試樣的第一試樣夾持器沿滑動(dòng)導(dǎo)桿運(yùn)動(dòng)，與安裝在第二試樣夾持器上的第二試樣產(chǎn)生摩擦，所產(chǎn)生的應(yīng)力由傳感器檢測(cè)，并傳送到工控機(jī)進(jìn)行處理，有效地克服或避免上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)或不足。本發(fā)明所述的桿管磨損模擬試驗(yàn)機(jī)，包括動(dòng)力系統(tǒng)、夾持系統(tǒng)、介質(zhì)系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)及機(jī)架，機(jī)架上設(shè)有兩層平臺(tái)，上層為工作平臺(tái)，下層為動(dòng)力平臺(tái)，所述動(dòng)力系統(tǒng)、介質(zhì)系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)安裝于動(dòng)力平臺(tái)和工作平臺(tái)上，所述夾持系統(tǒng)安裝在工作平臺(tái)上，其特征在于所述動(dòng)力系統(tǒng)包括調(diào)速電機(jī)的傳動(dòng)軸上安裝的偏心盤和變頻器、搖桿軸上安裝的搖桿和搖臂，搖臂通過連桿與偏心盤相連接、懸桿一端與搖桿軸相連接，另一端與所述夾持系統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)桿相連接；所述夾持系統(tǒng)包括滑動(dòng)導(dǎo)桿及其上安裝的滑動(dòng)套，滑動(dòng)導(dǎo)桿的端部安裝有支撐座和限位螺母，支撐座與工作平臺(tái)相連接，滑動(dòng)導(dǎo)桿上部安裝的第一試樣夾持器，第一試樣夾持器上部、工作箱的側(cè)壁上安裝有第二試樣夾持器，該第二試樣夾持器上部順次安裝連接有加載輪、加載支架和加載缸，氣路管線一端通過加載支架與加載缸相連通，另一端順次與儲(chǔ)能氣缸和測(cè)試系統(tǒng)的正壓力傳感器相連接，供氣閥一端與空壓機(jī)相連接，另一端分別與調(diào)節(jié)器和儲(chǔ)能氣缸相連通；所述介質(zhì)系統(tǒng)包括安裝于工作平臺(tái)上的工作箱及其上順次安裝連接的進(jìn)液管、進(jìn)液閥、供液泵、供液管和供液箱，該供液箱上安裝有液位控制器，工作箱的側(cè)壁上安裝有加熱器；所述測(cè)試系統(tǒng)包括安裝于動(dòng)力平臺(tái)上的溫度傳感器、正壓力傳感器、摩擦力傳感器和連接于介質(zhì)系統(tǒng)的進(jìn)液閥和供液泵之間的流量計(jì)。其中，所述第一試樣夾持器沿滑動(dòng)導(dǎo)桿運(yùn)動(dòng)，其上至少安裝有二對(duì)夾持塊和固定螺釘，夾持至少二個(gè)試樣。所述第二試樣夾持器一端安裝有調(diào)節(jié)螺釘，另一端安裝有摩擦力傳感器。所述第二試樣夾持器至少有二個(gè)，通過調(diào)節(jié)加載缸上施加的氣動(dòng)壓力，改變加載輪上的軸向力，以控制安裝于第一試樣夾持器上的第一試樣與安裝于第二試樣夾持器上的第二試樣間的接觸壓力。所述加載缸的心軸與加載輪相連接，以調(diào)節(jié)第一試樣與第二試樣之間的高度，使之達(dá)到最佳接觸壓力，該接觸壓力由正壓力傳感器測(cè)得。所述搖桿軸上安裝有軸套，搖臂的另一端安裝有連接套和螺母。所述液位控制器通過磨屑收集器與安裝于工作平臺(tái)上的過濾器相連接。所述溫度傳感器安裝于工作箱的側(cè)壁上，在線檢測(cè)試驗(yàn)過程中循環(huán)介質(zhì)的溫度，正壓力傳感器安裝于儲(chǔ)能氣缸側(cè)下部，在線檢測(cè)兩試樣摩擦面的接觸壓力。所述測(cè)試系統(tǒng)的摩擦力傳感器、溫度傳感器、正壓力傳感器和流量傳感器，將采集獲得的數(shù)據(jù)傳送至安裝在工作平臺(tái)側(cè)壁上的工控機(jī)，再由工控機(jī)處理分析后，打印出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果或?qū)嶒?yàn)表格。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、可以很好地對(duì)不同靜壓力、不同尺寸、不同材料、不同溫度、不同礦化度以及不同介質(zhì)條件下的抽油桿/接箍與油管之間的磨擦系數(shù)、磨損量以及材料的磨擦性能進(jìn)行系統(tǒng)研究;
2、功能多，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)兩組試樣、四種材料進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還可由工控機(jī)自動(dòng)控制，為抽油桿/接箍與油管之間磨損研究提供全新的手段，滿足生產(chǎn)環(huán)境中復(fù)雜介質(zhì)條件下的抽油桿/接箍與油管之間磨損試驗(yàn)的研究要求；
3、能模擬井下實(shí)況如溫度、礦化度等，力可調(diào)；
4、采用智能軟件，由工控機(jī)控制，對(duì)沖程、沖次、磨損量曲線均可自動(dòng)采集，打印，兩種不同材料的試樣進(jìn)行同工況對(duì)比；
5、本發(fā)明以往復(fù)運(yùn)動(dòng)的形式，在恒溫介質(zhì)中，對(duì)摩擦樣塊施加以恒定的靜壓力，測(cè)定樣塊間的磨擦系數(shù)和在設(shè)定摩擦長(zhǎng)度內(nèi)的磨損量，用于評(píng)定材料的磨擦性能；
6、可以用于選擇摩擦副配對(duì)材料和材料抗磨損性能的研究；
7、可以同時(shí)在同等試驗(yàn)工況下對(duì)兩組樣件進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。


圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意 圖2為按圖1所示的府視結(jié)構(gòu)示意 圖3為按圖1所示的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意 圖4為按圖1所示的氣動(dòng)流程示意 圖5為按圖1所示的數(shù)據(jù)采集與處理流程結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式 參閱圖1-圖5，一種桿管磨損模擬試驗(yàn)機(jī)，包括動(dòng)力系統(tǒng)、夾持系統(tǒng)、介質(zhì)系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)及機(jī)架，機(jī)架上設(shè)有兩層平臺(tái)，上層為工作平臺(tái)503，下層為動(dòng)力平臺(tái)501，所述動(dòng)力系統(tǒng)、介質(zhì)系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)安裝于動(dòng)力平臺(tái)501和工作平臺(tái)503上，所述夾持系統(tǒng)安裝在工作平臺(tái)503上。動(dòng)力系統(tǒng)包括調(diào)速電機(jī)104的傳動(dòng)軸102上安裝的偏心盤101和變頻器103，變頻器103由螺栓113相固定、搖桿軸109上安裝的搖桿108和搖臂110，搖臂110通過連桿105與偏心盤101相連接，懸桿107 —端與搖桿軸106相連接，另一端與所述夾持系統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)桿210相連接；夾持系統(tǒng)包括滑動(dòng)導(dǎo)桿210及其上安裝的滑動(dòng)套213，滑動(dòng)導(dǎo)桿210的端部安裝有支撐座212和限位螺母211，支撐座212與工作平臺(tái)503相連接，滑動(dòng)導(dǎo)桿210上部安裝的第一試樣夾持器209,第一試樣夾持器209上部、工作箱307的側(cè)壁上安裝有第二試樣夾持器207，該第二試樣夾持器207上部順次安裝連接有加載輪206、加載支架205和加載缸204，氣路管線215 —端通過加載支架205與加載缸204相連通，另一端順次與儲(chǔ)能氣缸214和測(cè)試系統(tǒng)的正壓力傳感器403相連接，供氣閥221 —端與空壓縮機(jī)220相連接，另一端分別與調(diào)節(jié)器222和儲(chǔ)能氣缸214相連通；介質(zhì)系統(tǒng)包括安裝于工作平臺(tái)503上的工作箱307及其上順次安裝連接的進(jìn)液管301、進(jìn)液閥302、供液泵303、供液管308和供液箱306，該供液箱306上安裝有液位控制器305，工作箱307的側(cè)壁上安裝有加熱器309 ;測(cè)試系統(tǒng)包括安裝于動(dòng)力平臺(tái)501上的溫度傳感器402、正壓力傳感器403、摩擦力傳感器404和連接于介質(zhì)系統(tǒng)的進(jìn)液閥302和供液泵303之間的流量計(jì)405。第一試樣夾持器209沿滑動(dòng)導(dǎo)桿210運(yùn)動(dòng)，其上至少安裝有二對(duì)夾持塊201和固定螺釘202，夾持至少二個(gè)試樣。第二試樣夾持器207 —端安裝有調(diào)節(jié)螺釘217，另一端安裝有摩擦力傳感器404。第二試樣夾持器207至少有二個(gè)，通過調(diào)節(jié)加載缸204上施加的氣動(dòng)壓力，改變加載輪206上的軸向·力，以控制安裝于第一試樣夾持器209上的第一試樣203與安裝于第二試樣夾持器207上的第二試樣208間的接觸壓力。加載缸204的心軸與加載輪206相連接，以調(diào)節(jié)第一試樣203與第二試樣208之間的高度，使之達(dá)到最佳接觸壓力，該接觸壓力由正壓力傳感器403測(cè)得。搖桿軸109上安裝有軸套114，搖臂110的另一端安裝有連接套118和螺母115。液位控制器305通過磨屑收集器218與安裝于工作平臺(tái)503上的過濾器219相連接。溫度傳感器402安裝于工作箱307的側(cè)壁上，在線檢測(cè)試驗(yàn)過程中循環(huán)介質(zhì)的溫度，正壓力傳感器403安裝于儲(chǔ)能氣缸214側(cè)下部，在線檢測(cè)兩試樣摩擦面的接觸壓力。測(cè)試系統(tǒng)的摩擦力傳感器404、溫度傳感器402、正壓力傳感器403和流量傳感器405，將采集獲得的數(shù)據(jù)傳送至安裝在工作平臺(tái)503側(cè)壁上的工控機(jī)406，再由工控機(jī)406處理分析后，打印出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果或?qū)嶒?yàn)表格。本發(fā)明所依據(jù)的工作原理是基于測(cè)量物體的摩擦系數(shù)摩擦力f等于正壓力F乘以摩擦系數(shù)U，
即f = FX ii(I)
摩擦系數(shù)U = f / F(2)
由⑵式知，要測(cè)量物體的摩擦系數(shù)，只要測(cè)出一定壓力下的摩擦力便可計(jì)算其摩擦系數(shù)。該試驗(yàn)機(jī)通過正壓力儲(chǔ)能氣缸214向第二試樣208加上規(guī)定的正壓力F，在一定往復(fù)摩擦速度下使摩擦副之間產(chǎn)生摩擦，摩擦力通過摩擦力傳感器404測(cè)量，工控機(jī)406對(duì)摩擦力、正壓力、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和記錄，工控機(jī)406屏幕隨時(shí)顯示摩擦系數(shù)、溫度、摩擦長(zhǎng)度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過工控機(jī)406更改介質(zhì)溫度的設(shè)定和數(shù)據(jù)記錄區(qū)間的設(shè)定。運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)到合適的流量；設(shè)置并啟動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)104，帶動(dòng)第一試樣夾持器209往復(fù)運(yùn)動(dòng),通過空氣壓縮機(jī)220提供氣動(dòng)力,在該氣動(dòng)力的作用下，加載缸204中的活塞桿通過加載輪206將加載力施加到第二試樣208上，開始試驗(yàn)并在線收集各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)；關(guān)閉傳動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)104，關(guān)閉介質(zhì)系統(tǒng)；拆卸試樣；測(cè)量?jī)蓚€(gè)試樣的實(shí)際線性磨損量。實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的磨屑，由磨屑收集器218、過濾器219收集并過濾，以保證循環(huán)介質(zhì)的清潔，并給不同流動(dòng)介質(zhì)提供潤(rùn)滑條件；在第一試樣夾持器201外側(cè)、工作箱307底部開有介質(zhì)進(jìn)出口，便于使所用的介質(zhì)可循環(huán)使用，以便模擬油氣井中液體的流動(dòng)狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦力等由測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)傳送到工控機(jī)406，經(jīng)處理即可得到相關(guān)數(shù)據(jù)。本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所用到的抽油桿試樣直徑為10 — 65mm，軸向長(zhǎng)度50mm，油管試樣外徑38 —141. 5mm，軸向長(zhǎng)度200mm ;試樣上可加的靜載荷最大值為200 1000N，試樣滑動(dòng)速度48 m/min循環(huán)介質(zhì)排量為1.2-15m3 / h。本發(fā)明也可用于模擬其他類似情況的磨損試驗(yàn)。
權(quán)利要求
1.一種桿管磨損模擬試驗(yàn)機(jī)，包括動(dòng)力系統(tǒng)、夾持系統(tǒng)、介質(zhì)系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)及機(jī)架，機(jī)架上設(shè)有兩層平臺(tái)，上層為工作平臺(tái)，下層為動(dòng)力平臺(tái)，所述動(dòng)力系統(tǒng)、介質(zhì)系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)安裝于動(dòng)力平臺(tái)和工作平臺(tái)上，所述夾持系統(tǒng)安裝在工作平臺(tái)上，其特征在于所述動(dòng)力系統(tǒng)包括調(diào)速電機(jī)的傳動(dòng)軸上安裝的偏心盤和變頻器、搖桿軸上安裝的搖桿和搖臂，搖臂通過連桿與偏心盤相連接，懸桿一端與搖桿軸相連接，另一端與所述夾持系統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)桿相連接；所述夾持系統(tǒng)包括滑動(dòng)導(dǎo)桿及其上安裝的滑動(dòng)套，滑動(dòng)導(dǎo)桿的端部安裝有支撐座和限位螺母，支撐座與工作平臺(tái)相連接，滑動(dòng)導(dǎo)桿上部安裝的第一試樣夾持器，第一試樣夾持器上部、工作箱的側(cè)壁上安裝有第二試樣夾持器，該第二試樣夾持器上部順次安裝連接有加載輪、加載支架和加載缸，氣路管線一端通過加載支架與加載缸相連通，另一端順次與儲(chǔ)能氣缸和測(cè)試系統(tǒng)的正壓力傳感器相連接，供氣閥一端與空壓機(jī)相連接，另一端分別與調(diào)節(jié)器和儲(chǔ)能氣缸相連通；所述介質(zhì)系統(tǒng)包括安裝于工作平臺(tái)上的工作箱及其上順次安裝連接的進(jìn)液管、進(jìn)液閥、供液泵、供液管和供液箱，該供液箱上安裝有液位控制器，工作箱的側(cè)壁上安裝有加熱器；所述測(cè)試系統(tǒng)包括安裝于動(dòng)力平臺(tái)上的溫度傳感器、正壓力傳感器、摩擦力傳感器和連接于介質(zhì)系統(tǒng)的進(jìn)液閥和供液泵之間的流量計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿管磨損模擬試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述第一試樣夾持器沿滑動(dòng)導(dǎo)桿運(yùn)動(dòng)，其上至少安裝有二對(duì)夾持塊和固定螺釘，夾持至少二個(gè)試樣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿管磨損模擬試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述第二試樣夾持器一端安裝有調(diào)節(jié)螺釘，另一端安裝有摩擦力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿管磨損模擬試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述第二試樣夾持器至少有二個(gè)，通過調(diào)節(jié)加載缸上施加的氣動(dòng)壓力，改變加載輪上的軸向力，以控制安裝于第一試樣夾持器上的第一試樣與安裝于第二試樣夾持器上的第二試樣間的接觸壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的桿管磨損模擬試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述加載缸的心軸與加載輪相連接，以調(diào)節(jié)第一試樣與第二試樣之間的高度，使之達(dá)到最佳接觸壓力，該接觸壓力由正壓力傳感器測(cè)得。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿管磨損模擬試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述搖桿軸上安裝有軸套，搖臂的另一端安裝有連接套和螺母。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿管磨損模擬試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述液位控制器通過磨屑收集器與安裝于工作平臺(tái)上的過濾器相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿管磨損模擬試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述溫度傳感器安裝于工作箱的側(cè)壁上，在線檢測(cè)試驗(yàn)過程中循環(huán)介質(zhì)的溫度，正壓力傳感器安裝于儲(chǔ)能氣缸側(cè)下部，在線檢測(cè)兩試樣摩擦面的接觸壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿管磨損模擬試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述測(cè)試系統(tǒng)的摩擦力傳感器、溫度傳感器、正壓力傳感器和流量傳感器，將采集獲得的數(shù)據(jù)傳送至安裝在工作平臺(tái)側(cè)壁上的工控機(jī)，再由工控機(jī)處理分析后，打印出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果或?qū)嶒?yàn)表格。
全文摘要
一種桿管磨損模擬試驗(yàn)機(jī)，包括機(jī)架及平臺(tái)，動(dòng)力系統(tǒng)、夾持系統(tǒng)、介質(zhì)系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)安裝于平臺(tái)上。動(dòng)力系統(tǒng)包括調(diào)速電機(jī)上安裝偏心盤、搖桿軸上安裝搖桿和搖臂，搖臂與偏心盤相連接，懸桿與搖桿軸、滑動(dòng)導(dǎo)桿相連接；夾持系統(tǒng)包括滑動(dòng)導(dǎo)桿，其上安裝滑動(dòng)套及支撐座，支撐座與工作平臺(tái)相連接，滑動(dòng)導(dǎo)桿上安裝第一試樣夾持器，工作箱上安裝第二試樣夾持器及其上部安裝連接有加載輪、加載支架和加載缸，氣路管線一端與加載缸相連通，另一端與儲(chǔ)能氣缸和正壓力傳感器相連接，供氣閥一端與空壓機(jī)相連接，另一端與調(diào)節(jié)器和儲(chǔ)能氣缸相連通；介質(zhì)系統(tǒng)包括安裝于工作平臺(tái)上的工作箱及其上順次安裝連接的進(jìn)液管、進(jìn)液閥、供液泵、供液管、供液箱、液位控制器及加熱器。
文檔編號(hào)G01N3/56GK103033468SQ201210542819
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月15日
發(fā)明者馬愛民, 吳淼, 于慶國(guó), 李桂榮, 李大剛 申請(qǐng)人:山東大東聯(lián)石油設(shè)備有限公司