一種旋轉控制頭膠芯磨損的實驗設備制造技術

本實用新型專利技術公開了一種用于旋轉控制頭膠芯磨損的實驗設備，屬于磨損實驗測量設備技術領域。本實用新型專利技術的旋轉控制頭膠芯磨損實驗設備，包括立式萬能摩擦磨損試驗機、試件膠芯夾具、導管及步進可調泥漿泵。本實用新型專利技術中的主軸與夾具中由殼體總成及固定裝置所固定的試件膠芯構成旋轉副并發生相對轉動，溫度控制裝置及步進可調泥漿泵為其提供不同實驗條件，有效模擬旋轉控制頭在欠平衡鉆井過程中膠芯的磨粒磨損情況。本實用新型專利技術解決目前該領域實驗設備不具備系統化標準化的問題，促進對其磨損機理及損傷演變規律的研究。可為旋轉控制頭膠芯等相關零部件的設計、制造與維護提供準確、可靠的試驗依據。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及磨損實驗測量設備
，具體是一種旋轉控制頭膠芯磨損的實驗設備，尤其是一種模擬欠平衡鉆井技術中旋轉控制頭膠芯磨損的實驗設備。
技術介紹
旋轉控制頭是欠平衡鉆井技術的關鍵設備，它主要依靠膠芯與鉆桿之間的過盈配合，利用膠芯變形密封鉆井液壓力，所以膠芯的性能在一定程度上決定了欠平衡鉆井的施工能力。但一方面國產旋轉控制頭膠芯的研制投入不夠，導致膠芯的設計、生產缺乏相關標準規范的引導，檢驗、運輸及貯存準則也不完善；另一方面，對于膠芯的磨損實驗缺少系統化、標準化的實驗裝置及設備，使得該領域的技術實驗得不到與實際生產中相似的磨痕表面形貌及表面成分，無法促進對其磨損機理及損傷演變規律的研究。對磨粒磨損進行試驗與分析，并總結出其磨損機理及與相關工況的關系，可為旋轉控制頭膠芯等相關零部件的設計、制造與維護提供準確、可靠的試驗依據，對提高零部件的疲勞壽命具有重要的意義。物體表面與硬質顆粒或硬質凸出物(包括硬金屬)相互摩擦引起表面材料損失的現象稱為磨粒磨損。而磨料磨損機理是屬于磨料的機械作用，這種機械作用在很大程度上與磨料的性質、形狀及尺寸大小，固定的程度以及載荷作用下磨料與被磨材料表面的機械性能有關。其 中磨料的硬度、大小及形狀，磨粒的韌性、壓碎強度以及外界載荷大小、滑動距離及滑動速度都會對磨粒磨損產生影響。現有的磨損試驗方法可分為兩類：①實物磨損試驗：即以實物零件在機器實際工作條件下進行試驗，或者用實物零件在模擬機械使用條件的試驗臺上進行試驗。②試樣磨損試驗：即將欲試材料制成規定試樣，在規定的試驗條件下在專門設計的試驗機上進行試驗。
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種旋轉控制頭膠芯磨損的實驗設備，以解決上述
技術介紹
中提出的問題。為實現上述目的，本技術提供如下技術方案：一種旋轉控制頭膠芯磨損的實驗設備，包括試件膠芯夾具、立式萬能摩擦磨損試驗機、導管及步進可調泥漿泵，所述的立式萬能摩擦磨損試驗機頂部有由液壓活塞驅動的主軸，其下方旋轉試驗臺通過螺紋及定位銷連接固定試件膠芯夾具，通過主軸旋轉模擬旋轉控制頭鉆井過程中的相對轉動。旋轉試驗臺右方有對步進可調泥漿泵起支持作用的平臺。進一步地，所述試件膠芯夾具由殼體總成、旋轉總成、固定裝置及傳感裝置組成。進一步地，所述殼體總成由夾具蓋及夾具筒組成，夾具蓋中心留有貫穿主軸的較大通孔，周圍等距離等角度分布六個較小通孔，用于嚴密配合試件膠芯上端面加工的螺柱固定試件膠芯。進一步地，所述夾具筒中間放置試件膠芯，兩者圍成的空間部分成為介質腔。夾具筒二分之一高度的外圍圓周開有三個均布孔口，用以放置夾持圈的支持桿。夾具筒底部外壁對稱開一組孔口，分別為外接步進可調泥漿泵出口的進介質口和外接步進可調泥漿泵進口的出介質口。夾具筒上下端分別通過螺紋連接與夾具蓋、旋轉試驗臺連接固定，在所述的夾具筒外壁進介質口和出介質口設有中心開孔的防塵橡膠皮，所述防塵橡膠皮的邊部固定于夾具筒外壁面。進一步地，所述旋轉總成由主軸、試件膠芯、軸承及密封圈組成，所述主軸與試件膠芯之間為過盈配合裝配，工作時主軸相對于試件膠芯旋轉。進一步地，所述軸承安放于夾具筒內部的沉頭孔上，軸承和密封圈位于主軸的末端相鄰兩個臺階上。進一步地，所述固定裝置由螺栓和夾持圈組成。試件膠芯上端面經硫化處理，其均布的六組加工螺柱貫穿夾具蓋的通孔通過螺栓連接，從而保證試件膠芯自身軸向、徑向固定。在試件膠芯的外圍有夾持圈用于加強徑向固定。進一步地，所述傳感裝置由溫度控制裝置、扭矩測量裝置和流壓測量裝置組成。主軸底部向上三分之一處中空處理，放置溫度控制裝置，導線通過軸心向下由主軸底端導出，接往摩擦磨損試驗機溫度控制系統。主軸底部留有細長臺階，末端傳遞扭矩并通過與其接觸的摩擦磨損試驗機扭矩傳感測量裝置向系統導入實時扭矩數據。夾持圈作中空處理，貼近外壁面處安裝流壓測量裝置，其導線通過支持桿引出 并接到采集系統。進一步地，所述步進可調泥漿泵為配備流量壓力調節裝置的微型泥漿泵，工作時驅動液體介質循環流動與膠芯試件摩擦表面接觸，防止夾具筒中的試驗泥漿介質沉淀。步進可調泥漿泵通過導管與夾具進介質口相通。與現有技術相比，本技術的有益效果是：1)本技術的實驗設備，結構簡單，操作簡便，維修方便，適合推廣應用；2)本技術的實驗設備，能在可控高溫、液壓流速、顆粒介質的不同變量條件下進行磨粒磨損試驗；3)本技術的實驗設備，能有效模擬旋轉控制頭在欠平衡鉆井過程中膠芯的磨粒磨損情況，得到與實際生產中相似的磨痕表面形貌及表面成分，促進對其磨損機理及損傷演變規律的研究；4)本技術的實驗設備，利用其得出的準確實驗數據，可總結出旋轉控制頭膠芯磨損機理及與相關工況的關系，可為旋轉控制頭膠芯等相關零部件的設計、制造與維護提供準確、可靠的試驗依據。附圖說明圖1是本技術的結構位置示意圖；圖2是本技術中夾具組成示意圖；圖3是本技術中夾具結構示意圖；圖4是本技術中夾具俯視圖；具體實施方式下面將結合本技術實施例中的附圖，對本技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本技術保護的范圍。請參閱圖1，本技術提供一種技術方案：一種旋轉控制頭膠芯磨損的實驗設備，包括試件膠芯夾具1、立式萬能摩擦磨損試驗機2、導管3及步進可調泥漿泵4，所述的立式萬能摩擦磨損試驗機2頂部有由液壓活塞驅動的主軸，其下方旋轉試驗臺通過螺紋及定位銷連接固定試件膠芯夾具1，通過主軸旋轉模擬旋轉控制頭鉆井過程中的相對轉動。旋轉試驗臺右方有對步進可調泥漿泵4起支持作用的平臺。由于采用了上述結構，旋轉試驗臺通過螺紋及定位銷連接固定試件膠芯夾具，能夠有效保證試件膠芯夾具的穩定性。由液壓活塞驅動主軸的旋轉運動，使得其頻率和扭矩控制精確，試驗精度高。進一步地，所述試件膠芯夾具1由殼體總成5、旋轉總成6、固定裝置7及傳感裝置8組成。進一步地，所述殼體總成5由夾具蓋11及夾具筒12組成。進一步地，夾具蓋11中心留有貫穿主軸的較大通孔，周圍等距離等角度分布六個較小通孔，用于嚴密配合試件膠芯上端面加工的螺柱固定試件膠芯。(由于采用了上述結構，通過夾具蓋與筒壁的螺紋 連接能有效保證試件膠芯受到持續穩定的擠壓作用，從而在鉛直方向實現了試件膠芯的固定。)進一步地，所述夾具筒12中間放置試件膠芯，兩者圍成的空間部分成為介質腔。夾具筒12二分之一高度的外圍圓周開有三個均布孔口，用以放置夾持圈13的支持桿20。夾具筒底部外壁對稱開一組孔口，分別為外接步進可調泥漿泵4出口的進介質口19和外接步進可調泥漿泵4進口的出介質口14。夾具筒12上下端分別通過螺紋連接與夾具蓋11、旋轉試驗臺連接固定。由于采用了上述結構，夾具蓋與夾具筒所密閉的空間可提供介質腔。向介質腔內充入液體顆粒介質，均不會影響載荷的施加與扭矩的驅動。通過向介質腔內充入液體顆粒介質使其浸沒試件內壁及其與試件外壁的接觸面，即可在各種不同顆粒性質的液體介質條件下進行磨粒磨損試驗。進一步地，在所述的夾具筒外壁進介質口19和出介質口14設有中心開孔的防塵橡膠皮，所述防塵橡膠皮的邊本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種旋轉控制頭膠芯磨損的實驗設備，其特征在于：包括試件膠芯夾具(1)、立式萬能摩擦磨損試驗機(2)、導管(3)及步進可調泥漿泵(4)，所述的立式萬能摩擦磨損試驗機(2)頂部有由電機驅動的主軸，其下方旋轉試驗臺通過螺紋及定位銷連接固定試件膠芯夾具(1)，通過主軸旋轉模擬旋轉控制頭鉆井過程中鉆桿與橡膠膠芯的相對轉動，旋轉試驗臺右方有對步進可調泥漿泵(4)起支持作用的平臺。

【技術特征摘要】
1.一種旋轉控制頭膠芯磨損的實驗設備，其特征在于：包括試件膠芯夾具(1)、立式萬能摩擦磨損試驗機(2)、導管(3)及步進可調泥漿泵(4)，所述的立式萬能摩擦磨損試驗機(2)頂部有由電機驅動的主軸，其下方旋轉試驗臺通過螺紋及定位銷連接固定試件膠芯夾具(1)，通過主軸旋轉模擬旋轉控制頭鉆井過程中鉆桿與橡膠膠芯的相對轉動，旋轉試驗臺右方有對步進可調泥漿泵(4)起支持作用的平臺。2.根據權利要求1所述的一種旋轉控制頭膠芯磨損的實驗設備，其特征在于：所述試件膠芯夾具(1)由殼體總成(5)、旋轉總成(6)、固定裝置(7)及傳感裝置(8)組成。3.根據權利要求2所述的一種旋轉控制頭膠芯磨損的實驗設備，其特征在于：所述殼體總成(5)由夾具蓋(11)及夾具筒(12)組成，夾具蓋(11)中心留有貫穿主軸的較大通孔，周圍等距離等角度均勻分布六個較小通孔，用于嚴密配合試件膠芯上端面加工的螺柱固定試件膠芯。4.根據權利要求3所述的一種旋轉控制頭膠芯磨損的實驗設備，其特征在于：所述夾具筒(12)中間放置試件膠芯，兩者圍成的空間部分成為介質腔，夾具筒(12)二分之一高度的外圍圓周開有三個均布孔口，用以放置夾持圈(13)的支持桿(20)，夾具筒(12)底部外壁對稱開一組孔口，分別為外接步進可調泥漿泵(4)出口的進介質口(19)和外接步進可調泥漿泵(4)進口的出介質口(14)，夾具筒(12)上下端分別通過螺紋連接與夾具蓋(11)、旋轉試驗臺連接固定，在所述的夾具筒外壁進介質口(19)和出介質口(14)設有中心開孔的防塵橡膠皮，所述防塵橡膠皮的邊部固定于夾具筒外壁面。5.根據權利要求2所述的一種旋轉控制頭膠芯磨損的實驗設備，其特征在于：所述旋轉總成(6...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡剛，王國榮，李泉昌，周彬，陳柏浩，趙燎，郭寶林，程強，
申請(專利權)人：西南石油大學，
類型：新型
國別省市：四川;51