专利名称：用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量装置及测量方法
技术领域：
本发明属于石油机械技术领域，涉及一种用于石油管具拆装架的测量螺纹连接扭矩的装置及方法。
背景技术：
在石油行业中，套管、油管、钻杆、井下工具、震击器、减震器以及螺杆钻具等工件都需要进行螺纹连接，而这些产品多数是在井下环境中使用，其可靠性尤为重要，其中螺纹连接的可靠性是影响这些产品的主要因素。目前控制螺纹连接的可靠性主要是控制螺纹连接扭矩的方式实现。因此螺纹连接扭矩的控制问题在上述产品的螺纹连接中非常重要。近几年，不同形式的螺纹旋扣设备应运而生，这些旋扣设备一般只是解决了旋扣的问题，而扭矩的测量一般都是采集驱动转动工件动作的驱动油缸的液压压力，然后通过计算得出扭矩值。这其中的液压系统损耗、机械损耗以及力臂角度的影响都无法估算，因此得出的扭矩值精度极低。在钻井过程中，由于螺纹连接扭矩过大造成螺纹损伤而发生螺纹断裂或由于螺纹连接扭矩过小造成螺纹松脱、掉井等井下事故时常发生，造成的经济损失少十几万，多则上千万。目前还没有一种高精度的扭矩测量装置及方法来实现旋扣扭矩的精确控制。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量装置及方法，能准确的测量出旋扣时的扭矩值，能实现扭矩的精确控制，保证工件之间螺纹连接的可靠性。为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案本发明提供的用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量装置，包括支撑板、夹持体、 测力杆、测力传感器和数据采集显示系统；所述的夹持体通过轴承可转动的安装在支撑板上，夹持体上设有用于夹紧工件的夹紧机构；所述测力杆沿所述夹持体转动轨迹的径向设置并与夹持体固接；所述的测力传感器的受力方向与所述测力杆垂直；测力传感器的一端螺纹连接传感器座，所述传感器座的另一端通过第一销轴与所述支撑板铰接；测力传感器的另一端螺纹连接传感器球头，所述传感器球头的另一端通过第二销轴与测力杆铰接；所述的数据采集显示系统通过导线与所述测力传感器相连接。优选的所述夹紧机构由绕所述夹持体的轴线均布设置并固装在夹持体上的多个液压缸构成。优选的所述的测力传感器为拉压力传感器。优选的所述的测力传感器为拉力传感器，所述拉力传感器设置有两个，分别设置在所述测力杆的两侧。优选的所述的测力传感器为压力传感器，所述压力传感器设置有两个，分别设置在所述测力杆的两侧。本发明提供的用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量方法，包括如下步骤在旋扣过程中，处于转动状态的工件记为转动工件，处于固定状态的工件记为固定工件；利用夹持机构夹持所述的固定工件，并将所述夹持机构设置在一可绕所述固定工件轴线转动的夹持体上；夹持体通过轴承安装在固定的支撑板上；对所述的转动工件施加扭矩,转动工件转动实施旋扣,转动工件将扭矩传递到所述的固定工件，扭矩通过固定工件传递给所述夹持体；夹持体将所述扭矩传递给与其固定在一起并沿夹持体转动轨迹的径向设置的测力杆；测力杆将该扭矩转换为方向与所述测力杆垂直的拉/压力；通过测力传感器将该拉/压力测出； 该拉/压力与力臂的乘积即得出所述扭矩的值。本发明的有益效果是该发明创新性的运用拉压力传感器或拉力传感器或压力传感器测量旋扣时处于固定状态的工件受到的反力，并通过该反力得出反扭矩，从而将旋扣扭矩值测量出来，简化了结构，从而避免了中间损耗对测量精度的影响，也即提高了扭矩测量精度，扭矩测量精度从原来的±5kN · m提高到了 ±0. IkN · m(最大扭矩为180kN · m);而且无论左旋、右旋都能准确、即时的测量并显示出来，为旋扣作业提供可靠的数据，为螺纹连接类产品提供了有力的保障。这种装置及方法可靠性较高，能广泛应用于相关行业领域，提供了一种简单可靠的扭矩测量方式。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明图I是本发明中用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量装置实施例一的主视图；图2是本发明中用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量装置实施例一的右视图；图3是本发明中用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量装置实施例二的局部结构示意图；图4是本发明中用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量装置实施例三的局部结构示意图；图中1支撑板、2轴承、3夹持体、4测力杆、5第二销轴、6第一销轴、7传感器座、8拉压力传感器、9传感器球头、10数据采集显示系统。11液压缸。
具体实施例方式如附图I、图2所示，该用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量装置的实施例一，包括支撑板I、夹持体3、拉压力传感器8和数据采集显示系统10。支撑板I是整个装置中的支撑部件，起支撑和固定作用。夹持体3是夹持工件并传递扭矩的重要部分。夹持体3通过轴承可自由转动的安装在支撑板I上。夹持体3上设有用于夹紧工件的夹紧机构。该夹紧机构由绕所述夹持体3的轴线均布设置并固装在夹持体3上的多个液压缸11构成。沿该夹持体3转动轨迹的径向设置有测力杆4，测力杆4与夹持体3固定连接。拉压力传感器8的受力方向与测力杆4垂直。拉压力传感器8的一端螺纹连接传感器座7，传感器座7的另一端通过第一销轴6与支撑板I形成铰接。拉压力传感器8的另一端螺纹连接传感器球头9，传感器球头9的另一端通过第二销轴5与测力杆4形成铰接。数据采集显示系统10通过导线与所述拉压力传感器相连接。其实现的用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量方法为夹持体3夹紧一个工件，该工件在旋扣过程中处于固定状态，记为固定工件。另一个工件处于转动状态，记为转动工件。当转动工件转动实施旋扣时，转动工件将扭矩传递到固定工件，扭矩通过固定工件传递给夹持体3，夹持体3将扭矩传递给与其固定在一起的测力杆4 ;与测力杆4相连的拉压力传感器8受到一个拉/压力，该拉/压力即为第二销轴处的切向力，该切向力的力臂即为第二销轴轴线到固定工件轴线(即夹持体转动的轴线)的垂直距离。
并将电信号传输给数据采集显示系统10，该数据采集显示系统10根据切向力与力臂的乘积即为工件所承受的扭矩的计算方式，将拉压力数据转换为扭矩数据并进行数字化处理显示出来。作为其他实施方式上述实施例一中的拉压力传感器，可改为拉力传感器或压力传感器。实施二 采用拉力传感器时，拉力传感器12需要设置两个，并分别设置在所述测力杆的两侧，如图3所示。该实施例的夹持体3在固定工件的带动下具有逆时针转动趋势时,通过测力杆4左侧的拉力传感器测得相应的拉力，然后计算出扭矩。该实施例的夹持体3在固定工件的带动下具有顺时针转动趋势时，通过测力杆4右侧的拉力传感器测得相应的拉力，然后计算出扭矩。实施三采用压力传感器时，压力传感器13也是需要设置有两个，并分别设置在所述测力杆的两侧，如图4所示。该实施例的夹持体3在固定工件的带动下具有逆时针转动趋势时，通过测力杆4右侧的压力传感器测得相应的压力，然后计算出扭矩。该实施例的夹持体3在固定工件的带动下具有顺时针转动趋势时，通过测力杆4左侧的压力传感器测得相应的压力，然后计算出扭矩。本发明并不仅仅局限于上述实施方式，基于本发明的构思，所采用的其他等同替换的技术方案均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量装置，其特征是，包括支撑板、夹持体、测力杆、测力传感器和数据采集显示系统； 所述的夹持体通过轴承可转动的安装在支撑板上，夹持体上设有用于夹紧工件的夹紧机构；所述测力杆沿所述夹持体转动轨迹的径向设置并与夹持体固接； 所述的测力传感器的受力方向与所述测力杆垂直；测力传感器的一端螺纹连接传感器座，所述传感器座的另一端通过第一销轴与所述支撑板铰接；测力传感器的另一端螺纹连接传感器球头，所述传感器球头的另一端通过第二销轴与测力杆铰接； 所述的数据采集显示系统通过导线与所述测力传感器相连接。
2.根据权利要求I所述的用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量装置，其特征是所述夹紧机构由绕所述夹持体的轴线均布设置并固装在夹持体上的多个液压缸构成。
3.根据权利要求I或2所述的用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量装置，其特征是所述的测力传感器为拉压力传感器。
4.根据权利要求I或2所述的用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量装置，其特征是所述的测力传感器为拉力传感器，所述拉力传感器设置有两个，分别设置在所述测力杆的两侧。
5.根据权利要求I或2所述的用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量装置，其特征是所述的测力传感器为压力传感器，所述压力传感器设置有两个，分别设置在所述测力杆的两侧。
6.用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量方法，其特征是，包括如下步骤 在旋扣过程中，处于转动状态的工件记为转动工件，处于固定状态的工件记为固定工件； 利用夹持机构夹持所述的固定工件，并将所述夹持机构设置在一可绕所述固定工件轴线转动的夹持体上；夹持体通过轴承安装在固定的支撑板上； 对所述的转动工件施加扭矩，转动工件转动实施旋扣，转动工件将扭矩传递到所述的固定工件，扭矩通过固定工件传递给所述夹持体； 夹持体将所述扭矩传递给与其固定在一起并沿夹持体转动轨迹的径向设置的测力杆；测力杆将该扭矩转换为方向与所述测力杆垂直的拉/压力；通过测力传感器将该拉/压力测出； 该拉/压力与力臂的乘积即得出所述扭矩的值。
全文摘要
用于石油管具拆装架的高精度扭矩测量装置及测量方法，其装置包括支撑板、夹持体、测力杆、拉压力传感器和数据采集显示系统；夹持体通过轴承可转动的安装在支撑板上，夹持体上设有工件夹紧机构；测力杆沿夹持体转动轨迹的径向设置并与夹持体固接；测力传感器的受力方向与测力杆垂直；测力传感器的一端螺纹连接传感器座，传感器座的另一端通过第一销轴与所述支撑板铰接；测力传感器的另一端螺纹连接传感器球头，所述传感器球头的另一端通过第二销轴与测力杆铰接；数据采集显示系统通过导线与拉压力传感器相连接。该装置能准确的测量出旋扣时的扭矩值，并能以数字的形式显示出来，能实现扭矩的精确控制，保证产品螺纹连接的可靠性。
文档编号G01L3/02GK102798494SQ20121032452
公开日2012年11月28日 申请日期2012年9月4日 优先权日2012年9月4日
发明者孙伟, 张桂昌, 孙玉全, 陈强, 庞文焕 申请人:德州联合石油机械有限公司
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