一种螺杆钻具性能测试系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种螺杆钻具性能测试系统及方法，该系统包括依次连接的测功机、减速箱、传动箱和待测试螺杆钻具。该系统还包括轴向加压装置，轴向加压装置与单动加压装置、传动箱和待测试螺杆钻具依次相连接。采用本发明专利技术的螺杆钻具性能测试系统进行测试时，能够避免冲击震动对扭矩和转速的影响，使得测试结果更为准确。本发明专利技术的螺杆钻具性能测试方法，既能够用于无模拟钻压和循环背压等负载条件下的普通螺杆钻具性能测试，也能够用于处于模拟钻压和循环背压等负载条件下的螺杆钻具性能测试，具有广阔的应用和推广前景。有广阔的应用和推广前景。有广阔的应用和推广前景。

【技术实现步骤摘要】
一种螺杆钻具性能测试系统及方法


[0001]本专利技术属于煤矿井下定向钻进装置性能检测
，涉及螺杆钻具，具体涉及一种螺杆钻具性能测试系统及方法。

技术介绍

[0002]螺杆钻具是一种容积式井下动力钻具，螺杆钻具能够把钻井液的水力能转换为钻头的机械能，实现碎岩钻进，其广泛应用于本煤层钻孔、顶板高位孔、底板注浆孔以及底板疏放水钻孔等定向钻孔施工。施工底板疏放水钻孔时，通常在灰岩或致密砂岩等坚硬地层钻进，使用常规螺杆钻具存在钻进效率低、使用寿命短的问题，采用螺杆钻具在回转碎岩的同时以一定的冲击频率和冲击载荷对坚硬岩石进行预破碎，形成岩石坑和微裂纹，能够大幅提高碎岩效率。
[0003]目前，国内对螺杆钻具检测主要依据为石油行业《SY/T5383
‑
1999螺杆钻具》标准，检测标准中包括输入介质的压力、螺杆钻具的输出扭矩、螺杆钻具的输出转速、冲击力、冲击频率等参数。
[0004]但是，现有技术中存在以下缺陷：
[0005]第一，缺乏螺杆钻具的扭矩与冲击相结合的检测装置，在不同状态下单纯的测试扭矩或单纯测试冲击力得出的检测数据，无法很好地分析螺杆钻具的输出特性。在同时测试扭矩、转速、冲击力和冲击频率时，由于冲击震动会对扭矩和转速产生影响，因而导致测试结果不准确。
[0006]第二，缺少在模拟钻压、循环背压等负载条件下进行螺杆钻具性能测试的方法。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术的目的在于，提供一种螺杆钻具性能测试系统及方法，解决现有技术中在同时测试螺杆钻具的多种性能参数时测试结果不准确的技术问题。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0009]一种螺杆钻具性能测试系统，包括测功机和待测试螺杆钻具，所述的待测试螺杆钻具的扭矩输出端与传动箱的扭矩输入端相连接，所述的传动箱的扭矩输出端与减速箱的扭矩输入端相连接，所述的减速箱的扭矩输出端与测功机的扭矩输入端相连接；
[0010]所述的传动箱包括传动箱箱体，传动箱箱体内可转动式安装有减速箱连接齿轮轴和螺杆钻具连接齿轮轴，减速箱连接齿轮轴和螺杆钻具连接齿轮轴上分别安装有减速箱连接齿轮和螺杆钻具连接齿轮，减速箱连接齿轮和螺杆钻具连接齿轮相互啮合；所述的减速箱连接齿轮轴与减速箱的扭矩输入端相连接，螺杆钻具连接齿轮轴与待测试螺杆钻具的扭矩输出端相连接。
[0011]本专利技术还具有如下技术特征：
[0012]具体的，所述的减速箱连接齿轮轴和螺杆钻具连接齿轮轴的传动比为1:1。
[0013]所述的螺杆钻具性能测试系统还包括轴向加压装置，轴向加压装置的轴向力输出端与单动加压装置的轴向力输入端相连接，所述的单动加压装置的轴向力输出端与螺杆钻具连接齿轮轴相连接。
[0014]具体的，所述的单动加压装置包括轴承套筒，轴承套筒的轴向一端设置有前端盖，轴承套筒的轴向另一端设置有后端盖，前端盖上固定有加压套筒，加压套筒与轴承套筒同轴设置，加压套筒的轴向一端上设置有加压套筒端盖；
[0015]所述的轴承套筒内安装有推力轴承组，推力轴承组内可转动式安装有加压轴，加压轴的轴向一端外套装有芯轴，芯轴设置在加压套筒内；加压轴的轴向一端与芯轴的轴向一端相平齐，加压轴的轴向另一端伸出后端盖并与减速箱连接齿轮轴相连接。
[0016]具体的，所述的减速箱的扭矩输入端通过减速箱扭矩传递轴与传动箱的扭矩输出端相连接；所述的传动箱的扭矩输入端通过传动箱扭矩传递轴与待测试螺杆钻具相连接。
[0017]具体的，所述的待测试螺杆钻具的横向一端开设有螺杆钻具出水口，待测试螺杆钻具的横向另一端开设有螺杆钻具入水口；所述的传动箱扭矩传递轴的轴向两端均开放；所述的加压轴和芯轴的轴向两端均开放，加压轴轴向另一端的开口处为加压装置进水口，加压轴内部的空间为加压轴过水通道，加压套筒靠近轴向一端的侧壁上设置有加压装置出水孔；
[0018]所述的待测试螺杆钻具内部的空间、传动箱扭矩传递轴内部的空间以及加压轴过水通道，通过螺杆钻具出水口、传动箱扭矩传递轴开放的轴向两端和加压装置进水口相连通。
[0019]具体的，所述的待测试螺杆钻具固定在装夹装置中；所述的装夹装置包括装夹支架，装夹支架的顶部设置有螺杆钻具装夹，待测试螺杆钻具的定子套装固定在螺杆钻具装夹中，待测试螺杆钻具的转子与螺杆钻具连接齿轮轴相连接。
[0020]所述的螺杆钻具性能测试系统还包括用于获取待测试螺杆钻具输出的扭矩和转速的扭矩传感器，以及用于获取待测试螺杆钻具输出的冲击力和冲击频率的压电传感器。
[0021]本专利技术还保护一种螺杆钻具性能测试方法，该方法采用如上所述的螺杆钻具性能测试系统，该方法具体包括如下步骤：
[0022]步骤一，采用装夹装置将待测试螺杆钻具固定好，将待测试螺杆钻具与螺杆钻具连接齿轮轴相连接，连接好后向待测试螺杆钻具中输入水，驱动待测试螺杆钻具的转子转动；
[0023]步骤二，待测试螺杆钻具的转子开始转动后，启动测功机开始测试；测试过程中，采用扭矩传感器获取待测试螺杆钻具输出的扭矩和转速，采用压电传感器获取待测试螺杆钻具输出的冲击力和冲击频率；
[0024]步骤三，测试结束后中，下调测功机直至负载至零，然后下调模拟钻压和循环背压，停止输送水，完成检测。
[0025]可选的，所述的步骤二还可以为：
[0026]待测试螺杆钻具的转子开始转动后，先采用轴向加压装置调整模拟钻压，采用单动加压装置调整循环背压，然后再启动测功机开始测试；测试过程中，采用扭矩传感器获取待测试螺杆钻具输出的扭矩和转速，采用压电传感器获取待测试螺杆钻具输出的冲击力和冲击频率。
[0027]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益的技术效果：
[0028](Ⅰ)本专利技术的螺杆钻具性能测试系统，在传动箱中设置两个齿轮轴，其中，减速箱连接齿轮轴用于扭矩和转速的测试，螺杆钻具连接齿轮轴用于冲击力和冲击频率的测试，此种设置能够避免冲击震动对扭矩和转速的影响，使得测试结果更为准确。
[0029](Ⅱ)本专利技术的螺杆钻具性能测试系统，通过传动箱、轴向加压装置和单动加压装置，实现了向待测试螺杆钻具施加模拟钻压和循环背压。
[0030](Ⅲ)本专利技术的螺杆钻具性能测试系统，通过设置扭矩传感器和压电传感器，实现了对待测试螺杆钻具各项性能参数的精确测定。
[0031](Ⅳ)本专利技术的螺杆钻具性能测试方法，既能够用于无模拟钻压和循环背压等负载条件下的普通螺杆钻具性能测试，也能够用于处于模拟钻压和循环背压等负载条件下的螺杆钻具性能测试，具有广阔的应用和推广前景。
附图说明
[0032]图1为螺杆钻具性能测试系统的整体结构示意图。
[0033]图2为螺杆钻具性能测试系统的正视图。
[0034]图3为传动箱的结构示意图。
[0035]图4为传动箱的A
‑
A面剖视图。
[0036]图5为单动加压装置的结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺杆钻具性能测试系统，包括测功机(1)和待测试螺杆钻具(4)，其特征在于，所述的待测试螺杆钻具(4)的扭矩输出端与传动箱(3)的扭矩输入端相连接，所述的传动箱(3)的扭矩输出端与减速箱(2)的扭矩输入端相连接，所述的减速箱(2)的扭矩输出端与测功机(1)的扭矩输入端相连接；所述的传动箱(3)包括传动箱箱体(301)，传动箱箱体(301)内可转动式安装有减速箱连接齿轮轴(302)和螺杆钻具连接齿轮轴(303)，减速箱连接齿轮轴(302)和螺杆钻具连接齿轮轴(303)上分别安装有减速箱连接齿轮(304)和螺杆钻具连接齿轮(305)，减速箱连接齿轮(304)和螺杆钻具连接齿轮(305)相互啮合；所述的减速箱连接齿轮轴(302)与减速箱(2)的扭矩输入端相连接，螺杆钻具连接齿轮轴(303)与待测试螺杆钻具(4)的扭矩输出端相连接。2.如权利要求1所述的螺杆钻具性能测试系统，其特征在于，所述的减速箱连接齿轮轴(302)和螺杆钻具连接齿轮轴(305)的传动比为1:1。3.如权利要求1所述的螺杆钻具性能测试系统，其特征在于，还包括轴向加压装置(5)，轴向加压装置(5)的轴向力输出端与单动加压装置(6)的轴向力输入端相连接，所述的单动加压装置(6)的轴向力输出端与螺杆钻具连接齿轮轴(305)相连接。4.如权利要求3所述的螺杆钻具性能测试系统，其特征在于，所述的单动加压装置(6)包括轴承套筒(601)，轴承套筒(601)的轴向一端设置有前端盖(602)，轴承套筒(601)的轴向另一端设置有后端盖(603)，前端盖(602)上固定有加压套筒(604)，加压套筒(604)与轴承套筒(601)同轴设置，加压套筒(604)的轴向一端上设置有加压套筒端盖(605)；所述的轴承套筒(601)内安装有推力轴承组(606)，推力轴承组(606)内可转动式安装有加压轴(607)，加压轴(607)的轴向一端外套装有芯轴(608)，芯轴(608)设置在加压套筒(604)内；加压轴(607)的轴向一端与芯轴(608)的轴向一端相平齐，加压轴(607)的轴向另一端伸出后端盖(603)并与减速箱连接齿轮轴(302)相连接。5.如权利要求4所述的螺杆钻具性能测试系统，其特征在于，所述的减速箱(2)的扭矩输入端通过减速箱扭矩传递轴(7)与传动箱(3)的扭矩输出端相连接；所述的传动箱(3)的扭矩输入端通过传动箱扭矩传递轴(8)与待测试螺杆钻具(4)相连接。6.如权利要求5所述的螺杆钻具性能测试系统，其特征在于，所述的待测试螺杆钻具(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴智峰，贾明群，王亚波，王家乐，董昌乐，范运林，芦甜，王坤，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：