силоизмерительное устройство для измерения натяжения неподвижного гибкого органа

Формула изобретения

1. Силоизмерительное устройство для измерения натяжения неподвижного гибкого органа, содержащее измерительный преобразователь, соединенный с нормирующим преобразователем, расположенный на упругой балке, на которой расположено прижимно-прогибочное устройство, охватывающее гибкий орган и прижимающее его к упругой балке, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит обжимные устройства и упоры, один из концов которых выполнен в виде клина или сферы, при этом обжимные устройства состоят из двух плотно обхватывающих гибкий орган в точках его перегибов элементов, стягивающихся между собой винтовой парой, внутренние поверхности элементов соответствуют форме гибкого органа, направление гибкого органа по отношению к упругой балке зафиксировано в точках контакта упора направляющей, выполненной, например, в виде штифта и/или паза.

2. Силоизмерительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество обжимных устройств и упоров соответствует числу перегибов гибкого органа.

3. Силоизмерительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что измерительный преобразователь выполнен на полупроводниковых тензоэлементах, установленных на мембране, расположенной внутри упругой балки.

4. Силоизмерительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что прижимно-прогибочное устройство содержит скобу, охватывающую гибкий орган, пластину и элементы, прижимающие гибкий орган к упругой балке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения натяжения неподвижного гибкого органа, например каната и т. п., применяемого в различных отраслях народного хозяйства, в частности в нефтяной и газовой промышленности.

Известно силоизмерительное устройство натяжения каната типа гидравлического индикатора веса (ГИВ), содержащее корпус со стойками, несущие ролики, средний ролик действует на мембраму, сжимающую жидкость, манометр, показывающий натяжение гибкого органа и зажим для крепления на гибком органе (см. кн. Исакович Р.Я. Технологические измерения и приборы. - М.: Недра, 1970, с. 337-343).

Устройство позволяет измерять натяжение гибкого органа. Однако данное устройство обладает низкой точностью измерений, сложно в исполнении и ненадежно при эксплуатации.

Известно силоизмерительное устройство для измерения натяжения неподвижного гибкого органа (свидетельство на полезную модель 19088 от 08.02.2001, МКИ Е 21 В 47/00, БИ N 22 от 10.08.01). Оно является наиболее близким к заявляемому устройству и взято за прототип. В данном устройстве для измерения натяжения неподвижного гибкого органа для удобного прижимания гибкого органа с помощью прижимно-прогибочного устройства (ППУ) между гибким органом и упругой балкой установлен ложемент, а в качестве измерительного преобразователя использованы тензорезисторы, установленные на упругой балке между прижимно-прогибочным устройством и стойкой в плоскости, параллельной плоскости нагрузки, стойки выполнены с вырезами овальной формы. При установке силоизмерительного устройства на гибкий орган, например, на канат, применяемый на подъемниках в нефтяной и газовой промышленности, пряди каната ложатся в овальные вырезы стоек и ложемент прижимно-прогибочного устройства произвольно. Канат может лечь на одну прядь или сразу на две пряди, что приводит к изменению угла прогиба гибкого органа, который определяет силу, воздействующую на балку. При ослаблении и последующем натяжении гибкого органа пряди могут повернуться и угол прогиба гибкого органа изменится, что приводит к погрешности измерения натяжения гибкого органа до 4-5%. При перестановке известного устройства вдоль гибкого органа на новое место величина этой погрешности достигает более 10% (см. паспорт ЮДО 005070 ПС на серийно выпускаемый Сафоновским заводом "Теплоконтроль" гидравлический индикатор веса ГИВ-6 стр. 1) Такая погрешность приводит к снижению точности измерения.

Изобретение направлено на создание силоизмерительного устройства для измерения натяжения неподвижного гибкого органа, позволяющего повысить точность измерения натяжения гибкого органа и надежность его работы.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в том, что, устраняя влияние изменений угла прогиба гибкого органа и фиксируя его в процессе измерения, уменьшаем разброс показаний силоизмерительного устройства, что приведет к снижению погрешности и повышению точности измерения, а исключение трения и передавливания проволок гибкого органа в местах соприкосновения его со стойками повышает надежность работы.

Данный технический результат достигается тем, что в силоизмерительное устройство для измерения натяжения неподвижного гибкого органа, содержащее измерительный преобразователь, соединенный с нормирующим преобразователем, расположенный на упругой балке, на которой расположено прижимно-прогибочное устройство, охватывающее гибкий орган и прижимающее его к упругой балке, дополнительно введены обжимные устройства и упоры, один из концов которых выполнен в виде клина или сферы, при этом обжимные устройства состоят из двух плотно обхватывающих гибкий орган в точках его перегибов элементов, стягивающихся между собой винтовой парой, внутренние поверхности элементов соответствуют форме гибкого органа, направление гибкого органа по отношению к упругой балке зафиксировано в точках упора направляющей, выполненной, например, в виде штифта и/или паза. Количество обжимных устройств и упоров соответствует числу перегибов гибкого органа. Измерительный преобразователь выполнен на полупроводниковых тензоэлементах, установленных на мембране, расположенной внутри упругой балки.

На фиг. 1 представлен общий вид силоизмерительного устройства для измерения натяжения неподвижного гибкого органа; на фиг.2 представлен вид устройства сбоку; на фиг.3 представлено: а - сечение вдоль обжимного устройства без гибкого органа, б - сечение гибкого органа, охваченного элементами обжимного устройства.

Силоизмерительное устройство содержит гибкий орган 1, обжимные устройства 2 гибкого органа, упоры 3, упругую балку 4, измерительный преобразователь 5, прижимно-прогибочное устройство 6, включающее в себя скобу и пластину, нормирующий преобразователь 7 и направляющая 8. Обжимное устройство состоит из элементов 9, 10, охватывающих гибкий орган, и винтовой пары 11.

Работает устройство следующим образом.

Силоизмерительное устройство устанавливается на неподвижном конце гибкого органа подъемника, применяемого при ремонте нефтяных и газовых скважин, или буровой установки. Для этого сначала устанавливаются обжимные устройства на гибкий орган 1 путем обхватывания его элементами 9, 10 обжимных устройств 2 и зажатия винтовой парой 11. Зажатие гибкого органа должно быть плотным, чтобы обжимные устройства не могли перемещаться вдоль гибкого органа. Обжимные устройства позволяют иметь гибкому органу в местах его касания с упорами и прижимно-прогибочным устройством постоянные размеры, независимые от величины натяжения гибкого органа и сжатия его прижимно-прогибочным устройством. Это устранит влияние нестабильности укладки прядей гибкого органа на упоры и упругую балку, а также изменение размеров гибкого органа при его натяжении.

Обжимное устройство позволяет в точках соприкосновения его с упругой балкой через упоры исключить сжатие гибкого органа и фиксировать угол прогиба гибкого органа. Количество обжимных устройств, устанавливаемых на гибком органе, определяется числом перегибов гибкого органа. Расстояние между обжимными устройствами определяется базовым размером А (см. фиг.1). На крайних обжимных устройствах устанавливаются упоры 3, один из концов которых, выполненный в виде клина или сферы, соприкасаясь с упругой балкой, фиксируется направляющей 8, выполненной в виде штифта или паза. Упоры позволяют перегнуть гибкий орган для создания силы при его натяжении и создают точечный или линейный контакт гибкого органа с упругой балкой 4. Это позволяет иметь стабильные результаты измерений, что значительно повышает точность измерений. Кроме того, такое выполнение контакта гибкого органа с упругой балкой 4 не позволяет сминать стальные проволочки гибкого органа и не изнашивает его при работе, а это повышает долговечность и надежность работы гибкого органа. Затем скоба прижимно-прогибочного устройства 6 одевается на среднее обжимное устройство и балку 4 и с помощью пластины и гаек плотно прижимает его к балке 4. На гибком органе силоизмерительное устройство удерживается прижимно-прогибочным устройством, которое выполняет две функции:

- крепление устройства на гибком органе;

- осуществляет перегиб гибкого органа для создания поперечной изгибающей или сжимающей (растягивающей) силы, воздействующей на измерительный преобразователь 5, преобразующий механическую величину в электрическую, удобную для запоминания и передачи на расстояние.

Натяжение переломленного гибкого органа силой S (см. фиг.1) создает силу Р, изгибающую балку 4. Упругая балка с наклеенными на нее тензорезисторами служит для преобразования измеряемого усилия S в пропорциональный электрический сигнал. Для защиты тензорезисторов от внешних механических воздействий применена крышка (на фиг.1 не показана). Под действием измеряемого усилия деформация упругой балки 4 вызывает изменение сопротивления тензорезисторов, что приводит к разбалансу тензомоста и появлению выходного сигнала, пропорционального измеряемому усилию. Выход измерительной диагонали тензомоста измерительного преобразователя подключен к входу нормирующего преобразователя 7. Напряжение, снимаемое с диагонали моста усиливается и преобразуется, например, в ток с помощью аналоговых элементов, входящих в нормирующий преобразователь. С помощью переменных резисторов нормирующего преобразователя его выходная величина подгоняется к нормируемым ГОСТом величинам. Например, усилие на гибком органе равно нулю, а на выходе нормирующего преобразователя ток будет равен 4 мА, при номинальной нагрузке на гибкий орган на выходе нормирующего преобразователя ток будет равен 20 мА. Нормирующий преобразователь может быть выполнен на микросхемах типа XTR-104, применяемых для получения выходного сигнала 4-20 мА.