устройство для измерения натяжения гибкого органа

Формула изобретения

1. Устройство для измерения натяжения гибкого органа, содержащее гибкий орган, упругий элемент, на котором установлен преобразователь, отличающееся тем, что оно содержит закрепленные на гибком органе упоры, не менее двух, для установки по крайней мере одного упругого элемента, упоры выполнены в виде полухомутов с выступами, внутри которых расположены пазы для установки упругого элемента, скрепленных между собой крепежными элементами, упоры совместно с упругим элементом образуют единый модуль, причем упругий элемент выполнен из материала, жесткость которого превышает жесткость гибкого органа.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выступ полухомута с одной из торцевых сторон выполнен с углублением для удержания упругого элемента.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упор содержит элементы, например клинья, для надежного закрепления их на гибком органе.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве материала упругого элемента используются стали с высоким модулем Юнга.

Описание изобретения к патенту

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

Известно устройство для измерения длины и натяжения гибкого органа, содержащее опорную раму, гидроцилиндр с плунжером, соединенный с индикатором усилия, три обводных ролика, один из которых укреплен на рычаге (см. авт. св. 977739, МКИ Е 21 В 47/00). Данное устройство позволяет измерять силу натяжения гибкого органа, однако это устройство натяжения каната имеет низкую точность.

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

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

Известно силоизмерительное устройство для измерения натяжения неподвижного гибкого органа (свидетельство на полезную модель 19088 от 08.02.2001).

В данном устройстве для 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 известного устройства на гибкий орган, например, 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 данного устройства вдоль гибкого органа на новое место величина этой погрешности достигает 15% (см. паспорт ЮДО.005.070 ПС на серийно выпускаемый Сафоновским заводом "Теплоконтроль" гидравлический индикатор веса ГИВ-6, стр. 1).

Изобретение направлено на повышение точности измерения натяжения гибкого органа и надежности устройства, применяемого для этой цели.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в том, что, закрепляя упругий элемент на гибком органе, исключаем силу натяжения гибкого органа, не деформируя его, что уменьшает погрешность и повышает точность измерения. Отсутствие прогиба гибкого органа в предлагаемом устройстве позволило повысить точность измерения за счет устранения погрешностей, связанных с изменением диаметра гибкого органа при его натяжении, за счет устранения погрешности от прогиба упругой балки, за счет устранения влияния различного положения гибкого органа на упорах, создающих перегиб, а также устранение сил трения на упорах, что приводило к значительному гистерезису. Устранение некоторых элементов в известном устройстве, таких как упругая балка, стойки, прижимно-прогибочное устройство, позволило упростить устройство, а следовательно, повысить его надежность.

Указанный технический результат достигается тем, что закрепленные на гибком органе упоры, не менее двух, выполненные в виде полухомутов с выступами, внутри которых расположены пазы для установки по крайней мере одного упругого элемента, скрепленные между собой крепежными элементами, создают деформацию упругого элемента за счет исключения силы натяжения гибкого органа между точками крепления упругого элемента, упоры совместно с упругим элементом образуют единый модуль, причем упругий элемент выполнен из материала, жесткость которого превышает жесткость гибкого органа. Выступ полухомута с одной из торцевых сторон выполнен с углублением для удержания упругого элемента. Упор содержит элементы, например клинья для надежного закрепления их на гибком органе. В качестве материала упругого элемента используются стали с высоким модулем Юнга.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства для измерения натяжения гибкого органа, на фиг.2 представлен вид устройства сбоку.

Устройство содержит два упора 1, гибкий орган 2, упругий элемент 3, преобразователь 4 и крепежные детали 5, полухомуты 6, выступы 7 и пазы 8.

Работает устройство следующим образом.

Устройство устанавливается на неподвижном конце гибкого органа 2 подъемника, применяемого при ремонте нефтяных и газовых скважин, или буровой установки следующим образом. Упоры 1 предназначены для неподвижного закрепления их на гибком органе 2 и выполнены в виде, например, полухомутов 6 с выступами 7 и пазами 8 для установки упругого элемента 3, охватывающих гибкий орган и скрепляемых между собой крепежными элементами 5 (например, болты, гайки, винты, шайбы и т. п. ). Зажатие гибкого органа 2 должно быть плотным, чтобы упоры не могли перемещаться вдоль гибкого органа. Расстояние между упорами 1 определяется длиной упругого элемента 3. После закрепления упоров 1 на гибком органе 2 в пазы 8 упоров вставляется упругий элемент 3, который закрепляется с помощью гаек 5 (см. фиг.2). Гайки 5 на упругом элементе 3 затягиваются до тех пор, чтобы участок ненагруженного гибкого органа 2 между упорами 1 был также не нагружен силой зажатия гайками 5, а упругий элемент 3 имел некоторое нагружение. Такое исполнение устройства при работе дает возможность начать измерение с нулевой нагрузки гибкого органа. Так как жесткость упругого элемента больше жесткости гибкого органа, то при натяжении гибкого органа всю его нагрузку воспринимает на себя упругий элемент 3. Упругий элемент 3, выполненный, например, в виде стержня и из материала, например стали с высоким модулем Юнга, воспринимая силу натяжения гибкого органа, деформируется. Эти деформации упругого элемента воспринимаются и преобразовываются в пропорциональный усилию натяжения электрический сигнал с помощью преобразователя 4. Преобразователь 4 выполнен, например, на тензорезисторах, жестко связанных со стержнем. Под действием измеряемого усилия деформация стержня вызывает изменение сопротивления тензорезисторов, что приводит к разбалансу тензомоста и появлению выходного сигнала, пропорционального измеряемому усилию.