CN108457639B - 一种适用于深井的转速测量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于深井的转速测量传感器，其包括：主轴；转速检测组件，其与所述主轴可拆卸连接，用于获取转动部的转速数据；外壳，其套设在所述主轴外部，用于将所述转速检测组件密封在所述外壳与所述主轴之间的空间内；以及卡头，其套设在所述主轴外部，且与所述外壳底部抵接，用于防止所述外壳松动。本发明的转速传感器适合井底工况环境的问题，可大幅度提高测量精度。

Description

一种适用于深井的转速测量传感器

技术领域

本发明涉及油气钻井及地质钻探领域，特别涉及一种适用于深井的转速测量传感器。

背景技术

钻井是利用钻机设备及破岩工具破碎地层，从而形成一个自地表到地球不同深度的孔洞的过程。传统的钻井工艺一般是由钻机、钻杆及钻头等组成。当钻孔深度较深时，钻杆及钻头的受力状态将变得越发复杂，在复杂的合力作用下，钻孔的轨迹将不可能保持为垂直，此时轨迹形状将复杂多变，由此导致钻杆旋转过程中与钻孔内壁的摩擦增大，尤其是对于深部钻井而言，由于自地表到钻孔底部的钻杆长度较长，此时钻杆所受到的摩擦阻力大大增加，导致钻机所提供的动力将很难传递到井底，从而大大降低钻进的效率，此外，较大的摩擦阻力还有可能磨断钻杆，造成钻井事故。

因此，为提高深部钻井的效率及确保钻井安全，现阶段深部钻井大多采用井底动力机进行钻进，即，由地表的高压泥浆泵向钻孔内泵入高压流体，流体驱动放置在钻孔底部的井底动力机旋转，由于井底动力机与钻头相连接，由此实现在孔底破碎岩石并进行钻进的目的。

对于井底动力机而言，转速是衡量及控制井底动力机效率及输出功率的重要参数之一，因此必须对井底动力机在井下工作时的转速进行测量。现有的井底动力机转速测量方法包括磁电式转速测量法、光电式转速测量法、流量推导法及压力脉冲法，但现有的转速测量法存在诸多不足之处，不能完全适应井底动力机在深井下工作时的要求，基于此，急需研制一种能够专门针对深孔孔底动力机使用的转速传感器。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供了一种适合深井环境使用的转速测量传感器，其可大幅度提高测量精度。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

提供了一种适用于深井的转速测量传感器，其包括：

主轴；

转速检测组件，其与所述主轴可拆卸连接，用于获取转动部的转速数据；

外壳，其套设在所述主轴外部，用于将所述转速检测组件密封在所述外壳与所述主轴之间的空间内；

以及卡头，其套设在所述主轴外部，且与所述外壳底部抵接，用于防止所述外壳松动。

优选的，所述转速检测组件包括：

检测器，其用于获取转动部转动时，因离心力作用而产生的、在所述主轴高度方向上的物***移信号，并对所述位移信号进行处理；

电路板，其连接所述检测器，用于根据处理后的位移信号获取所述转动部的转速数据；

以及供电组件，其用于为所述电路板供电。

优选的，所述主轴的外周面上形成有用于容纳所述检测器、电路板以及供电组件的凹陷部。

优选的，所述检测器包括：

底座，其与所述主轴可拆卸地连接；

保护罩，其与所述底座可拆卸地连接；且所述底座与保护罩连接后形成的整体具有内部安装空间；

测速管，其设置在所述内部安装空间内，底端与所述底座连接；且所述测速管的纵剖面与所述主轴的纵剖面共平面；

测速球，其位于所述测速管内，可在主轴径向离心力的作用下在所述测速管内移动；

电极，其贴附在所述测速管外周面上，用于获取所述测速球的位移信号并发送；

以及信号调理器，其设置于所述内部安装空间内，用于接收所述电极发送的所述测速球的位移信号，并对所述测速球的位移信号进行处理。

优选的，所述测速管包括：用于容纳所述测速球的管体以及与所述管体底端连接的固定部；所述固定部与所述底座连接，且所述管体与固定部之间的夹角为120-135℃。

优选的，所述主轴包括：头端、中间端以及尾端；且所述头端与所述中间端连接后形成有第一阶梯部，所述尾端与所述中间端连接后形成有第二阶梯部；

所述外壳套设在所述中间端外，且所述外壳顶端与所述第一阶梯部抵接，底端与所述第二阶梯部抵接。

优选的，所述外壳顶端与所述第一阶梯部之间设有垫片。

优选的，所述外壳顶端与所述主轴中间端之间设有第一O型圈。

优选的，所述外壳底端所述主轴中间端之间设有第二O型圈。

优选的，所述卡头与所述主轴底端螺纹连接。

本发明的转速传感器适用于深井环境，利用离心力原理进行深孔孔底动力机等部件转速的测量，主要零部件为机械构建，避免了传统电子测量方法温漂问题，同时也极大的提高了传感器的可靠性，由此解决了传统测量方法不适应深井工况环境的问题。

附图说明

图1为本发明实施例一中转速传感器的主视图。

图2为本发明实施例一中转速传感器的俯视图。

图3为本发明实施例一中转速传感器拆除外壳后的左视图。

图4为本发明实施例一中转速检测组件的的A-A向剖面示意图。

图5为本发明实施例一中测速管以及测速球的俯视图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

实施例一：

如图1-3所示，本发明适用于深井的转速测量传感器包括：主轴11；转速检测组件，其与所述主轴11可拆卸连接，用于获取转动部(如深孔孔底动力机等)的转速数据；

外壳10，其通过螺纹套设在所述主轴11外部，且与所述主轴11可拆卸地连接，用于将所述转速检测组件密封在所述外壳10与所述主轴11之间的空间内；以及卡头8，其通过螺纹套设在所述主轴11外部，且与所述外壳10底部抵接，用于防止所述外壳10松动而造成泄漏。

本实施例中，所述转速传感器可用于获取深孔孔底动力机的转速数据，具体地，所述主轴11包括：头端110、中间端112以及尾端113；且所述头端110与所述中间端112连接后形成有第一阶梯部113，所述尾端113与所述中间端112连接后形成有第二阶梯部114；同时，所述头端110和/或尾端113均设有螺纹，用于与深孔孔底动力机或钻杆连接，且使用时，所述头端110和尾端113位置不可颠倒；

此外，所述外壳10优选通过螺纹套设在所述中间端112外，所述卡头8与所述主轴尾端113螺纹连接；且所述外壳10顶端与所述第一阶梯部113抵接，底端与所述第二阶梯部114抵接。

进一步的，为增强密封效果，所述主轴11周向上加工有多个密封凹槽，对应凹槽内设置有第一O型圈12、第二O型圈9；进一步的，所述外壳10底端与所述第一阶梯部113之间设有垫片13，外壳10通过螺纹与中间端112连接的同时将第一O型圈12、第二O型圈9以及垫片13压紧，进行密封，使得第一O型圈12位于所述外壳10顶端与所述主轴中间端112之间，以及使得第二O型圈9位于所述外壳10底端与所述主轴中间端112之间。

进一步的，所述转速检测组件包括：

检测器2，其用于获取转动部转动时，因离心力作用而产生的、在所述主轴11高度方向上的物***移信号，并对所述位移信号进行处理；

电路板4，其连接所述检测器2，用于根据处理后的位移信号获取所述转动部的转速数据；

以及供电组件7，其用于为所述电路板4供电；本实施例中，所述供电组件7为电池组。

在上述内容的基础上，所述主轴11的外周面上形成有用于容纳所述检测器2、电路板4以及供电组件7的凹陷部121。具体的，所述转速检测组件还包括：第一紧固螺栓1、第二紧固螺栓5、第三紧固螺栓6、第一支柱3；其中，第一紧固螺栓1用于将所述检测器2固定在主轴11的凹陷部121内；类似的，第二紧固螺栓5穿过所述供电组件7中部后将所述供电组件7固定在所述主轴11的凹陷部121内；第三紧固螺栓6依次穿过所述电路板4以及第一支柱3后连接所述主轴11，以将所述电路板4固定安装在所述主轴11的凹陷部121内。

如图4-5所示，本实施例中的检测器2包括：

底座204，其与所述主轴11可拆卸地连接；优选的，所述底座801两侧各自延伸出一延长部2041，且至少一个延长部2041上开设有固定孔，第一紧固螺栓1穿过所述延长部2041的固定孔后，将所述底座204固定连接在所述主轴11的凹陷部121内；

保护罩201，其纵截面为U型，与所述底座204通过螺钉203可拆卸地连接(如U型保护罩201的两自由端可通过螺钉203于底座204活动连接)；且所述底座204与保护罩201连接后形成的整体具有内部安装空间S1；

测速管209，其设置在所述内部安装空间S1内，底端与所述底座204连接；且所述测速管209的纵剖面与所述主轴11的纵剖面共平面；

测速球207，其位于所述测速管209内，可在主轴11径向离心力的作用下在所述测速管209内移动；优选的，所述测速管209包括：用于容纳所述测速球的管体2091以及与所述管体2091底端连接的固定部2092；其中，所述固定部2092的中轴线在所述主轴11的径向方向上，同时，所述固定部2092与所述底座204通过螺母208活动连接，进一步的，为便于测速球207的移动，所述管体与固定部之间的夹角θ为120-135℃。

电极210，其对称贴附(如粘贴)在所述测速管209外周面上，用于获取所述测速球207的位移信号并发送；

信号调理器206，其均设置于所述内部安装空间S1内，于接收所述电极电极210发送的所述测速球207的位移信号，并对所述测速球207的位移信号进行处理；

优选的，所述内部安装空间S1内设有第二支柱205，第四螺栓202穿过所述信号调理器206以及第二支柱205后连接所述底座204，以将所述信号调理器206固定安装在所述第二支柱205上；同时，为便于保存和修改数据，所述电路板4上安装有自带数据存储芯片，其中，所述自带数据存储芯片用于实时存储经所述信号调理器206处理后的所述测速球207的位移信号和/或经电路板4获取的转速数据。

本发明的工作过程如下：

使用时，主轴11的头端110朝上，尾端113朝下，位置不可颠倒。当所述转动部(如深孔孔底动力机)带动传感器同步转动时，所述测速球207在径向离心力的作用下，在管体2091内沿所述主轴11的高度方向移动，深孔孔底动力机转速越大，则测速球207在管体2091内上升的高度越高，即，转速与测速球207的上升高度成正比，同时，测速球207的移动过程中，通过粘贴于测速管209表面的电极210实时测量得到测速球207在测速管209中的位移信号(如高度变化情况)，并通过210信号线向信号调理器206实时发送该位移信号(如高度变化情况)，信号调理器206对测速球207的位移信号进行该位移信号的初步处理及信号放大，经处理后的位移信号经过信号线实时输入电路板4进行进一步处理及存储，最终得到转速数据。待需要读取传感器数据时，需将传感器的卡头8及外壳10拧卸掉，通过数据线连接到电路板4上进行数据的读取及擦除工作。

综上所述，本发明的转速传感器更加适用于深井环境，利用离心力原理进行转速的测量，主要零部件为机械构建，避免了传统电子测量方法温漂问题，同时也极大的提高了传感器的可靠性，由此解决了传统测量方法不适应井底工况环境的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于深井的转速测量传感器，其特征在于，包括：

主轴；

转速检测组件，其与所述主轴可拆卸连接，用于获取转动部的转速数据；所述转速检测组件包括：

检测器，其用于获取转动部转动时，因离心力作用而产生的、在所述主轴高度方向上的物***移信号，并对所述位移信号进行处理；所述检测器包括：

底座，其与所述主轴可拆卸地连接；

保护罩，其与所述底座可拆卸地连接；且所述底座与保护罩连接后形成的整体具有内部安装空间；

测速管，其设置在所述内部安装空间内，底端与所述底座连接；且所述测速管的纵剖面与所述主轴的纵剖面共平面；

测速球，其位于所述测速管内，能够在主轴径向离心力的作用下在所述测速管内移动；

电极，其贴附在所述测速管外周面上，用于获取所述测速球的位移信号并发送；

以及信号调理器，其设置于所述内部安装空间内，用于接收所述电极发送的所述测速球的位移信号，并对所述测速球的位移信号进行处理；

电路板，其连接所述检测器，用于根据处理后的位移信号获取所述转动部的转速数据；

以及供电组件，其用于为所述电路板供电；

外壳，其套设在所述主轴外部，用于将所述转速检测组件密封在所述外壳与所述主轴之间的空间内；

以及卡头，其套设在所述主轴外部，且与所述外壳底部抵接，用于防止所述外壳松动；

所述主轴的外周面上形成有用于容纳所述检测器、电路板以及供电组件的凹陷部。

2.如权利要求1所述的适用于深井的转速测量传感器，其特征在于，所述测速管包括：用于容纳所述测速球的管体以及与所述管体底端连接的固定部；所述固定部与所述底座连接，且所述管体与固定部之间的夹角为120-135℃。

3.如权利要求1所述的适用于深井的转速测量传感器，其特征在于，所述主轴包括：头端、中间端以及尾端；且所述头端与所述中间端连接后形成有第一阶梯部，所述尾端与所述中间端连接后形成有第二阶梯部；

所述外壳套设在所述中间端外，且所述外壳顶端与所述第一阶梯部抵接，底端与所述第二阶梯部抵接。

4.如权利要求3所述的适用于深井的转速测量传感器，其特征在于，所述外壳顶端与所述第一阶梯部之间设有垫片。

5.如权利要求3所述的适用于深井的转速测量传感器，其特征在于，所述外壳顶端与所述主轴中间端之间设有第一O型圈。

6.如权利要求3所述的适用于深井的转速测量传感器，其特征在于，所述外壳底端所述主轴中间端之间设有第二O型圈。

7.如权利要求3所述的适用于深井的转速测量传感器，其特征在于，所述卡头与所述主轴底端螺纹连接。

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