[发明专利]一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置

说明书

本发明涉及一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置，属于煤矿钻探用钻杆综合性能试验领域，包括对试验钻杆施加可控扭矩的扭矩加载系统、对试验钻杆施加稳态、动态变载扭矩的负载系统、对试验钻杆加载可控轴向载荷的轴向力加载系统、用于模拟加载施工中钻杆受到的径向位移约束与径向力加载的径向约束系统，以及对试验钻杆加载一定压力的高压或超高压水压的水路加载系统。本发明能够模拟钻杆多种工况的约束与受力，能够对试验钻杆加载可控的复合载荷，检验钻杆在稳态与动态载荷下的综合性能，以及钻杆在涡动、振动、公转、自转、离心力等工况条件下的综合性能，解决了现有试验装置无法模拟钻杆的综合受力与动态载荷模型的问题。

技术领域

本发明属于煤矿钻探用钻杆综合性能试验领域，涉及一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置。

背景技术

随着煤矿瓦斯抽采钻孔、地质超前探测钻孔、水灾害治理与探放水钻孔施工深度逐渐提高，控制与操作方式向着自动化与无人化发展，对钻杆的质量与综合性能提出了更高的要求。因此需要在复杂的受力条件、运动条件下试验检验钻杆的疲劳寿命、综合载荷下钻杆的稳定性、钻杆多种受力与运动条件下的强度，以检验钻杆能否满足煤矿井下深钻孔的工艺需求，同时为钻孔工艺的设计提供理论依据。

目前针对煤矿用钻具的试验方法多借用管状材料抗扭强度的试验装置与检验方法，没有专门用于煤矿用钻具综合性能检验的试验装置与方法，现有油气井领域对所使用钻具的试验检测方式为单一载荷的加载和静态载荷加载，无法模拟钻杆的真实工况，不能对试验钻杆进行疲劳寿命、动态响应、密封性、振动、综合受力的强度等综合性能进行试验。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置，以实现模拟钻杆的综合受力状态。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置，包括：扭矩加载系统：对试验钻杆施加可控扭矩，包括加载马达、加载连接装置、自动变速器、加载减速装置和扭矩加载装置，加载马达通过加载传动轴与自动变速器连接，且安装于加载连接装置上，自动变速器通过扭矩传递装置与加载减速装置连接，加载减速装置通过扭矩传递装置与扭矩加载装置连接，扭矩加载装置与试验钻杆连接；负载系统：对试验钻杆施加稳态、动态变载扭矩，包括扭矩负载装置、转矩转速检测装置、负载减速装置和负载装置，负载装置通过负载传动轴与负载减速装置连接，负载减速装置通过扭矩传递装置与转矩转速检测装置连接，转矩转速检测装置通过扭矩传递装置与扭矩负载装置连接，扭矩负载装置与试验钻杆连接；轴向力加载系统：对试验钻杆加载可控轴向载荷；径向约束系统：用于模拟加载施工中钻杆受到的径向位移约束与径向力加载；水路加载系统：对试验钻杆加载一定压力的高压或超高压水压。

可选地，所述自动变速器可以根据转速的大小和扭矩的大小自动换挡，所述加载马达能够实现控制输出转矩与转速，所述自动变速器与加载马达匹配控制实现转速和转矩的可控输出，并根据所试验工况加载不同的驱动扭矩与转速，根据实验需求实现可控加载。

可选地，所述负载装置根据钻孔内切削反扭矩、旋转与滑动瞬态摩阻、钻孔对钻杆径向约束产生的周期性、瞬间冲击载荷，模拟输出稳态扭矩、动态变载扭矩、冲击扭矩、周期性冲击扭矩；转矩转速检测装置对传输的转矩、转速进行检测，对扭矩加载系统、负载系统进行反馈控制。

可选地，所述负载装置包括负载基座、拉力伺服油缸、拉杆、滑轨、冲击载荷制动器、负载传动轴和电涡流制动器；所述拉力伺服油缸与负载基座连接，拉力伺服油缸通过销轴与拉杆连接，拉杆通过销轴与冲击载荷制动器连接，冲击载荷制动器通过滑槽结构与滑轨配合，实现由拉力伺服油缸带动冲击载荷制动器动作，抱紧负载传动轴产生制动冲击负载；电涡流制动器连接于负载基座，并与负载传动轴相连，产生可控稳态扭矩负载。

可选地，所述径向约束系统约束试验钻杆的弯曲半波、公转半径和径向位移，以模拟加载施工中钻杆受到的半波约束、公转约束和径向位移约束。