液压钳扭矩标定仪的研制

1、液压钳扭矩标定仪的研制液压钳扭矩标定仪的研制孤岛技术质量监督中心孤岛技术质量监督中心二零一三年六月二十五日二零一三年六月二十五日目录目录一一二二3 三三研制内容及创新点研制内容及创新点效果验证及结论效果验证及结论项目来源及目的意义项目来源及目的意义一、项目来源及目的意义一、项目来源及目的意义（一）采用标准紧扣扭矩是标准规定和质量保障的需求（一）采用标准紧扣扭矩是标准规定和质量保障的需求起油管起油管卸扣扭矩大小由油管卸扣载荷决定，小扭矩卸不开时就会采用较大的扭卸扣扭矩大小由油管卸扣载荷决定，小扭矩卸不开时就会采用较大的扭矩卸扣；矩卸扣；下油管下油管紧扣扭矩使用则是相对紧扣扭矩使用则是相对“主动主

2、动”的过程，的过程，起下井作业过程中油管使用和维护推荐做法起下井作业过程中油管使用和维护推荐做法标准对紧扣扭矩作了明确规定。标准对紧扣扭矩作了明确规定。公称直径公称直径mm(in)mm(in)名义质量名义质量kg/mkg/m（接箍与螺纹）（接箍与螺纹）上紧扭矩，上紧扭矩，N.mN.m钢级钢级最佳最佳最小最小最大最大73.0273.02(2 7/8)(2 7/8)9.529.52J-55J-551423.91423.91070.871070.871775.981775.989.529.52N-80N-801992.71992.71491.591491.592494.812494.8112.812

3、.8N-80N-802995.92995.92250.622250.623741.243741.2488.9088.90(3 1/2)(3 1/2)11.4611.46J-55J-551640.71640.71233.681233.682047.632047.6313.6913.69J-55J-552006.42006.41505.321505.322508.542508.5415.1815.18J-55J-55233223321748.531748.532914.542914.54油管推荐上紧扭矩表油管推荐上紧扭矩表对应现场油管的材质规范，将紧扣扭矩控制在对应现场油管的材质规范，将紧扣扭矩控

4、制在“最小最小- -最佳最佳- -最大最大”的数值范围内的数值范围内避免扭矩过大（过小）造成的油管密封不严、粘扣、脱落、断裂等现象发生。避免扭矩过大（过小）造成的油管密封不严、粘扣、脱落、断裂等现象发生。一、项目来源及目的意义一、项目来源及目的意义 （二）作业现场液压钳扭矩使用现状（二）作业现场液压钳扭矩使用现状现场缺失应有的压力、扭矩显示调适装置，油管现场缺失应有的压力、扭矩显示调适装置，油管上紧过程中使用的紧扣扭矩大小无法确知，仅凭现上紧过程中使用的紧扣扭矩大小无法确知，仅凭现场人员的感觉、经验进行操作，存在紧扣扭矩不足场人员的感觉、经验进行操作，存在紧扣扭矩不足或过大的隐患。或过大的隐患

5、。存在质存在质量隐患量隐患缩短管缩短管杆使用杆使用寿命寿命影响产影响产品质量品质量界定和界定和责任追责任追究究延长作延长作业占井业占井时间时间增大液增大液压钳机压钳机件磨损件磨损推出研制课题推出研制课题：为液压钳扭矩的调适、使用和维护更为液压钳扭矩的调适、使用和维护更新提供技术支持，新提供技术支持，目录目录一一二二3 三三项目来源及目的意义项目来源及目的意义效果验证及结论效果验证及结论研制内容及创新点研制内容及创新点二、研制内容及创新点二、研制内容及创新点（一）前期情况调查（一）前期情况调查 对现场液压钳使用情况及有关单位在扭矩控制方面所做工作进行了调查学习。对现场液压钳使用情况及有关单位在扭

6、矩控制方面所做工作进行了调查学习。XQY89/3YIXQY89/3YI型型性能指标性能指标无压力扭矩显示调适无压力扭矩显示调适工程公司临朐工程公司临朐产液压钳产液压钳钻井套管扭矩传感器钻井套管扭矩传感器孚瑞特油管孚瑞特油管车间扭矩传感车间扭矩传感器器二、研制内容及创新点二、研制内容及创新点（二）扭矩产生及关联参数分析（二）扭矩产生及关联参数分析液压泵钳口组件溢流阀液压管线液压马达产生液压动力产生液压动力限压限压溢流溢流传递动力传递动力传递 扭矩咬合油管 旋转紧扣输出扭矩输出扭矩1 1、液压动力压力、液压动力压力与扭矩：与扭矩： 成线性关系，可调节供油压力控制紧扣扭矩。成线性关系，可调节供油压力

7、控制紧扣扭矩。2 2、转速、转速与扭矩与扭矩: :液压钳高低档位具有低高不同的输出扭矩。液压钳高低档位具有低高不同的输出扭矩。3 3旋转紧扣负载旋转紧扣负载: :影响因素：产品质量、丝扣清洁度、影响因素：产品质量、丝扣清洁度、“井口对中井口对中”情况、丝扣油涂情况、丝扣油涂抹等。抹等。4 4最大扭矩：最大扭矩：一动力压力值对应多个旋转扭矩值，转速趋向接近于零时，对应的扭矩一动力压力值对应多个旋转扭矩值，转速趋向接近于零时，对应的扭矩最大，即最大扭矩。最大，即最大扭矩。经分析，经分析，根据标定的压力根据标定的压力- -最大扭矩关系曲线，能够实现通过控制压力进而控最大扭矩关系曲线，能够实现通过控制

8、压力进而控制紧扣扭矩的目的。制紧扣扭矩的目的。扭矩产生流程图扭矩产生流程图二、研制内容及创新点二、研制内容及创新点（三）研制配套（三）研制配套系统组成示意图系统组成示意图二、研制内容及创新点二、研制内容及创新点项目组件照片项目组件照片扭矩传感器及连接接头扭矩传感器及连接接头 压力传感器及配件压力传感器及配件 标定仪表标定仪表连接串口连接串口数据线连接接头数据线连接接头 数据线及电源线数据线及电源线二、研制内容及创新点二、研制内容及创新点 将含有将含有惠斯通应变桥惠斯通应变桥的的应变片应变片粘贴于粘贴于弹性体弹性体，应变片随弹性体发生形，应变片随弹性体发生形变，产生输出电压变，产生输出电压VOU

9、TVOUT，输出电压，输出电压与与形变形变及及施加扭矩施加扭矩成正比成正比，因此，输出电压可通过系数转换为施加所受扭矩大小。惠斯通应变桥，无惠斯通应变桥，无施加扭矩时，施加扭矩时，U UC C=0=0应变片应变片粘贴应变片的弹性粘贴应变片的弹性体体一体式扭矩传感器一体式扭矩传感器扭矩传感器技术原理扭矩传感器技术原理扭矩传感器结构示意图扭矩传感器结构示意图 二、研制内容及创新点二、研制内容及创新点扭矩信号变换、放大及输出电路扭矩信号变换、放大及输出电路标定仪显示仪表信号处理系统图标定仪显示仪表信号处理系统图二、研制内容及创新点二、研制内容及创新点 技术指标技术指标 扭矩量程：扭矩量程：-5000

10、5000N.m-50005000N.m；供电电压供电电压DC12VDC12V；信号幅度信号幅度02.5V02.5V；采样采样数据传送时间间隔数据传送时间间隔40ms40ms；使用条件环境温度使用条件环境温度- -25256060；测量精度测量精度1 1级合级合格；格； 主要功能：主要功能：扭矩压力实时显示；扭矩压力实时显示；K K值调整；系统失电数据保护能。值调整；系统失电数据保护能。 软件资料的处理解释软件资料的处理解释 实时绘制曲线，数据自动保存，数据图形回放，图形转换，图片保存实时绘制曲线，数据自动保存，数据图形回放，图形转换，图片保存生成检测报告，绘图参数设置等功能，便于资料的分析解释

11、。生成检测报告，绘图参数设置等功能，便于资料的分析解释。二、研制内容及创新点二、研制内容及创新点二、研制内容及创新点二、研制内容及创新点 3 3、标定系统资料解释功能齐全、标定系统资料解释功能齐全 标定资料数据的保存回放、竖线拉动查询及实时图向折线图选点连线标定资料数据的保存回放、竖线拉动查询及实时图向折线图选点连线转换等资料处理解释功能，便于标定结果的分析应用。转换等资料处理解释功能，便于标定结果的分析应用。 1 1、现场标定实用性强、现场标定实用性强 现场标定准确、客观、便捷。在标定压力现场标定准确、客观、便捷。在标定压力- -扭矩性能的同时扭矩性能的同时可以客观真实的反映出液压泵、溢流阀

12、等配套设备的工作性能状可以客观真实的反映出液压泵、溢流阀等配套设备的工作性能状况，便于现场问题的查找改进。况，便于现场问题的查找改进。 2 2、标定图形实时、形象、直观、动感，便于现场的认知、标定图形实时、形象、直观、动感，便于现场的认知、理解。理解。创新点创新点目录目录一一二二3 三三项目来源及目的意义项目来源及目的意义研制内容及创新点研制内容及创新点效果验证及结论效果验证及结论三、效果验证及结论三、效果验证及结论 （一）现场试验（一）现场试验2011年11月，经室内模拟室内模拟和5 5台次现场成功标定后，委托国家计量单位进行检定，检定结论检定结论1 1级合格。级合格。扭矩标定仪检定证书扭矩

13、标定仪检定证书20122012年年4-104-10月，对两个作业大队的月，对两个作业大队的3030台液压钳进行了现场标定，详见下表台液压钳进行了现场标定，详见下表 东区现场液压钳扭矩标定情况东区现场液压钳扭矩标定情况 序号序号日期日期单位单位地点地点低档低档高档高档备注备注10Mpa10Mpa时扭矩时扭矩（N.m)N.m)标定最大压力标定最大压力（Mpa)Mpa)扭矩扭矩（N.m)N.m)10Mpa10Mpa时扭时扭矩（矩（N.m)N.m)标定最大压力标定最大压力（Mpa)Mpa)扭矩扭矩（N.m)N.m)1 14-204-20207207GD2-34-511GD2-34-5111002100

14、21414100010002 25-75-7201201GD2-27X603GD2-27X603307230721414350035003 35-165-16216216GDD11-4GDD11-42834283413133500350066766712127837834 45-225-22209209GD2-22J5GD2-22J52687268712123000300070570512127607605 56-136-13214214GDD16X16GDD16X162362236212123000300068468412128578576 67-37-3206206GD2-33-510GD

15、2-33-510305330531111350035007257257 77-47-4217217GDD1-32GDD1-322739273914143750375079979913.513.5131613168 87-117-11204204GDD7X014GDD7X0142964296414144000400084784711.411.47657659 97-137-13202202GD2-36X40GD2-36X403231323116164000400064464414.314.31054105410107-137-13203203GD2-26-525GD2-26-5252881288

16、116163750375070170113.513.51099109911117-177-17218218GDD3X215GDD3X21521652165141430003000725725131378478412127-187-18211211GDD17-01GDD17-0122482248141430003000641641121278678613137-197-19208208GD2-31P601GD2-31P6013069306979079014147-197-19213213GD2-37-412GD2-37-4122818281818185000500075675614.314.37

17、81781三、效果验证及结论三、效果验证及结论额定额定压力下压力下扭矩不扭矩不尽相同尽相同 西区现场液压钳扭矩标定情况西区现场液压钳扭矩标定情况 序号序号日期日期单位单位地点地点低档低档高档高档备注备注10Mpa10Mpa时扭矩时扭矩（N.m)N.m)标定最大压力标定最大压力（Mpa)Mpa)扭矩扭矩（N.m)N.m)10Mpa10Mpa时扭矩时扭矩（N.m)N.m)标定最大压力标定最大压力（Mpa)Mpa)扭矩扭矩（N.m)N.m)1 18-288-28103103GD1-14G14GD1-14G14227422741515321032108448441414114311432 28-298

18、-29107107GD1-6-61GD1-6-61254225421414407940797567561414103910393 38-308-30121121GD1-0C4GD1-0C4258025801616369036908198191616133013304 49-199-19118118GDNB76X42GDNB76X42283028301717485448548158151515139913995 59-219-21102102GDN4-513GDN4-513257325731616440044006946941313107710776 6108108GDNB76X51GDNB76

19、X51343734371515436843688298291515137413747 79-249-24109109GD1X2-412GD1X2-412308230821616489548959039031616126412648 89-249-24519519GD1-11-403GD1-11-403285428541313380038007387381313111411149 99-259-25116116GDN5X513GDN5X513281528152121508850888438431818126012601010101101GDNB76X39GDNB76X39301830181212

20、3100310061061011111006100611119-259-25110110GDGB1-26GDGB1-266 6192019206 65595591212111111GD1-16X524GD1-16X5243346334617175200520075975917171501150113139-269-26115115GDN5-606GDN5-60626812681151536793679857857131310451045141410-2310-23106106GDGB1X28GDGB1X2829232923151542004200745745151511131113151510

21、5105GDN20X504GDN20X50428102810141441734173687687171713111311161610-2510-25112112GD1-19-7GD1-19-725392539141438003800895895141411131113三、效果验证及结论三、效果验证及结论紧扣扭紧扣扭矩小矩小（二）标定结果分析（二）标定结果分析 n 1.1.压力无控制：压力无控制：标定的标定的3030口井中，其中口井中，其中2828口井液压泵可提供超出液压钳额定压力口井液压泵可提供超出液压钳额定压力10MPa10MPa以上的动力压力，且压力升至以上的动力压力，且压力升至14MPa

22、14MPa时，随着油门的加大可继续提升液压压力时，随着油门的加大可继续提升液压压力n 2.2.扭矩未调适：扭矩未调适：3030口井中，可超出标准规定扭矩扭矩的口井中，可超出标准规定扭矩扭矩的2828口井。口井。GD2-34-511GD2-34-511井扭井扭矩低于标准规定要求。矩低于标准规定要求。n 3.3.高档紧扣扭矩小：高档紧扣扭矩小：额定压力额定压力10MPa10MPa，高档标定扭矩仅约，高档标定扭矩仅约1000N.m1000N.m，随着压力的升，随着压力的升高，升值较小，达不到标准规定的最小扭矩。高，升值较小，达不到标准规定的最小扭矩。三、效果验证及结论三、效果验证及结论213213队

23、高档标定队高档标定压力压力14.36MPa14.36MPa, ,扭矩扭矩1188N.m1188N.m116116队高档标定图形队高档标定图形压力压力18MPa,18MPa,扭矩扭矩1262N.m1262N.m单纯高档紧扣扭矩达不到标准规定要求，应单纯高档紧扣扭矩达不到标准规定要求，应“低低- -高高- -低低”档位依次操作紧扣档位依次操作紧扣（三）标定结果的调适应用（三）标定结果的调适应用213213队低档台阶曲线队低档台阶曲线三、效果验证及结论三、效果验证及结论2012.19/72012.19/7GD2-37-412GD2-37-4123 3、调整溢流阀溢流压力、调整溢流阀溢流压力至至9.2

24、 MPa9.2 MPa4 4、紧扣操作：、紧扣操作：观察液压钳压力表，紧观察液压钳压力表，紧扣压力低于扣压力低于5.5MPa5.5MPa，丝扣已经上满，应，丝扣已经上满，应检查分析油管丝扣的质量状况，查明原检查分析油管丝扣的质量状况，查明原因；紧扣压力至因；紧扣压力至9.2MPa9.2MPa，丝扣未上满，丝扣未上满，应对丝扣质量、井口对中、丝扣清洁等应对丝扣质量、井口对中、丝扣清洁等因素检查、分析、整改，直至符合标准因素检查、分析、整改，直至符合标准要求。要求。该井用通井机溢流阀进行了压力扭矩调适，下油管顺利，无意外情况发生该井用通井机溢流阀进行了压力扭矩调适，下油管顺利，无意外情况发生1 1

25、、确定标准规定扭矩：、确定标准规定扭矩：（73mm73mm、N80N80）油管紧扣扭矩：）油管紧扣扭矩：1491.59 -2494.81 N.m1491.59 -2494.81 N.m2 2、比对标定资料，确定控制压力：、比对标定资料，确定控制压力： 5.5-9.2 MPa5.5-9.2 MPa“低低- -高高- -低低”紧扣操作，对液压钳扭矩性能进行控制调适，如下为例紧扣操作，对液压钳扭矩性能进行控制调适，如下为例三、效果验证及结论三、效果验证及结论（四）典型事例分析四）典型事例分析 通过标定曲线分析，也能发现和证实液压钳性能方面的细微问题通过标定曲线分析，也能发现和证实液压钳性能方面的细微

26、问题211211队低档爬行曲线队低档爬行曲线“同步性同步性”差，差，“台阶台阶”现象明显；使用时间较长，机械性能一般现象明显；使用时间较长，机械性能一般2012.7.182012.7.18，GDD17-01GDD17-01207207队井低档标定图形队井低档标定图形低扭矩，达不到标准规定的扭矩要求，需进行液压钳维修。低扭矩，达不到标准规定的扭矩要求，需进行液压钳维修。2012.20/42012.20/4、GD2-34-511GD2-34-511三、效果验证及结论三、效果验证及结论110110队低档爬行曲线队低档爬行曲线压力随扭矩变化同步性好，液压机械性能良好；但压力升到压力随扭矩变化同步性好，

27、液压机械性能良好；但压力升到6MPa6MPa时，无论时，无论通井机油门如何加大，压力不再上升，最高扭矩通井机油门如何加大，压力不再上升，最高扭矩1928N.m1928N.m。当遇起管卸扣需。当遇起管卸扣需较大扭矩时，卸扣困难，经常出现较大扭矩时，卸扣困难，经常出现“敲榔头敲榔头”现象。现象。现场对溢流压力进行调整，恢复正常，得到现场人员的首肯现场对溢流压力进行调整，恢复正常，得到现场人员的首肯2012.25/92012.25/9、GDGB1-26GDGB1-26三、效果验证及结论三、效果验证及结论三、效果验证及结论三、效果验证及结论高压力、高扭矩，压力高压力、高扭矩，压力21MPa21MPa时

28、，扭矩时，扭矩5100N.m5100N.m，需进行压力需进行压力- -扭矩的控制调适。扭矩的控制调适。116116队低档爬行曲线队低档爬行曲线12.9.2512.9.25，GDN5X513GDN5X513三、效果验证及结论三、效果验证及结论u 1 1各标定岗位人员各标定岗位人员统一指挥统一指挥，标定前沟通交底，统一口令及手语，。，标定前沟通交底，统一口令及手语，。u 2 2依次完成扭矩传感器、压力传感器、数据线、数据串口等项目组件依次完成扭矩传感器、压力传感器、数据线、数据串口等项目组件的安装连接后，点击计算机的安装连接后，点击计算机“设备管理器设备管理器”，查看连接端口，打开计算，查看连接端口，打开计算机标定系统，进行机标定系统，进行串口设置和参数设置串口设置和参数设置，然后进行现场标定。，然后进行现场标定。u 3 3电源开关：电源开关：测量前，进行好所有所有仪器仪表的连接安装后，再开测量前，进行好所有所有仪器仪表的连接安装后，再开显示仪表的电源；测量结束后，先关显示仪表的电源后，再拆除连接传显示仪表的电源；测量结束后，先关显示仪表的电源后，再拆除连接传感器的电缆，防止带电拔插信号电缆插头偶然产生静电或电压突变，造感器的电缆，防止带电拔插信号电缆插头偶然产生静电或电压突变，造成仪表或传感器意外损坏。成仪表或传感器意外损坏。( (五五