现场使用的螺杆泵初步计算得知,螺杆泵采油井在工作中,光杆上承受的扭转力一般不超过2kNm,轴向动载一般在1kN以内,这在测力分类中属于小转矩和小负荷。在确定了传递法测量之后,应能保证测试对象在小转矩和小负荷作用下物理参数变化*大限度地为传感器所捕获,以保证测试质量。因此,传感器在光杆上安装时应避免传感器自身构架对扭轴参数变化的抑制或阻碍。
理论分析根据以上的要求,将传感器设计成完全分离的主动和被动两部分,当受测光杆段受扭拉变形时,主动和被动部分相向位移,相对转角反映扭转力大小,相对轴向位移反映轴安全夹头向拉力的大小。其目的是,以受测光杆段自身做为测量扭轴,而传感器自身构架不产生任何助力,这样既保证了光杆变形信号的完整输出,又防止了由于夹装传感器从动于光杆形变造成的连带力使夹装产生滑移。
考虑避免测试过程中传感器对被测对象的任何助力因素,测试探头选定微位移探头(其精度为±0.5mm),其探针伸缩阻力极微小,所以不会在传感器的主、被动部分之间形成任何连带力。探头产生的信号是比较微弱的,考虑传感器信号将通过集流环外输信号这一事实,有必要对信号进行放大调理,这样在传感器结构设计中加入了信号处理电路部分。
理论和试验表明,杆柱上同时受扭、拉力时,当杆柱未受弯曲力矩作用时,扭、拉力是完全独立的。设测力光杆段垂直,则在同一光杆段上,可以分别测得相互独立的扭力和拉力。由于抽油杆柱弯曲和振动失稳等原因,杆柱局部段长上定会发生扭、拉力耦合,并且会在光杆上得到反映,这是一个需要进一步研究的问题。结构特点双参数传感器主要是由两个微位移探头、接线盒(电路板)、上下夹持器、探头握持架和上下夹持器定位板共同构成的。
工作原理启动螺杆泵,光杆因受扭转力和轴向拉力的作用而发生扭转和拉伸形变,主动和被动夹持器之间产生周向和轴向相对位移,上夹持器带动探头握持器同步位移,使得探头的拉杆端面受到被动夹持器主架上、侧端面的挤压,从而使微位移传感器中的活动铁芯移动,这样就会在其副边形成一个与位移量相关的感应电压信号。由虎克定律可以得出等截面拉杆变形与轴向拉力之间的关系式为:$l=PlEF(1)式中P―轴向拉力,N;l―拉杆的工作长度,mm;E―拉杆材料弹性模量,N/cm2;F―拉杆截面积,cm;$l―拉杆受力伸长量,mm.
结论1.测试方法实现了同时同部位分别测取扭矩―拉力随时间变化规律的目的,较好地解决了同一传感系统在同一受力体上,测取扭矩和拉力时的信号耦合问题。2.实测结果提供了自油井系统加电启动至工作平稳过程中扭矩、拉力、振动及启动转数等有意义的信息,为螺杆泵抽油系统的工况诊断提供了有力的依据。