超大口径转盘转矩传感器弹性元件设计*

邵 军， 杨 玮， 王德伟

(1.西安石油大学 机械工程学院，陕西 西安 710065；2.中国石油辽河油田公司锦州采油厂，辽宁 锦州 121209)

0 引 言

转盘转矩是反映钻井过程中钻具工作状态的重要参数，根据转盘转矩变化情况，可以较早地判别钻头工作状况、分析钻头钻遇地层的地质状况、预测钻井设备可能的异常，有效地预防各种钻井事故的发生[1]。近年来，先后出现了多种转盘转矩测试方法。刘明德[2]利用磁铁接近开关测量转盘转矩；赵荔等人[3]利用应变片测量转盘转矩；李峰等人[4]将斜齿牙嵌离合器和应变载荷传感器结合形成转矩传感器。由以上文献可知，选择适当的弹性元件，通过转换元件，可以实现转盘转矩测试。

轮辐式弹性元件在转矩传感器中应用较多。樊星等人[5]采用双月牙弧形状辐条的轮辐对转矩测量；张燕君等人[6]设计了双凹槽形辐条可调量程的轮辐转矩传感器；唐敏等人[7，8]将传统轮辐与联轴器结合设计了联轴式轮辐转矩传感器。由以上文献可知，轮辐式弹性元件不仅测量精度高而且通用性强。

随着钻井深度的增加，转盘结构发生变化，以往的转矩传感器不再适用于超大口径转盘转矩的测试，因此，本文根据直径75.5in(1 in=2.54 cm)转盘的结构，选用轮辐式弹性元件，进行转矩测量。本文对不同形状辐条的轮辐传感性能进行对比，在此基础上，设计了工字形辐条的轮辐式转矩传感器用于超大口径转盘转矩测试。

1 超大口径转盘转矩传感器设计

1.1 传感器工作原理

按照超大口径转盘的传动路线，转矩传感器的安装位置如图1所示。……