连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置及方法

技术领域

本发明涉及油气装备技术领域，具体而言，涉及一种连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置及方法。

背景技术

在油气开采领域，连续管由于连续、无接箍的特点，作业过程中不需要接单根，免去了作业人员进行上卸管柱作业，具有安装简单、无漏失、可靠性高等优点。伴随低渗透油气藏的高效开发，水平井技术的规模应用，分段(层)压裂酸化技术和带压作业技术的发展以及未来非常规气的经济开发，连续管技术会得到更为广泛的应用，需求日益增加。

作为连续管装备的核心部件，注入头的作用在于起下连续油管，注入头上的滚轮轴承主要起到两个作用：一是传递夹紧力，二是作为滚动体在推板上滚动。其作业工况和受力具有如下特点：承受载荷大，由于注入头夹持块通过摩擦力带动连续管起下井，夹持块背面的滚轮轴承所受的夹紧力需要达到井下连续管重量的5倍以上；维护难度大，工作空间狭小、轴承数量多(单注入头的滚轮轴承数量达到100件以上)；工作环境恶劣，轴承需要长期在现场油污、杂质等恶劣环境中工作，且其在滚动过程中，轴承与推板之间为线接触，应力集中明显。

由于现有轴承寿命的理论计算公式、试验装置和方法都是针对轴承外圈安装在圆形轴承座内，内圈转动、且润滑良好的应用情况，无法真实反应注入头滚轮轴承的工作环境和受力情况，计算和试验结果与实际应用偏差很大。基于现有理论计算和试验结果所开发的滚轮轴承在应用过程中可能出现轴承碎裂、漏脂、低寿命失效等系列问题，引起作业事故，造成经济损失。

由上可知，现有技术中存在连续管注入头滚轮轴承寿命测试不准确的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置及方法，以解决现有技术中的连续管注入头滚轮轴承寿命测试不准确的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置，包括：链条装置，链条装置包括双排滚子链和基座总成，基座总成固定设置在双排滚子链上，基座总成上固定设置有轴承试样；张紧装置，张紧装置用于张紧链条装置；箱体，链条装置、张紧装置容置在箱体内；夹紧装置，夹紧装置悬挂在箱体内，用于将轴承试样夹紧；支撑框架，箱体固定设置在支撑框架内；介质添加装置，介质添加装置设置在支撑框架的顶部，用以向轴承试样添加环境介质；驱动装置，驱动装置带动链条装置运行，以使轴承试样随链条装置运动的过程中与夹紧装置产生相对运动。

进一步地，基座总成为多个，双排滚子链包括：两条并排的环形链条；多个长销轴，相邻的两个长销轴为一组以固定同一个基座总成，多组长销轴沿环形链条的周向间隔设置，长销轴的两端分别与两条环形链条连接。

进一步地，基座总成包括外鞍座、内鞍座、支撑块和固定螺钉，支撑块通过长销轴固定在双排滚子链的中间，外鞍座和内鞍座安装在支撑块的两侧并通过固定螺钉固定，外鞍座位于环形链条的外侧，内鞍座位于环形链条的内侧。

进一步地，外鞍座上远离支撑块的一侧设置有至少两个外鞍座销轴孔，各外鞍座销轴孔至支撑块的距离相等，各外鞍座销轴孔处对应插接外鞍座销轴；内鞍座上远离支撑块的一侧设置有至少两个内鞍座销轴孔，各内鞍座销轴孔至支撑块的距离相等，各内鞍座销轴孔处对应插接内鞍座销轴。

进一步地，外鞍座销轴的两端和内鞍座销轴的两端设置有卡簧。

进一步地，两个内鞍座销轴孔之间的距离L2小于两个外鞍座销轴孔之间的距离L1。

进一步地，张紧装置包括张紧液缸、张紧轮总成、里程计和链轮，张紧液缸为两个，两个张紧液缸分别设置在张紧轮总成的两端，里程计与张紧轮总成的一端连接以记录轴承试样的试验里程，张紧轮总成穿过链轮的中心并与链轮固定连接，链轮为两个，两个链轮分别与两条环形链条啮合。

进一步地，夹紧装置包括：限位板；活动板，活动板与限位板间隔设置并在二者之间形成用于夹持轴承试样的夹持区域；夹紧液缸，夹紧液缸用于调节活动板与限位板之间的距离并提供夹持轴承试样的夹持力。

进一步地，限位板为两个，夹紧液缸包括液压杆和缸筒，缸筒与液压杆驱动连接，一个限位板与缸筒固定连接，另一个限位板与液压杆固定连接，活动板设置在液压杆上且活动板位于两个限位板之间，活动板与液压杆活动连接。

进一步地，夹紧液缸为多个，限位板包括上部限位横梁、下部限位横梁和第一纵向夹紧板，上部限位横梁位于下部限位横梁的上方，第一纵向夹紧板的上下两端分别与上部限位横梁和下部限位横梁连接，一个上部限位横梁和一个下部限位横梁与不同的缸筒固定连接，另一个上部限位横梁和另一个下部限位横梁与不同的液压杆固定连接；活动板包括上部活动横梁、下部活动横梁和第二纵向夹紧板，第二纵向夹紧板为两个，两个第二纵向夹紧板分别与两个第一纵向夹紧板形成用于夹持轴承试样的夹持区域，上部活动横梁位于下部活动横梁的上方，第二纵向夹紧板的上下两端分别与上部活动横梁和下部活动横梁连接，上部活动横梁和下部活动横梁分别穿设在不同的液压杆上。

进一步地，第一纵向夹紧板的长度大于第二纵向夹紧板的长度。

进一步地，介质添加装置包括介质盒和控制阀，介质盒用于存放环境介质，控制阀设置在介质盒上以控制环境介质的投放。

进一步地，环境介质包括油井井场杂质和污油。

进一步地，驱动装置包括顺次连接的驱动轮总成、安全联轴器和驱动电机，驱动轮总成与链条装置啮合，驱动电机带动驱动轮总成进而带动链条装置运行。

根据本发明的另一方面，提供了一种连续管注入头滚轮轴承寿命试验方法，采用上述的连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置实施连续管注入头滚轮轴承寿命试验方法，连续管注入头滚轮轴承寿命试验方法包括：张紧装置张紧链条装置，使得轴承试样与夹紧装置接触；调整夹紧装置，以使夹紧装置对轴承试样施加夹紧力；驱动装置带动链条装置运转，并带动轴承试样在第一纵向夹紧板和第二纵向夹紧板上滚动，使用张紧装置的里程计记录轴承试样的试验里程；打开介质添加装置的控制阀，向轴承试样上添加环境介质；当轴承试样失效时，结束试验；读取里程计中的里程数据，确定试验结果。

进一步地，轴承试样失效的判定方法包括：设定轴承试样失效时的链轮的扭矩设定值；通过安全联轴器检测链轮的转动扭矩；当链轮的转动扭矩大于链轮的扭矩设定值时，判定轴承试样失效。

进一步地，连续管注入头滚轮轴承寿命试验方法还包括：在判定轴承试样失效后，通过驱动装置的安全联轴器控制驱动装置的驱动电机与驱动装置的驱动轮总成脱离，以使链条装置停止运行。

应用本发明的技术方案，通过试验装置模拟轴承试样的真实作业工况，真实反映轴承试样的性能和寿命，通过间隔设置链条装置中的长销轴和基座总成，满足不同规格轴承试样的安装和试验要求，夹紧装置与链条装置能够顺畅进出夹持区域，使得箱体免收夹紧力的影响，结构可靠性高，并且能够同时开展多组轴承试样的试验工作，排除偶然性，试验结果可靠，试验装置和方法自动化程度高，免去人工干预，符合轴承寿命试验周期长的要求，解决了连续管注入头滚轮轴承寿命测试不准确的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的一个具体实施例中的连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置的结构示意图；

图2示出了图1中的连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置的另一个角度的结构示意图；

图3示出了图2中的连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置的一个角度的剖面图；

图4示出了本发明的一个具体实施例中的连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置的链条装置的结构示意图；

图5示出了本发明的一个具体实施例中的连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置的双排滚子链的结构示意图；

图6示出了本发明的一个具体实施例中的连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置的基座总成的结构示意图；

图7示出了图6中的基座总成的另一个角度的结构示意图；

图8示出了本发明的一个具体实施例中的连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置的张紧装置的结构示意图；

图9示出了本发明的一个具体实施例中的连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置的夹紧装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、链条装置；11、双排滚子链；111、环形链条；112、长销轴；12、基座总成；121、外鞍座；1211、外鞍座销轴孔；1212、外鞍座销轴；122、内鞍座；1221、内鞍座销轴孔；1222、内鞍座销轴；123、支撑块；124、固定螺钉；20、张紧装置；21、张紧液缸；22、张紧轮总成；23、里程计；24、链轮；30、箱体；40、夹紧装置；41、限位板；411、上部限位横梁；412、下部限位横梁；413、第一纵向夹紧板；42、活动板；421、上部活动横梁；422、下部活动横梁；423、第二纵向夹紧板；43、夹紧液缸；431、液压杆；432、缸筒；50、支撑框架；60、介质添加装置；61、介质盒；62、控制阀；70、驱动装置；71、驱动轮总成；72、安全联轴器；73、驱动电机；80、轴承试样。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了解决现有技术中的连续管注入头滚轮轴承寿命测试不准确的问题，本发明提供了一种连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置及方法。

其中，下述的连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置采用下述的连续管注入头滚轮轴承寿命试验方法。

如图1至图3所示，连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置包括链条装置10、张紧装置20、箱体30、夹紧装置40、支撑框架50、介质添加装置60和驱动装置70。链条装置10包括双排滚子链11和基座总成12，基座总成12固定设置在双排滚子链11上，基座总成12上固定设置有轴承试样80。张紧装置20用于张紧链条装置10。链条装置10、张紧装置20容置在箱体30内。夹紧装置40悬挂在箱体30内，用于将轴承试样80夹紧。箱体30固定设置在支撑框架50内。介质添加装置60设置在支撑框架50的顶部，用以向轴承试样80添加环境介质。驱动装置70带动链条装置10运行，以使轴承试样80随链条装置10运动的过程中与夹紧装置40产生相对运动。

本实施例中的连续管注入头滚轮轴承寿命试验装置能够真实模拟轴承试样80作为滚动承载体在推板上滚动的作业工况，介质添加装置60向轴承试样80添加环境介质模拟真实的作业环境，从而使得试验结果准确反映轴承试样80的性能和寿命。并且能够同时开展多组轴承试样80的试验工作，排除偶然性，提高了试验结果的可靠性。

如图4和图5所示，基座总成12为多个，双排滚子链11包括两条并排的环形链条111和多个长销轴112。相邻的两个长销轴112为一组以固定同一个基座总成12，多组长销轴112沿环形链条111的周向间隔设置，长销轴112的两端分别与两条环形链条111连接。具体的，常规的环形链条111上具有多个顺次排列的短销轴，且两个短销轴为一组，本实施例中的一组长销轴112间隔地将一组短销轴替换掉并贯穿环形链条111。间隔设置方式能够满足不同尺寸特别是大尺寸轴承试样80的安装要求，确保环形链条111顺畅运行。

如图6和图7所示，基座总成12包括外鞍座121、内鞍座122、支撑块123和固定螺钉124。支撑块123通过长销轴112固定在双排滚子链11中间。外鞍座121和内鞍座122安装在支撑块123的两侧并通过固定螺钉124固定。具体的，外鞍座121和内鞍座122通过各自背面的T型槽安装在支撑块123的两侧。其中，外鞍座121位于环形链条111的外侧，内鞍座122位于环形链条111的内侧。

在本实施例中，外鞍座121上远离支撑块123的一侧设置有至少两个外鞍座销轴孔1211，各外鞍座销轴孔1211至支撑块123的距离相等，各外鞍座销轴孔1211处对应插接外鞍座销轴1212。也就是说，两个外鞍座销轴孔1211相对于固定螺钉124的轴向对称设置。轴承试样80通过外鞍座销轴1212固定在外鞍座121上。同样的，内鞍座122上远离支撑块123的一侧设置有至少两个内鞍座销轴孔1221，各内鞍座销轴孔1221至支撑块123的距离相等，各内鞍座销轴孔1221处对应插接内鞍座销轴1222。也就是说，两个内鞍座销轴孔1221相对于固定螺钉124的轴向对称设置。轴承试样80通过内鞍座销轴1222固定在内鞍座122上。

具体的，外鞍座销轴1212的两端和内鞍座销轴1222的两端设置有卡簧。在外鞍座销轴1212的两端和内鞍座销轴1222的两端的端部设置卡簧，能够阻止外鞍座销轴1212和内鞍座销轴1222发生轴向位移，避免外鞍座销轴1212和内鞍座销轴1222从外鞍座销轴孔1211或者内鞍座销轴孔1221中脱离，从而避免轴承试样80从外鞍座121或者内鞍座122上脱离，保证了轴承试样80安装牢固。

如图7所示，两个内鞍座销轴孔1221之间的距离L2小于两个外鞍座销轴孔1211之间的距离L1。这种孔距差使得内鞍座122上的两个轴承试样80的间距小于外鞍座121上的两个轴承试样80的间距，四个轴承试样80整体呈梯形布置。在环形链条111转动过程中，当外鞍座121上的两个轴承试样80完全进入第一纵向夹紧板413以后，内鞍座122上的第一个轴承试样80才会进入第二纵向夹紧板423，在三个轴承试样80受力的情况下，这种梯形布置可以确保内鞍座122上的轴承试样80的受力位置位于外鞍座121上的两个轴承试样80之间，不会产生弯矩，确保环形链条111不受横向力或者弯矩的影响，避免环形链条111堆积。

如图2和图8所示，张紧装置20包括张紧液缸21、张紧轮总成22、里程计23和链轮24。张紧液缸21为两个，两个张紧液缸21分别设置在张紧轮总成22的两端上。里程计23与张紧轮总成22的一端连接以记录轴承试样80的试验里程。张紧轮总成22穿过链轮24的中心并与链轮24固定连接，链轮24为两个，两个链轮24与分别两条环形链条111啮合。通过链轮24与环形链条111连接，从而将环形链条111张紧。

如图9所示，夹紧装置40包括限位板41、活动板42和夹紧液缸43。活动板42与限位板41间隔设置并在二者之间形成用于夹持轴承试样80的夹持区域。夹紧液缸43用于调节活动板42与限位板41之间的距离并提供夹持轴承试样80的夹持力。

具体的，限位板41为两个，夹紧液缸43包括液压杆431和缸筒432，缸筒432与液压杆431驱动连接，一个限位板41与缸筒432固定连接，另一个限位板41与液压杆431固定连接，活动板42设置在液压杆431上且活动板42位于两个限位板41之间，活动板42与液压杆431活动连接。液压杆431的端部设置有固定块，一个限位板41通过固定块与液压杆431固定连接。当夹紧液缸43开始工作时，液压杆431会向缸筒432内收缩移动。

在本实施例中，夹紧液缸43为多个，限位板41包括上部限位横梁411、下部限位横梁412和第一纵向夹紧板413。上部限位横梁411位于下部限位横梁412的上方，第一纵向夹紧板413的上下两端分别与上部限位横梁411和下部限位横梁412连接，一个上部限位横梁411和一个下部限位横梁412与不同的缸筒432固定连接。另一个上部限位横梁411和另一个下部限位横梁412与不同的液压杆431固定连接。具体的，上部限位横梁411的一侧和下部限位横梁412的一侧设置有凹槽，第一纵向夹紧板413的上下两端容置在凹槽内，并通过固定螺栓固定。

同样的，活动板42包括上部活动横梁421、下部活动横梁422和第二纵向夹紧板423。第二纵向夹紧板423为两个，两个第二纵向夹紧板423分别与两个第一纵向夹紧板413形成用于夹持轴承试样80的夹持区域。上部活动横梁421位于下部活动横梁422的上方，第二纵向夹紧板423的上下两端分别与上部活动横梁421和下部活动横梁422连接，上部活动横梁421和下部活动横梁422分别穿设在不同的液压杆431上。具体的，上部活动横梁421的两侧和下部活动横梁422的两侧均设置有凹槽，两个第二纵向夹紧板423分别容置在上部活动横梁421的两侧的凹槽和下部活动横梁422的两侧的凹槽内，并通过固定螺栓固定。

如图9所示，第一纵向夹紧板413的长度大于第二纵向夹紧板423的长度。这种长度差可以确保在链条装置10运转过程中，外鞍座121上的两个轴承试样80完全进入第一纵向夹紧板413的夹持区域后，内鞍座122上的轴承试样80才会进入第二纵向夹紧板423的夹持区域，使得链条装置10在试验过程中免受横向力的影响。

如图2所示，介质添加装置60包括介质盒61和控制阀62。介质盒61用于存放环境介质，控制阀62设置在介质盒61上以控制环境介质的投放。介质盒61和控制阀62位于轴承试样80的上方，当轴承试样80开始进行寿命试验时，打开控制阀62，向轴承试样80投放环境介质，模拟轴承试样80的实际工作环境，从而使得试验结果更加准确真实。

具体的，环境介质包括油井井场杂质和污油。当然，也可以根据不同轴承试样80的实际工作环境选择相应的环境介质的组分。

如图2所示，驱动装置70包括顺次连接的驱动轮总成71、安全联轴器72和驱动电机73。驱动轮总成71与链条装置10啮合，驱动电机73带动驱动轮总成71进而带动链条装置10运行。

连续管注入头滚轮轴承寿命试验方法包括：张紧装置20张紧链条装置10，使得轴承试样80与夹紧装置40接触；调整夹紧装置40，以使夹紧装置40对轴承试样80施加夹紧力；驱动装置70带动链条装置10运转，并带动轴承试样80在第一纵向夹紧板413和第二纵向夹紧板423上滚动，使用张紧装置20的里程计23记录轴承试样80的试验里程；打开介质添加装置60的控制阀62，向轴承试样80上添加环境介质；当轴承试样80失效时，结束试验；读取里程计23中的里程数据，确定试验结果。

具体的，张紧装置20中的张紧液缸21通过张紧轮总成22向下张紧链条装置10，在环形链条111张力的作用下，夹紧装置40中的上部活动横梁421和下部活动横梁422在液压杆431上滑动，确保两个第二纵向夹紧板423均与链条装置10中的内鞍座122上的轴承试样80接触。

液压油进入夹紧液缸43后，液压杆431开始收缩，在这个过程中，两个第一纵向夹紧板413分别向中间移动，并最终与链条装置10中的外鞍座121上的轴承试样80接触，将夹紧力传递到轴承试样80上。

在本实施例中，轴承试样80失效的判定方法包括：设定轴承试样80失效时的链轮24的扭矩设定值；通过安全联轴器72检测链轮24的转动扭矩；当链轮24的转动扭矩大于链轮24的扭矩设定值时，判定轴承试样80失效。

当轴承试样80失效时，轴承试样80的滚动扭矩会开始增大，进而双排滚子链11的转动扭矩也会开始增大，并进一步导致链轮24的转动扭矩增大。当链轮24的转动扭矩大于链轮24的扭矩设定值时，判定轴承试样80失效。在判定轴承试样80失效后，通过驱动装置70的安全联轴器72控制驱动装置70的驱动电机73与驱动装置70的驱动轮总成71脱离，以使链条装置10停止运行。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、模拟了轴承试样的真实作业工况，试验结果可以真实反映轴承试样的性能和寿命。

2、满足不同规格轴承试样的安装和试验要求。

3、试验装置的结构可靠性高。

4、可以同时开展多组轴承试样的试验工作，排除偶然性，试验结果可靠。

5、自动化程度高，免去人工干预，符合轴承寿命试验周期长的要求。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。