基于光纖光柵傳感的鉆桿扭矩測量技術(shù)研究.pdf

1、扭矩是鉆具工作過程中的重要力學(xué)參數(shù)之一。利用合適的傳感器及測量方法對鉆具系統(tǒng)的扭矩進(jìn)行實時監(jiān)測，對于保證整個系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要意義。在實際工程中，鉆桿的受力情況十分復(fù)雜，會受到彎矩、扭矩及軸向力的復(fù)合載荷，如何將復(fù)合載荷下各力學(xué)參數(shù)分離成了鉆桿扭矩檢測的關(guān)鍵技術(shù)。
　　本文基于ANSYS有限元仿真，理論上提出了一種復(fù)合載荷下螺紋鉆桿壓力、彎矩和扭矩分離的新方法。實驗上利用光纖光柵傳感器對鉆桿鉆進(jìn)過程中的扭矩進(jìn)行了測量，驗證了此

2、方法的可行性。主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　1.綜合分析比較了不同扭矩測量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了光纖光柵的傳感特性及應(yīng)用現(xiàn)狀，并從理論上分析了如何將其用于扭矩測量。
　　2.對比分析了圓柱鉆桿、不同螺紋牙型的單螺紋鉆桿及雙螺紋鉆桿在同樣的扭矩作用下受切向應(yīng)力的情況，為監(jiān)測點(diǎn)的選擇提供了依據(jù)。
　　3.基于圓柱鉆桿在壓力、彎矩、扭矩復(fù)合載荷下三參數(shù)分離的理論分析，通過擬合修正，得到了在同樣的載荷下，不帶螺紋部分直徑與

3、圓柱鉆桿直徑相同且材質(zhì)相同的螺紋鉆桿壓力、彎矩、扭矩的近似解析解。運(yùn)用此修正方法得到的軸向壓力、彎矩、扭矩的值與仿真加載值的最大差值分別為0.47％、1.70％、0.60％。分析了螺紋鉆桿結(jié)構(gòu)尺寸及加載載荷大小對壓力、彎矩和扭矩分離的修正因子的影響。
　　4.設(shè)計并搭建了壓彎扭測量裝置，利用其對空心圓柱鉆桿的純扭矩及簡易壓彎扭組合進(jìn)行了實際測量，并得到扭矩的測量誤差在0.70％～6.91％之間。在對實心鉆桿鉆進(jìn)過程中力學(xué)參數(shù)在線檢