Разработка и исследование модели индикаторов веса и её метрологического обеспечения для применения в отраслях нефтегазовой промышленности

• Автор: Теплых, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 113 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Современное состояние методов и средств измерения, воспроизведения, передачи и обработки результатов измерений единицы силы и их метрологических характеристик

1.1 Анализ существующих методов и средств измерения силы

1.2 Анализ существующих методов и средств воспроизведения, передачи и обработки результатов измерений единицы силы и их метрологических характеристик
1.3 Анализ индикаторов веса, используемых для: измерений и регистрации усилий натяжения стальных канатов при бурении и капитальном ремонте скважин в отраслях нефтегазовой промышленности

1.4 Постановка задачи исследования

2 Современное состояние метрологического обеспечения

индикаторов веса

2.1 Оценка основных погрешностей измерений при использовании в комплексе средств измерений силы и длины

2.1.1 Анализ основных источников погрешностей измерений механических величин

2.1.2 Погрешности, вызванные влиянием внешних условий
2.1.3 Выявление дополнительных погрешностей измерений при однократном и циклическом нагружении
2.2 Устройство и технологическая схема работы, силоизмерительных машин различных модификаций
3 Разработка и исследование модели индикаторов веса для измерений и регистрации усилий натяжения-стальных канатов бесконтактными методами на основе совместного применения-средств измерений силы И: длины
3.1 Разработка и исследование модели индикаторов>веса
3.1.1 Оценка общей достоверности результатов измерений индикаторов веса
3.1.2 Разработка методов определения-метрологических характеристик чувствительных элементов.динамометров цифровым нивелиром
3.1.3 Исследование влияния вибрации на точность измерений цифровыми нивелирами
3.2 Разработка автоматизированной системы определения деформации чувствительных элементов индикаторов веса

3.3 Разработка высокоточного метода аттестации индикаторов веса
лазерным интерферометром
3.3.1 Разработка метода калибровки цифровых нивелиров с применением лазерной интерферометрической измерительной системы
3.4 Практическая реализация разработанных методов определения метрологических характеристик чувствительных элементов динамометров, основанных на использовании цифрового нивелира
Заключение
Приложение А Техническое описание и основные технические характеристики dini user guide ver 010 RUS
Приложение Б Техническое описание и основные технические характеристики лазерного интерферометра ML 10 GOLD
Приложение В Акт о внедрении результатов научно-исследовательской деятельности в учебный процесс
Приложение Г Акт о внедрении результатов научно-исследовательской деятельности
Приложение Д Справка о внедрении результатов научно-исследовательской деятельности
Приложение Е Справка о внедрении результатов научно-исследовательской деятельности
Библиография

Введение
Актуальность темы исследований. В настоящее время в отраслях нефтегазовой промышленности все работы по подземному и капитальному ремонту сопровождаются спуском в скважину и подъемом из нее труб, штанг и различных инструментов. Для этого над устьем скважины устанавливается подъемное сооружение - вышка, мачта с оборудованием для спускоподъемных операций. Для измерений и регистрации усилий натяжения стальных канатов при проведении спускоподъемных операций были разработаны приборы, так. называемые индикаторы веса. Существует широкий спектр измерительных устройств для определения веса с аналогичными' параметрами и характеристиками. Однако эти устройства обладают существенными недостатками, главными из которых являются: наличие систематических и случайных погрешностей измерений, связанных с индивидуальными особенностями оператора, наличие неучтенной погрешности в результатах измерений, зависящей от изменения диаметра- стального каната, на котором закрепляются рассматриваемые приборы при проведении спускоподъемных операций, а также отсутствие возможности бесконтактного съема измерительной информации. Кроме этого широкий спектр номенклатуры продукции, выпускаемой отечественной и зарубежной промышленностью, обусловил создание ряда индивидуальных средств поверки для отдельных типов индикаторов веса. Это связано с особенностями конструкций и условиями- эксплуатации данных измерительных устройств. Для обеспечения' точности и правильности результатов измерений эти приборы обычно поверяются на гидравлических разрывных машинах типа МР-500, которые в свою очередь также должны быть поверены.
Для обеспечения достоверности результатов, измерений машины типа, МР-500 подвергаются поверке с помощью-эталонных динамометров третьего разряда, которые в свою очередь аттестовываются на эталонных силоизмерительных машинах второго разряда. Однако очевидными недостатками данных способов поверки являются: технологическая и*
приборная сложность систем, а также наличие субъективной- погрешности измерений, связанной с индивидуальными особенностями и психофизическим состоянием поверителя. Под технологической сложностью системы понимаются инструментальные и организационные трудности в проведении поверки, вызванные необходимостью применения, различных средств поверки типа гирь и их транспортирование, при соблюдении требуемой- точности и диапазонов измерений.
Современные тенденции развития науки и техники направлены на автоматизацию1 всех процессов метрологического обеспечения средств измерений (СИ). Повышение требований к точности измерений ведет к дальнейшему усовершенствованию конструкции индикаторов веса. В связи с этим возникает задача создания принципиальных схем измерения и регистрации усилий натяжения стальных канатов с применением электронноцифровой техники, которая минимизирует систематические и случайные

характеризуются многократными изменениями нагрузки. Поэтому для правильного функционирования ИВ необходимо выполнить оценку погрешностей измерений при предельно возможных нагрузках однократного или циклического нагружения. Необходимо при этом уделить большое внимание двум стадиям - появлению макротрещин и окончательного излома, а также статистической природе характеристик механических свойств. Для обоснования выбора материалов и расчетного определения основных размеров элементов конструкций (с введением соответствующих запасов прочности по номинальным напряжениям) используют характеристики стандартных, механических свойств (типа пределов текучести а-г, прочности ов, ВЫНОСЛИВОСТИ 0.1, длительной'прочности, ползучести, модулей, упругости Е и б, ударной вязкости). Однако значения таких важных факторов, как местная механическая, а также тепловая, статическая и вибрационная напряженность, длительность, повторность и нестационарность эксплуатационных режимов, исходная и развивающаяся дефектность, действие рабочих сред, изменение структуры и свойств материалов, начальная неоднородность механических свойств в композиционных материалах не отражают расчеты, прочности по номинальным напряжениям с использованием перечисленных характеристик. Особенно важными направлениями исследований в области прочности материалов и конструкций, являются: линейная и нелинейная механика разрушения;, деформационные и энергетические критерии разрушения; модели деформируемых сред с учетом сосредоточенного и рассредоточенного повреждения; процессы длительного циклического деформирования* и разрушения; сопротивление деформациям и разрушению при программном изотермическом и неизотермическом нагружениях; микромеханика процессов статического и циклического разрушений.
В указанных направлениях механические испытания были произведены с широким использованием средств измерения местных упругих и упругопластических деформаций (малобазной тензометрии, муара, сетки, оптически активных покрытий, голографии, интерферометрии); автоматизированных установок с управлением от ЭВМ и от программных регуляторов, имеющих электрогидравлический, электромеханический и электродинамический приводы; систем измерения, процессов повреждения/ и' развития трещин (оптической микроскопии, метода электропотенциалов и электросопротивлений, датчиков последовательного разрыва, датчиков накопления- повреждений, акустической эмиссии, анализа жесткости объекта нагружения); комбинированных (расчетно-экспериментальных) методов- и-средств изучения напряженно-деформированных состояний и прочности для обоснования программ испытаний и анализа, их результатов; систем для проведения стендовых испытаний моделей и реальных конструкций, включающих указанные выше средства измерения и регистрации деформаций, накопленных повреждений и длин трещин (сосудов давления, трубопроводов, дисков и лопаток турбин, валов, элементов энергетических и транспортных установок, сварных конструкций). Следует иметь в виду, характеризуя наиболее существенные результаты в разработке и развитии методов