Регулятор подачи бурового инструмента

Регулятор подачи бурового инструмента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

РЕГУЛЯТОР ПОДАЧИ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА, содержащий исполнительный механизм с электроприводом и отрицательной обратной связью по механической скорости проходки, датчик веса с электрическим выходом, задатчик веса и элемент сравнения, один вход которого соединен с выходом датчика веса, а другой - Кть с задатчиком веса, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности регулирования, он снабжен задатчиком скорости подачи, коммутатором, управляемым делителем частоты, формирователем управляющих импульсов, схемой И, устройством запуска электропривода исполнительного механизма, переключателем и блоком управления , причем задатчик скорости подачи соединен-с одним из входов коммутатора, другой вход которого подключен через переключатель к блоку управления и выход которого соединен с управляемым входом делителя частоты, другой вход которого соединен с формирователем управляющих импульсов, а выход делителя частоты соединен с одним из входов схемы И, другой вход которой § соединен с выходом элемента сравнения, а сл выход схемы И соединен с устройством запуска электропривода исполнительного меd ханизма. 00 О5 ю S7 Eh-0t

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1118762 зшЕ 21 В 4400

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3594196/22-03 (22) 23.05.83 (46) 15.10.84. Бюл. № 38 (72) Б. Г. Соколов, В. А. Гришин, Г. М. Кузнецов и И. И. Рабин (71) Грозненское научно-производственное объединение «Промавтоматика» (53) 621.39.8 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 945396, кл. Е 21 В 44(00, 1980.

2. Патент США № 3070356, кл. 254-173, опублик. 1960. (54) (57) РЕГУЛЯТОР ПОДАЧИ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА, содержащий исполнительный механизм с электроприводом и отрицательной обратной связью по механической скорости проходки, датчик веса с электрическим выходом, задатчик веса и элемент сравнения, один вход которого соединен с выходом датчика веса, а другой— с задатчиком веса, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности регулирования, он снабжен задатчиком скорости подачи, коммутатором, управляемым делителем частоты, формирователем управляющих импульсов, схемой И, устройством запуска электропривода исполнительного механизма, переключателем и блоком управления, причем задатчик скорости подачи соединен с одним из входов коммутатора, другой вход которого подключен через переключатель к блоку управления и выход которого соединен с управляемым входом делителя частоты, другой вход которого соединен с формирователем управляющих импульсов, а выход делителя частоты соединен с одним из входов схемы И, другой вход которой соединен с выходом элемента сравнения, а выход схемы И соединен с устройством запуска электропривода исполнительного механизмаа.!

1!8762

Изобретение относится к автоматизации бурения и может быть использовано на буровых установках с ленточным тормозом.

Известен регулятор подачи долота, содержащий измеритель веса, элемент сравнения, исполнительный механизм с электроприводом и отрицательной обратной связью по механической скорости проходки (1).

Известен также регулятор подачи бурового инструмента, содержащий исполнительный механизм с электроприводом и отрицательной обратной связью по механической скорости проходки, датчик веса с электри- . ческим выходом, задатчик веса и элемент сравнения, один вход которого соединен с выходом датчика веса, а другой — с задатчиком веса. Для ограничения скорости подачи инструмента регулятор содержит центробежный датчик скорости, связанный посредством фрикционного колеса с фланцем барабана лебедки (2).

Недостатком данного регулятора подачи является то, что его нельзя использовать в режиме стабилизации заданной скорости проходки. Кроме того, оно не позволяет дистанционно изменять задание регулятору, поскольку задание регулятору определяется положением контактов электроконтактного манометра, перемещаемых механически вручную. Следовательно, указанное устройство нельзя использовать в режиме автоматичесго управления процессом бурения от вычис1 лительного комплекса, когда в зависимости от разбуриваемых пород, глубины скважины, условий промывки и т.д. необходимо изменить задание согласно критерию оптимальности. Причем устройство имеет низкую надежность; поскольку электромагнитная муфта и контакты манометра от частого срабатывания быстро изнашиваются. Недостатком устройства является также большое перерегулирование особенно при разбуривании твердых пород, поскольку расстояние между контактами манометра трудно установить достаточно малым.

Цель изобретения — повышение надежности и точности регулирования.

Указанная цель достигается тем, что регулятор подачи бурового инструмента, содержащий исполнительный механизм с электрическим приводом и отрицательной обратной связью по механической скорости проходки, датчик веса с электрическим выходом, задатчик веса и элемент сравнения, один вход которого соединен с выходом датчика веса, а другой — с задатчиком веса, снабжен задатчиком скорости подачи, коммутатором, управляемым делителем частоты, формирователем управляющих импульсов, схемой И, устройством запуска электропривода исполнительного механизма, переключателем и блоком управления, причем задатчик скорости подачи соединен с одним из входов коммутатора, другой вход которого подключен через переключатель к блоку управления и выход которого соединен с управляемым входом делителя частоты, другой вход которого соединен с формирователем управляющих импульсов, а выход делителя частоты соединен с одним из входов схемы

И, другой вход которой соединен с выходом элемента сравнения, а выход схемы И соединен с устройствОм запуска электропривода исполнительного механизма.

На чертеже представлена структурная схема регулятора подачи бурового инструмента.

Регулятор подачи бурового инструмента содержит испол нительны и механизм, состоящий из электрического привода 1 (например, электродвигателя), сумматора 2, представляющего собой, например, редуктор, на рО подвижном подшипниковом корпусе которого смонтирован тросоприемный барабан с намотанным тросом 3 и грузом 4, связанными с рукояткой тормоза 5, входной и выходной валы редуктора связаны соответственно с электродвигателем 1 и шкивом 6, прижимаемым к реборде барабана лебедки 7. Кроме того, регулятор подачи бурового инструмента содержит датчик веса с электрическим выходом 8, подключенным к одному из входов элемента сравнения 9, другой вход коgg торого подключен через переключатель рода работы 10 к задатчику веса 11 или к блоку управления процессом бурения 12, задатчик скорости подачи 13, который с помощью коммутатора 14 подключается к,управляемому входу делителя частоты 15, другой

Ç5 вход которого соединен с формирователем управляющих импульсов 16. Выходы делителя частоты 15 и элемента сравнения 9 подключены к входам схемы И 17, выход которой подключен к входу устройства запуска электродвигателя 18, включающего семисторы 19 и схему управления ими.

Регулятор подачи бурового инструмента работает следующим образом.

Напряжение, пропорциональное весу бурового инструмента, с датчика веса 8 пода45 ется на первый вход элемента сравнения 9, на второй вход которого подается напряжение уставки с задатчика веса 11 или, в автоматическом режиме (переключатель 10 в нижнем положении), с блока управления процессом бурения 12, если напряжение на первом входе элемента сравнения 9 превышает напряжение уставки (вес инструмента больше заданного), то на вхоДе схемы И

17 присутствует «1» и запускающие импульсы с делителя частоты 15 проходят на вход

55 устройства запуска электродвигателя 18, которое включает электродвигатель 1 исполнительного механизма на время длительнос ти импульса.

1-118762

45

При вращении электродвигателя 1, поскольку шкив 6 заторможен, происходит вращение тросоприемного барабана суммато ра 2 в сторону наматывания троса 3 и тем самым происходит растормаживание лебедки. При растормаживании происходит подача инструмента, при этом начинает вращаться барабан лебедки 7 и шкив 6. В этом случае направление и скорость вращения тросоприемного барабана сумматора 2 определяются соотношением скоростей вращения электродвигателя 1 и шкива 6, т:е. в этом случае начинает действовать отрицательная обратная связь по скорости. Если скорость шкива 6 и соответствующая скорость подачи превышает скорость вращения электродвигателя с учетом коэффициента редукции, то тросоприемный барабан сумматора 2 вращается в сторону разматывания троса 3, при этом рукоятка тормоза 5 под действием груза 4 опускается, притормаживая тем самым подачу инструмента и наоборот. При равенстве скоростей тросоприемный барабан сумматора 2 неподвижен и осуществляется равномерная подача инструмента с некоторой скоростью. По истечении времени, равного длительности импульса, электродвигатель 1 отключается и вращение тросоприемного барабана сумматора 2 определяется только вращением шкива 6, т.е. тросоприемный барабан сумматора 2 вращается в сторону разматывания троса 3, при этом рукоятка тормоза 5 под действием груза 4 опускается, затормаживая барабан лебедки, и подача прекращается. Из сказанного следует, что величина одной подачи определяется длительностью импульса, величина которого с помощью формирователя управляющих импульсов 11 устанавливается таким образом, чтобы величина перерегулирования (отклонение осевой нагрузки от заданного значения) была в пределах допуска, обеспечивая тем самым равномерность подачи инструмента и точность регулирования.

Во время паузы между импульсами на элементе сравнения 9 происходит сравнение сигналов с датчика веса 8, соответствующих новому значению веса инструмента, и с задатчика веса 11, при этом если новое значение веса инструмента станет меньше заданного значения, то на первый вход схемы

И 17 сигнал не поступит и устройство запуска электродвигателя 18 не включит электродвигатель 1, следовательно, растормаживания барабана лебедки 7 не произойдет. FIo мере выбуривания породы при заторможенной лебедке вес инструмента на крюке растет, следовательно, и сигнал на выходе датчика веса 8 растет до тех пор, пока не

:достигнет заданного значения, при этом вновь с выхода элемента сравнения 9 на вход схемы И 17 поступит сигнал, который

5 !

1S

35 пропустит очередной импульс с выхода делителя частоты 15 на вход устройства запуска электродвигателя 18, электродвигатель 1 включится, осуществив новую подачу . инструмента.

Если после окончания очере ной подачи инструмента значение сигнала веса инструмента от датчика веса 8 останется больше заданного, то, несмотря на поступление сигнала с выхода элемента сравнения 9 на первый вход элемента И 17, выходной сигнал со схемы И 17 на входе устройства запуска электродвигателя 18 будет отсутствовать до поступления на второй вход схемы И

l7 очередного импульса от управляемого делителя частоты 15, т.е. пока не закончится очередная пауза. Таким образом, максимальная частота следования очередных подач, которая характеризует механическую скорость бурения, ограничена частотой следования импульсов с управляемого делителя частоты 15, которая устанавливается с помощью задатчика скорости подачи 13 или дистанционно автоматически с помощью блока управления 12 в зависимости от положения коммутатора 14.

Предлагаемый регулятор подачи бурового инструмента может работать в следующих режимах: режим стабилизации скорости бурения; при этом режиме задатчик веса 11 устанавливается на «0», а задатчик скорости подачи 13 — на требуемое значение скорости подачи, таким образом с выхода элемента сравнения 9 на вход схемы И 17 всегда поступает разрешающий сигнал и частота включения электродвигателя.! равна частоте следования импульсов, т,е. заданной скорости бурения; режим стабилизации веса инструмента на крюке при ограничении максимальной механической скорости обеспечивается установкой задатчика веса ll на заданное значение веса, а задатчика скорости подачи 13 в положение, соответствующее допустимой скорости бурения.

При соответствующем выборе длительности импульса (величины одной подачи) характер подачи инструмента практически равномерный, поскольку переходные процессы в отдельных звеньях системы регулирования (электродвигателе, буровой лебедке, разбуриваемой породе и т.д.) в значительной стемени сглаживают импульсный характер работы регулятора, при этом статическая ошибка регулирования отсутствует.

Регулятор подачи бурового инструмента обеспечивает высокую надежность, поскольку используемые в регуляторе полупроводниковые элементы и элементы микроэлектроники имеют высокую надежность, большой срок службы, надежно работают в широком диапазоне температур.

1118762

Составитель В. Булыгин

Техред И. Верес Корректор М. Дсчиик

Тираж 564 Г1одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор М. Дылын

Заказ 7394/24

Кроме того, регулятор имеет более широкие функциональные возможности, что обеспечивает режим стабилизации веса инструмента при любом заданном ограничении по скорости подачи, обеспечивает режим стабилизации механической скорости бурения, что важно при бурении мягких пород и недостаточной очистке забоя с целью предотвращения образования сальников.

Регулятор обеспечивает дистанционное изменение уставки регулятору, например, с места бурильщика или мастера, а также автоматичесиое изменение уставок с помощью блока управления процессом бурения, что важно при внедрении АСУ ТП процессом бурения. Кроме того, в нем отсутствует статическая ошибка регулирования, присугцая пропорциональным регуляторам.