Система для автоматического регулирования подачи бурового инструмента

Система для автоматического регулирования подачи бурового инструмента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

{61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 0706.77 (21) 2522972/29-03 с присоединением заявки ¹,К„г

Е 21 В 1/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 050480, кзллетень ¹ 1 3

Дата опубликования описания 08.0480 (53) УДИ 622,233. .056 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г.М . Кузнецов, Ю. Г. Штомпель, B ..N, Лукьянов, A ..А . Погарский и В.К. Снурников

Грозненское научно-производственное объединение Промавтоматика Министерства приборостроения, средств автоматизации и систем управления СССР (71) Заявитель (54) СИСТЕМА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕ

ПОДАЧИ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТ

$f

<-Д„ <, :с (Изобретение относится к системам . регулирования и может быть применено в нефтяной промышленности, а именно на буровых установках большой грузо5 подъемнос ти, и предна з начено для ав— томатического регулирования подачи бурового инструмента в процессе долбления.

Известна аналогичная система, которая включает фрикционные приводные ролики, двигатели и корпус, шарнирнорычажный механизм, выполненный в виде двух подвижных звеньев с. закрепленными на них шарнирно-угловыми двуплечими рычагами, одни концы которых по-15 средством пружин соединены с корпусом, а другие — шарнирно с коромыслами, Ю причем последние имеют упоры и поворотные вилки с установленными в них приводными роликами (1).

Областью применения известного устройства являются малой грузоподьемности станки для мелкого бурения

300 м (грузоподъемносTb несколько тонн)

Известен регулятор осевой нагрузки на долото, в котором механизм торможения выполнен из зубчатого силового контура, червяк которого помещен на вилке тормозного рычага, свободно 30 вращающегося на оси червячного колеса. Зубчатый замкнутый силовой контур выполнен иэ многоступенчатой ус-,— коряющей передачи и замедляющей червячной пары с тем же передаточным числом (2) .

В известной самотормозящейся системе в качестве самотормозящего узла применен червячный редуктор.

Для компенсации передаточного числа черв ячного редуктора последовательно с ним соединен повышающий редуктор. Наличие большого числа зубчатых передач значительно снижает КПД устройства, из-эа сил трения точность работы такого устройства, удет низкой.

Устройство применимо только для лебедок с тормозным рычагом.

Известна система для, автоматического регулирования подачи бурового инструмента, содержащая преобразователи веса и скорости подачи, задатчик подачи, подключенные к блокам регулирования и управления тормозами лебедки, двигатель с таходатчиком и блоком управления, исполнительный

/ механизм подачи, состоящий из связанной с рамой буровой станины с осью, снабженной жестко посаженными бара726295 банами, охваченнычи тормозными лентами (3) .

К" й6Достаткам" известной сйстемы относятся низкие качественные характеристики регулирования, неустойчивость работы регулятора, низкая чувствительность и точность регулирования, наличие большой статической ошибки, возрастающей по мере Увеличения скорости бурения, отсутствие учета специфики. параметров объекта регулирования и его динамических свойств.

Цель изобретения — повышение качества подачи бурового инструмента и динамических характеристик системы в широких диапазонах изменения механической скорости бурения, глубины скважины и веса бурового инструмента.

Поставленная цель достигается тем, что система снабжена блоком вычисле10 инструмента, регулируемыми корректирующими звеньями, варистором и преобразователем момента исполнительного механизма подачи, который установлен между рамой буровой и станиной и выходом подключен к блоку управления тормозами лебедки, выход преобразователя веса подключен через блок вычисления скорости приращения веса буров ого инструмента к блоку регулиров а30 ния и непосредственно ко входам регулируемых корректирующих звеньев, к другим входам которых подключен выход преобразователя скорости подачи бурового инструмента, а ко входу задатчика подачи подключен таходатчик, причем между барабайами смонтированы водила, каждое предыдущее соединено с набегающим концом тормозной ленты, охватывающей блйжайший барабан, а сбегающий конец ленты соединен с пос)тедующим водилом, набегающий конец тормозной ленты первого барабана через обгонную муфту связан передачей

40 с промежуточным валом лебедки, а сбегающий конец ленты последнего бараба- 45

65 на связан пружиной с набегающим концом и передачей через вариатор с валом двигателя.

Барабаны могут быть выполнены с переменными геометрическими размерами так, что каждый последующий барабан меньше предыдущего.

На чертеже представлена функциональная.схема предлагаемой системы.

Система включает в себя раму буровой 1, на которой через преобразователь 2 момента передачи 3 промежуточного вала 4 закреплена станина 5, на неподв ижной ос и 6 которой жестко насажены барабаны 7-10 с переменными геометрическими размерами так, что 60 каждый последующий меньше предыдущего. Между барабанами 7-10 на подшипВиках смонтированы водила 11-13. Каждый барабан 7-10 охвачен тормозными лентами 14-17, набегающие концы кония скорости приращения в еса буров ого 20

25 торых шарнирами 18-20 соединены с предыдущими водилами 11-13, а сбегающие концы соединены шарнирами 21-23 с последующими водилами 11-13. Набегающий конец первой ленты 14 шарниром

24 через обгонную муфту 25 передачей

3 соединен с промежуточным валом 4 лебедки 26, сбегающий конец ленты 17, охватывающий малый барабан 10, шарниром 27 и передачей 28 соединен через вариатор 29 с валом двигателя 30, таходатчик 31 которого подсоединен к входам блока управлений двигателя 32, к входу которого подключены входные цепи двигателя 32 и подсоединен к эадатчику 33 подачи бурового инструмента, выходы которого подсоединены к входам блока управления тормозами лебедки 34 и блока 35 регулирования.

Преобразователь 36 веса бурового инструмента подключен к входам блока

35 регулирования, регулируемых корректирующих звеньев 37 блока 35 регулирования и входу блока 38 вычисления приращения веса бурового инстру-. мента. Выход блока 38 вычисления скорости приращения в еса буров oro инструмента подключен к блоку 35 per ули- рования. Преобразователь 39 скорости подачи подключен к регулируемым корректирующим звеньям 37 и блоку управления тормозами лебедки 34, выходы которого подключены к электромагнитному тормозу 40 и тормозам лебедки

26. Набегающий и сбегающий концы тормозной ленты 17 малого барабана 10 подпружинены пружиной 41. По окружности водил 11-13 смонтированы втулки 42-44 центрирующие тормозные ленты 14-17 на барабанах 7-10, предохраняя их от перекосов.

В установившем"я режиме подачи бурового инструмента крутящий момент на барабане лебедки 26 от натяжения талевого каната Т, уравновешивается усилием, возникающим на набегающем конце тормозной ленты 14, охватывающей первый барабан 7, на который мо" мент, развиваемый на барабане лебедки, передается передачей 3 через промежуточный вал 4. Усилие с набегающего конца ленты 14 с большим коэффициентом затухания передается на сбегающий конец, через водило 11 на набегающий конец другой ленты, охватывающей барабан 8 меньшего диаметра и аналогично через следующую систему водило-лента последующее водило значительно уменьшенное "усилие прикладывается к набегающему концу ленты 17, охватывающей последний малый барабан

10, где уравновешивается силой трений ленты 17 о барабан 10 эа счет усилия обхвата, развиваемой пружиной 41.

Удерживающее усилие Т„„на сбегающем конце ленты 17 равно;

Т" ! уд е нчл 1

726295 бО б5 где Т" — усилие на набегающем конце

1 ленты 14 первого барабана 7 от действия натяжения талевого каната; — коэффициент трения между лентой и барабаном; ч — средний угол обхвата лентой барабан;

Il — к олич ес тв о барабанов .

Таким образом, удерживающее усилие, развиваемое на набегающем конце ленты

14, равное примерно 1 500-2000 кГ при радиусе первого барабана 20 см значительно снижается от барабана к барабану до величины порядка 1,3-1,5 кГ на последнем малом барабане 10 при его радиусе 3 см. Это малое усилие

Преодолевается небольшой мощности двигателем 30, обороты вала которого, а следовательно, и скорость подачи бурового инструмента регулируются блоком управления двигателя 32 через таходатчик 31 управляющим сигналом с блока регулирования 35. Скорость подачи остается неизменной, пока отсутствует рассогласование между сигналами с задатчика 33 и преобразователем

36 веса при скорости изменения веса равной нулю, вычисленной блоком 38 вычисления скорости приращения веса.

При этом скорость подачи в ерхнего конца бурового инструмента равна скорости перемещения нижнего конца бурового- инструмента на забое, т.е. скорости механического бурения.

При изменении буримости разбуриваемых пород или износе вооружения шарошек долота других возмущающих воздействий со стороны объекта нарушается условие равенства между скоростями подачи и перемещения долота (низа бурильной колонны), при этом изменяется вес бурового инструмента и на выходе преобразователя 36 веса появляется приращение сигнала, в блоке 38 вычисления скорости приращения веса определяется величина скорости изменения веса и в блок 35 регулирования поступает управляющий сигнал, который приводит в соответствие обороты двигателя 30, а сигналы с преобразователя 36 веса и задатчика 33 подачи через другие входы блока регулирования. приводят в соответствие значение веса инструмента при установившейся скорости подачи.

Для приведения в соответствие характеристик блока регулирования характеристикам объекта регулирования, параметры которого в процессе бурения меняются, блок регулирования снабжен регулируемыми корректирующими звеньями 37, например управляемыми RC цепями, характеристики которых сигналами с преобразователя 36 веса, преобразователя 39 скорости подачи и с задатчика 33 подачи изменяются так, чтобы параметры блока регулирования в процессе всего цикла бурения при10

S0 в одилис ь в с оотв етс тв и е переменным характеристикам объекта. Задатчик 33 подачи в процессе долбления на основании информативных сигналов, поступивших на erо входы, и внутренней программы осуществляет изменение сигнала на входе блока 35 регулирования так, чтобы режим бурения наилучшим образом приближался к оптимальному.

В случае непредвиденных нарушений работы системы при выходе из стрзя того или иного элемента задатчик 33 подачи выдает сигнал в блок управления тормозными лебедками 34, который приводит в действие тормозную систему лебедки.

В случае отказа механической части системы, т.е. исчезновения удерживающего усйлия на набегающем конце ленты

14 сигналом с преобразователя 2 блок управления тормозами лебедки также осуществляет торможение лебедки и предотвращает посадку бурового инструмента.

В процессе подачи управляющим сигналом с задатчика 33 блок управления тормозами лебедки 34 устанавливает предварительный режим торможения электротормоза 40 так, чтобы значительная часть вес» бурового инструмента расходовалась бы на преодоление силы предварительного торможения, а меньшая часть веса нагружала механическую часть системы регулирования.

Таким образом, малой мощностью, развиваемой двигателем 30 с высокой точностью, оСуществляется управление большими движущими силами, развиваемыми на барабане лебедки под действием веса бурового инструмента. Предварительное частичное уравновешивание и точное основное уравновешивание спусковым маханизмом, который обеспечивает режим подачи, достигается высокое качество регулирования. При этом параметры регулятора приспосабливаются к объекту за счет управляемых корректирующих звеньев .

Применение настоящей системы позволит повысить механическую скорость бурения и проходку на долото, что в свою очередь улучшит технико-экономические показатели процесса долбления и значительно облегчит ручной труд бурильщика. формула изобретения

Система для автоматического регулирования подачи бурового инструмента, содержащая преобразователи веса и скорости подачи, задатчик подачи, подключенные к блокам регулирования и управления тормозами лебедки, двигатель с таходатчиком и блоком управления, исполнительный механизм подачи, состоящий из связанной с рамой буровой станины с осью, снабженно11

726295 ф

Ф

11

4z

Я

Составитель Р. Гладун

Редактор С. Титова Техред Н.Бабурка -Корректор В. Синицкая

Тираж 626 П одпис кое

ЦНИИПИ Государственного коми ета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 632/29

Филиал ППП .- .Патент, r. Ужгород,.ул. Проектная, 4 жестко посаженными барабанами, охва "- ченными тормознымй лентами, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества подачи бурового инструмента и динамических характе ристйк системы "в широких диапазонах изменения механическ ой ск орос ти бурения, глубины скв ажины и в еса бурового инструмента, ойа снабжена блоком нычислЕния скорости приращения веса бу рового инструмента, регулируемыми корректирующими звеньями, вариатором и преобразователем мсмента исполнительного механизма подачи, который . установлен между рамой .буровой и станиной и выходом подключен к блоку управления тормозами лебедки, выход преобразователя веса подключен через блок вычисления скорости приращения веса бурового инструмента к блоку ре гулирования и непосредственно K o входам регулируемых корректирующих Я звеньев, к другим входам которых подключен выход преобразователя скорости подачи бурового ин"трумента, а ко вхбду" задатчика подачи подключен таходатчик, причем между барабанами смонтирбваны водила, каждое предыдущее соединено"с набегающим концом тормозной л нты, охватывающей ближайший барабан, а сбегающий конец ленты соединен с последующим водилсм, набегающий конец тормозной ленты первого барабана через обгонную муфту связан передачей с промежуточным валом лебедки, а сбегающий конец ленты последнего барабана связан пружиной с небегающпм концом и передачей через вариатор с налом двигателя.

2. Система по п. 1, о т.л и ч а ющ а я с я тем, что барабаны выполнены с переменными геометрическими размерами так, что каждый последующий барабан меньше предыдущего.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельстно СССР

9 300582, кл. E 21 В 1/10, 1969, 2. Авторское свидетельство СССР

Р 170017, кл. Е 21 В 19/08, 1963.

3. Патент США 9 2759702, кл. 254173, опублик, 1958 (прототип),