Устройство для автоматическойоптимизации процесса бурения

Устройство для автоматическойоптимизации процесса бурения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

0 л Й с-"А-и

Сокз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, сеид-ву (22) Заявлено 07.02.77(21} 2451473/22-03 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 2301,81, Бюллетень № 3

Дата опубликования описания 23.01. 81 (51)М, Кл.з

Е 21 В 45/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 622.24.

° 0 (088.8) (72) Авторы изобретения

А ° A. Жуковский, В. Д. Буткин и М. И. Кулачек

Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по добыче полезных ископаемых открытым способом (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОИ

ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ

Устройство для оптимизации процесса бурения может быть использовано на буровых станках вращательного действия в угольной, горнорудной и других отраслях промышленности,где применяется вращательное бурение шарошечными, режущими и комбинированными буровыми долотами.

Известны устройства для оптимизации процесса вращательного бурения на карьерах, которые используют априорную информацию об оптимальности процесса, вводимую в виде программы. В зависимости от крепости породы устанавливается давление на забое, которое посредством датчика давления и де. лителя преобразуется в сигнал для регулирования скорости вращения (1 .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для автоматической оптимизации процесса бурения, содержащее датчики мощности, скорости бурения и давления, подключенные к счетно-решающему блоку, блок формирования моторесурса, блок вычисления критерия себестоимости и блоки улучшения экстре» мума и управления поиском оптимального режима бурения (2) .

Однако подобные устройства не мо- ° гут быть точными в работе, должны настраиваться каждый раз после изменений условий бурения, требуют предварительного трудоемкого сбора информации о критерии, лишь после чего они могут быть настроены. При смене типа бурового инструмента или блока пород необходим дополнительный сбор информации и переналадка устройства.

Цель изобретения — повышение точности и оперативности установления оптимального режима бурения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено датчиком углубления долота за один оборот его вращения, а счетно-рашающий блок выполнен в виде раздельных узлов вычисления составляющих себестоимости по энергии, по затратам на зарплату, по долоту, ко входам последнего подключены выходы датчика углубления долота за один оборот его вращения и выход блока формирования моторесурса, а выходы узлов вычисления составляющих по энергии и по затратам на зарплату подключены ко входу блока вычисления себестоимости, выход ксторого через блок улучшения экстремума под"

798277 ключен к блоку управления поиском оптимального режима бурения.

В счетно-решающем блоке используется способ представления.себестоимости бурения в виде зависящих от сопротивляемости горных пород.

При бурении с предлагаемым уст юйством, как и в любом случае, необходим выбор долота из условия

его равностойкости (износа) по опоре и вооружению. При этом учитывается, что суммарное число оборотов долота до износа его вооружения не зависит .от угловой скорости долота.

При необходимости в систему могут быть введены нужные технические ограничения.

Окончательное уравнение, используемое в устройстве, имеет вид

С (н,р)= —" — + Π— (п,p)+C — (п,р) ()

)(, Сд З

6 : g(p),р) ЕЧ 8 Ч L(n,ð) где К - коэффицйент, учитывающий зарплату, руб/час;

С - затраты по электроэнергии, IO руб/кэтч;

N,,N> - соответственно мощность, потребляемая при бурении вращателем и другими электромашинами и электроаппаратурой,,)$ квт)

Ч - скорость бурения, м/час)

С*- стоимость долота, руб)

- стойкость долота, м.

В этом выражении не учитЫваются М члены, не зависящие практически от режима бурения, то есть не влияющие на положение экстремума по оси абсцисс, хотя в принципе они могут учитываться введением соответствующих Я постоянных членов.

Первые три слагаемых выражения (1) вычисляются на основе сигналов от датчиков скорости бурения и мощности, а также задатчиков стоимости зарплаты и энергии. с, Ьоследеее слагаемое,,а том

\ \оp) виде, как это представлено в выражении (1), в процессе бурения вычислить невозможно, так как стойкость долота

- функция большого количества факторов, не поддающихся непрерывному измерению (в основном ввиду того, что степень износа долота измерить в ре- 40 альных условиях бурения не представ ляется возможным), поэтому последнее слагаемое уравнения (1) в устройстве используется в преобразованном виде

G))(n,p) « тС (л)hð) (np)j а — (1) На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство для оптимизации работы бурового станка 1 состоит из дат чика 2 давления, датчика 3 скорости бурения, датчика 4 углубления долота, датчиков 5 и б мощности, множителей 7, 11 - 15, делителей 8 и 10, блока 9 формирования моторесурса, сумматоРа 16, блока 17 выбора критерия эффективности, блоков 18-20 улучшения экстремума, экстремального регулятора 21,переключателя 22 рода поиска,блоков 23 и 24 управления поиском.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал от датчика 2 давления подается в блок 9, куда вводятся также коэффициенты а, б, отражающие зависимость ресурса долота от осевой нагрузки, определяемые, исходя иэ эксплуатационной характеристики долота по моторесурсу (заводские или опытные данные) и по которым фор1 мируются зависимости моторесурса от параметров режима. Моторесурс R сформированный в виде электрического сигнала, с выхода блока 9 поступает на множитель 7, где производится умножение его на величину углубления долота h поступающую в виде электрического сигнала от датчика 4 углубления ° Сигнал Rh, получаемый на выходе блока 7, поступает затем на делитель 8, где формируется величина, пропорциональная удельной стоимости бурения по долоту в функции параметров режима, для чего в блок

8 вводится также стоимостный коэффициент С)),.

L hp) Rhn, где R — - моторесурс долота, o6„; )т - углубление долота за один $Q

" ) е оборот, мм/об.

Моторесурс шаррошечных долот от скорости вращения долота не зависит и в этом случае может быть введен в уравнение (1) в виде функции, зависящей лишь от осевой нагрузки.

Вследствие неоднородности горных пород и их физических свойств минимум себестоимости дрейфует случайным образом. Устройство обеспечивает непрерывный его поиск изме- 60 некием режимных параметров в соответствии с вычисляемым критерием на основании получаемой информации о величинах углубления долота за один оборот, скорости бурения и мощности, 65

От датчиков 5 и б мощности электрические сигналы, пропорциональные мощности, потребляемой двигателем вращателя и другими электрическими агрегатами соответственно, подаются на множители 11 и 12, на выходе которых формируются соответствующие стоимостные величины nomaтраченной при бурении энергии, для

798277 чего в блоки 11 и 12 вводится коэф фициент С (удельная стоимость электроэнергии) .

Стоимость бурения по зарплате, амортизации и другим начислениям формируется блоками 3, 10 и 13.

Величины Ъ Е 1 Я к си сн

% Ь Ч Y суммируются в блоке 16. Выбор критерия оптимальности производится Я с помощью блока 17 путем соответствующего выбора составляющих, подаваемых на сумматор 16.

Сформированный блоком 16 сигнал для отсеивания помех пропускается через фильтр высоких частот 18 и поступает на блоки 19 и 20, где производится соответственно вычитание постоянной составляющей и обострение экстремума путем нелинейного преобразования этого сигнала. Далее сигнал поступает на экстремальный регулятор 21. Поскольку буровой процесс имеет значительную инерционность, в устройстве производится последовательный поиск экстремума по параметрам и и р, что упрощает схему, хотя в принципе может применяться одновременный поиск обоих параметров .режима. Поиск осуществляется с помо щью переключателя 22 поиска, работаю- 30 щего от тактового генератора 23, который, в свою очередь, управляется блоком 24 {блок управления тактовым генератором) .

Применение устройства для,автома- 35 тической оптимизации процесса бурения позволяет с большой точностью осуществлять автоматическую оптимизацию непосредственно по критерию себестоимости бурения, исключить част- 4g ные подстройки для введения априорной информации в виде приближенных зависимостей, использовать, исходя из технико-экономических сбображений, тот или иной критерий оптимальности иэ ряда частных критериев, которые способны вычислять устройство.

Устройство позволит заменить ручное управление параметрами процесса бурения и повысить проиэзодительность труда на 10-15%, Формула изобретения

Устройство для автоматической оптимизации процесса, бурения, содержащее датчики мощности, скорости бурения и давления, подключенные к счетнорешающему .блоку, блок формирования моторесурса, болк вычисления критерия себестоимости и блоки улучшения экстремума и управления поиском оптимального режима. бурения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и оперативности установления режима бурения, оно снабжено датчиком углубления долота эа один оборот его вращения, а счетно-. решающий блок выполнен в виде раздельных узлов вычисления составляющих себестоимости по энергии, по затратам на зарплату и по долоту, ко входам последнего подключены выходы датчика углубления долота эа один оборот его вращения и блока формирования моторесурса, а выходы узлов вычисления составляющих по энергии и по затратам на зарплату подключены ко входу блока вычисления себестоимости, выход которого через блок улучшения экстремума подключен к блоку, управления поиском оптимального режима бурения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР

9 148367, кл. E 21 E 45/00, 1959.

2, Turned an dri86 ing rigs.—.Ре гобецв Egnipment and Sew, 1968, 31, В 1 °

798277

Составитель P. Гладун

Редактор A. Судын Техред M.Tàáàêîâè÷ Корректор Н. Григорук

Заказ 9973/Зб Тираж 638 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул, Проектная, 4