Система автоматического управления процессом колонкового разведочного бурения

5 Е 21 В 45/00 С М ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Специальное конструкторское бюро Научно-производственного объединения Геотехника"(56) Авторское свидетельство СССР М 739219, кл, Е 21 В 45/00, 1977.Бабишин В,А. и др. Ресурсосберегающая технология алмазного бурения, Разведка и охрана недр, гл 10, 1988, с.27 - 32, (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОЛОНКОВОГО РАЗВЕДОЧНОГО БУРЕНИЯ(57) Назначение: автоматическое управление процессом бурения, в частности процессом механического колонкового бурения, позволяет повысить эффективность управления и расширить область применения системы за счет автоматической корректировки заданного значения углубки за один оборот породоразрушающего инстИзобретение относится к устройствам автоматического управления процессом бурения, в частности, процессом колонкового бурения.Цель изобретения - повышение эффективности управления и расширение области применения за счет автоматической корректировки заданного значения углубки за один оборот породоразрушающего инстру. мента в зависимости от физико-механических свойств перемежающихся пород,Введение задатчика коэффициента статизма и блока корректировки заданной угрумента в зависимости от физико-механических свойств перемещающихся пород. Система содержит задатчик оптимальной углубки за один оборот(1). задатчик ограничения (3) и измеритель (15) давления промывочной жидкости (3), три элемента сравнения, измеритель осевой нагрузки (13), измерители крутящего момента (2), частоты вращения (10) и механической скорости бурения (12), вычислитель (8) текущего значения углубки за один оборот и исполнительные механизмы по осевой нагрузке(9) и по ограничению осевой нагрузки (7). Система снабжена задатчиком коэффициента статизма (16), выполненным в виде делителя напряжения, вход которого связан с изме- а рителем осевой нагрузки (13), и блоком заданной углубки за один оборот (17), представляющим двухвходовый сумматор, вход которого связан с выходомзадатчика коэффициента статизма (16), а выход - с й элементом сравнения по оптимальной углубке за оборот(16), 2 ил. лубки позволяет, выбирая соответствующий коэффициентделения для пород изученного разреза, автоматически корректировать за- данное значение углубки за один оборот в зависимости от физико-механических свойств перемежающихся пород.На фиг.1 изображена структурная схема системы автоматического управления процессом колонкового бурения; на фиг.2 - регулировочные характеристики системы углубки за один оборот в зависимости от осевой нагрузки и = Т(Р) для различных по буримости пород.ра процессом колонкового разведочного буре- не ния работает следующим образом. Задатчи- бу ком оптимальной углубки за один оборот 1 Система содержит задатчик оптимальной углубки за один оборот 1, измеритель осевой нагрузки 2, измеритель давления промывочной жидкости 3 и задатчик ограничения давления промывочной жидкости 4, 5 подключенные ко входам первого элемента сравнения 5. Система содержит измеритель крутящего момента 6 и задатчик ограничения крутящего момента 7, подключенные ко входам второго элемента сравнения 8, из мерители механической скорости бурения 9 и частоты вращения 10, подключенные ко входам вычислителя 11 текущего значения углубки эа один оборот, Выход вычислителя 11 подключен к одному иэ входов третьего 15 элемента сравнения 12, выход которого подключен к исполнительному механизму по осевой нагрузке 13, а входы первого и второго элементов сравнения 5 и 8 подключены к входам исполнительного механизма 20 14 по ограничению осевой нагрузки, Система включает объект управления 15 (буровой станок, бурильная колонна, породоразрушающий инструмент) и снабжена эадатчиком коэффициента статпзма 16 и блоком 25 корректировки 17 зааанной углубйи. Ко входам блока корректировки 17 заданной углубки подключены выходы задатчику оптимальной углубки аа один оборот 1 и задатчик коэффициента статиэма 16, Ко вхо ду задатчика коэффициента статизма 16 подключен измеритель осевой нагрузки 2. Выход блока корректировки 17 заданной углубки подключен ко второму входу третьего элемента сравнения 12. 35Задатчик коэффициента статизма 16 выполнен в виде делителя, а блок корректировки 17 заданной углубки выполнен в аиде двухвходового алгебраического сумматора. Делитель напряжения задатчика козффици ента статизма 16 имеет изменяемый коэффициент деления К, Система обеспечивает управление процессом бурения по формулеЬтек Ьопт.зэд. - КР,где Ьтек - текущее значение углубки за один 45 оборот;Ьовт,зад заданное значение оптимальной углубки, определенное опытным путемили по номограммам;К - заданное значение коэффициента 50 статизма регулировочной характеристики по осевой нагрузке на породоразрушающийинструмент, мм/кН;Р- осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, кН, 55 Система автоматического управления задается значение попт.зад, задатчиками ограничения крутящего момента 7 и ограничения давления промывочной жидкости 4 устанавливаются значения Могр и Ногр, соответствующие верхнему пределу норма. ьной работы объекта регулирования, при этом устанавливают максимально возможную частоту вращения шпинделя. На третий элемент сравнения 12 по углубке за один оборот поступают два сигнала: сигнал заданного значения оптимальной у.лубки эа один оборот попт,зад через блок корректировки 17 углубки за один оборот и сигнал текущего значения углубки за оборот Итера с выч 1 слителя 11 текущего значения углубки за оборот. С выхода третьего элемента сравнения 12 сигнал рассогласования ЬЬ пос;.упает на исполнительный механизм по осевой нагрузке 13, с помощью которого осуществляется поддержание,При бурении перев.ежаощихся пород на изученном разрезе по номограмме или экспериментальным путем определяют оп-, тимальные углубки для каждой из и встречающихсяпородинаносятна 4 рафикфиг,2. Наось абсцисс наносят соответствующие им значения осевой нагрузки. Соединяют пплученные построенкзм точки отрезком пр.,- мой(при необходимости аппроксимируат) и определяют тангенс тла нулона полученной регулировочной характеристики к оси абсцисс. Вычисленное значение Г"2 числе",но руане коаФФиц,ленту статизма и фадаетса зада:чиком коэффициента статиэма 16. При смее буримых пород происходит изменение теуазго значени. осевой нагрузки, сигнал которой через задатчик коэффициента статизма 16 поступает на блок корректировки 17, Этот блок осуществляет перемещение рабочей точки по регулировочной характеристике, т,е. г;ырабатывает новое значение, соответствую" цее физико- механическим свойствам породы, В дальнейшем происходит поддержание нового значения оптимальной углубки за один оборот способом, описанным выше. Изменением задания коэффициента статизма К осуществляют выбор угла наклона оегулироврчной характеристики для каждого кон кретного разреза. При увеличении текущих значений крутящего момента М и давления промывочной жидкости Н выше заданных, исполнительный механизм па ограничениго осевой нагрузки 14 производит кратковременнуюэгрузку(подрыв) бурового снаряда с дальйшим возвратом к нормальному режиму рения при прекращении воздействия воэмущающего фактора. Таким образом осуществляется защита обьекта управления от пе.регрузок.Описываемая система позволяет также вести ручной поиск оптической углубки за 5 оборот при фиксированной частоте вращения шаговым приращением осевой нагруз-.ки при К=О.Формула изобретенияСистема автоматического управления 10 процессом колонкового разведочного бурения, содержащая измеритель осевой нагрузки, задатчик оптимальной углубки эа один оборот, измеритель и задатчик ограничения давления промывочной жидкости, И подключенные к входам первого элемента сравнения, измеритель и задатчик ограни. чения крутящего момента, подключенные к входам второго элемента сравнения, измерители механической скорости бурения и 20 частоты вращения, подключенные к входам вычислителя текущего значения углубки за один оборот, выход которого подключен к одному из входов третьего элемента срав нения, выход которого подключен к испол нительному механизму по осевой нагрузке, а выходы первого и второго элементов сравнения подключены к входам исполнительного механизма по ограничению осевой нагрузки, о тл и ч а юща я с я тем,что, с целью. повышения эффективности управления и расширения области применения системы за счетавтоматической корректировки заданного значения углубки эа один оборот породоразрушающего инструмента в зависимости от физико-механических свойств перемежающихся пород, она снабжена задвтчиком коэффициента статизма и блоком корректировки заданной углубки, к входам которого подключены выходы задатчика оптимальной углубки за один оборот и задатчика оэффициента статизма, к входу которого подключен измеритель осевой нагрузки, е выход блока корректировки заданной углубки подключен к второму входу третьего элемента сравнения, причем задатчик коэФФициента статизма выполнен в виде делителя, а блок корректировки заданной углубки выполнен в виде двухвходового алгебраического сумматора.СоставительРедактор Техред М,Моргентал Корректор Е.ПапЗаказ 1265 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10