Система для автоматического регулирования подачи бурового инструмента

Союз Советских Социалистических Республик,Кг Е 21 В 1/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель СИСТЕМА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕ ПОДАЧИ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТ и червячнонутый силовногоступенч и замедляю же передат тся к системам быть применено ости, а именно большой грузозначено для ав - ования подачи в процессе долб кодныеирнови е ая система онные приво орпус, шари ыполненный в д в с закреплен- угловыми двупле онцы которых по инены с корпусо коромыслами, т упоры и пововленными в них 1).я известного алой грузоподьлкого бурения ть несколько 2 5 осевой нагруэом механизм торубчатого силовоторого помещенычага, свободно 3 Известен рег ки на долото, в можения выполне го контура, чер на вилке тормоз ятотизк Изобретение относи регулирования и может в нефтяной промышленн на буровых установках подъемности, и предна томатического регулир бурового инструмента ления.Известна аналогичн торая включает фрикци ролики, двигатели и к рычажный механизм, в двух подвижных звенье ными на них шарнирночими рычагами, одни к средством пружин соед а другие - шарнирно с причем последние имею ротные вилки с устано приводными роликамиОбластью применени устройства являются м емности станки для ме 300 м Егрузоподъемнос ТОНЕТ)ул ор вращающегося на ос г са, Зубчатый замк о тур выполнен иэ м а коряющей передачи Щ вячной пары с тем о числом (2).В известной самотормозящейся системе в качестве самотормозящего узла применен червячный редуктор.Для компенсации передаточного числа червячного редуктора последовательно с ним соединен повышающий редуктор. Наличие большого числа зубчатых передач значительно снижает КПД устройства, из-эа сил трения точность работы такого устройства,5 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 барабанами, охваченнычи тормозными лентами 3) .К"йДостаткам"известной сйстемы отйосятся низкие качественные характеристики регулирования, неустойчивость работы регулятора, низкая чувствительность и точность регулирования, наличие большой статической ошибки, возрастающей по мереУвеличения 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 вычисления скорости приращения в еса буров ого 20 25инструмента, регулируемыми корректирующими звеньями, варистором и преобра зов ателем момента исполнитель ного механизма подачи, который установленмежду 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 ания и непосредственно ко входам регулируемых корректирующих звеньев, кдругим входам которых подключен выход преобразователя скорости подачибурового инструмента, а ко входу задатчика подачи подключен таходатчик,причем между барабайаМи смонтированы водила, каждое предыдущее соединенос набегающим концом тормозной ленты,охватывающей блйжайший барабан, асбегающий конец ленты соединен с пос)тедующим водилом, набегающий конецтормозной ленты первого барабана через обгонную муфту связан передачей 40 с промежуточным валом лебедки, а сбегающий конец ленты последнего бараба 65Виках смонтированы водила 11-13. Каждый барабан 7-10 охвачен тормознымилентами 14-17, набегающие концы кона связан пружиной с набегающим концом и передачей через вариатор с валомдвигателя.Барабаны могут быть выполнены с переменными геометрическими размера О ми так, что каждый последующийбарабан 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 неподвижной оси 6 которой жестко насажены барабаны 7-1 0 с переменными геометрическими размерами так, что оО каждый последующий меньше предыдущего. Между барабанами 7-10 на подшипторых шарнирами 18-20 соединены с предыдущими водилами 11-13, а сбегающие концы соединены шарнирами 21-23 с последующими водилами 11-13. Набе" гающий 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 регулирован.дя, регулируемых корректирующих звеньев 37 блока 35 регулирования и входу блока 38 вычисления приращения веса бурового инструмента. Выход блока 38 вычисления скорости приращения в еса буров ого инструмента подключен к блоку 35 регулир-ованияя, 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 насбегающий конец, через водило 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"е)" - 110 15 20 25 30 35 40 45 50 бО 65 где Т" - усилие на набегающем концеленты 14 первого барабана 7 от действия натяжения тале.вого каната;р - коэффициент трения междулентой и барабаном;Ч - средний угол обхвата лентойбарабан;и -количество барабанов.Таким образом, удерживающее усилие, развиваемое на набегающем конце ленты 14, равное примерно 1500-2000 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 скоростиизменения веса равной нулю, вычисленной блоком 38 вычисления скорости приращения веса . При этом скорость подачи верхнего 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 Зб 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 ВС цепями, характеристики которых сигналами с преобразователя Зб веса, преобразователя 39 скорости подачи и с задатчика 33 подачи изменяются так, чтобы параметры блока регулирования в процессе всего цикла бурения прив одилис ь в с оотв етс тв и е пе ременнымха рактеристикам объекта . Эадатчик 33подачи в процессе долбления на основ ании информатив ных сигналов, поступивших на ег о в ходы, и в нутрен не йпрограммы осуществляет изменение сигнала на входе блока 35 регулированиятак, чтобы режим бурения наилучшимобразом приближался к оптимальному.В случае непредвиденных нарушенийработы системы при выходе из стрзятого или иного элемента задатчик 33подачи выдает сигнал в блок управления тормозными лебедками 34, которыйприводитв действие тормозную систему лебедки,В случае отказа механической частисистемы, т.е. исчезновения удерживающего усйлия на набегающем конце ленты14 сигналом с преобразователя 2 блокуправления тормозами лебедки такжеосуществляет торможение лебедки ипредотвращает посадку бурового инструмента,В процессе подачи управляющим сигналом с задатчика 33 блок управлениятормозами лебедки 34 устанавливаетпредварительный режим торможенияэлектротормоза 40 так, чтобы значительная часть вес бурового инструмента расходовалась бы на преодолениесилы предварительного торможения, аменьшая часть веса нагружала механическую часть системы регулирования.Таким образом, малой мощностью,развиваемой двигателем 30 с высокойточностью, оСуществляется управлениебольшими движущими силами, развиваемыми на барабане лебедки под действием веса бурового инструмента, Предварительное частичное уравньвешивание и точное основное уравновешиваниеспусковым маханизмом, который обеспечивает режим подачи, достигается высокое качество регулирования, Приэтом параметры регулятора приспосабливаются к объекту за счет управляемых корректирующих звеньев .Применение настоящей системы позволит повысить механическую скоростьбурения и проходку на долото, что всвою очередь улучшит технико-экономические показатели процесса долбления и значительно облегчит ручнойтруд бурильщика.формула изобретенияСистема 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 полачи, состоящий из связанной с рамой буровой станины с осью, снабженной726295 ь Р, Гладунабурка Корректор В, Синицк Составит Техред Н едактор С. Тит Подписное комиета ССС и открытий ушская набТираж ЦНИИПИ Гос по дел 3035, Мосаз 632/ Филиал ППП Патентф, г. Ужгород,.ул. Проектная, 4 жестко посаженными барабанами, охва ченнйми тормозными лентами, от л ич а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения качества подачи буровогоинструмента и динамических характе"ристйк системы "в широких диапазонахизменения механическ ой ск орос ти бурения, глубины скн ажины и в еса буровогоинструмента, ойа снабжена блоком нычислЕния скорости приращения веса бурового инструмента, регулируемымикбрректирующими звеньями, вариатороми преобразователем мсмента исполнительного механизма подачи, который,установлен между рамой, буровой и"станиной и выходом подключен к блоку управления тормозами лебедки, выходпреобразователя веса подключен черезблок вйчисленйя скорости приращениявеса буровогоинструмента к блоку регулирования и непосредственно ко входам регулируемых корректирующих20звеньев, к другим входам которых подключен выход преобразователя скоростиподачи бурового ин"трумента, а ковхбду" задатчика подачи подключен таходатчик, причем между барабанами смонтированы водила, каждое предыдущеесоединенос набегающим концом тормозной л нты, охватывающей ближайший барабан, а сбегающий конец ленты соединен с последующим водилск, набегающийконец тормозной ленты первого барабана через обгонную муфту связан передачей с промежуточным валом лебедки,а сбегающий конец ленты последнегобарабана 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 последующийбарабан меньше предыдущего.Источники информации,принятыевб внимание при экспертизе1. Авторское снидетельстно СССРР 300582, кл. Е 21 В 1/10, 1969,2, Авторское свидетельство СССРР 170017, кл. Е 21 В 19/08, 1963.3, Патент США Р 2759702,кл. 254173, опублик, 1958 (прототип),