Устройство для автоматическойоптимизации процесса бурения

0(ГЙ с съ и Сокз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 07. 02. 77(21) 245147 3/22-03с присоединением заявки Но(51)М. КлЕ 21 В 45/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения А. А. Жуковский, В. Д. Буткин и М. И. Кулачек Научно-исследовательский и проектно-конструкторскийинститут по добыче полезных ископаемых открытымспособом(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 применяет. ся 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 Я . 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 121 . 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"зависящих от сопротивляемости горных пород.При бурении с предлагаемым устюйством, 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 ключен к блоку управления поиском оптимального режима бурения.В счетно-решающем блоке используется способ представления.себестоимости бурения в виде 0 (н,р)= - " - ф О - (н,р)+С - (п,р) 1 (,н, и д 5 6Ч(п,р) ЕЧ8 Ч.(о,р) На чертеже изображена блок-схемаустройства,Устройство для оптимизацииты бурового станка 1 состоит из датчика 2 давления, датчика 3 скоростибурения, 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 поис"ка,блоков 23 и 24 управления поиском,Устройство работает следующим образом.Сигнал от датчика 2 давления подается в блок 9, куда вводятся такжекоэффициенты а, б, отражающие зависимость ресурса долота от осевойнагрузки, определяемые, исходя иээксплуатационной характеристики долота по моторесурсу (заводские илиопытные данные) и по которым форГмируются зависимости моторесурсаот параметров режима. Моторесурс й,сформированный в виде электрического сигнала, с выхода блока 9 поступает на множитель 7, где производитсяумножение его на величину углубления долота Ь, поступающую в видеэлектрического сигнала от датчика 4углубления. Сигнал ВЬ, получаемыйна выходе блока 7, поступает затемна делитель 8, где формируется величина, пропорциональная удельной стоимости бурения по долоту в Функциипараметров режима, для чего в блок8 вводится также стоимостный коэффициент Сд,где й - моторесурс долота, оЬ;т - углубление долота за один Яоборот, 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 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 соответственнб, подаются на множители 11 и 12, на выходе которых Формируются соответствующие стоимостные величины по затраченной при бурении энергии, для где К - коэффицйент, учитывающийзарплату, руб/чичас;С- затраты по электроэнергии, 10руб/кэтч;ЙЙ - соответственно мощность, потребляемая при бурении вращателем и другими электромашивами и электроаппаратурой, .1квт;Ч - скорость бурения, м/час)С" стоимость долота, руб)- стойкость долота, м.В этом выражении не учитЫваются 26 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.оЛоследеее,слагаемое , а томоР 1 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 альных условиях бурения не представ ляется возможным), поэтому последнее слагаемое уравнения (1) в устройстве используется в преобразованном видечего в блоки 11 и 12 вводится коэф" фициен С 8 (удельная стоимость электроэнергии) .Стоимость бурения по зарплате, амортизации и другим начислениям формируется блоками 3, 10 и 13.Величины) е 1 ЯСй СМ%Ь Ч Ч Чсуммируются 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 экстремальныйрегулятор 21. Поскольку буровой процесс имеет значительную инерционность, в устройстве производится последовательный поиск экстремума по параметрам Ь и р, что упрощает схему, хотя в принципе может применяться одновременный поиск обоих параметров режима, Поиск осуществляется с помощью переключателя 22 поиска, работаю- ЗО щего от тактового генератора 23, который, в свою очередь, управляется блоком 24 (блок управления тактовым генератором) .Применение устройства для,автома тической оптимизации процесса бурения позволяет с большой точностью осуществлять автоматическую оптимизацию непосредственно по критерию себестоимости бурения, исключить частные 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 процессабурения и повысить проиэзодительность труда на 10-15,формула изобретенияУстройство для автоматической оптимизации процесса, бурения, содержащее датчики мощности, скорости бурения и давления, подключенные к счетно- решающему .блоку, блок формирования моторесурса, болк вычисления крите" рия 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 к 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 экспертизе1. Авторское свидетельство СССРФ 148367, кл. Е 21 В 45/00, 1959.2, Тцгпей ап йг 1 И 1 пц кидз, - .Ре 1 гобецв Едп 1 рвеп 1 апй Вею, 1968,31, В 1Составитель Р. ГладунРедактор А. Судын Техред М.Табакович Коррек Григор н 4 5 ектная, 4 Патент, г. Ужгород,Филиал аказ 9973/Зб Тираж б ВНИИПИ Государств по делам изоб 113035, Москва, Жного тени 5, Р Подп митета ССС открытий скан наб.,