Способ управления тормозной электрической машиной буровой лебедки

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТОРМОЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНОЙ БУЮВОЙ ЛЕБЕДКИ с управляемым возбудителем, согласно которому измеряют скорость тормозной машины, с задержкой по iскорости формируют напряжение обратной связи по скорости путем сравне1ния напряжения, пропорционального .измеренной скорости, с опорным напряжением, при этом изменяют велИ чину задержки в функции веса груза, изменяя величину опорного напряжения , и воздействуют на ток возбуждения тормозной машины, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности лебедки путем обеспечения максимально допустимых ускорений, одновременно с задержкой по скорости изменяют интенсивность нарастания тока возбуждения с увеличением скорости в зоне скоростей, превышающих величину задержки, от минимального до максимального значений в функции веса груза в соответствии с соотноI шением 1&--к (ic мачс ммн I MWH - AAVIH V/ 0 щ «,. v--( NiMH ( G, где ikift ,.uU - приращения тока возбуждения и угловой скорости; i к соответственно миниWOKC мц мальное и максимальное значения интенсивности нарастания тока возбуждения с увеличением скорости; соответственно текущее мопс и максимальное значения веса груза.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21,) 3338100/24-07 (22 ) 20. 08. 81 (46 ) 07.10. 83. Бюл. 9 37 (72 ) Б.М. Парфенов и С.A. Чекалина (71 ) Всесоюзный научно-исследовательский.и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте

"ВНИИЭлектропривод". (53 ) 62-83:621 ° 314. 5 (088. 8 ). (56) 1. Моцохейни Б.И. Зарубежные буровые установки с автономным электрическим приводом. Обзор зарубежной литературы. M., изд-во

ВНИИОЭНГ, 1968.

2. Кошеев- А.A., Ерохин. В. И. и др.

Справочник электромонтера буровой . установки. М., "Недра", 1974, с.230.

3. Моцохейни Б.И., Парфенов Б.М.

Электропривод буровых лебедок. М., :"Недра", 1978, с. 253. (54) (57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТОРМОЗНОА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНОЙ БУРОВОЙ

:ЛЕБЕДКИ с управляемым возбудителем, .согласно которому измеряют скорость тормозной машины, с задержкой по скорости формируют напряжение обратной .связи по скорости путем сравне ния напряжения, пропорционального ,.измеренной скорости, с опорным

3(Я) Н 02 P 5 00 // E 21 В 19 ОО напряжением, при этом изменяют вели чину задержки в функции веса груза, изменяя величину опорного напряжения, и воздействуют на ток возбужденйя тормозной машины, о т л и— ч а ю ц и и с я тем, что, с целью повышения производительности лебедки путем обеспечения максимально допустимых ускорений, одновременно с задержкой по скорости изменяют интенсивность нарастания тока возбуждения с увеличением скорости в зоне скоростей, превышающих величину задержки, от минимального до максимального значений в функции веса груза в соответствии с соотношением

6 в

=" мин . (К макс Км чи оо . макс где Мо,AU> — приращения тока возбуждения и угловой скорости;

К, К вЂ” соответственно минимакс мальное и максимальное значения интенсивности нарастания тока возбужденйя с увеличением скорости;

G, G — соответственно текущее мокс и максимальное значения веса груза.

1046883

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в системе управления буровой лебедки.

Для торможения буровой лебедки при спуске бурильной или обсадной колонны в скважину предусматривается обычно (помимо основного механического тормоза ) вспомогательная гидродинамическая или электрическая тормозная машина (3TM ), соединяемая с валом барабана лебедки и ,воспринимающая энергии, развиваемую при спуске груза. ".а буровых установ ках с электроприводом постоянного тока благодаря простоте кинематической схемы возможно в качестве ЭТМ использовать электродвигатель лебедки, работающий в режиме динамического торможения, Известны буровые установки, в которых используются схемы ручного управления ЭТМ без каких-либо элементов автоматизации, что снижает стоимость оборудования 1 .

Недостатки устройств — усложнен ная работа оператора и повышенная опасность возникновения недопустимых режимов.

Перед системой управления ЭТМ ставятся две основные задачи: обеспечение рационального закона изменения установившейся скорости лебедки при изменении веса груза и обеспечение при. разных весах достаточно интенсивного разгона„ но без перерегулирования скорости.

В системах торможения буровой лебедки с целью наилучшего использования мощности ЭТМ и повышения производительности лебедки установившаяся скорость спуска должна выбираться тем большей, чем меньше вес колонны. Наиболее рациональным законом регулирования скорости в зависимости от веса является закон пос- тоянства мощности. Для обеспечения наиболее интенсивного разгона тео— ретически необходимо обеспечить с сутствие тормозного момента в п=.риод разгона и мгновенное приложение момента. при достижении заданной скорости. Практически таких процессов достигнуть невозможно и приходится удовлетворяться возможным приближением к ним.

Известен способ управления тормозной электрической машиной буровой лебедки с управляемым возбудителем, в котором измеряют скорость тор- мозной машины, формируют из него напряжение обратной связи по скорости, сравнивают его с опорным напряжением, уровень которого изменяют, . регулируя тем самым скорость опускания груза 2 J.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

20 при легком грузе, то при тяжелом . грузе имеет место опасное и потому недопустимое перерегулирование скорости. Если же система настроена так, чтобы обеспечивалась оптимальная диаграмма при тяжелом грузе, 30 то при легком грузе разгон значитель но затягивается. По условиям безопасной работы на практике приходится kievñ <р„„, ) мокС

60 способ управления тормозной электри ческой машиной буровой лебедки с управляемым возбудителем, согласно которому измеряют скорость тормозной машины, с задержкой по скорости формируют напряжение обратной связи по скорости путем сравнения напряжения, пропорционального измеренной скорости, с опорным напряжением, при этом изменяют величину задержки в функции веса груза, изменяя величину опорного напряжения, и воздействуют на ток возбуждения тормозной машины 3 j, Недостатком известных техничес-ких решений является то, что коэффициент обратной связи по скорости на линейной части характеристйк йе изменяется с изменением веса, в ре зультате чего исключается возможность получения оптимальной формы процессов разгона как при легком, так и при тяжелом грузе. Если система настроена так, чтобы обеспечивалась оптимальная диаграмма разгона принимать второй вариант настройки, хотя при этом производительность работы лебедки понижается.

Цель изобретения — повышение производительности лебедки путем обеспечения максимально допустимых ускорений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления тормозной электрической машиной .буровой лебедки, согласно которому измеряют скорость тормозной машины, с задержкой по скорости формируют напряжение обратной связи по скорости путем сравнения напряжения, пропорционального измеренной скорости, с опорным напряжением, при этом изменяют величину задержки в функции веса груза, изменяя величину опорного напряжения, и воздействуют на ток возбуждения тормозной машины, одновременно с. задержкой по скорости изменяют интенсивность нарастания тока .возбуждения с увеличением скорости в зоне скоростей, превышающих величину задержки, от минимального до максимального значения в функции веса груза в соответствии с соотношением

1046883 где hi, ась — приращения тока возбуждения и угловой ско рости; соответственно глинимальмин макс ное и максимальное значения интенсивности на.растания тока возбужде-, ния с увеличением скорости;

G 4 — соответственно текущед макс и максимальное эначе- 10 ния веса груза.

На фиг. 1 изображена схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 — зависимость сигнала управления тормозной машины отчее скорости; на фиг. 3 — характеристика устройства задания скорости; на фиг. 4 — характеристика блока коррекции.

Устройство содержит тормозную электрическую машину 1, обмотка возбуждения которой подключена к возбудителю 2, цепь управления которым содержит последовательно, включенные регулятор 3 скорости и регулятор 4 тока возбуждения, к которому подключен выход датчика 5 тока возбуждения. Вал тормозной машины 1 связан с тахогенератором 6, соединенны1 с блоком 7 датчика скорости, выход которого подключен к олному из входов блока 8 перемножения, °

Второй вход блока 8 перемножениями через выпрямитель 9 подключен к сельсину 10 задатчика 11 скорости. Задатчик 11 скорости выполнен в виде 35 двухсельсинного командоаппарата с общей рукояткой. Сельсин 12 задания скорости через выпрямитель 13 соединен с входом нелинейного блока 14 сравнения, к второму входу которого 4О подключен выход блока 3 перемноже- ния., Выход нелинейного блока 14 сравнения связан с входом регулятора 3 скорости.

Сущность способа управления электрической тормозной машиной буровой лебедки поясняется следующей работой устройства.

Для подачи на вход возбудителя сигнала задержанной обратной связи по скорости с изменением коэффициента обратной связи по скорости пропорционально весу груза применяется двухсельсинный командоаппарат 11 с общей рукояткой, состоящий из сельсина 12 задания скорости и сельсина 10 коррекции коэффициента обратной связи по скорости. При этом используется то свойство сельсина, что при установке его ротора в некоторое исходное положение относи- 60 тельно статора путем вращения статора (с последующим его закреплением) могут быть получены разные начальные выходные напряжения, а при последующем повороте ротора на

= К.0 0, =<0 где К вЂ” постоянный коэффициент;

U — напряжение на выходе выпря5 мителя 9 (напряжение коррекции );

U — напряжение обратной связи

1 по скорости; д — коэффициент коррекции обратной связи по скорости, зависящий от угла поворота сельсинов таким же образом, как и величина (фиг. 4 ).

Таким образом, сигнал U можно рассматривать как преобразованный (скорректированный ) сигнал обратной связи по скорости, причем коэффициент коррекции сС.имеет максимальное значение (с =1 ) при максимальном угле g т.е. при максимальном весе груза, а с уменьшением веса и угла 3 величина, снижается до некоторого минимального значения при 9 =О.

Сигнал 044., поступающий на вход регулятора 3 скорости, можно представить в следующем виде:

0 =J U 0 при U >U (2) 044 О при М 0

Рассматривая выражение для коэффициента обратной связи по скорости на линейной части характеристик

К. = 0 4

Ooc= (Э) некоторый угол (в данном случае не более 60-80 ) напряжение изменяется ,(увеличивается или уменьшается) приблизительно пропорционально углу поворота У, кроме того, представляется возможным путем выбора начального угла установки статора сельсина изменять степень нелинейности рабочего участка его характеристики.

Перед началом спуска груза оператор устанавливает рукоятку командоаппарата 11 таким образом, чтобы вес на шкале командоаппарата соответствовал весу груза, измеренному по индикатору веса. При этом сельсии 12 подает через выпрямитель 13 сигнал задания скорости (т.е. запирающее напряжение ) на вход нелинейного блока 14 сравнения.. Характеристика совокупности сельсина 12 и выпрямителя 13, представляющая собой зависимость напряжения от угла поворота сельсинов 9, показана на фиг. 3.

При увеличении веса и соответствующем повороте рукоятки величина уменьшается, что и требуется, исходя из пост авле н нЬй з адач и.

На вход нелинейного блока 14 сравнения (фиг. 1 ) поступает сигнал Ug с блока 8 перемйожения представляемый выражением

1046883 с учетом выражений (! ) и (2 ), легко установить, что коэффициент обратной связи здесь не остается постоянным, . а изменяется таким же образом, как выходное напряжение устройства коррекции (фиг. 4), т.е. имеет некоторое минимальное значение при малом весе и растет с увеличением веса до некоторого максимального значения, в соответствии с соотношением (в линеаризованном виде)

«1г К +(\(-к (!! ) ьц 0oc HvlH мОкс Mq8i G oyc( где ь!,д(м - приращения тока возбуждения и угловой скорости;

К - коэффициент обратной оос связи по скорости;

К „ > К„ „ - соответственно минимальное и максимальное значения интенсивности нарастания тока возбуж-. дения с увеличением скорости;

G, G — соответственно текущее

Мк и максимальное значения веса груза

В результате получают характерис тики системы управления, обеспечивающие реализацию способа управления (фиг. 2). При этом возможно путем подбора формы характеристики устройств управления обеспечить оптимальный закон регулирования скорости.и оптимальную форму диаграмм разгона при любом весе .груза.

Регулятор 3 скорости и регулятор 4 тока возбуждения имеют линейные характеристики, поэтому напряжение 0 4 определяет задание тока возбуждения и ток возбуждения двигателя, что в конечном итоге определяет тормозной момент.

15. Практическая возможность и целесоббраэность реализации изобретения экспериментально проверена на действующей морской плавучей буровой установке.

Использование способа, обеспечивающего одновременное согласованное изменение запирающего напряжения и кбэффициента обратной связи по скорости, позволяет улучшить ха 5. рактер переходных процессов в системе торможения, а это, в свою очередь, повышает производительность лебедки, безопасность и удобство управления.

1046883

Составитель В. Кузнецова

Редактор A. Курах Техред М. Гергель Корректор А Зимокосов

Эаказ 7748/54 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4