Система регулирования и управления режимами бурения

 

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ БУРЕНИЯ, включающая датчик вибраций с колеблющимся элементом, отличающаяс я тем, что, с целью повышения надежности работы, датчик вибраций снабжен 1идрораспределителем, включающим корпус с напорным отверстием, золотник, регулировочные прокладки, причем золотник соединен с колеблющимся элементом датчика и выполнен с двумя каналами, расположенными один над другим в плоскости колебаний на расстоянии, большем размера напорного отверстия корпуса гидрораспределителя , при этом последний установлен на регулировочных прокладках. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ООЦ

РЕСПУБЛИК цц Е 21 В 19/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3512273/22-03 (22) 19.11.82 (46) 30.09.84. Бюл. 1Ф 36 (72) П.А.Брагин (71) Всесоюзный, научно-исследовательский институт золота и редких металлов (53) 622.276.277(088.8) (56) !. Ломакин M.С.Автоматическое управление технологическими процессами карьеров. M., "Недра", 1978, с. 39.

2. Взрывное дело. Сборник 1! - 79/36.

M., "Недра", 1978, с.- 69(прототип ). (54)(57) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ И

УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ БУРЕНИЯ, вклю,ЯО„, 11161 чающая датчик вибраций с колеблю-щимся элементом, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения надежности работы, датчик вибраций снабжен гидрораспределителем, включающим корпус с напорным отверстием, золотник, регулировочные прокладки, причем золотник соединен с колеблющимся элементом датчика и выполнен с двумя кайалами, расположенными один над другим в плоскости колебаний на расстоянии, большем размера напорного отверстия корпуса. гидрораспределителя, при этом последний установлен на регулировочных прокладках.

I 116!41!

20

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к буровым станкам, использующим шарошечный буровой инструмент, и может быть использовано при разработке вечномерзлых россыпей.

Известна система автоматического управления, которая состоит из следующих узлов: кон гура регулирования частоты вращения бурового става, контура регулирования осевой цагруэки на долото, устройства защиты става от вибраций, устройства защиты буровой скважины от зашламования1„! 3.

Недостаток данной системы — низкая технико-экономическая эффективность автоматического управления процессом бурения из-за сложности конструкции и низкой надежности в работе.

Наиболее близкой к предлагаемой является система регулирования и управления режимами бурения, включающая датчик вибраций с колеблющимся элементом 12 .

Недостатком известной системы является низкая стабилизация процесса бурения, так как сброс давления при появлении вибрации не позволяет достигнуть паспортных значений .производительности станка при бурении в крепких и трещиноватых породах. Кроме того, при использовании системы в условиях низких отрицательных температур, при бурении вечномерзлых, крупнообломочных, рыхлых отложений не обеспечивается высокая технико-экономическая эффективность бурения из-за сложности конструкции и низкой надежности в работе.

Цель изобретения — повышение надежности работы.

Указанная цель достигается тем, что в системе регулирования и управления режимами бурения, включающей датчик вибраций с колеблющимся элементом, датчик вибраций снабжен гидрораспределителем, включающим корпус с напорным отверстием, золотник, регулировочные прокладки, причем золотник соединен с колеблю-щимся элементом датчика и выполнен с двумя каналами, расположенными один над другим в плоскости колебаний на расстоянии, большем размера М напорного отверстия корпуса гидрораспределигеля, при этом последний установлен на регулировочных прокладках.

На чертеже показана схема системы регулирования и управления режимами бурения.

Система состоит из датчика 1 вибрации, закрепленного на буровом ставе 2.

В корпусе датчика 1 на пружинах 3 установлен колеблющийся элемент 4, жестко соединенный с золотником 5 гидрораспределителя 6. В нижней части датчика I установлен регулировочный болт 7, позволяющий изменять жесткость пружин 3, местоположение колебляющегося элемента 4 и каналов

8.и 9 золотника 5 по отношению к отверстию 10 гидрораспределителя 6.

Отверстие !О гидрораспределителя 6 соединено с напорным маслопроводом

ll. Каналы 8 и 9 с помощью канала

12, отверстия 13 гидрораспределителя

6 и маслопровода 14 соединены с поршневой полостью гидроцилиндра 15, содержащего поршень 16 с жестко прикрепленным к нему штоком 17.

Поршень 16 в исходном положении(в

xpai .нем левом положении )поддерживается с помощью возвратной пружины

18. Дроссель 19, установленный в корпусе гидроцилиндра 15, и маслопровод 20 служат для слива масла с поршневой полости. Шток 17 с помощью шестерни 21 соединен с регулятором

22 частоты вращения долота. Пневматический цилиндр 23 установлен жестко на общей раме 24 с гидроцилиндром

l5 таким образом, что их штоки могут контактировать между собой с помощью болта 25, установленного в штоке 26, а последний соединен с поршнем 27, который в исходном положении (в крайнем левом)поддерживается пружиной 28. Шток 26 с помощью шестерни 29 соединен с гидродросселем 30 управления давлением на забой. Штоковая полость пневматического цилиндра 23 с помощью пневмопровода 31 соединена с пневматической системой очистки скважины от бурового шлама. Для удобства монтажа и точности взаимной установки.золотника 5 с корпусом гидрораспределителя 6 датчика 1 служат регулировочные прокладки 32, а для поддержания определенного постоянного давления масла в гидросистеме служит предохранительный клапан 33, который с. помощью маслопроводов 34 и 35 соединен с насосом 36 и маспобаком

37.

I I 161 4 1

При движении поршня влево в исходное положение, масло, находящееся в поршневой полости, через дроссель !9 и маслопровод 20 сливается в маслобак 37. При этом осевое

Система регулирования и управле-ния режимами бурения работает следующим образом.

Перед началом бурения машинисту бурового станка выдается технологическая карта, в которой указывается крепость пород и рекомендуемые режимы бурения, а если карты нет, после забуривания машинист устанавливает максимальные осевое давление и часто- !9 ту вращения долота, включает насос

36 и продолжает бурить. Далее процесс регулирования и управления режимом бурения происходит автоматически при оптимальных параметрах !5 режима бурения. В случае попадания на более твердые породы, но не по всей плоскости забоя, возникают вибрации с увеличенной амплитудой

- колебания долота. В этом случае колеблющийся элемент 4 датчика 1, поднимаясь или опускаясь, увлекает за собой золотник 5, который, перемещаясь вверх или вниз, соединяет поочередно каналы 8 и 9 с отверстием

10 гидрораспределителя 6; а так как отверстие 10 соединено с напорным маслопроводом ll в котором поддерживается постоянное давление с помощью предохранительного клапана 33, то масло под давлением попадает в канал 12 гидрораспределителя 6, каналы 8 и 9 и далее через отверстие

13 гидрораспределителя 6, маслопровод 14 в поршневую полость гидроцилиндра 15 поршень которого под действием давления масла двигается вправо(фиг. I ), сжимая пружину 18.

Шток 17 находится в зацеплении с регулятором 22 частоты вращения долота и регулятор 22 поворачивается, уменьшая частоту вращения долота, что приводит к уменьшению амплитуды и частоты колебаний элемента 4 датчика 1. Это происходит до тех пор, пока амплитуда не достигнет допус- 45 тимого предела. При достижении установленного предела амплитуды, т.е. при исчезновения вибрации, возвратная пружина 18 возвращает поршень

16 влево, шток 17 — в исходное поло- 50 жение, при этом частота вращения долота возврастает и достигает максимального своего значения. давление остается максимальным только до установленной заранее частоты вращения долота. Это достигается следующим образом. Гидроцилиндр 15 и пневмоцилиндр 23 установлены на общей раме таким образом, чтобы их штоки !7 и 26 находились на одной оси и могли контактировать между собой с помощью болта 25. При движении штока 17 вправо частота вращения долота уменьшается, а при движении штока 26 вправо уменьшается осевое давление. Если необходимо настроить систему регулирования и управления режимом бурения таким образом, чтобы при снижении частоты вращения долота с 148 до 80 об/мин началось уменьшение осевого давления, то регулировку производят при подготовке станка к бурению. При неработающем станке, когда гидросистема не включена, шток 26 под действием пружины 28 находится в крайнем левом положении, что соответствует максимальному давлению на забой, ч..е. дроссель 30 открыт полностью.. Вручную, по прибору на пульте управления устанавливают частоту вращения бурового снаряда равную, допустим, 80 об/мин; при этом шток 17 приближается к болту

25 и, если шток 17 не соприкасается с болтом 25 или достиг его раньше, то болтом 25, вращая его в ту или другую стороны, добиваются соприкосновения его со штоком 17, что соответствует частоте вращения бурового снаряда равной 80 об/мин при максимальном давлении на забой.

В этом случае дальнейшее снижение частоты вращения долота происходит с одновременным снижением давления на забой до исчезновения вибраций.

Восстановление максимальной частоты оборотов долота и осевого давлейия производится возвращением поршней 16 и 27 цилиндров управления

15 и 23 в исходное положение с помощью возвратных пружин 18 и 28.

Для предохранения долота от эашламования служит пневмоцилиндр 23.

Наиболее эффективным способом предотвращения забивания долота является уменьшение осевого давления с одно временным увеличением частоты вращения. Этому требованию удовлетворяет исполнительный механизм, выполненный в виде пневмоцилиндра 23, шток 26 которого находится в зацеплении с

lll6I41 гидродросселем 30 давления на забой, а штоковая полость соединена пневмопроводом 31 с пневмосистемой очистки от бурового шлама.

При зашламовании долота давление сжатого воздуха в пневмосистеме начинает повышаться. С повышением давления поршень 27 перемещается вдоль цилиндра, увлекая за собой шток 26, находящийся в зацеплении с гидродросселем 30, который при этом уменьшает давление на забой до тех пор, пока не произойдет самоочистка долота, частота вращения долота остается постоянной, что очень важно для его самоочистки.

Жесткость возвратной пружины 28 пневмоцилиндра 23 выбирается таким образом, чтобы при нормальном давлении воздуха в процессе бурения поршень 27 находился в исходном положении.

Расположение каналов 8 и 9 друг от друга определяется допустимой по санитарным нормам амплитудой колебаний станка или по конструктивным особенностям бурового станка.

Чувствительность датчика 1 также зависит от расстояния между каналами

8 и 9. Так, чем ближе по значению величина размера между каналами к величине напорного отверстия 10 в плоскости колебаний, тем чувстви5 тельнее датчик 1. Установку гидрораспределителя 6 с отверстием 10 и каналов 8 и 9 золотника 5 регулируют посредством изменения толщины регулировочных прокладок 32.

Чувствительность предложенного датчика 1 и системы в целом достаточно высока и зависит от следующих параметров: давления масла в маслопроводе 11, от пропускной способности

15 гидрораспределителя 6, от диаметра гидроцилиндра 15, от величины размера каналов 8 и 9 золотника. 5 в плоскости колебаний, которые обеспечивают протяженность соединения масло—

20 провода II с каналом 12, отверстием

13, маслопроводом 14 и гидроцилиндром 15, от пропускной способности дросселя 19, который выбирается таким, чтобы поршень 16 возвращался

25 в исходное положение в течение 1-2 с.

Предложенная система регулирова— ния и управления режимами бурения значительно проще, эффективнее и надежнее в работе.

1116141

Составитель В.В.Сидоров

Редактор В.Ковтун Техред 11.Коцюбняк Корректор И.Муска

Заказ 6885/24 Тираж 564. Подписное

HHHHIIH Г осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 ) 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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