Устройство для экстренного торможения буровой колонны

 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов бурения скважины и позволяет повысить быстродействие экстренного торможения буровой колонны (БК). Устройство состоит из датчика 7 скорости перемещения БК 5 и D-триггера (Т) 15, соединенного с управляющим входом исполнительного механизма экстренного торможения БК 5. Дополнительно устройство снабжено элементом 16 задержки, одновибратором 17, элементом ИЛИ 18, инверторами 19 и 20 и ключевым элементом 21. Сигнал с выхода датчика 7 скорости БК поступает на C-вход Т 15. По переднему фронту этого сигнала Т 15 переключается в состояние, которое имеет D-вход. На D-вход Т 15 сигнал поступает с одновибратора 17, который запускается сигналом с датчика 7 скорости БК, задержанном в элементе 16. Временем задержки и длительностью импульса с одновибратора 17 задается максимально возможная скорость перемещения БК. При ее превышении Т 15 переключается и сигнал с его выхода включает исполнительный механизм экстренного торможения. Для установки Т 15 в исходное состояние сигнал логической "1" с элемента 21 через элемент ИЛИ 18 поступает на S-вход Т 15. Сигнал логического "0" при этом с инвертора 20 поступает на R- вход Т 15. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 В 44/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4710763/03 (22) 26.06,89 (46) 07.07,91. Бюл. ¹ 25 (71) Челябинский политехнический институт им.Ленинского комсомола (72) В.Г.Маурер и Л.И.Цытович (53) 622.24 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1357551, кл. Е 21 В 44/00, 1986.

Слежановский О.В. и др. Устройства унифицированной блочной системы регулирования дискретного типа, — M.: Энергия, 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСТРЕННОГО

ТОРМОЖЕНИЯ БУРОВОЙ КОЛОННЫ (5?) Изобретение относится к автоматизации технологических процессов бурения скважины и позволяет повысить быстродействие экстренного торможения буровой колонны (БК). Устройство состоит из датчика 7 скорости перемещения Б К 5 и D-триггера (Т)

15, соединенного с управляющим входом

„„ lJ„„1661442 А1 исполнительного механизма экстренного торможения БК 5. Дополнительно устройство снабжено элементом 16 задержки, одновибратором 17, элементом ИЛИ 18, инверторами 19 и 20 и ключевым элементом

21. Сигнал с выхода датчика 7 скорости БК поступает на С-вход Т 15. По переднему фронту этого сигнала Т 15 переключается в состояние, которое имеет D-вход. На D-вход

Т 15 сигнал поступает с одновибратора 17, который запускается сигналом с датчика 7 скорости БК, задержанном в элементе 16.

Временем задержки и длительностью импульса с одновибратора 17 задается максимально возможная скорость перемещения

БК. При ее превышении Т 15 переключается и сигнал с его выхода включает исполни- Я тельный механизм экстренного торможения. Для установки Т 15 в исходное состояние сигнал логической "1" с элемента

21 через элемент ИЛИ 18 поступает на Sвход Т 15. Сигнал логического "0" при этом с Я инвертора 20 поступает íà R-вход Т 15. 4 ил, 1661442

Изобретение огносится к области автоматизированного вентильного электропривода и может использоваться при автоматизации технологических процессов в бурении, в частности, при проведении спу- 5 ско-подъемных операций, Целью изобретения является повышение быстродействия экстренного торможе,, ния буровой лебедки.

На фиг. 1 изображена функциональная 10 схема электропривода бурового станка; на фиг. 2 — структурная схема датчика скорости и устройства для экстренного торможения, на фиг. 3 и 4 — временные диаграммы работы устройства в различных режимах, 15

В состав электропривода (фиг.1) входит система 1 управления электродвигателем

2, редуктор 3, лебедка 4, связанная через трос с буровой колонной 5, исполнительный механизм 6 экстренного торможения ко- 20 лонны 5, а также устройство для экстренного торможения буровой колонны с датчиком 7 скорости, Датчик скорости может быть выполнен на основе кодового диска 8, ось которого 25 совмещена с осью контактного ролика 9, источника 10 света и фотосчитывателя 11, содержащего фотодиод 12, резистор 13 и компэратор 14, В устройстве для экстренного торможе- 30 ния буровой колонны, выход датчика скорости соединен с С-входом D-триггера 15 и через элемент 16 задержки и одновибратор

17 — с его 0-входом. Выход элемента ИЛИ

18 соединен с S-входом D-триггера, выход 35 которого через первый инвертор 19 подключен к первому входу элемента ИЛИ 18. Второй вход элеМента ИЛИ 18 и второго инвертора 20, выход которого соединен с

R-входом 0-тоиггера 15, соединены с по- 40 движным контактом ключевого элемента 21, два неподвижных контакта которого подключены к источникам сигналов логических

"0" и "1" соответственно, Наличие сигнала логической "1" на ко- 45 мандном входе системы 1 управления обеспечивает нулевое значение напряжения на электродвигателе 2, который предназначен для спуска-подъемных операций буровой колонны 5, Электродвигатель 2 связан с ко- 50 лонной 5 через редуктор 3, леоедку 4 и трос испыта-:ельный. Механизм 6 при подаче его на управляющий вход сигнала логической

"1" переводится в режим экстренного торможения колонны 5. 55

Датчик скорости число-импульсного типа преобразует скорость вертикального перемещения колонны 5 в частоту импульсов.

С одной стороны диска 8 (Фиг.2) расположен источник 10 света. а с другой стороны -d>oтосчитыватель 11, При воздействии на фотодиод 12 светового потока от источника 10 сопротивление фотодиода 12 уменьшается, а компаратор 14 переходит в положение логическЬй "1". D-триггер 15 переключается в состояние, которое имеет D-вход по переднему фронту импульса на С-входе. При этом на R- u S-входы должны быть поданы сигналы "1". Наличие "О" íà S-входе (R=1) переводит D-триггер 15 в состояние "1". Подача на R-вход "О" (S=1) устанавливает 0триггер 15 в нулевое состояние, В случае

R = S = 1 D-триггер 15 управляется по С- и

D-входам, Элемент 16 передает выходные импульсы с фотосчитывателя 11 на вход одновибратора 17 с фиксированной задержкой по времени, который запускается по переднему фронту v. формирует на выходе импульс заданной длительности.

На фиг, 2 — 4 обозначены Y>>(t) — выходной сигнал фотосчитывателя 11; Т1, Tz— периоды выходных импульсов фотосчитывателя 11; т, — время задержки, формируемое элементом 16 задержки; Y1s(t) — выходной сигнал элемента 16 задержки; Уп(с) — выходной сигнал одновибратора 17; ъ, — длительность выходного импульса одновибратора

17; У7(1) — выходной сигнал 0-триггера 15;

tD — момент времени дискретного увеличения скорости перемещения объекта 5 выше допустимого значения (обрыв троса, связывающего колонну 5 с лебедкой 4); to — момент времени перехода 0-триггера 15 в состояние логической "1" (экстренное торможение колонны).

Устройство для экстренного тормОжения буровой колонны работает следующим образом.

Электродвигатель 2 совместно с блоками 1 — 4 осуществляет спуско-подъемные операции буровой колонны 5. Контроль за скоростью перемещения буровой колонны 5 производится с помощью датчика скорости, по сигналам которого устройство фиксирует максимальное значение скорости путем формирования на выходе сигнала логической "1", При нормальном режиме работы бурового станка сигнал на выходе 0-триггера 15 равен нулю, а исполнительный тормозной механизм 6 находится в выключенном состоянии. Датчик скорости работает следующим образом. В момент времени прохождения светопроницаемого отверстия диска 8 (фиг.2) между источником

1Î и фотосчитывателем 11 происходит уменьшение внутреннего сопротивления диода 12, Напряж,-;-:ие на резисторе 13 дис;ретно увеличивается, и компаратор 14 пе1661442 реходит в состояние логической "1" (фиг.3a,4а).

Частота выходного сигнала компаратора 14 пропорциональна скорости перемещения объекта 5, В исходное нулевое состояние D-триггер 15 устанавливается путем кратковременного переключения ключевого элемента 21 в состояние "1". Тогда на выходе второго инвертора 20 появляется "0", а напряжение на выходе элемента

ИЛИ 18 соответствует "1", Одновибратор 17 запускается передним фронтом выходного импульса элемента 16 задержки (фиг.Зб,в) и на его выходе появляется сигнал (фиг.Зв) с заранее заданной длительностью, определяющей минимально допустимый период следования сигнала с выхода компаратора

1М (максимально допустимую скорость перемещения объекта 5), Если Т1 > (т + t ) (фиг.За — в) 0-триггер 15 находится в нулевом состоянии, так как передний фронт выходного сигнала компаратора 14 (фиг.За) совпадает по времени с нулевым уровнем напряжения íà D-вход 0-триггера 15 (фиг. 3 в, г).

Предположим, что в момент времени т, (фиг,4э) происходит обрыв троса, связывающего лебедку 4 с объектом 5, Тогда под действием собственной массы колонны 5 начинает перемещаться вниз и скорость ее движения резко увеличивается. Это влечет за собой уменьшение периода выходных импульсов фотосчитывателя 11 до значения (фи r.4à, в)

Т2 т,, Тогда 0-триггер 15 по истечении времени Т2 переключается в состояние логической "1" (фиг.4а,r). На выходе первого инвертора 19 сигнал равен "0", Второй вход элемента ИЛИ также подключен к "0" через ключевой элемент 21, а на R-вход подана

"1". В результате D-триггер 15 принудительно фиксируется в единичном состоянии, что

5 препятствует возникновению в контуре 5, 6, 7 режима автоколебаний, Система 1 управления обеспечивает останов двигателя 2, а тормозное устройство 6, воздействуя на колонну 5, препятствует ее дальнейшему пе10 ремещению, что ликвидирует аварийную ситуацию на объекте. В результате повышает надежность работы системы в целом.

15 Формула изобретения

Устройство для экстренного торможения буровой колонны, содержащее 0-триггер, выход которого соединен с управляющим входом исполнительного ме20 ханизма экстренного торможения буровой колонны, а также датчик скорости перемещения буровой колонны, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения быстродействия, устройство снабжено элементом

25 задержки, одновибратором, элементом

ИЛИ, двумя инверторами и ключевым элементом, при этом выход датчика скорости подключен к С-входу 0-триггера и через последовательно соединенные элемент задер30 жки и одновибратор к 0-входу О-триггера, выход которого через первый инвертор соединен с первым входом элемента ИЛИ, по-, движный контакт ключевого элемента подключен к второму входу элемента ИЛИ

35 и через второй инвертор к R-входу 0-триггера, причем выход элемента ИЛИ соединен с

S-входом D-триггера, а первый и второй неподвижные контакты ключевого элемента подключены к источникам сигналов логwe40 ской "1" и логического "0" соответственно.

1661442

Ж 1«

М ) Составитель В.Шилов

Техред М,Моргентал Корректор О.Ципле

Редактор М.Бланар

Заказ 2109 Тираж 363 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101