Устройство для измерения крутящего момента на роторе буровой установки

 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности, в частности, при проведении работ разведочного бурения скважин. Цель изобретения - повышение точности измерения при дистанционных измерениях. При изменении крутящего момента на роторе буровой установки меняется ток потребления электродвигателя 1, что приводит к изменению напряжения на вторичных обмотках трансформаторов тока 2 и 3. Скачок напряжения на вторичных обмотках приводит к мгновенному изменению светового потока излучающего диода 12 второго оптрона и замедленному изменению светового потока излучающего диодэ 7 первого оптрона вследствие наличия в цепи первого оптрона интегрирующих элементов конденсатора 3 и регулируемого резистора 6 На выходе смесителя частоты 15 можно пол учить частотно-модулированмый сигнал, глубина модуляции которого определяется динамической составляющей крутящего мо мента на роторе буровой установки. 1 ил

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 L 3/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4745397/10 (22) 19.06,89 (46) 15.11,91. Бюл. М 42 (71) Ухтинский городской центр научно-технического творчества молодежи (72) Б.А.Перминов

- (53) 531.781(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1539548, кл. G 01 L 3/10, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА НА РОТОРЕ БУРОВОЙ

УСТАН ОВ КИ (57) Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности, в частности, при проведении рабат разведочного бурения скважин. Цель изобретения— повышение точности измерения при дисИзобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности, в частности при проведении работ разведочного бурения скважин, Цель изобретения — повышение точности измерения при дистанционных измерениях, На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит электродвигатель

1, трансформаторы тока 2 и 3, регулируемый потенциометр 4, конденсатор интегрирующей цепи 5, регулируемый резистор интегрирующей цепи 6, излучающий диод 7 первого оптронз, фоторезистор 8 первого оптрона, автогенератор 9. регулируемый по„„ Я „„1691690 А1 танционных измерениях, При изменении крутящего момента на роторе буровой установки меняется ток потребления электродвигателя 1, что приводит к изменению напряжения на вторичных обмотках трансформаторов тока 2 и 3. Скачок напряжения на вторичных обмотках приводит к мгновенному изменению светового потока излучающего диода 12 второго оптрона и замедленному изменению светового потока излучающего диода

7 первого оптрона вследствие наличия в цепи первого оптрона интегрирующих элементов конденсатора 3 и регулируе". ого реэис-орэ 6.

На выходе смесителя частоты 15 можно получить частотно-модулированный сигнал, глубина модуляции которого определяется динамической составляющей крутящего момента на роторе буровой установки, 1 ил. тенциометр 10 второй цепи измерения, ограничительное сопротивление 11, излучающий диод 12 второй цепи измерения. фоторезистор 13 второго оптрона, автогенератор второй цепи измерения i4, смеситель частоты 15.

В фазы питания электродвигателя 1, подключены первичные обмотки трансформаторов тока 2 и 3, вторичные обмотки которых подключены к регулируемым сопротивлениям 4 и 10 соответственно, Слольэящий контакт регулируемого потенциометра 4 подключен к интегрирующей цепи, сос оя щей из конденсатора 5 и регулируемого резистора 6, который в свою очередь, подключен к излучающему диоду первого оптрона, а фотореэистор 8 это о опт; он»

1691690 подключен ко времязадающей цепи автогенератора 9, выход которого подключен к первому входу смесителя частоты 15.

Скользящий контакт регулируемого потенциометра 10 подключен к ограничительному сопротивлению 11, которое в свою очередь, г1одключено к излучающему диоду 12 второго оптрона, а его фоторезистор

13 включен во времяэадающую цепь второго автогенератора 14, выход которого подключен ко второму входу смесителя частоты 15.

Устройство работает следующим образом.

При изменении крутящего момента на роторе буровой установки меняется ток потребления электродвигателя 1, что приводит к изменению напряжения на вторичных обмотках трансформаторов тока 2 и 3. Скачок напряжения на вторичных обмотках приводит почти к мгновенному изменению светового потока излучающего диода 12 второго оптрона и замедленному изменению светового потока излучающего диода 7 первого оптрона, вследствие наличия в цепи первого оптрона интегрирующих элементов конденсатора 3 и регулируемого резистора 6. Следовательно, текущее значение крутящего момента на роторе буровой установки по первому и второму каналу измерения будет пропорционально напряжению, приложенному к излучающим диодам первого и второго оптронов:

М, = КО,e""1 (1) м2= ко е (2) где К вЂ” коэффициент пропорциональности;

Up — постоянная составляющая напряжения на излучающих диодах пропорциональная среднему значению крутящего

МОМЕНта На РОТОРЕ бУРОВОй УСтаНОВКИ Мо, Т1 — постоянная времени первой цепи измерения с учетом постоянной времени первого оптрона;

Tz — постоянная времени второй цепи с учетом постоянной времени второго оптрона.

Сопротивления фоторезисторов 8 и 13 оптронов соответственно определяются выражениями:

/т1 (3)

f2=AUp8 (4) где А — коэффициент пропорциональности;

Re1 — сопротивление фотореэистора 8 первого оптрона;

Rez — сопротивление фоторезистора 13 второго оптрона;

С вЂ” емкость времязадающих цепей автогенераторов.

Частота генерируемых автоколебаний автогенераторов 9 и 14 равна

1 1 В

С R (C U . t/т1 1/т1 д о е (5)

1 1 В

СВф2 Сд0о е — 1/т2 е — тlт2 (6)

10 где В = — коэффициент пропорциСА0о ональности.

Частота на выходе сигнала смесителя частоты 15 соответственно будет равна:

15 f(t) = f1-12= Ь(е - е ), (7) где Т вЂ” постоянная времени опорного канала измерения (например, Т1 = Т;)

6Т вЂ” постоянная времени второго канала измерения, взятая из условия максималь20 ной чувствительности устройства в целом.

Соотношение постоянных времени первого и второго каналов измерения взятых в соотношении равном может быть достигнуто путем изменения сопротивления 6.

25 Согласно выражению (7) на выходе смесителя частоты 15 можно получить частотномодулированный сигнал, глубина модуляции. которого определяется динамической составляющей крутящего момента

30 на роторе буровой установки.

M(t)= В(е -е ). (8)

Согласно выражению 8 при t = 0 в начальный момент времени динамическая cD ставляющая крутящего момента M(t) = О, а

35 постоянная составляющая момента, пропорциональная Up, взаимно компенсируется с ростом текущего времени, после приложения нагрузки наблюдается уплотнение частотного спектра на выходе смеси40 теля частоты, достигающее максимума при

, = Т6 еп1/5 Ы ф 2Т.

С дальнейшим увеличением текущего времени наблюдается спад значения частоты, пропорциональной динамическому мо45 менту. Глубина частотной модуляции определяется уровнем постоянной составляющей крутящего момента, пропорциональным начальному напряжению U .

Таким образом, устройство можно ис50 пользовать для дистанционных измерений крутящего момента, полностью исключая при этом влияние потерь в линии связи на результат измерения вследствие частотного преобразования.

55 Формула изобретения

Устройство для измерения крутящего момента на роторе буровой установки, содержащее два трансформатора тока с первичными обмотками, подключенными к фазам питания электродвигателя и с нторнч1691 б90

Составитель Т. Ишкова

Редактор Г, Мозжечкова Техред М.Моргентал Корректор С. Черни

Заказ 3921 Тираж 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 ными обмотками, связанными с соответствующими регулируемыми потенциометрами, причем движок одного потенциометра подключен к первому излучающему диоду первого оптрона через интегрирующую цепь с резистором, а движок другого потенциометра подключен ко второму излучающему диоду второго оптрона через ограничительное сопротивление, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения при дистанционных измерениях, в него введены два автогенератора, во время задающие цепи которых

5 включены соответственно фоторезисторы первого и второго оптронов, смеситель частоты, связанный своими входами с выходами автогенераторов, а резистор интегрирующей цепи выполнен регулируемым.