Регулятор осевой нагрузки бурового инструмента

 

946

О Л-ги"- С4 н и е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Со(оз Советских (щ768

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.11.78 (21) 2680076/22-03 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл.

E 21В 45/00

Государственный комитет

СССР

i ло делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень № 37 (53) УДК 622.24.082 (088.8) (45) Дата опубликования описания 07.10.80 (72) Автор изобретения

М. Т. Билецний

Казахский научно-исследовательский институт минерального сырья (71) Заявитель (54) РЕГУЛЯТОР ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ БУРОВОГО

И Н СТРУМЕНТА

Устройство относится к автоматическим регуляторам осевой нагрузки и предназначено для управления процессом бурения, в частности геологоразведочного алмазного бурения. 5

Известен буровой регулятор, содержащий датчики скорости и осевой нагрузки, а также блок сравнения, сигнал которого поступает на двигатель, управляющий механизм подачи (1). 10

Недостаток такого регулятора — возможность возникновения поломок бурового вала.

Известен регулятор осевой нагрузки бурового инструмента, содержащий датчик 15 скорости бурения и осевой нагрузки, задающий блок, блок сравнения, усилители, два самоблокирующихся пусковых реле, электродвигатель и экстремальный регулятор, состоящий из пускового реле, усили- 20 теля, датчика крутящего момента и блока сравнения моментов (2).

Цель изобретения — снижение аварийности путем контроля скручивающего инструмент момента. 25

Поставленная цель достигается тем, что регулятор снабжен двумя прерывателями, каждый из которых выполнен в виде диска с проводящим участком и двумя контактами, один из которых установлен подвижно 30 вдоль радиуса диска, при этом выходы датчиков скорости, осевой нагрузки и задающего блока подключены соответственно к входам блока сравнения, выходы которого через усилитель и нормально замкнутые контакты самоблокирующихся пусковых реле подключены к прерывателям, выходы которых связаны с обмотками этих же реле, причем одно из пусковых реле через нормально замкнутый контакт пускового реле экстремального регулятора подключено к одной из клемм электродвигателя регулятора, на другую клемму которого подключены обмотки второго саморегулирующего реле и выход пускового реле экстремального регулятора.

На фиг. 1 изображена схема регулятора; на фиг. 2 — схема прерывателя. Выходы датчиков 1 скорости бурения и осевой нагрузки 2, а также задающего блока 3 соединены с блоком сравнения 4. Выходы 5 и б блока 4 через усилители 7 и 8, нормально замкнутые контакты 9 и 10, прерыватели

11 и 12 и самоблокирующиеся пусковые.реле 13 и 14 (самоблокировки 15 и 1б которых также проходят через прерыватели) соединены с клеммами 17 и 18 электродвигателя 19, приводящего дроссель 20 управления осевой нагрузкой. Контакты 9

768946

15

25

-15

3 и 10 встроены в реле 14 и 13 соответственно.

Экстремальный регулятор состоит из включающего нормально замкнутый контакт 21 пускового реле 22, последовательно соединенных с реле усилителя 23 и блока сравнения 24 и подключенных на вход блока сравнения датчика 25 и задатчика 26 крутящего момента. Реле 22 соединено с клеммой 18 электродвигателя, клемма же 17 связана с реле 13 через контакт

21. Для самоблокировки реле 13 и 14 служит источник напряжения 27, а источник 28 подает напряжение на клеммы электродвигателя при возбуждении пусковых реле.

Прерыватели состоят из синхронно вращающегося диска 29 с осью 30, имеющего проводящий участок 31, расширяющийся от края диска к центру. Линия связи 32 прерывателя с усилителем и линия самоблокировки 33 реле имеют общий контакт 34, укрепленный подвижно вдоль радиуса диска, а выход 35 прерывателя укреплен на оси диска.

Устройство работает следующим образом.

Когда сумма сигналов датчиков скорости и осевой нагрузки равна сигналу задатчика 3, а сигнал датчика момента равен или меньше, чем сигнал задатчика 26, регулятор находится в равновесии.

При затуплении коронки или ее переходе в более крепкие породы скорость бурения падает и равновесие нарушается. На выходе 5 блока сравнения 4 появляется напряжение, которое достигает прерывателя 11. Когда проводящий участок 31 при вращении диска 29 подходит к контакту 34, реле 13 возбуждается, самозаблокируется, размыкает контакт 10 и подает напряжение на клемму 17 электродвигателя, который начнет перемещать дроссель 20 в сторону увеличения осевой нагрузки. При увеличении нагрузки буровой вал сжимается и датчик 1 отмечает резкое увеличение скорости бурения. Равновесие регулятора нарушается в противоположную сторону, и напряжение на выходе 5 блока сравнения 4 исчезает, а на входе 6 появляется. При отсутствии прерывателя и контакта 10 соответственно исчезает напряжение на клемме

17 электродвигателя и появляется на клемме 18. Двигатель начинает вращение в обратную сторону, снижая осевую нагрузку.

При этом из-за распрямления бурового вала «скорость» падает и процесс возвращается к исходному моменту, но при значительно большем отклонении от равновесия. В итоге колебательный процесс может привести к поломке (скручиванию) инструмента. В предлагаемом устройстве сигнал, появившийся на клемме 6, до электродвигателя не доходит вследствие разомкнутости контакта 10. Из-за самоблокированности реле 13 повышение осевой нагрузки продолжается до тех пор, пока проводящий участок диска не перестанет касаться контакта 34. После этого реле отключается и связь электродвигателя с блоком сравнения 4 прерывается до возвращения проводящих участков на прерывателях. К этому времени процесс сжатия вала завершается, и датчик 1 отражает не фиктивную, а истинную скорость бурения. Положение подвижного контакта 34 вдоль радиуса диска 29 прерывателя и, соответственно, время цикла повышения осевой нагрузки подбирается так, чтобы во избежание перебора нагрузки исходное равновесие восстанавливалось не за один, а за несколько циклов. При переходе в породы меньшей крепости скорость бурения возрастает и исходное равновесие также нарушается.

Напряжение появляется на выходе 6 и осевая нагрузка снижается до восстановления равновесия, причем колебания бурового вала и в этом случае не возникают.

При внезапных вывалах, в интервалах сильной трещиноватости, переходе в сравнительно мягкие породы и т. п. крутящий момент может превысить задание. На выходе блока сравнения 24 появляется напряжение, которое возбуждает реле 22. Последнее размыкает контакт 21 и запускает электродвигатель в сторону уменьшения нагрузки, причем это происходит как в случае, когда двигатель перед этим находится в покое, так и тогда, когда он вращается в противоположную сторону. Уменьшение осевой нагрузки продолжается непрерывно до тех пор, пока крутящийся момент не сравняется с заданием. Таким образом, регулятор позволяет избежать поломок бурового вала, вызванных его перегрузками.

Кроме того, он может дать эффект роста производительности за счет автоматического поддержания оптимума осевой нагрузки, а ее плавное и своевременное изменение в условиях ограничения момента будет способствовать повышению работоспособности коронок, в частности уменьшению случаев заполирования алмазов.

Формула изобретения

Регулятор осевой нагрузки бурового инструмента, содержащий датчик скорости бурения и осевой нагрузки, задающий блок, блок сравнения, усилители, два самоблокирующихся пусковых реле, электродвигатель и экстремальный регулятор, состоящий из пускового реле, усилителя, датчика крутящего момента и блока сравнения моментов, отличающийся тем, что, с целью снижения аварийности путем контроля скручивающего инструмент момента, он снабжен двумя прерывателями, каждый из которых выполнен в виде диска с проводящим участком и двумя контактами, один из которых установлен подвижно вдоль

768946

/Х

+ г азиз. /

Составитель E. Садовников

Техред А. Камышникова

Корректор Л. Орлова

Редактор С. Титова

Заказ 2260/7 Изд. Мз 509 Тираж 626 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2 радиуса диска, при этом выходы датчиков скорости, осевой нагрузки и задающего блока подключены соответственно к входам блока сравнения; выходы которого через усилитель и нормально замкнутые контакты самоблокирующихся пусковых реле подключены к прерывателям, выходы которых связаны с обмотками этих же реле, причем одно из пусковых реле через нормальнозамкнутый контакт пускового реле экстремального регулятора подключено к одной из клемм электродвигателя регулятора, на другую клемму которого подключены обмотка второго самоблокирующегося пускового реле и выход пускового реле экстремального регулятора.

5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Айрапетов В. А. и др. Контроль параметров процесса бурения. М., 1973, с. 104—

108.

10 2. Авторское свидетельство СССР

Мв 554399, кл. Е 21В 45/00, 1973 (прототип).