Устройство для автоматическойоптимизации процесса бурения
И Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
0 л Й с-"А-и
Сокз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, сеид-ву (22) Заявлено 07.02.77(21} 2451473/22-03 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет Опубликовано 2301,81, Бюллетень № 3 Дата опубликования описания 23.01. 81 (51)М, Кл.з Е 21 В 45/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 622.24. ° 0 (088.8) (72) Авторы изобретения А ° A. Жуковский, В. Д. Буткин и М. И. Кулачек Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по добыче полезных ископаемых открытым способом (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОИ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ Устройство для оптимизации процесса бурения может быть использовано на буровых станках вращательного действия в угольной, горнорудной и других отраслях промышленности,где применяется вращательное бурение шарошечными, режущими и комбинированными буровыми долотами. Известны устройства для оптимизации процесса вращательного бурения на карьерах, которые используют априорную информацию об оптимальности процесса, вводимую в виде программы. В зависимости от крепости породы устанавливается давление на забое, которое посредством датчика давления и де. лителя преобразуется в сигнал для регулирования скорости вращения (1 . Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для автоматической оптимизации процесса бурения, содержащее датчики мощности, скорости бурения и давления, подключенные к счетно-решающему блоку, блок формирования моторесурса, блок вычисления критерия себестоимости и блоки улучшения экстре» мума и управления поиском оптимального режима бурения (2) . Однако подобные устройства не мо- ° гут быть точными в работе, должны настраиваться каждый раз после изменений условий бурения, требуют предварительного трудоемкого сбора информации о критерии, лишь после чего они могут быть настроены. При смене типа бурового инструмента или блока пород необходим дополнительный сбор информации и переналадка устройства. Цель изобретения — повышение точности и оперативности установления оптимального режима бурения. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено датчиком углубления долота за один оборот его вращения, а счетно-рашающий блок выполнен в виде раздельных узлов вычисления составляющих себестоимости по энергии, по затратам на зарплату, по долоту, ко входам последнего подключены выходы датчика углубления долота за один оборот его вращения и выход блока формирования моторесурса, а выходы узлов вычисления составляющих по энергии и по затратам на зарплату подключены ко входу блока вычисления себестоимости, выход ксторого через блок улучшения экстремума под" 798277 ключен к блоку управления поиском оптимального режима бурения. В счетно-решающем блоке используется способ представления.себестоимости бурения в виде зависящих от сопротивляемости горных пород. При бурении с предлагаемым уст юйством, как и в любом случае, необходим выбор долота из условия его равностойкости (износа) по опоре и вооружению. При этом учитывается, что суммарное число оборотов долота до износа его вооружения не зависит .от угловой скорости долота. При необходимости в систему могут быть введены нужные технические ограничения. Окончательное уравнение, используемое в устройстве, имеет вид С (н,р)= —" — + Π— (п,p)+C — (п,р) () )(, Сд З 6 : g(p),р) ЕЧ 8 Ч L(n,ð) где К - коэффицйент, учитывающий зарплату, руб/час; С - затраты по электроэнергии, IO руб/кэтч; N,,N> - соответственно мощность, потребляемая при бурении вращателем и другими электромашинами и электроаппаратурой,,)$ квт) Ч - скорость бурения, м/час) С*- стоимость долота, руб) - стойкость долота, м. В этом выражении не учитЫваются М члены, не зависящие практически от режима бурения, то есть не влияющие на положение экстремума по оси абсцисс, хотя в принципе они могут учитываться введением соответствующих Я постоянных членов. Первые три слагаемых выражения (1) вычисляются на основе сигналов от датчиков скорости бурения и мощности, а также задатчиков стоимости зарплаты и энергии. с, Ьоследеее слагаемое,,а том \ \оp) виде, как это представлено в выражении (1), в процессе бурения вычислить невозможно, так как стойкость долота - функция большого количества факторов, не поддающихся непрерывному измерению (в основном ввиду того, что степень износа долота измерить в ре- 40 альных условиях бурения не представ ляется возможным), поэтому последнее слагаемое уравнения (1) в устройстве используется в преобразованном виде G))(n,p) « тС (л)hð) (np)j а — (1) На чертеже изображена блок-схема устройства. Устройство для оптимизации работы бурового станка 1 состоит из дат чика 2 давления, датчика 3 скорости бурения, датчика 4 углубления долота, датчиков 5 и б мощности, множителей 7, 11 - 15, делителей 8 и 10, блока 9 формирования моторесурса, сумматоРа 16, блока 17 выбора критерия эффективности, блоков 18-20 улучшения экстремума, экстремального регулятора 21,переключателя 22 рода поиска,блоков 23 и 24 управления поиском. Устройство работает следующим образом. Сигнал от датчика 2 давления подается в блок 9, куда вводятся также коэффициенты а, б, отражающие зависимость ресурса долота от осевой нагрузки, определяемые, исходя иэ эксплуатационной характеристики долота по моторесурсу (заводские или опытные данные) и по которым фор1 мируются зависимости моторесурса от параметров режима. Моторесурс R сформированный в виде электрического сигнала, с выхода блока 9 поступает на множитель 7, где производится умножение его на величину углубления долота h поступающую в виде электрического сигнала от датчика 4 углубления ° Сигнал Rh, получаемый на выходе блока 7, поступает затем на делитель 8, где формируется величина, пропорциональная удельной стоимости бурения по долоту в функции параметров режима, для чего в блок 8 вводится также стоимостный коэффициент С)),. L hp) Rhn, где R — - моторесурс долота, o6„; )т - углубление долота за один $Q " ) е оборот, мм/об. Моторесурс шаррошечных долот от скорости вращения долота не зависит и в этом случае может быть введен в уравнение (1) в виде функции, зависящей лишь от осевой нагрузки. Вследствие неоднородности горных пород и их физических свойств минимум себестоимости дрейфует случайным образом. Устройство обеспечивает непрерывный его поиск изме- 60 некием режимных параметров в соответствии с вычисляемым критерием на основании получаемой информации о величинах углубления долота за один оборот, скорости бурения и мощности, 65 От датчиков 5 и б мощности электрические сигналы, пропорциональные мощности, потребляемой двигателем вращателя и другими электрическими агрегатами соответственно, подаются на множители 11 и 12, на выходе которых формируются соответствующие стоимостные величины nomaтраченной при бурении энергии, для 798277 чего в блоки 11 и 12 вводится коэф фициент С (удельная стоимость электроэнергии) . Стоимость бурения по зарплате, амортизации и другим начислениям формируется блоками 3, 10 и 13. Величины Ъ Е 1 Я к си сн % Ь Ч Y суммируются в блоке 16. Выбор критерия оптимальности производится Я с помощью блока 17 путем соответствующего выбора составляющих, подаваемых на сумматор 16. Сформированный блоком 16 сигнал для отсеивания помех пропускается через фильтр высоких частот 18 и поступает на блоки 19 и 20, где производится соответственно вычитание постоянной составляющей и обострение экстремума путем нелинейного преобразования этого сигнала. Далее сигнал поступает на экстремальный регулятор 21. Поскольку буровой процесс имеет значительную инерционность, в устройстве производится последовательный поиск экстремума по параметрам и и р, что упрощает схему, хотя в принципе может применяться одновременный поиск обоих параметров .режима. Поиск осуществляется с помо щью переключателя 22 поиска, работаю- 30 щего от тактового генератора 23, который, в свою очередь, управляется блоком 24 {блок управления тактовым генератором) . Применение устройства для,автома- 35 тической оптимизации процесса бурения позволяет с большой точностью осуществлять автоматическую оптимизацию непосредственно по критерию себестоимости бурения, исключить част- 4g ные подстройки для введения априорной информации в виде приближенных зависимостей, использовать, исходя из технико-экономических сбображений, тот или иной критерий оптимальности иэ ряда частных критериев, которые способны вычислять устройство. Устройство позволит заменить ручное управление параметрами процесса бурения и повысить проиэзодительность труда на 10-15%, Формула изобретения Устройство для автоматической оптимизации процесса, бурения, содержащее датчики мощности, скорости бурения и давления, подключенные к счетнорешающему .блоку, блок формирования моторесурса, болк вычисления критерия себестоимости и блоки улучшения экстремума и управления поиском оптимального режима. бурения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и оперативности установления режима бурения, оно снабжено датчиком углубления долота эа один оборот его вращения, а счетно-. решающий блок выполнен в виде раздельных узлов вычисления составляющих себестоимости по энергии, по затратам на зарплату и по долоту, ко входам последнего подключены выходы датчика углубления долота эа один оборот его вращения и блока формирования моторесурса, а выходы узлов вычисления составляющих по энергии и по затратам на зарплату подключены ко входу блока вычисления себестоимости, выход которого через блок улучшения экстремума подключен к блоку, управления поиском оптимального режима бурения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе l. Авторское свидетельство СССР 9 148367, кл. E 21 E 45/00, 1959. 2, Turned an dri86 ing rigs.—.Ре гобецв Egnipment and Sew, 1968, 31, В 1 ° 798277 Составитель P. Гладун Редактор A. Судын Техред M.Tàáàêîâè÷ Корректор Н. Григорук Заказ 9973/Зб Тираж 638 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул, Проектная, 4
