RU2801447C1 - Vibrating screen drive system control method - Google Patents
Vibrating screen drive system control method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2801447C1 RU2801447C1 RU2022124486A RU2022124486A RU2801447C1 RU 2801447 C1 RU2801447 C1 RU 2801447C1 RU 2022124486 A RU2022124486 A RU 2022124486A RU 2022124486 A RU2022124486 A RU 2022124486A RU 2801447 C1 RU2801447 C1 RU 2801447C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensors
- passage
- unbalance
- time
- phase shift
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится преимущественно к нефтяной и газовой промышленности и может быть применено для управления системой приводов бурового вибросита с линейной или эллиптической траекторией колебаний рамы.The invention relates primarily to the oil and gas industry and can be used to control the drive system of a drilling vibrating screen with a linear or elliptical trajectory of frame oscillations.
Наиболее близким заявляемому способу является способ управления системой приводов вибросита (Пат. РФ №2402387) состоит из двух дебалансных возбудителей, включающий изменение сдвига по фазе между углами поворотов дебалансов путем воздействия на электродвигатели дебалансных возбудителей, при котором постоянно измеряют время оборота первого дебаланса и интервал времени между моментами прохождения дебалансами одинаковых положений, затем вычисляют сдвиг по фазе между углами поворотов первого и второго дебалансов.The closest to the claimed method is a method of controlling the vibrating sieve drive system (Pat. RF No. 2402387) consists of two unbalanced exciters, including changing the phase shift between the unbalance rotation angles by acting on the electric motors of the unbalanced exciters, in which the rotation time of the first unbalance and the time interval are constantly measured between the moments of passage of the same positions by the unbalances, then the phase shift between the angles of rotation of the first and second unbalances is calculated.
Недостатком этого способа является наличие систематической погрешности в измерении сдвига по фазе между углами поворотов роторов дебалансных вибровозбудителей, что приводит к изменению траектории движения точек рамы вибросита от проектной, а следовательно, снижает пропускную способность вибросита. Причиной этого является неопределенность между моментами времени прохождения датчиков каких дебалансов следует измерять интервал времени. Во-вторых, датчики положения дебалансов неточно расположены на горизонтальных положительных полуосях, проходящих через центры вращения этих дебалансов, что также дает систематическую погрешность в измерении сдвига по фазе между углами поворотов их роторов.The disadvantage of this method is the presence of a systematic error in measuring the phase shift between the angles of rotation of the rotors of the unbalance vibration exciters, which leads to a change in the trajectory of the points of the vibrating screen frame from the design one, and therefore reduces the throughput of the vibrating screen. The reason for this is the uncertainty between the time points of passing the sensors of which unbalances the time interval should be measured. Secondly, the unbalance position sensors are inaccurately located on the horizontal positive semi-axes passing through the centers of rotation of these unbalances, which also gives a systematic error in measuring the phase shift between the angles of rotation of their rotors.
Задачей изобретения является устранение систематической погрешности измерения в измерении сдвига по фазе между углами поворотов роторов дебалансных вибровозбудителей, что даст повышение точности поддержания проектной траектории движения точек рамы вибросита, а следовательно позволит постоянно обеспечивать эффективность просеивания бурового раствора.The objective of the invention is to eliminate the systematic measurement error in measuring the phase shift between the angles of rotation of the rotors of unbalanced vibration exciters, which will increase the accuracy of maintaining the design trajectory of the vibrating screen frame points, and therefore will constantly ensure the efficiency of drilling mud screening.
Техническим результатом является обеспечение высокой пропускной способности вибросита вследствие повышения точности поддержания проектной траектории движения точек виброрамы.The technical result is to provide a high throughput of the vibrating sieve due to an increase in the accuracy of maintaining the design trajectory of movement of the points of the vibrating frame.
Технический результат достигается тем, что Способ определения сдвига по фазе для управления системой приводов вибросита из двух дебалансных возбудителей, вращающихся в разные стороны, включающий постоянное измерение времени оборота одного из дебалансов и интервала времени между моментами прохождения дебалансами положений, в которых установлены датчики, закрепленные на кожухах дебалансных возбудителей, отличающийся тем, что периодически измеряют углы установки датчиков положений дебалансов между горизонтальной положительной полуосью и прямыми, проходящими через центр вращения этих дебалансов и датчиков, причем интервал времени между моментами прохождения дебалансами положений, в которых установлены датчики, измеряют от момента времени прохождения датчика положения дебалансом, вращающегося против часовой стрелки, до момента времени прохождения датчика положения другим дебалансом, а сдвиг по фазе вычисляют по формулеThe technical result is achieved by the fact that the method for determining the phase shift for controlling the system of vibrating screen drives from two unbalanced exciters rotating in different directions, including the constant measurement of the rotation time of one of the unbalances and the time interval between the moments of passage of the unbalances of the positions in which the sensors are mounted, fixed on casings of unbalance exciters, characterized in that they periodically measure the installation angles of the position sensors of the unbalances between the horizontal positive semi-axis and the straight lines passing through the center of rotation of these unbalances and sensors, and the time interval between the moments of passage of the unbalances of the positions in which the sensors are installed is measured from the time of passage position sensor by an unbalance rotating counterclockwise until the moment of passage of the position sensor by another unbalance, and the phase shift is calculated by the formula
где: Δtоб - время полного оборота дебаланса, вращающегося по часовой стрелке, с;where: Δt about - the time of a full revolution of the unbalance rotating clockwise, s;
Δtразн - интервал времени от момента прохождения дебалансом, вращающемся против часовой стрелки, своего датчика до момента времени прохождения другого дебаланса своего датчика, с;Δt different - the time interval from the moment of passage of the unbalance, rotating counterclockwise, of its sensor until the time of passage of another unbalance of its sensor, s;
β1, β2 - углы установки датчиков относительно горизонтали, радиан.β 1 , β 2 - installation angles of the sensors relative to the horizontal, radians.
Вибросито на фигуре 1 эффективно может эффективно работать только при наличии самосинхронизации вращений роторов дебалансов, которые вращаются в разные стороны и их углы поворотов ϕ1 (t), ϕ1 (t) описываются формулами ϕ1(t)=σ1⋅(ωr⋅t) и ϕ2(t)=σ2⋅(ωr⋅t+α) (см. книгу Блехман И.И. Синхронизация механических систем. - М.: Наука, 1971), где t - текущее время; ωr - угловая частота вращений роторов дебалансов 1 и 2; σ1, σ2 - индексы направлений вращения роторов дебалансов (как принято в математике: σi=+1 вращение против часовой стрелки, σi=-1 вращение по часовой стрелке) причем σ1=-σ2; α - сдвиг по фазе между углами поворотов роторов дебалансов. На фигуре 1 показаны датчики положений дебалансов 1 и 3, а также метки середин дебалансов 2 и 4.The vibrating sieve in figure 1 can effectively work only if there is self-synchronization of the rotations of the unbalance rotors, which rotate in different directions and their rotation angles ϕ 1 (t), ϕ 1 (t) are described by the formulas ϕ 1 (t)=σ 1 ⋅(ω r ⋅t) and ϕ 2 (t)=σ 2 ⋅(ω r ⋅t+α) (see the book Blekhman I.I. Synchronization of mechanical systems. - M.: Nauka, 1971), where t is the current time; ω r - angular frequency of rotation of the rotors of
Сдвиг по фазе между углами поворотов роторов дебалансов по этой теории определяется по формуле:The phase shift between the angles of rotation of the rotors of unbalances according to this theory is determined by the formula:
где δ1, δ2 - направляющие углы установки центров вращений роторов дебалансов O1 и О2 относительно центра тяжести рамы вибросита в сборе О; ΔМ1 - избыточный момент асинхронного электродвигателя (АД) 1-го дебалансного вибровозбудителя (ДБВ); вибрационный момент вибросита, который определяется конструкционными параметрами вибросита. Избыточный момент равен разности между электродвигательным моментом АД и моментом сопротивления на его роторе. В ходе эксплуатации он изменяется неизвестным образом, поэтому при проектировании вибросита его принимают равным нулю и проектное значение сдвига по фазе равно αП=σ2⋅(δ1+δ2). В прототипе текущее значение αи(7) поддерживается равным проектному значению αП системой автоматического регулирования.where δ 1 , δ 2 - guiding angles of the centers of rotation of the rotors of the unbalances O 1 and O 2 relative to the center of gravity of the shaker frame assembly O; ΔM 1 - excess torque of the asynchronous electric motor (HELL) of the 1st unbalance vibration exciter (DBV); vibrating moment of the vibrating screen, which is determined by the design parameters of the vibrating screen. The excess moment is equal to the difference between the electric motor moment of the IM and the moment of resistance on its rotor. During operation, it changes in an unknown way, therefore, when designing a vibrating screen, it is taken equal to zero and the design value of the phase shift is equal to α P =σ 2 ⋅(δ 1 +δ 2 ). In the prototype, the current value of α and (7) is maintained equal to the design value α P automatic control system.
Нумерация ДБВ на фигуре 1 произвольна. Так как углы поворотов дебалансов имеют разные знаки, то физически сдвиг по фазе между ними равен их суммеThe numbering of the DBV in figure 1 is arbitrary. Since the unbalance rotation angles have different signs, the phase shift between them is physically equal to their sum
Как видно из формулы (3) физически сдвиг по фазе не зависит ни от нумерации ДБВ, ни от направлений их вращений, что показано на фигурах 2-5. Когда средина одного из дебаланса проходит через горизонтальную положительную полуось т.е. ϕi(tk)=0, то средина другого дебаланса в это время повернут на угол ϕj(tk)=αФ.As can be seen from formula (3), physically the phase shift does not depend on either the numbering of the WBVs or on the directions of their rotations, which is shown in figures 2-5. When the middle of one of the unbalance passes through the horizontal positive semi-axis i.e. ϕ i (t k )=0, then the middle of another unbalance at this time is rotated by an angle ϕ j (t k )=α Ф .
Косвенное измерение сдвига по фазе через измерение интервала времени между моментами прохождения срединами дебалансов своих датчиков положения имеет 2 варианта как показано на фигурах 6 и 7.Indirect measurement of the phase shift through the measurement of the time interval between the moments of passage of the middle of the unbalances of their position sensors has 2 options, as shown in figures 6 and 7.
В первом варианте интервал времени измеряется между ДБВ вращающегося против часовой стрелки и ДБВ вращающегося по часовой стрелке. Если первый средина первого дебаланса находится в положении своего датчика, то второй дебаланс до срабатывания своего датчика положения должен пройти как показано на фигуре 6 угол αФ, что соответствует интервалу времени Δtразн=αФ/(2⋅π/Δtоб), где ωr=2⋅π/Δtоб по сути угловая частота вращения роторов ДБВ. Тогда измеренное значение сдвига фазы равно его физическому значениюIn the first variant, the time interval is measured between the counterclockwise rotating WBV and the clockwise rotating WBV. If the first middle of the first unbalance is in the position of its sensor, then the second unbalance before the operation of its position sensor must pass, as shown in figure 6, the angle α F , which corresponds to the time interval Δt diff =α F /(2⋅π/Δt about ), where ω r =2⋅π/Δt about essentially the angular frequency of rotation of the rotors of the DBV. Then the measured value of the phase shift is equal to its physical value
По второму варианту интервал времени измеряется между ДБВ вращающегося по часовой стрелке и ДБВ вращающегося против часовой стрелки. Если средина первого дебаланса находится в положении своего датчика, то второй дебаланс до срабатывания своего датчика положения должен пройти как показано на фигуре 7 угол 2⋅π⋅αФ, что соответствует интервалу времени Δtразн=(2⋅π-αФ)/(2⋅π/Δtоб). Тогда чтобы измеренное значение сдвига фазы было бы равно его физическому значению его надо определять по формулеAccording to the second variant, the time interval is measured between the WBV rotating clockwise and the WBV rotating counterclockwise. If the middle of the first unbalance is in the position of its sensor, then the second unbalance before the operation of its position sensor must pass, as shown in figure 7, the
Так как первый вариант проще, то в заявляемом техническом решении используется именно этот вариант.Since the first option is simpler, this option is used in the proposed technical solution.
ДБВ изготавливается на основе специального асинхронного электродвигателя взрывозащищенного исполнения на лапах. Кожуха дебалансов жестко прикреплены к корпусу ДБВ. Датчик положения дебаланса может быть расположен на его кожухе на горизонтальной положительной полуоси, проходящей через центр вращения. При монтаже ДБВ на вибросито датчик положения оказывается смещенным относительно горизонтальной положительной полуоси как показано на фигурах 8 и 9. В случае монтажа обеих ДБВ на одной траверсе, как показано на фигуре 8, датчики положения смещены на одинаковые углы β1=β2. При монтаже ДБВ на отдельных траверсах как показано на фигуре 9 смещение датчиков положения может происходить на разные углы β1, β2. Кроме того, деформация пружин подвески рамы вибросита также может вносить свой вклад в эти углы.DBV is manufactured on the basis of a special asynchronous electric motor of explosion-proof execution on legs. The unbalance casings are rigidly attached to the body of the DBV. The unbalance position sensor can be located on its casing on a horizontal positive semi-axis passing through the center of rotation. When mounting the WDM on a vibrating screen, the position sensor is displaced relative to the horizontal positive semi-axis, as shown in figures 8 and 9. In the case of mounting both WDMs on the same traverse, as shown in figure 8, the position sensors are displaced by the same angles β 1 =β 2 . When mounting the DBV on separate traverses, as shown in figure 9, the displacement of the position sensors can occur at different angles β 1 , β 2 . In addition, deformation of the shaker frame suspension springs can also contribute to these angles.
Смещение датчиков положения дебалансов относительно горизонтальной положительной полуоси приводит к систематической погрешности измерения сдвига по фазе между углами поворотов роторов дебалансов. На фигурах 8 и 9 показаны смещения датчиков положений дебалансов на углы β1, β2, которые периодически необходимого измерять примерно раз в месяц. Интервал времени между импульсами датчиков положений 1-го и 2-го дебалансов в этом случае станет другим при одном и том значении величины сдвига по фазе. Датчик положения 1-го ДБВ на фигуре 8 даст импульс позже чем при нулевом значении β1 на величину β1/ω. Датчик положения 2-го ДБВ даст импульс раньше чем при нулевом значении β2 на величину β2/ωr. Тогда интервал времени между этими импульсами будет равен:The displacement of the mass position sensors relative to the horizontal positive semi-axis leads to a systematic error in measuring the phase shift between the rotation angles of the mass rotors. Figures 8 and 9 show the displacement of the unbalance position sensors by angles β 1 , β 2 , which periodically need to be measured about once a month. The time interval between the pulses of the position sensors of the 1st and 2nd unbalances in this case will become different at the same value of the phase shift. The position sensor of the 1st WBV in figure 8 will give an impulse later than at zero value of β 1 by the value of β 1 /ω. The position sensor of the 2nd DBV will give an impulse earlier than at zero value of β 2 by the value of β 2 /ω r . Then the time interval between these pulses will be equal to:
Отсюда измеренное значение сдвига по фазе между углами поворотов дебалансов равно:Hence, the measured value of the phase shift between the angles of rotation of the unbalances is:
Предлагаемое техническое решение апробировано на физической модели вибросита. В качестве датчиков положения дебалансов использованы щелевые оптоэлектронные микросхемы KTIR06111S. Обработка сигналов датчиков положения и вычисление сдвига по фазе между углами поворотов производилось измерительным преобразователем напряжения Е20-10 производства фирмы L-Card.The proposed technical solution has been tested on a physical model of the vibrating sieve. KTIR06111S slotted optoelectronic microcircuits were used as unbalance position sensors. The signal processing of the position sensors and the calculation of the phase shift between the angles of rotation was carried out by a measuring voltage converter E20-10 manufactured by L-Card.
Claims (5)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2801447C1 true RU2801447C1 (en) | 2023-08-08 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1264998A1 (en) * | 1985-01-16 | 1986-10-23 | Государственный проектно-конструкторский институт "Гипромашуглеобогащение" | Method of controlling synchronization of dynamic system |
RU60003U1 (en) * | 2006-10-20 | 2007-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | VIBRATOR |
WO2007014444A1 (en) * | 2005-08-04 | 2007-02-08 | Metso Brasil Indústria E Comércio Ltda | System for controlling the separation efficiency of vibrating screens |
RU2333805C2 (en) * | 2002-07-31 | 2008-09-20 | Метсо Минерэлз Инк. | Method of screening machine control and screening machine |
RU2402387C1 (en) * | 2009-07-08 | 2010-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Method to control vibrosieve drive system |
RU2649203C1 (en) * | 2017-06-15 | 2018-03-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method of vibrating sieve drives system control |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1264998A1 (en) * | 1985-01-16 | 1986-10-23 | Государственный проектно-конструкторский институт "Гипромашуглеобогащение" | Method of controlling synchronization of dynamic system |
RU2333805C2 (en) * | 2002-07-31 | 2008-09-20 | Метсо Минерэлз Инк. | Method of screening machine control and screening machine |
WO2007014444A1 (en) * | 2005-08-04 | 2007-02-08 | Metso Brasil Indústria E Comércio Ltda | System for controlling the separation efficiency of vibrating screens |
RU60003U1 (en) * | 2006-10-20 | 2007-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | VIBRATOR |
RU2402387C1 (en) * | 2009-07-08 | 2010-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Method to control vibrosieve drive system |
RU2649203C1 (en) * | 2017-06-15 | 2018-03-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method of vibrating sieve drives system control |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КИЧКАРЬ И.Ю. "Синтез системы привода буровых вибросит", Автореферат диссертации, Краснодар, 2007. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101625259B (en) | Vibration-type measuring device | |
US2363373A (en) | Shaft vibration pickup | |
US2451863A (en) | Apparatus for balancing rotors | |
US10823632B2 (en) | Method for measuring the unbalance of flexible rotors by means of position-measuring sensors | |
EP3249356A1 (en) | Systems and methods for a four-mass vibrating mems structure | |
JP5035755B2 (en) | Standard shaker | |
EP3839468B1 (en) | Method for balancing a rotor | |
JP4281985B2 (en) | Improvement on offset removal device for vibrating gyroscope | |
RU2801447C1 (en) | Vibrating screen drive system control method | |
US2487035A (en) | Balance testing appliance | |
KR100905397B1 (en) | Dynamic balancing apparatus and methods using periodic angular motion | |
CN101040178A (en) | Rotor balancing method and device | |
US2405430A (en) | Apparatus for analyzing rotational unbalances | |
JPH0344561A (en) | Method and device for determining acceleration | |
CN116953288A (en) | Accelerometer resolution testing device and method utilizing excitation force of double eccentric motors | |
CN108760118B (en) | Device and method for measuring mass unbalance moment of platform body of inertia platform | |
US2486896A (en) | Balance testing appliance | |
Nikhil et al. | Design and development of a test-rig for determining vibration characteristics of a beam | |
USRE23785E (en) | weaver ctal | |
RU2402387C1 (en) | Method to control vibrosieve drive system | |
CN204575249U (en) | A kind of fast adjuster of enclosure space internal rotor amount of unbalance | |
RU2101689C1 (en) | Method of vibrational balancing of rotors and oscillatory system of balancing machine for its implementation | |
RU2059214C1 (en) | Method and device for determination of unbalance of rotor | |
JPS6140331B2 (en) | ||
RU2334946C1 (en) | Method of gyroscope assembly and vibration gyroscope |