RU57819U1

RU57819U1 - WINCH SHAFT SPEED SENSOR

Info

Publication number: RU57819U1
Application number: RU2006117539/22U
Authority: RU
Inventors: Алексей Евгеньевич Ковалев; Борис Борисович Раевский; Юрий Васильевич Рыжанов
Original assignee: Ооо "Битас"
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2006-10-27

Abstract

Полезная модель относится к области геофизических исследований скважин и предназначена для определения глубины погружения инструмента путем контроля движения крюка талевой системы. Датчик оборотов вала лебедки включает магнитный модулятор, выполненный в виде двух полудисков, по периметру которых равномерно расположены постоянные магниты, и магниточувствительный элемент. В качестве магниточувствительного элемента использован магниторезистивный элемент. Выход магниточувствительного элемента подключен к сети CAN через блок обработки и согласования, включающий источник питания датчика, аппаратный CAN драйвер с элементами защиты от перенапряжений, микроконтроллер и световые индикаторы. Магнитный модулятор установлен на торце вала буровой лебедки, а магниточувствительный элемент закреплен на защитном кожухе буровой лебедки с помощью скобы, позволяющей регулировать его положение относительно магнитного модулятора. Блок обработки и согласования размещен в герметичном металлическом корпусе и установлен на скобе, закрепленной на защитном кожухе буровой лебедки. Разработанная конструкция отличается надежностью, простотой монтажа и не имеет ограничений в возможности использования. 2 з.п.ф., 2 ил.The utility model relates to the field of geophysical research of wells and is intended to determine the depth of immersion of the tool by controlling the movement of the hook of the hoist system. The winch shaft speed sensor includes a magnetic modulator, made in the form of two half-disks, along the perimeter of which permanent magnets are evenly located, and a magnetically sensitive element. As a magnetically sensitive element, a magnetoresistive element is used. The output of the magnetically sensitive element is connected to the CAN network through a processing and matching unit, which includes a sensor power supply, a hardware CAN driver with overvoltage protection elements, a microcontroller, and light indicators. A magnetic modulator is mounted on the end face of the drawworks shaft, and a magnetically sensitive element is mounted on the protective casing of the drawworks with a bracket that allows you to adjust its position relative to the magnetic modulator. The processing and matching unit is housed in an airtight metal case and mounted on a bracket mounted on a protective winch casing. The developed design is reliable, easy to install and has no restrictions on the possibility of use. 2 C.p.F., 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области геофизических исследований скважин и предназначена для определения глубины погружения инструмента путем контроля движения крюка талевой системы.The utility model relates to the field of geophysical research of wells and is intended to determine the depth of immersion of the tool by controlling the movement of the hook of the hoist system.

Известен датчик оборотов вала лебедки, использующий оптронный чувствительный элемент (Система «СГТ-микро», www.skboreol.ru). С валом лебедки датчик связан через зубчатую передачу.A known winch shaft speed sensor using an optocoupler sensing element (System "SGT-micro", www.skboreol.ru). The sensor is connected to the winch shaft through a gear transmission.

Недостатком датчика являются высокие требования, предъявляемые к точности его установки. Кроме того, такой датчик требует периодической очистки, т.к. его оптика теряет чувствительность при загрязнении.The disadvantage of the sensor is the high requirements for the accuracy of its installation. In addition, such a sensor requires periodic cleaning, as its optics lose sensitivity when contaminated.

Известны устройства для определения глубины скважины, принцип действия которых основан на измерении углового перемещения вала буровой лебедки. При этом в конструкцию устройства (авторское свидетельство СССР №1550119, Е 21 В 47/04, 1990 г.) входят магниточувствительные элементы (герконы), расположенные по окружности и постоянный магнит, размещенный на рабочем диске. Рабочий диск связан с валом лебедки кинематической передачей, включающей несколько валов, шкивов, червячную и ременную передачи. Недостатком устройства является сложность его конструкции и большие габариты.Known devices for determining the depth of the well, the principle of which is based on measuring the angular displacement of the shaft of the drawworks. Moreover, the design of the device (USSR author's certificate No. 1550119, Е 21 В 47/04, 1990) includes magnetically sensitive elements (reed switches) located around the circumference and a permanent magnet located on the working disk. The working disk is connected to the winch shaft by a kinematic transmission, including several shafts, pulleys, worm and belt drives. The disadvantage of this device is the complexity of its design and large dimensions.

Известен датчик оборотов вала лебедки с магнитным или оптическим чувствительным элементом (Датчик оборотов вала буровой лебедки ДОЛ (датчик глубины), www.npf-geofizika.ru). Датчик крепится между валом лебедки и вертлюжком тормозной системы в виде дополнительного переходного звена.A known winch shaft speed sensor with a magnetic or optical sensing element (Drill shaft speed sensor DOL (depth sensor), www.npf-geofizika.ru). The sensor is mounted between the winch shaft and the swivel of the brake system in the form of an additional transitional link.

Недостатком такой конструкции является сложность монтажа датчика, требующего проведение операций сборки-разборки узла соединения вала и системы воздушного тормоза.The disadvantage of this design is the complexity of the installation of the sensor, which requires assembly-disassembly operations of the shaft connection unit and the air brake system.

Наиболее близкой по технической сущности является конструкция датчика оборотов вала лебедки МДИ (Буклет ОАО НПП «ГЕРС» «Станция геолого-технологических исследований нефтегазовых скважин «СИРИУС», Тверь, 2002, стр.10). Датчик оборотов вала лебедки включает магнитный модулятор, магниточувствительный элемент и электронный блок. Магнитный модулятор датчика выполнен в виде двух скоб, связанных подвижным и разъемным соединениями. Датчик устанавливается на свободный участок вала лебедки.The closest in technical essence is the design of the MDI winch shaft rotation speed sensor (Booklet of GERS OJSC NPP SIRIUS Station for Geological and Technological Research of Oil and Gas Wells, Tver, 2002, p. 10). The winch shaft speed sensor includes a magnetic modulator, a magnetically sensitive element and an electronic unit. The magnetic sensor modulator is made in the form of two brackets connected by movable and detachable connections. The sensor is mounted on a free section of the winch shaft.

Возможность применения такого датчика определяется наличием свободного и доступного для его установки места на валу лебедки. Кроме того, на разных буровых могут использоваться лебедки с разными по диаметру валами, а известный датчик имеет фиксированный диаметр, что также ограничивает возможность его применения.The possibility of using such a sensor is determined by the presence of free and accessible space for its installation on the winch shaft. In addition, winches with shafts of different diameters can be used at different drilling sites, and the known sensor has a fixed diameter, which also limits the possibility of its use.

Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является расширение возможностей применения датчика, упрощение его монтажа и повышение надежности.The problem solved by the proposed utility model is to expand the capabilities of the sensor, simplify its installation and increase reliability.

Датчик оборотов вала лебедки включает магнитный модулятор, выполненный в виде двух полудисков, по периметру которых равномерно расположены постоянные магниты, и магниточувствительный элемент. В качестве магниточувствительного элемента использован магниторезистивный элемент. Выход магниточувствительного элемента подключен к сети CAN через блок обработки и согласования, включающий источник питания датчика, аппаратный CAN драйвер с элементами защиты от перенапряжений, микроконтроллер и световые индикаторы. Магнитный модулятор установлен на торце вала буровой лебедки, а магниточувствительный элемент закреплен на защитном кожухе буровой лебедки с помощью скобы, позволяющей регулировать его положение относительно магнитного модулятора. Блок обработки и согласования размещен в герметичном металлическом корпусе и установлен на скобе, закрепленной на защитном кожухе буровой лебедки.The winch shaft speed sensor includes a magnetic modulator, made in the form of two half-disks, along the perimeter of which permanent magnets are evenly located, and a magnetically sensitive element. As a magnetically sensitive element, a magnetoresistive element is used. The output of the magnetically sensitive element is connected to the CAN network through a processing and matching unit, which includes a sensor power supply, a hardware CAN driver with overvoltage protection elements, a microcontroller, and light indicators. A magnetic modulator is mounted on the end face of the drawworks shaft, and a magnetically sensitive element is mounted on the protective cover of the drawworks with a bracket, which makes it possible to adjust its position relative to the magnetic modulator. The processing and matching unit is housed in an airtight metal case and mounted on a bracket mounted on a protective winch casing.

Основой магниточувствительного элемента является интегрированная пара магниторезистивных схем, преобразующих вращательное движение магнитного модулятора в пару сдвинутых по фазе относительно друг друга последовательностей импульсов, что позволяет определять не только угол поворота вала лебедки, но и направление вращения.The basis of the magnetically sensitive element is an integrated pair of magnetoresistive circuits that convert the rotational motion of the magnetic modulator into a pair of pulse sequences that are phase-shifted relative to each other, which makes it possible to determine not only the angle of rotation of the winch shaft, but also the direction of rotation.

Блок обработки и согласования имеет два световых индикатора. Первый индикатор предназначен для визуального контроля наличия напряжения питания и идентификации датчика оборотов вала лебедки в CAN сети, второй - для определения зазора между магниточувствительным элементом и магнитным модулятором и для контроля исправности магниточувствительного элемента.The processing and matching unit has two indicator lights. The first indicator is intended for visual monitoring of the supply voltage and identification of the winch shaft speed sensor in the CAN network, the second - for determining the gap between the magnetically sensitive element and the magnetic modulator and for monitoring the health of the magnetically sensitive element.

На фиг.1 представлен общий вид датчика оборотов вала лебедки, на фиг.2 - его принципиальная схема.Figure 1 presents a General view of the speed sensor of the winch shaft, figure 2 - its schematic diagram.

Датчик оборотов вала лебедки содержит магнитный модулятор 1, выполненный в виде двух полудисков 1а, 1б, по периметру которых установлены постоянные магниты 2. Магнитный модулятор закреплен на торце вала 3 лебедки болтами 4. Магниточувствительный элемент 5 установлен на скобе 6, закрепленной на защитном кожухе буровой лебедки (на чертеже не показано). На этой же скобе закреплен блок The winch shaft rotation sensor contains a magnetic modulator 1, made in the form of two half disks 1a, 1b, along the perimeter of which permanent magnets 2 are installed. A magnetic modulator is mounted on the end of the winch shaft 3 with bolts 4. The magneto-sensitive element 5 is mounted on a bracket 6 mounted on the drill protective cover Winches (not shown in the drawing). The block is fixed on the same bracket

обработки и согласования 7, включающий источник питания датчика 8, аппаратный CAN драйвер 9 с элементами защиты от перенапряжений, микроконтроллер 10 и световые индикаторы 11, 12. Блок обработки и согласования размещен в герметичном металлическом корпусе 13.processing and coordination 7, including a sensor power supply 8, a hardware CAN driver 9 with surge protection elements, a microcontroller 10 and indicator lights 11, 12. The processing and coordination unit is placed in a sealed metal case 13.

Датчик оборотов вала лебедки работает следующим образом. На фланце, соединяющем торец вала буровой лебедки с вертлюжком воздушного тормоза, закрепляют два полудиска магнитного модулятора 1. Устанавливают скобу 6 с блоком обработки и согласования 7 и магниточувствительным элементом 5 на кожухе буровой лебедки. Расстояние между магнитным модулятором 1 и торцом магниточувствительного элемента 5 при этом может составлять 0-20 мм. Периодически загорающийся индикатор 11 свидетельствует об идентификации датчика оборотов вала лебедки CAN сетью. Периодически загорающийся при вращении магнитного модулятора индикатор 12 свидетельствует о правильности установки зазора между магнитным модулятором 1 и магниточувствительным датчиком 5.The speed sensor winch shaft operates as follows. On the flange connecting the end face of the winch shaft with the air brake swivel, two half-disks of the magnetic modulator 1 are fixed. A bracket 6 is mounted with a processing and matching unit 7 and a magnetically sensitive element 5 on the winch casing. The distance between the magnetic modulator 1 and the end face of the magnetically sensitive element 5 may be 0-20 mm. The periodically illuminated indicator 11 indicates the identification of the winch shaft speed sensor by the CAN network. The indicator 12 periodically illuminated during rotation of the magnetic modulator indicates the correct setting of the gap between the magnetic modulator 1 and the magnetically sensitive sensor 5.

Предлагаемая конструкция датчика оборотов вала лебедки имеет следующие преимущества перед аналогами:The proposed design of the winch shaft speed sensor has the following advantages over analogues:

1. Магниточувствительный элемент датчика состоит из двух полудисков, его установка на торец вала не требует предварительного демонтажа тормозной системы.1. The magneto-sensitive element of the sensor consists of two half-disks; its installation on the shaft end does not require preliminary dismantling of the brake system.

2. Датчик может использоваться на лебедках с различным диаметром вала.2. The sensor can be used on winches with different shaft diameters.

3. Снижены требования по точности монтажа датчика. Расстояние между магнитным модулятором и торцом магниточувствительного элемента может составлять от 0 до 20 мм.3. Reduced accuracy requirements for mounting the sensor. The distance between the magnetic modulator and the end face of the magnetically sensitive element can be from 0 to 20 mm.

4. Повышена надежность датчика благодаря использованию средств самодиагностики в виде аппаратного CAN драйвера с элементами защиты от перенапряжений.4. Improved reliability of the sensor due to the use of self-diagnostics in the form of a hardware CAN driver with overvoltage protection elements.

Таким образом, разработанная конструкция отличается надежностью, простотой монтажа и не имеет ограничений в возможности использования.Thus, the developed design is reliable, easy to install and has no restrictions on the possibility of use.

Claims

1. The winch shaft speed sensor, including a magnetic modulator, a magnetically sensitive element and an electronics unit, characterized in that the magnetic modulator is made in the form of two half-disks, with permanent magnets evenly spaced around it, a magnetoresistive element whose output is connected to CAN network through a processing and matching unit, including a sensor power supply; CAN hardware driver with surge protection elements, microcontroller and indicator lights.

2. The winch shaft speed sensor according to claim 1, characterized in that the magnetic modulator is mounted on the end of the winch shaft, and the magnetosensitive element is mounted on the protective winch of the drawworks using a bracket to adjust its position relative to the magnetic modulator.

3. The winch shaft speed sensor according to claims 1 and 2, characterized in that the processing and matching unit is placed in a sealed metal case and mounted on a bracket mounted on the protective winch casing.