SU1452944A1 - Устройство управлени электроприводом регул тора подачи долота - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к буровой технике . Цель изобретени  - повышение точности поддержани  заданной нагрузки на долото . Дл  этого в устройство введены блок 6 токовой отсечки, фильтр 9 низких частот, элементы сравнени  10, 12 и 13, инерционное дифференцирующее звено 11, пропорциональное звено 14, интегрирующее звено 15, сумматор 16 и регул тор 17 коэффициента обратной св зи. Устройство также содержит двигатель 1 посто нного тока, тиристор- ный преобразователь 2. задатчик нагрузки 3, регул тор нагрузки 4 и регул тор 5 ЭДС, датчик 7 ЭДС и датчик 8 тока  кор . В исходном состо нии буровой инструмент приподн т над забоем. Сигнал на выходе пропорционального звена 14 равен нулю, а на (О (Л ел to «х N

Description

фие.1

выходе интегрирующего звена 15 пропорционален весу инструмента и соответствует сигналу на выходе задатчика нагрузки 3. К режиму бурени  переход т путем уменьшени  сигнала на выходе задатчика нагрузки.В процессе бурени  выходной сигнал регул тора

нагрузки 4 пропорционален значению ЭДС на выходе регул тора 5 ЭДС. При посто нном токе возбуждени  этот сигнал пропорционален заданной скорости подачи инструмента , а его пол рность соответствует пол рности скорости. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

I1

I Изобретение относитс  к буровой техниI ке, а именно к устройствам, назначением ко- j торых  вл етс  автоматическое поддержа- 1 ние в процессе бурени  такого давлени  на забой, при котором обеспечиваетс  максимально допустима  в данных услови х скорость проходки.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности поддержани  заданной нагрузки на I долото.

I На фиг. 1 показана функциональна  схе- ; ма устройства управлени  электроприводом регул тора подачи долота; на фиг. 2 - функциональна  схема регул тора коэффициента обратной св зи.

Двигатель 1 посто нного тока питаетс  от тиристорного преобразовател  2, в цепь управлени  которого последовательно включены задатчик 3 нагрузки, регул тор 4 на- : грузки, регул тор 5 ЭДС и блок 6 токовой отсечки. К вторым входам регул тора 5 ЭДС и блока 6 токовой отсечки подключены соответственно датчики 7 и 8 ЭДС и тока  кор . Кроме этого, в устройство введены фильтр 9 низких частот, первый элемент 10 сравнени , инерционное дифференцируюшее звено 11, второй 12 и третий 13 элементы сравнени , пропорциональное 14 и интегрирующее 15 звень , сумматор 16 и регул тор 17 коэффициента обратной св зи. При этом выход датчика тока  кор  соединен с входом фильтра 9 низких частот, выход которого соединен с первым входом первого 10 и вторым входом второго 12 элементов сравнени , вы- .ход первого элемента 10 сравнени  через инерционное дифференцирующее звено 11 соединен с первым входом второго элемента 12 сравнени , выход которого соединен с первым входом третьего элемента 13 сравнени , выход которого через пропорциональное 14 и интегрирующее 15 звень  соединен с первым входом сумматора 16 и вторым входом третьего элемента 13 сравнени , второй вход сумматора 16 соединен с выходом инерционного дифференцирующего звена 12, выход сумматора 16 соединен с вторым входом первого элемента 10 сравнени , а выход интегрирующего звена 15 соединен с вторым входом регул тора 4 нагрузки. Кроме этого, выход пропорционального звена 14 через

.с,

регул тор 17 коэффициента обратной св зи соединен с третьим входом регул тора 4 нагрузки .

Регул тор коэффициента обратной св зи (фиг. 2) состоит из блока 18 выделени  мо- 5 дул  сигнала, первого 19 и второго 20 источников смещени , резистора 21 и полевого транзистора 22. При этом выход пропорционального звена 14 через блок 18 выделени  модул  соединен с выходом первого ис- 10 точника 19 смещени  и через резистор 21 со стоком полевого транзистора 22, исток которого соединен с общей точкой источника питани , а затвор транзистора - с вторым источником 20 смещени .

Устройство управлени  электроприводом регул тора подачи работает следующим образом .

В исходном состо нии буровой инструмент приподн т над забоем, а на выходе задатчика 3 нагрузки присутствует сигнал, ко- 0 торый, пройд  через регул тор 4 нагрузки, регул тор 5 ЭДС и блок 6 отсечки, вызывает по вление такого напр жени  на выходе тиристорного преобразовател  2, что момент, развиваемый двигателем 1, уравновещивает момент статической нагрузки, обусловленный весом бурового инструмента и силами трени  в механизме. Таким методом производитс  так называемое взвещивание инструмента , при котором нагрузка на долото равна нулю. В этом режиме сигнал на выхо- 0 де пропорционального звена 14 равен нулю, а сигнал на выходе интегрирующего звена 15 пропорционален моменту статической нагрузки и соответствует сигналу на выходе задатчика 3 нагрузки. Дл  перехода к режиму бурени  производитс  уменьщение 5 сигнала на выходе задатчика 3 нагрузки на величину, обеспечивающую необходимую нагрузку на долото. Спускают инструмент до касани  вращающегос  долота с забоем скважины. При касании долотом забо  про- 0 исходит плавное перераспределение полного веса инструмента на две части: больщую часть в виде веса на крюке и меньщую в виде нагрузки на долото. Выходной сигнал регул тора 4 нагрузки пропорционален задаваемому значению ЭДС на входе регул тора 5 5 ЭДС. При посто нном потоке возбужде

ни  этот сигнал пропорционален заданной скорости подачи инструмента, а его пол рность соответствует пол рности скорости. Если при посто нной твердости породы эта скорость соответствует скорости разбуривани  породы, то нагрузка на дйлото не измен етс . Поэтому не измен етс  сигнал на выходе датчика 8 тока  кор , а следовательно, на выходе интегрирующего звена 15. При этом подача инструмента осуществл етс  с посто нной скоростью и с заданной нагрузкой на долото.

При снижении твердости разбуриваемой породы скорость разбуривани  становитс  больще скорости подачи инструмента. Благодар  этому нагрузка на долото начинает снижатьс , а нагрузка на крюке увеличиватьс . Это приводит к увеличению сигнала на выходе датчика 8 тока  кор  и соответствующему увеличению сигнала на выходе интегрирующего звена 15. Происходит увеличение задающего сигнала на входе регул тора 5 ЭДС и последующее увеличение скорости подачи инструмента, которое происходит до тех пор, пока скорость подачи оп ть не сравн етс  со скоростью разбуривани  породы. По мере увеличени  скорости подачи происходит постепенное увеличение нагрузки на долото и соответствующее снижение веса на крюке, а следовательно, момента двигател  и сигна- лов на выходе датчика 8 тока  кор  и интегрирующего звена 15.

При увеличении твердости разбуриваемой работы скорость разбуривани  становитс  меньще скорости подачи бурового инструмента . Благодар  этому нагрузка на долото начинает увеличиватьс , а нагрузка на крюке уменьщаетс . Это приводит к снижению сигнала на выходе датчика 8 тока  кор  и соответствующему увеличению сигнала на выходе интегрирующего звена 15. Происходит снижение задающего сигнала на входе регул тора 5 ЭДС и последующее уменьшение скорости подачи инструмента, которое происходит до тех пор, пока скорость подачи оп ть не сравн етс  со скоростью раз буривани  породы. По мере снижени  скорости подачи происходит постепенное снижение нагрузки на долото и соответствующее уве- личение веса на крюке, а следовательно, момента двигател , и сигналов на выходе датчика 8 тока  кор  и интегрирующего звена 15. Если твердость породы весьма велика, то скорость подачи инструмента снижаетс  до оцень малого значени , а в пределе - и до нул . Если замедление поступательного движени  инструмента меньще необходимого , то даже при достижении нулевой скорое- ти подачи процессы в системе регулировани  не выход т на установившийс  режим из-за остающегос  рассогласовани  между сигна .-

15

5 Q

20 25 30

35 40 55

45

50

лами заданной и действительной нагрузок. При этом измен етс  пол рность сигнала на выходе регул тора 4 нагрузки и электропривод переходит в двигательный режим в направлении подъема инструмента. По мере подъема происходит снижение нагрузки на долото до заданной величины и увеличение нагрузки на крюке. Благодар  этом увеличиваютс  сигналы на выходе датчика 8 тока  кор  и интегрирующего звена 15, что вызывает обратное изменение пол рности сигнала на выходе регул тора 4 нагрузки и переход электропривода к движению в сторону спуска в режиме рекуперативного торможени . После разбуривани  участка с весьма твердой породой происходит постепенное увеличение скорости подачи инструмента до величины, обеспечивающей поддержание заданного значени  нагрузки на долото.

В нормальном режиме бурени  момент статической нагрузки не может превысить величины, определ емой весом инструмента. При переходе к режиму подъема возможны так называемый прихват инструмента и увеличение момента статической нагрузки до весьма большой величины. В этом случае ограничение тока  кор , а следовательно, и момента двигател  осуществл ютс  с помощью блока 6 токовой отсечки, который в нормальном реж име  вл етс  звеном с единичным коэффициентом передачи.

Фильтр 9 низких частот осуществл ет фильтрацию высокочастотных составл ющих в сигнале на выходе датчика 8 тока  кор , обусловленных дискретными свойствами ти- ристорного преобразовател  2. Инерционное дифференцирующее звено 11 предназначено дл  выделени  из полного тока  кор  динамической составл ющей, величина которой пропорциональна ускорению электропривода . Таким образом, на выходе второго элемента сравнени  выдел етс  сигнал, пропорциональный моменту статической нагрузки .

Контур, состо щий из последовательно соединенных пропорционального 14 и интегрирующего 15 звеньев, охваченных отрицательной обратной св зью, предназначен дл  дополнительной фильтрации высокочас- торных помех на входе третьего элемента 13 сравнени . Кроме этого, сигнал на выходе пропорционального звена 14 пропорционален производной момента статической нагрузки и может быть использован в качестве корректирующего в системе управлени . На выходе сумматора 16 образуетс  сигнал, пропорциональный вычисленному значению полного момента двигател . Этот сигнал подаетс  в качестве обратной св зи на второй вход первого элемента 10 сравнени , чем обеспечиваетс  повышение точности вычислени  составл ющих момента двигател .

С целью повышени  точности поддержани  заданной нагрузки на долото при резких изменени х буримости породы сигнал, пропорциональный производной момента статической нагрузки, с выхода пропорционального звена 14 подаетс  через регул тор 17 коэффициента обратной св зи на третий вход регул тора 4 нагрузки.

Регул тор коэффициента обратной св зи работает следующим образом.

При посто нном напр жении на затЕюре полевого транзистора его сопротивление зависит от величины напр жени  сток-исток. Таким образом, при медленном изменении момента статической нагрузки сигнал на выходе пропорционального звена 14 и блока 18 выделени  модул  мал. Поэтому напр жение сток-исток определ етс  большим напр жением на выходе первого источника 19 смещени . Благодар  этому сопротивление полевого транзистора мало, а сигнал, пропорциональный производной момента статической нагрузки, на третий вход регул тора нагрузки 4 практически не поступает. При увеличении скорости изменени  мо.мента статической нагрузки величина сигнала как на выходе пропорционального звена 14, так и блока 18 выделени  модул  возрастает. Благодар  этому напр жение сток-исток полевого транзистора 22 снижаетс , а его сопротивление увеличиваетс . Поэтому сигнал, пропорциональный производной момента статической нагрузки, в этом случае поступает на третий вход регул тора 4 нагрузки. Это приводит к повышению качества процесса регулироани  и, как следствие, к повышению точности поддержани  заданной нагрузки на долото.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   . Устройство управлени  электроприводом регул тора подачи долота, содержащее двигатель посто нного тока, соединенный с тиристорным преобразователем, последова- гельно соединенные задатчики нагрузки, регул тор нагрузки и регул тор ЭДС, а также датчики тока  кор  двигател  и датчик

   Фие.2

   Составитель В. Логинов

   Заказ7Г4 /23° ™ т - Р Корректор Г Решетник

   7143/23Тираж о14 .Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

   113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна  4

   ЭДС, причем выход датчик ЭДС соединен с входом регул тора ЭДС, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности поддержани  заданной нагрузки на долото, в 5 него введены блок токовой отсечки, фильтр низких частот, три элемента сравнени , инерционное дифференцирующее звено, пропорциональное и интегральное звень  и сумматор , при этом выход блока токовой отсечки

   0 соединен с входом тиристорного преобразовател , первый вход - с регул тором ЭДС, а второй - с выходом датчика тока  кор  и через последовательно соединенные фильтр низких частот, первый элемент сравнени , инерционное дифференцирующее звено, вто5 рой и третий элементы сравнени , пропорциональное и интегрирующее звень  с

   вторым входом регул тора нагрузки, выход интегрального звена соединен с вторым входом третьего элемента сравнени  непо0 средственно и через сумматор - с вторым в.ходом первого элемента сравнени , выход фильтра низких частот соединен с вторым входом второго элемента сравнени , выход инерционного звена - с вторым входом сумматора .

   52. Устройство по п. I, отличающеес  тем,

   что, с целью повышени  точности поддержани  заданной нагрузки на долото при резких изменени х буримости породы, в него введен регул тор коэффициента обратной св Q зи, вход которого соединен с выходом пропорционального звена, а выход - с третьим входом регул тора нагрузки.

   3. Устройство по п. 2, отличающеес  тем, что регул тор коэффициента обратной св зи включает блок выделени  модул  сигнала , два источника смещени , полевой транзистор и резистор, при этом входом регул тора коэффициента обратной св зи  вл етс  вход блока выделени  модул  сигнала, выход которого соединен с первым источником смещени  и через резистор - со стоком полевого транзистора, который  вл етс  выходом регул тора коэффициента обратной св зи, затвор полевого транзистора соединен с вто- рым источником смещени , а его исток - с общей точкой источника питани