Система автоматического управления электротормозной машиной буровой лебедки

 

Изобретение относится к.бурению сква-- жин и позволяет повысить точность поддержания заданной скорости тормоза в режимах спуска колонны бурильных труб. Сигнал с датчика 9 тока возбуждения подается на первый вход регулятора 3 тока возбуждения, выход кЧ dtir ат которого подключен к тиристорному преобразователю 4 возбуждения электротормозной машины 5. Сигнал с датчика 7 веса через задатчик 13 скорости поступает на первые входы блока 15 деления в звена 14 сравнения скорости, с которого сигнал поступает. на второй вход блока 15. Сигнал с датчика 10 скорости поступает на второй вход звена 14. Сигнал относительного рассогласования заданной и текущей скоростей тормоза с блока 15 поступает в узел 1 задания тока возбуждения . В узле 1 этот сигнал сравнивается с постоянным сигналом с звена 16 опорного напряжения. Выход узла 1 через нелинейное звено 2 по току возбуждения соединен с вторым входом регулятора 3. Поддержание тока возбуждения в заданных пределах осуществляется по сигналу с датчика 10, поступающему на третий вход регулятора 3 через дифференцирующее звено 11 и нелинейное звено 12 по ускорению. Для снижения скорости тормоза до посадочной сигнал с сельсинного командоаппарата . 17 через фазочувствительный выпрямитель 18 подается на четвертый вход регулятора 3. 5 ил. и« У Ё х| 00 XI О Ч

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 44/00, 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ. СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ лЭ

; 1

C)

-"4 (21) 4829160/03 (22) 28.05.90 (46) 30.05.92,. Бюл. М 20 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте . (72) Е.Н.Кирбабин, А.А.Барьюдин, А,И.Коган, Б.И.Абрамов и В.П,Лукин (53) 621.869(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1046883, кл. Н 02 Р 5/00, Е 21 В 19/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

N 1082927, кл. Е 21 В 19/00, 1982. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВ Л Е НИ Я ЭЛ Е КТР ОТО Р МОЗ Н ОЙ МАШИНОЙ БУРОВОЙ ЛЕБЕДКИ (57) Изобретение относится к.бурению скважин и позволяет повысить точность поддержания заданной скорости тормоза в режимах спуска колонны бурильных труб. Сигнал с датчика 9 тока возбуждения подается на первый вход регулятора 3 тока возбуждения, выход

«Ы 1737107 А1 которого подключен к тиристорному преобразователю 4 возбуждения электротормоэной машины 5. Сигнал с датчика 7 веса через задатчик 13 скорости поступает на первые входы блока 15 деления в звена 14 сравнения скорости, с которого сигнал поступает на второй вход блока 15. Сигнал с датчика

10 скорости поступает на второй вход звена

14. Сигнал относительного рассогласования заданной и текущей скоростей тормоза с блока 15 поступает в узел 1 задания тока возбуждения. В узле 1 этот сигнал сравнивается с постоянным сигналом с звена 16 опорного напряжения, Выход узла 1 через нелинейное звено 2 по току возбуждения соединен с вторым входом регулятора 3. Поддержание тока возбуждения в заданных пределах осуществляется по сигналу с датчика 10, поступающему на третий вход регулятора 3 через дифференцирующее звено 11 и нелинейное звено 12 по ускорению. Для снижения скорости тормоза до посадочной сигнал с сельсинного . командоаппарата". 17 через фазочувствительйый выпрямитель 18 подается на четвертый вход регулятора 3. 5 ил.

° юей

17371 07

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано в электроприводах постоянного тока, обеспечивающих регулирование тормозного момента буровой лебедки в режимах спуска колонны бурильных труб.

Спуск колонны бурильных труб или обсадной колонны осуществляется электрической тормозной машиной, в качестве которой

10 могут использоваться электромагнитный ферропорошковый тормоз, электромагнитный индукционный тормоз и электродвигатель постоянного тока лебедки, работающий в режиме динамического торможения. Во всех перечисленных случаях управление тормозом осуществляется регулированием тока возбуждения электрических машин.

Известно устройство, содержащее электрическую тормозную машину, сопротивление динамического торможения, управляемый тиристорный преобразователь возбуждения, датчик тока возбуждения, устройство сравнения заданной и текущей скоростей спуска, задатчик скорости и регулятор скорости спуска, Недостатком указанного устройства является отсутствие в системе управления датчика веса колонны бурильных труб, peryrèpoâàHèå режимов спуска вручную буриль30 щиком, невозможность рационального использования тормозной машины по мощности.

Известно устройство, предназначенное для управления тормозной электрической машины буровой лебедки, в котором формируют задержку обратной связи по скорости в функции веса груза, тем самым обеспечивая изменение интенсивности нарастания тока возбуждения и соответствующее регулирование скорости спуска.

Недостатком устройства является отсутствие в системе управления сигнала с датчика веса колонны бурильных труб, отсутствие при работе тормоза контроля за ускорением тормоза при спуске и останове, 45 применение двухсельсинного командоаппаратэ в качестве задатчика скорости и сложной косвенной корректировки обратной связи по скоростл в зависимости от веса

50 колонны

Наиболее близким техническим решением, которое может быть принято за прототип, является система автоматического управления электротсрмозной машиной буровой лебедки, содержащая сельсинный командоэппарат, фазочувствительный выпрямитель, датчик веса, электромагнитный индукционный тормоз, соединенный своим валом с барабаном лебедки и датчиком скорости тормоза, обмотка возбуждения которого подключена к тиристорному преобразователю возбуждения, своим входом связанного с выходом регулятора тока возбуждения, второй вход которого соединен с выходом датчика тока возбуждения, а четвертый вход соединен с выходом сельсинного командоаппарата через фазочувствительный выпрямитель.

К недостаткам этого устройства относится отсутствие контроля за ускорением .при разгоне и замедлении тормоза лебедки при спуске колонны, необходимость коррекции сигнала обратной связи по скорости при разных весах колонны, сложность системы управления из-за наличия большого количества опорных напряжений и смещений. Все это в свою очередь приводит к недостаточным ограничениям динамики привода лебедки, сложности наладки системы управления.

Цель изобретения — повышение точности поддержания заданной скорости тормоза в режимах спуска колонны. бурильных труб.

Ожидаемый зкономический эффект от внедрения данной системы автоматического управления электротормозной машиной буровой лебедки составил 7,838 тыс, руб, на одну установку СБП5000.

Поставленная цель достигается тем, что система автоматического управления элект-. ротормозной машиной буровой лебедки, содержащая сельсинный командоаппэрат, фазочувствител ьный вып рямитель, датчик тока возбуждения, выход которого соединен с первым входом регулятора тока возбуждения, выход которого подключен к тиристорному преобразователю возбуждения электротормозной машины, датчик веса, датчик скорости, снабжена дифференцирующим звеном, нелинейным звеном по ускорению, задатчиком, скорссти, звеном сравнения скорости, блоком деления, звеном опорного напряжения, узлом задания тока возбуждения, нелинейным звеном по току возбуждения, пр . этом выход датчика веса через задатчик скорости соединен с первыми входами блока деления и звена сравнения скорости, выход которого подключен к второму входу блока деления, выходы звена опорного напряжения и блока деления соединены с соответствующими входами узлэ задания тока возбуждения, выход которого через нелинейное звено по току возбуждения подключен к второму входу регулятора тока возбуждения, причем выход датчика скорости соединен с вторым входом звена сравнения скорости и через последовательно соединенные дифференцирующее звено и нелинейное звено по ус1737107

6 корению — с третьим входом регулятора тока возбуждения, а выход сельсинного командоаппарата через фазочувствительный выпрямитель подключен к четвертому входу регулятора тока возбуждения.

На фиг.1 показана блок-схема системы автоматического управления электротормозной машиной буровой лебедки; на фиг.2— осциллограмма спуска колонны бурильных труб; на фиг.3 и 4 — принципиальная электрическая схема системы управления; на фиг,5 — функциональная схема системы управления.

Система автоматического управления электротормозной машиной буровой лебедки содержит. узел 1 задания тока возбуждения,. выходом связанный с нелинейным звеном 2 по току возбуждения, выход которого подключен к входу регулятора 3 тока возбуждения, подсоединенного к тиристорному преобразователю 4, подключенному к обмотке 5 возбуждения электротормозной машины, .своим валом связанной с барабаном лебедки 6, Датчик 7 веса указывает вес колонны бурильных труб 8, Датчик 9 тока возбуждения выходом связан с первым входом регулятора 3 тока возбуждения, а датчик

10 скорости подсоединен к дифференцирующему звену 11, выход которого подключен к . нелинейному звену 12 по ускорению, выходом соединенному с третьим входом регулятора 3 тока возбуждения. Задатчик 13 скорости входом связан с датчиком 7 веса, а выходом — с первыми входами звена 14 сравнения скорости и блока 15 деления, выход которого подсоединен к второму входу узла 1 задания тока возбуждения, первый вход которого соединен с выходом звена 16 опорного напряжения. Второй вход звена

14 сравнения скорости подсоединен к выходу датчика 10 скорости, а выход его подключен к второму входу блока 15 деления.

Сельсинный командоаппарат 17 соединен через фазочувствительный выпрямитель 18 с четвертым входом регулятора 3 тока возбуждения.

Система автоматического управления электротормозной машиной буровой лебедки работает следующим образом..

В исходном состоянии сельсинный I омандоаппарат 17 находится в нулевом положении, а сигналы на выходах узла 1 задания тока возбуждения равны и nðîòèâoïoëoæны по знаку. При этом ток возбуждения электротормозной машины равен нулю.

При снятии колонны 8 с клиньев на выходе датчика 7 веса появляется сигнал 07k> QIp, пропорциональный весу колонны бурильных труб, который поступает на задатчик

13 скорости. Коэффициент пропорциональ/.

Uaze - IccU1 при в, (0,7 — 0,9) о, т.е. U< (0.7 — 0.9) Uoc, ц„, - 9501 при в, > (О 7 — 0 9) са . т е. Ut > (О 7 — 0 9) Uoc, Оаа = 6  — напряжение ограничения задания потоку возбуждения(устанавливается в нелинейном звене 2 по току возбуждения), при этом коэффициенты пропорциональности К (u kg выбираются из соотношений для каждого конкретного случая:

К„=0,01 -0,02

ks = 0,5 — 1.

Сигнал Оата поступает на второй вход

ПИ-регулятора 3 тока возбуждения и осуществляет задание тока возбуждения 18 в обмотке 5 возбуждения .электротормозной машины, обеспечивающего при соответствующей скорости а тормозной момент Мт в зависимости от механической характеристики данного тормоза. При равенстве тор45

55 ности датчика 7 веса k) - 10B/0rp макс Задатчик 13 скорости формирует сигнал 01зkz и - 0 шз, пропорциональный заданной скорости спуска тормоза иэ условия под-.

5 держания постоянства заданной мощности на его валу, в виде н7орм . 10 В ж и измакс <2 из гр макс

Сигнал 013 = 0;) = k2 о4 поступает на

"0 звено 14 сравнения скорости, а на его второй вход поступает отрицательный по величине сигнал с датчика 10 скорости тормоза:

01о = О„е.,= - 2 в,, С выхода звена 14 сравнения скорости сигнал

""ì-i "2 < рассогласовайия между заданной са и текущей скоростями тормоза поступает на второй вход блока 15 деления, а на его первый вход поступает сигнал с.задатчика 13 скоро. сти, равный 01з = kz вз . Таким образом на выходе блока 15 деления образуется сигнал относительного рассогласования скорости тормоза к заданной скорости

0 5= u(® ) ) = Кз. . который с отрицательной полярностью подается на второй вход узла 1 задания тока возбуждения и сравнивается с постоянным положительным опорным сигналом Uoc = 10

В, поданным на его первый вход, при этом э=u«/1 В =10.

На выходе узла 1 задания тока возбуждения образуется сигнал

35 . 0>=0ос(1 шЗ вЂ” й7 Лсо с03

) =10(1 — — ), из который поступает на вход нелинейного звена 2 по току возбуждения, с выхода которого поступает сигнал задания тока возбуждения, равный соотношениям:

1737107 мозного момента Мт статическому моменту

Мс от веса колонны бурильных труб она начинает двигаться при установившейся заданной скорости вз.

Ограничение по току возбуждения осуществляется отрицательной обратной связью по току возбуждения 1в сигналом с датчика 9 тока возбуждения, поданным на первый вход регулятора 3 кода возбуждения, Оотв = котв!в зтв 6 В

rÀ4 котв = — = в макс Ie макс

При движении тормоза с датчика 10 скорости на дифференцирующее звено 11 по- ступает сигнал U и на его выходе образуется сигнал 6 — — 6 Ет

4и7< т г >

„т который поступает на нелинейное звено 12 по ускорению, на выходе которого формируется сигнал

U12=k U Н. равный соотношениям:

012 = k7U11 при U11 k6 6т

012 = kBU11 при U11 к6 бт где k7=0,7; k6=0,2, бт — дОПуСтИМОЕ уСКОрЕНИЕ тсрМОЗа;

При этом полярность сигнала U12 поло>кительна по отношению к задающему сигналу Озтв, т,е. в системе управления при возрастании ускорения разгона 6» или остаНОВКИ Ото тарМОЗа ВЫШЕ дОПуСтИМОГО Зиачения этой связью (сигналом U12) осуществляется наращивание тока возбуждения 4 или его снижение (в режиме остановки тормоза), которое вызывает рост или снижение тормозного момента Мт и снижениЕ УскОРЕнил тоРмоаа ст. чтО виДнО иэ уравнения

Мс Мт= тс т ) где 1т — суммарный приведенный момент инерции тормоза, Ограничивая ускорение тормоза бт. эта связь осуществляет ограничение и демпфирование динамических нагрузок, возникающих в упругих связях привода тормоза лебедки.

Б случае необходимости снижения скорости спуска до посадочной подается сигнал с сельсинного командоаппарата 17 01т на вход фазочувствительного выпрямителя

18, на выходе которого формируется сигнал

016, обеспечивающий соответствующее увеличение тока возбуждения 4 и тормозного момента Мт и снижение скорости до величины в,„„, при которой накладывается ленточный тормоз на барабан лебедки 6.

В период разгона тормоза от.О до 0,70,9 оь сигнал задания на ток возбуждения

5 U2 НЕЗНаЧИтЕЛЕН, тОРМОЗНОй МОМЕНТ Мт НЕвелик и колонна бурильных труб опускается, ПОд СОбСтВЕННЫМ ВЕСОМ С уСКОрЕНИЕМ сто, которое контролируется положительной обратной связью по ускорению тормоза U12.

10 При скорости тормоза сот >(0,7 — 0,9)вз сигнал с узла задания тока возбуждения U1 и коэффициент усиления нелинейного звена по возбуждению (ks) увеличиваются, соответственно растет и напряжение задания

15 тока возбуждения 02, что вызывает рост тока возбуждения I и тормозного момента Мт до тех пор, пока скорость тормоза вт не достигнет заданной скорости сиз. При этом в приводе достигается равенство тормозного

Mò и статического Мс моментов, и колонна бурильных труб 8 опускается с заданной установившейся скоростью и . Естественно, что из-за нелинейностей в системе управления и электроприводе тормоза и лебедки возможны перерегулирования по скорости, т,е. мт > вз. В этом случае M > Мс. и скорость тормоза вт возвращается к сиз, что наглядно представлено на осциллограмме фиг.2. B да Ьой системе управления перерегулирования по скорости не превышают 67;, что соответствует техническим требованиям.

При остановке тормоза сельсинный командоаппарат 17 переводится из нулевого в .крайнее положение, и его максимальный сигнал U17 поступает на фазочувствительный выпрямитель 18, с выхода которого на четвертый вход регулятора 3 тока возбуждения поступает сигнал U16 положительной полярности по отношению к сигналу U2, который вызывает нарастание соответственно общего сигнала задания тока возбуждения

Озтв = 02+ U18< 012, рост тока возбуждения Ia и торможение торМОЭа С уСКОрЕНИЕМ ото дО ПОСадОЧНОй СКОРОсти тормоза AM«, при которой на барабан

6 накладывается ленточный тормоз. . Система автоматического управления

50 электротормозной машиной буровой лебедки выполняется на базе серийных микросхем или унифицированных блоков автоматического регулирования УБСР-AN, Система управления позволяет точно поддерживать заданную (в зависимости от веса колонны) скорость спуска колонны, ограничивать и демпфировать динамические нагрузки в упругих связях привода тормоза и лебедки; автоматизировать процессы спуска колонны; облегчает труд бурильщика.

1737107

Формула изобретения

Система автоматического управления электротормозной машиной буровой лебедки, содержащая датчик тока возбуждения, 5 выход которого соединен с первым входом регулятора тока возбуждения, выход которого подключсн к тиристорному преобразователю возбуждения электротормозной машины, датчик веса, датчик скорости и зве- 10 но сравнения скорости, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения точности поддержания задайной скорости тормоза, система снабжена дифференцирующим звеном, нелинейным звеном по ускорению, 15 задатчиком скорости, блоком деления, звеном опорного напряжения, узлом задания тока возбуждения, нелинейным звеном по току возбуждения, сельсинным командоаппаратом и фазочувствйтельным выпрямите- 20 лем, при этом выход датчика веса через задатчик скорости соединен с первыми входами блока деления и звена сравнения скорости, выход которого подключен к вто-. рому. входу блока деления, выходы звена опорного напряжения и блока деления соединены с соответствующими входами узла задания тока возбуждения, выход которого через нелинейное звено по току возбужде-, ния подключен к второму входу регулятора .тока возбуждения, причем выход датчика скорости соединен с вторым входом звена сравнения скорости и через последовательно соединенные дифференцирующее звено и нелинейное звено по ускорению — с третьим входом регулятора тока возбуждения, а выход сельсинного командоаппарата через фазочувствительный выпрямитель подключен к четвертому входу регулятора тока возбуждения.

1737107

1737107

1737107

Составитель E.Êèðáýíèí

Редактор А.Маковская Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец

Заказ 1875 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101