Устройство для контроля работы дегазационных скважин Советский патент 1980 года по МПК E21F7/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ДЕГАЗАЦИОННЫХ

1

Изобретение относится к дегазации угольных пластов с помогцью дегазационных сквгикин.

Известен измерительный зонд для дегазационных скважин, содержащий датчики скорости потока газа, концентрации метана, давлений и температуры, и измерительные приборы. Датчики помещены в цилиндрический корпус зонда, а измерительные приборы подключены к датчикам с помощью кабеля ij .

Недостатки этого устройства сложность и невозможность непосредственного замера дебита метаиа из скважины,.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является устройство контроля работы дегазационных скважин, содержащее датчик скорости потока газа, подключенный к блоку управления,, выход которого соединен с блоком индикации, и датчик концентраций метана 2j .

Однако оно характеризуется низкой точностью контроля и невозможностью исследования газовыделения по всей длине скважины и одновременного.

СКВАЖИН

получения информации о параметрах потока газовой смеси.

Цель изобретения - повышение точности контроля.

5 Эта цель достигается тем, что устройство снабжено блоком формирования времязадающих импульсов, блоком деления частоты и преобразователем аналогового сигнала во временной интервал, подключенными ко входсШ блока управления, блок индикации выполнен в виде последовательно соединенных двоично-десятичного счетчика, дешифратора и цифрового индикатора,

15 а датчик концентрации метана подключен ко входу преобразователя аналогового сигнала во временной интервал, причем блок управления выполнен на ключах 2И, ЗИ, триггере, элементах 2-ЗИ-2ИЛИ, 2-2И-2ИЛИ и переключателе, выходы которого подключены к двум входам первого элемента 2-ЗИ2Ш1И, одному входу второго элемента 2-ЗИ-2ИЛИ, к двум входам элемента

25 2-2И-2ИЛИ и к R- и S-входам триггера, Т-вход которого подключен к одному из входов элемента 2И и к двум другим входам первого элемента 2-ЗИ2ИЛИ, к пятому входу которого и к

30 входу элемента ЗИ подключен прямой

цход триггера, а инверсный выход оЪледйего соединен со вторым входом люча 2И и со вторым входом элемена 2-ЗИ-2ЙЛИ, третий вход которого оединен с аьаходом элемента 2-2И-2ИЛИ, четвёртый вход - с выходом элемента ЗИ, а блок формирования времяэайкийих ймг ульсов в аполнен на соединенных последовате71ьно генераторе импульсов стабильной частоты, делите-:е частоты и триггере, выход которого подключен ко входам двух одно- Ю вибраторов, причем инверсный выход одного из одновибраторов подключен к С-входу триггера.

Начертеже приведена функциональная схема прибора.15

Прибор содержит измерительный зонд 1 с датчиком 2 скорости потока аза и датчиком 3 концентрации метана. Блок 4 формирования времязадающих импульсов содержит подключенные on последовательно генератор 5 импульсов стабильной частоты, делитель 6 частоты с постоянным коэффициентом деления К, триггер 7, к выходу которого подключены первый и второй одновибраторы 8 и 9, инверсный выход Одновибратора 8 подключен ко входу триггера 7. Выходы одновибратора 9, триггера 7 и генератора 5 являются первым, вторым и третьим выходами блока 4. Преобразователь 10 сигнала дат- 30 чика концентрации метана во временной интервал подключен по первому входу к датчику концентрации метана, по второму входу - ко второму выходу блока формирования времязадающих 35 импульсов, а по выходу - к четвертому входу блока 11 управления. Блок 12 деления частоты содержит двоичный счетчик 13 и подключенный к его выходам управляемый делитель 14 час- 40 тоты. Т-вход делителя 14, R- и Т-входы счетчика 13 являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока 12, выход делителя 14

является выходом блока .12. Блок 15

индикации содержит подключенные последовательно двоично-десятичный счетчик i6f деглифратор 17 и цифровые индикаторы 18. R- и Т-входы счетчика 16 являются соответственно первым И Вторым входами блока 15. Блок 11 50 управления содержит переключатель 19, первая клемма которого свободна, вторая и третья подключены соответственно к R- и S-входам триггера 20, четвертая - к первому и 55 четвертому входам первого элемента 21 ,2-ЗИ-2ИЛИ, второму, входу второго элемента 22 2-ЗИ-2ИЛИ, второму и Трэтьему входам элемента 2 3 .2-2И-2йЛИ. Прямой выход триггера 20 подключен ко второму входу элемента 21 и Пер- . вОму входу ключа 24 ЗИ. Инверсный выход триггера 20 подключен к перво.му входу ключа 25 2И и третьему входу элемента 22. Выход элемента 23 с

подключен к пятому входу элемент 22. Т-вход триггера 20, второй вход элемента 25, третий и пятый входы элемента 21 подключены к первому входу блока 11 и первому выходу блока 4. Четвертый вхОд элемента 22 и второй вход ключа 24 подключены соответственно ко второму и третьему входам ёлока 11 и ко второму и третьему выходам блока 4. Третий вход ключа 24 подключен к четвертому Iвходу блока 11, а также к выходу преобразователя 10. Первый вход элемента 23 подключен к пятому входу .блока 11, а также к датчику 2 скорости потока газа и первому входу блока 12. Четвёртый вход элемента 23 подключен к шестому входу блока 11, а также к выходу блока 12. Выходы ключей 25 и 24 подключены соответствен ю к первому и второму выходам блока II, атакже ко второму и третьему входам блока 12. Выходы элементов 21 и 22 подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока 11, а также к первому и второму входам блока 15.

Устройство работает следующим образом. .

Зонд 1 вводится в дегазационную скважину с помощью колонны труб. Датчик 2 скорости потока -.-крыльчатый анемометр приводится во вращение об-текающим его потоком газа. Выходным сигналом датчика 2 являются импульсы с частотой h,: пропорциональной скорости вращения крыльчатки, которая в свою очередь пропорциональна ско-. рости потока газа. Датчик 3 концентрации метана выдает;аналоговый сигнал, пропорциональный процентному содержанию метана в каптируемом газе. . .

Измерение скорос.ти потока газа сводится к отсчету блоком 15 инди- . кации числа импульсов с выхода датчика 2 в течение определенного отрезка времени, задаваемого блоком 4 формирования времязадающих импульсов Измерение концентрации метана производится путем, отсчета блоком 15 индикации числа импульсов стабильной частоты с выхода генератора 5 в течение отрезка времени,задаваемого преоразователем 10 аналогового сигнала датчика 3 концентрации .метана во временной интервал.

В зависимости от положения переключателя 19 прибор может работать в одном из четырех режимов. В первом положении (скользящий контакт замкнут на свободную клемму) цифровыми . индикаторами 18 поочередно высвечиваются числа, соответствующие скорости потока газа и концентраций метана. Во втором положении переключателя индицируется только скорость потока газа, в третьем - только концен;трация метана, в четвертом - дебит

чистого метана при данном давлении и температуре:

Q.-SС

100

в режиме измерения скорости потока газа скользящий контакт переключателя 19 подключен ко второй клемме и сигнал О поступает на инверсный R-вход триггера 20. Импульсы с частотой f поступают с выхода генератора 5 на вход делителя б частоты с постоянным коэффициентом деления К. Период следования импульсов с выхо да делителя б

г

.

выбирается таким, чтобы подсчитанное за это время количество импульсов с выхода датчика 2 скорости потока газа численно соответствовало дебиту газа из скважины:

U

Импульс с выхода делителя б, пришедший на Т-вход триггера 7, переводит его в единичное состояние. При этом одновибратор 9 формирует кратковременный импульс который поступает на Т-вход триггера 20, третий и пятый входы элемента 21. Импульс проходит через вторую группу из объединенных по И входов элемента 21 на его выход и поступает на R-вход счетчика 16, производят его сброс. Триггер 20 продолжает оставаться в нулевом состоянии, так как на его инверсном R-входе постоянно присутствует сигнал О. Импульсы от датчика 2 скорости потока газа поступают на первый вход элемента 23 и, пройдя через первую группу из объединенных по И входов на его выход, проходят на пятый вход элемента 22. Так как на третий вход элемента 22 подан сигнал 1 с инверсного выхода триггера 20, а на четвертый - сигнал 1 с выхода триггера 7, то частотный сигнал проходит через вторую группу из объединенных по И входов и с выхода элемента 22 поступает на Т-вход счет-чика 16. Отсчет импульсов производится до тех пор, пока триггер 7 находится в единичном состоянии. Следующий импульс- с выхода делителя 6 частоты переводит триггер 7 в нулевое состояние, заканчивается отсчет счетчика 16 ив нем оказывается зафиксированным число, соответствующее дебиту газа. Двоично-десятичный код этого чисЛа с выходов счетчика 16 поступает на ешифратор 17 и число высвечивается ифровыми индикаторами 18. По обратному фронту импульса с .выхода триггера 7 срабатывает временной элемент 3 и с его выхода сигнал О поступает на С-вход триггера 7, запрещая прием информации по Т-входу. Длительностью импульса , выдаваемого, одноввбратором 8, определяется , jB.течение кбторого индицируется число, записанное в счетчике 16. Йо , окончании импульса с выхода одновибратора 8 снимается запрет приема инфорс мации триггером 7 по Т-входу и с приходом следующего импульса с выхода /делителя 6 частоты цикл работы прибора повторяется.

В режиме измерения концентрации

JQ метана скользящий контакт переключателя 19 подключен к третьей клемме и. сигнал О поступает на инверсный S-вход триггера 20, постоянно -поддерг живая его в единичном состоянии. Аналоговый сигнал от датчика 3 концен 5 трации.метана поступает на первый вход преобразователя 10 и с приходом сигнала 1 с выхода триггера 7 на второй вход преобразователя.10 с его выхода на третий вход ключа 24

20 поступает импульс, длительность которого пропорциональна концентрации метана в газовой сме.си. Так же, как и в предыдущем режиме, кратковременный импульс с выхода одновибратора

25 9, пройдя через элемент 21, производит сброс счетчика 16. Импульсы стабильной частоты с вькода генератора , 5 поступают на второй вход ключа 24 и,так Kak на его первом и третьем вхоп дах присутствуют сигналы 1, импульсы с выхода ключа 24, пройдя через первую группу из объединенных по И входов элемента 22 на его выход, поступают На Т-вход счетчика 16. Отсчёт импульсов сче.тчиком производится

5 до тех пор, пока на выходе преобразователя 10 существует сигнал 1. В момент окончания отсчета в счетчике 16 будет зафиксировано число, соответствующее концентрации метана

0 в газовой смеси. Масштаб преобразования преобразователем 10 входной величины - сигнала датчика 3 концентрации метана U в-выходную - временной интервал Т выбирается таким об.5 разом, чтобы число импульсов ста. бильной частоты, прошедших с выхода генератора 5 на вход счетчика 16, численно соответствовало концентрации, метана в газовой смеси, т. е.

0 С f . Т„ .

Длительность интервала времени Т при 100%-ной концентрации метана выбирается меньшей, чем длительность Т импульса с выхода триггера 7. При

появлении сигнала. О на .выходе преобразователя 10 закрывается ключ 24 И прекращается отсчет импульсов счетчиков 16. Двоично-десятичный код числа, зафиксированного в счетчике 16,

0 с его выходов поступает на дешифратор 17 и число высвечивается цифровыми индикаторами 18. По обратному фронту импульса с выхода триггера 7 срабатывает одновибратор В

3 и сигнал О с его выхода поступает

7

779586 на С-вход триггера 7, запрещая прие информации по Т-входу. , В режиме одновременного измерения Концентрации метана и расхода газэ скользящий контакт переключатёля 19 подключен к первой сврбод.дой клемме. В нач;але каждого цикла йзмёрёнйя импульсы с выхода одновибратора 9 поступают на Т-вход Tjpkrrepa 20, поочередно .переводя его в нулевое и единичное состояние. При этом в зависимости от состойния триггера 20 чередуются циклы измерения расхода газа и кон Цен раЦйй Йётана. В режиме измерения дебита чйгс, скользящи контакт, пе рё1Шючатёля Т9 подключен к четвертой клемме. В начале цикла измерения триггер 20 находится в нулевом состоянии, поддерживая открытым ключ JJ J HTHanpM 1 с инверсного выхода. Импульс с вы5сода одновибратора 9 Через открытый ключ 25 поступает на R-вход счетчика 13, производя его сброс. На втором и четвертом входа элемента 21 присутствуют сигналы О и потому импульс сброса на R-вход счет,чика 16 не поступает. По обратно му фронту этого импульсатриггер 20 переводится в единичное состояние и Дсшее, как в режиме измерения концен трации метана, на выходе Ключа 24 по является серия импульсов, поступающа на Т-вход счетчика 13. На Т-вход сче чика 16 эти импульсы не проходят, та как на втором входе элемента 22 присутствует сигнал О. По окончании ртсчета в счетчике 13 будет зафиксировано число , соответствующее концёнтрации метану в каптируемом газе и его двоичный Код поступает с выхо дов счётчика 13 на входы управляемо го дели,теля 14 ,частотьа.Следующий им пульс с выхода одновибратора 9 прохо дйт через первую группу из объединен ных по , И входов элемента 21 на его бьпсод ипоступает на R-вход с ётчик 16, производят его сброс. По заднему фронту этого импуЛьса триггер 20 переводится в нулевое состояние и 1 с его выхода подготавлива ё т вТОрую группу из объединенных по И входов элемента 22 к прохожде тай сигнала. Частотный сигнал выхода датчика 2 скорости потока газа поступает на вход уп авляемого . 14 частоты. Частота сигна выходе управляемого делителя 14 частоты определяется по выражениюгде N - число в двоичном коде на управляющих входах:делите ля; п - количество двоичных разрядов, числа.

8 Если число 2 соответствует концентрации метана, то выходная частота управляемого делителя 14 частоты определится как С/100. Сигнал проходит через вторую группу из объединенных по И входов элемента 23, вторую группу из объединенных по И входов элемента 22 , на Т-вход счетчиКа 16. Далее отсчет производится так же, как в режиме измерения расхода смеси газа. По окончании отсчета в счетчике 16 будет зафиксировано число Q С/100, соответствующее дебиту чистого метайа из скважины при данном давлении и температуре. Использование устройства контроля работыдегазационных скважин позволяет повысйтЬ эффективность дегазационных работ, расширить функциональные возможности прибора для измерения параметров потока газовой смеси и дебита метана из сквс1жины. Формула изобретения 1.Устройство для контроля работы дегазационных скважин, содержащее датчик концентрации метана, датчик скорости потока газа, подключенный ;к блоку управления, выход которого соединен с блоком индикации, о т л ич а .ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено блоком формирования времязадающих импульсов, блоком деления частоты и преобразователем аналогового сигнала ВО временной интервал., подключенными ко входам блока управления, блок индикации выполнен в виде последовательно соединенных двоично-десятичного счетчика, дешифратора и циф- . рового индикатора, а датчик концентрации метана подключен ко входу преобразователя и аналогового сигнала во временной интервал. 2.Устройство по п. 1, О-т л ич ающее ся тем, что блок управления выполнен на ключах 2И, ЗИ, триггере, элементах 2-ЗИ-2ИЛИ, 2-2И2ИЛИ и переключателе, выходы которого подключены к двум входам первого элемента 2-ЗИ-2ИЛИ, одному входу второго элемента 2-ЗИ-2ИЛИ, к двум входам элемента 2-2И-2ИЛИ и к R- и Sвходам триггера, Т-вход которого подключен к одному из входов элемента 2И и к двум другим входам первого лемента 2-ЗИ-2ИЛИ, к пятому входу оторого и к входу элемента ЗИ подлючен прямой выход триггера, а инерсный выход последнего соединен со торым входом ключа 2И и со втоым входом второго элемента 2-ЗИ-2ИЛИ,

третий вход которого соединен с выходом элемента 2-2И-2ЯЛИ, а четвертый вход - с выходом элемента ЗИ.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что блок формирования времяэадающих импульсов выполнен на соединенных последова1телно генераторе импульсов стабильной частоты, делителе частоты и триггере, выход которого подключен ко входам двух одновибраторов, причем инверсный выход одного из одновибраторбв пбДкУвдчеяк С-входу триггера.

Источники информации, принятые, во внимание при экспертизе

1.Заявка ФРГ 2517342,

кл Е 21 F 7/00, опублйк, 17.11.78.

2.Фадеева Ю. П. Клюпанова В. К. Прибор контроля работы дегазационных сквгькин.- Уголь Украины, 1971, № 1, с. 32.