Устройство контроля работы бурового ключа Советский патент 1980 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относится к устройствам для свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб и задания крутящего момента. Известен буровой ключ инерционного действия, в котором развивается крутящий момент за счет торможения имеющейся в нем инерционной массы fмаховика) l. Принцип измерения крутящего момен та с по1.;ощью преобразования развивае мого ключом усилия в электрический сигнал не применим к такому ключу, поскольку этот крутящий момент .возни кает за счет торможения инерционной массы, носит характер кратковременны импульсов и не может быть измерен с помощью статических преобразователей Преобразование крутящего момента в усилие в таких к.шочах не предусмотре но. Отсутствие моментомера не позволяет контролировать крутящий момент, .развиваемый ключами инерционный действия при свинчивании бурильных и обсадных труб. Это приводит к снижению усталостной выносливости разьбовых соединений бурильных труб, к уве личению износа резьб и, в конечном счете, к большому числу аварий, особенно в роторном бурении. Известно устройство контроля работы бурового ключа, содержащее измерительный преобразователь крутящего момента, усилитель, релейную схему и блок сигнализации 2. Однако данное устройство не обеспечивает возможности работы бурового ключа с инерционной массой. Цель изобретения - обеспечение возможности контроля работы бурового ключа с инерционной массой. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее измерительный преобразователь крутящего момента, усилитель, релейную схему и блок сигнализации, снабжено аналоговым указателем крутящего момента, счетчиками импульсов крутящего момента к циклов срабатывания ключа, причем измерительный преобразователь крутящего момента выполнен в виде датчика углового ускорения, который кинематически связан с инерционной массой бурового ключа, при этом выход датчика углового ускорения подключен через усилитель ко входам аналогового указателя крутящего момента и релейной |схемы, выход которой .подключен ко входам блока сигнализации и счетчиков

импульсов крутящего момента и циклов срабатывания ключа.

Устройство позволяет контролироват крутящий момент, развиваемый буровым ключом инерционного действия, а также автоматически подсчитывать число импульсов момента без существенного изменения конструкции ключа.

На фиг. 1 приведеча функциональная электрическая схема устройства контроля работы бурового ключа; на фиг. 2 график зависимости напряжения срабатывания реле Р2, РЗ и Р4 от сопротивления резистора R .

Принцип действия преобразователя основан на измерении отрицательного углового ускорения инерционного элемента (механика) ключа, запоминании его максимального значения и пропорциональном преобразовании этого значения в показания стрелочного индикатора и сигнального устройства. Поскольку момент инерции подвижной части ключа, приведенный к валу маховика, величина постоянная, инерционный момент, развиваемый челюстями ключа, пропорционален отрицательному угловому ускорению маховика. Запоминание максимального значения сигнала необходимо для визуального отсчета показаний по стрелочному прибору и сигнальному устройству. Счетное устройство подсчитывает число импульсов момента с различным амплитудным значением.

Датчиком углового ускорения маховика служит асинхронный тахогенератор. Известно, что при питании обмотки возбуждения такого тахогенератора постоянным током ЭДС его сигнальной обмотки пропорциональна угловому ускорению ротора. Вал тахогенератора соединяется с маховиком зубчатой передачей.

На цилиндрической поверхности маховика 1 (фиг. 1) бурового ключа нарезаны зубья, и с ним сопрягается зубчатое колесо 2, сидящее на валу тахогенератора Г.

Обмотка возбуждения 3 тахогенератора присоединена к источнику постояного напряжения и через резистор R 1 ограничивающий ток питания обмотки, и контакты реле Р1.

Сигнальная обмотка 4 тахогенерато ра подключена ко входу усилителя 5. К выходу усилителя присоединены две параллельные цепи: цепь вольтметра ИП, шкала которого отградуирована в единицах момента, и цепь, состоящая- из резисторов S3, Й4иЯ5 и обмоток 1 высокочувствительных двухобмоточных поляризованных реле Р2, РЗ и Р4. Сопротивление резистора 4 меньш сопротивления резистораR 5. Обмотки П реле Р2, РЗ и Р4 соединены между собой последовательно и зашунтированы конденсатором С2. Реле Р5, Р6 и Р подключены к источнику постоянного напряжения U через замыкаю11ие контакты пйле Р2. РЗ и Р4.

Контакты реле Р5, Р6 и Р7 комглутируют цепи питания лампочек Л1, Л2 и ЛЗ, образующих световой индикатор сигнального устройства, и счетчиков импульсов СИ1, СИ2 и СИЗ. Другая группа контактов этих реле, соединенных параллельно, подключает к источнику питания-резистора R б, соединенный с конденсатором С2. Цепь питания реле Р1 замыкается через контакты выключателя В, механически связанного с ручкой 6, переключающей пневмоцепи бурового ключа на режим развинчивания

Устройство работает следующим образом.

Импульс напряжения, возникающий на зажимах обмотки 4 при торможении ротора тахогенератора, усиливается и подается на параллельные цепи, присоединенные к выходу усилителя. Конденсатор С1 заряжается через диод Д и резистор К 2 до амплитудного значения импульса. Вследствие наличия диода конденсатор С1 заряжается только через высокоомную цепь вольтметра ИП. В результате разряд конденсатора С1 происходит значительно медленнее заряда так что подвижная часть вольтметра успевает отклониться на угол, припорциональный амплитуде импульса. Тем самы осуществляется запоминание амплитуды импульса в цепи вольтметра

Возникновение импульса напряжения на выходе усилителя вызывает протекание тока через резисторR 3 и обмотки 1 реле Р2, РЗ, Р4. Наличие различных по номиналу резисторовR 4 иЙ 5 приводит к тому, что эти реле срабатывают при разных значениях амплитуды выходного импульса. Обозначим это напряжение амплитуды через U , выведенное сопротивление резистора R 3 через R . Зависимость.значений U , при которых происходит срабатывание реле Р2, РЗ, Р4, от сопротивления R показана на фиг. 2. Наклон прямых и расстояния между ними зависят от соотношения сопротивлений обмоток реле Р2, РЗ, Р4 и резисторов R 4,R5.

Таким образом, изменяя сопротивление резистораРЗ; изменяем напряжение срабатывания реле Р2, РЗ, Р4. Резисторы R 4 и R 5 выбираются так, чтобы реле РЗ срабатывало при достижении моментом нижней границы области оптимальных значений, а реле Р4 -.соответственно верхней границы указанной области. Следовательно, область опти мальных значений момента лежит между прямыми РЗ и Р4; расстояние ме;хду этими прямыми в направлении оси ординат определяется допустимыми предельными отклонениями развиваемого крутящего момента от оптимального. Реле Р2 срабатывает при достижении момента значения, составляющего 50% от оптимального.

Настройка преобразователя на заданное оптимальное значение крутящего

момента осуществляется перемещением подвижного контакта резистора R 3; с ручкой управления резистора жестко связана стрелка, перемещающаяся по шкале (шкала отградуирована в единицах крутящего момента);

Реле Р5, Р6, Р7 служат для включения и выключения сигнальных лампочек Л1, Л2, ЛЗ и счетчиком импульсов СИ1, СИ2 и СИЗ. Согласно схеме (фиг. 1) возможны четыре состояния сигнализации: лампочки Л1-ЛЗ не горят момент не достиг половины оптимального значения; горит лампочка Л1 момент сравнялся или превысил половину оптимального значения, но не достиг области оптимальных значений-, горит лампочка Л2 - момент находится в Области оптимальных значений; горит лампочка ЛЗ - момент вышел за зону оптимальных значений.

Аналогично лампочкам Л1, Л2, ЛЗ включаются обмотки счетчиков импульсов СИ1, СИ2, СИЗ, которые автоматически подсчитывают число импульсов, попадающих в ту или иную зону относительно оптимального значения. Результаты такого подсчета позволяют судит о наработке ключа, а также об 1)ффективности использования преобразователя для поддержания оптимальных значений крутящего момента.

Запоминание импульса в сигнальном устройстве осуществляют реле Р2, РЗ, и Р4. Они имеют двухпозиционную нейтральную регулировку в результате якорь этих реле после переброса при срабатывании в левое положение остается в этом положелии и при отсутствии тока в обмотках. Чтобы вернуть его в начальное (правое) положение, необходимо создать в магнитной цепи поток, противоположный по направлению потоку срабатывания. Для этого использованы обмотки П, подключаемые к источнику питания контакты реле Р5 Р6 и Р7 через резистор R 6.

Конденсатор С2 создает необходиму .выдержку времени, в течение которого

якоря реле Р2, РЗ и Р4 остаются в правом положении и, следовательно, сигнальное устройство выдает информацию о последнем значений крутящего момента.

При переводе ключа на режим развинчивания срабатывает реле Р1, контакты которого изменяют на противоположную полярность подключения обмотки 3 к источнику питания. Тем самым сохраняется постоянной полярность выходного сигнсша на обмотке 4 и, следовательно, на всех остальных участках схемы.

:ООрмула изобретения

Устройство контроля работы бурового ключа, содержащее измерите.льный преобразователь крутящего момента, усилитель, релейную схему и блок сигнализации, отл и. чающееся тем, что, с целью обеспечения возможности контроля работы буровогоключа с инерционной массой, оно снабжено аналоговым указателем крутящего момента, счетчиками импульсов крутящего момента и циклов срабатывания ключа, причем измерительный преобразователь крутящего момента выполнен в виде датчика углового ускорения, который кинематически связан с инерционной массой бурового ключа, при этом выход датчика углового ускорения подключен через усилитель ко входам аналогового указателя крутящего момента и релейной схемы, выход которой подключен ко входам блока сигнализации и счетчиков импульсов крутящего момента и циклов срабатывания ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 115325,кл. Е 21 В 19/16, 1956.

2.Патент США 3745820,кл.73/139, 173/12, опублик. 1973 (прототип;.