книги из ГПНТБ / Овчаренко, В. М. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы учебник

Индикатор веса и нагрузки ГИВ-6

В зависимости от диаметра применяемого талевого каната и не­ обходимого предела измерения, индикатор ГИВ-6 выпускается трех модификаций (ГИВ-6-1; ГИВ-6-Н; ГИВ-6-Ш), имеющих различную комплектацию.

Модели этих индикаторов позволяют определять усилие натя­ жения в талевых канатах диаметром от 15 до 38 мм с пределами измерений от 100—4000 кгс до 800—25 000 кгс.

Основная приведенная погрешность вторичных приборов 2,5%; порог чувствительности 0,3%.

Рпс. 53. Индикатор веса и нагрузки ГИВ-6:

В комплект индикатора (рис. 53) входят: трансформатор давле­

и пресс-бачок 5 с вентилем 6.

Трансформатор давления с гидравлической линией индикатора соединяется гибким дюритовым шлангом 11\ остальные узлы и при­ боры соединяются трубками из красной меди.

Трансформатор давления размещают на неподвижном конце талевого каната на высоте несколько большей (0,5 м), чем высота установки показывающих и регистрирующего приборов. Канат пропускают через ролики обоймы трансформатора таким образом, чтобы он преломлялся между двумя крайними роликами и опи­ рался на средний. При такой схеме прохождения каната равно­ действующая от усилий натяжения будет передаваться через сред­ ний ролик на мембрану, опирающуюся на резиновую камеру, запол­ ненную жидкостью. Воспринимаемое жидкостью давление передается по системе трубок на показывающие и регистрирующий приборы. Заполнение жидкостью полостей приборов, камеры трансформатора

90

и трубопроводов производится из пресс-бачка. В качестве запол­ няющей жидкости в летнее время применяют дистиллированную воду с добавкой 1% хромпика для защиты от коррозии деталей гидра­ влической системы индикатора. В зимнее время, при опасности за­ мерзания воды, применяют водный раствор глицерина (50% воды и 50% глицерина) или водный раствор денатурированного этилового спирта (одна часть спирта на две-три части воды).

Основной и верньерный указатели представляют собой пыле­ брызгонепроницаемые корпуса, внутри которых размещены мано­ метры с серповидными трубчатыми пружинами на предельное да­ вление 10 кгс/см2.

Отсчет показаний основного указателя производится по шкале, имеющей на дуге в 270° 100 равномерных делений с оцифровкой через каждые 10 делений. Верньерный указатель имеет 360-градусную шкалу с 40 неоцифрованными делениями. При отклонении стрелки основного указателя на 270° (100 делений) стрелка верньерного ука­ зателя поворачивается на 180°. Таким образом, чувствительность вер­ ньерного указателя примерно в 6,7 раза выше, чем у основного.

Регистрирующий прибор состоит из герметического корпуса с крышкой, закрывающейся на ключ, и регистрирующего манометра. Запись усилий ведется непрерывно на бумажном бланке, приводимом во вращение часовым механизмом со скоростью один оборот в сутки.

Бумажный бланк диаметром 300 мм имеет 100 концентрических окружностей с оцифровкой каждой 10-й окружности и 24 радиальные дуги, соответствующие часам в сутках. Часовые отрезки в свою оче­ редь разделены на 4 части, каждая из которых составляет отрезок времени в 15 мин. Каждый 15-минутный отрезок визуально может быть разделен на 3—5 частей. Таким образом, запись показаний усилий во времени с диаграммы может быть считана с точностью 3— 5 мин.

По требованию заказчика регистраторы выпускаются с записью от центра к периферии и наоборот.

За начало отсчета принимается 10-я окружность (на основном указателе 10-е деление), что позволяет учесть вес талевой системы, а также обнаружить течь в гидравлической системе по падению дав­ ления ниже 10-й окружности (деления).

Р а с ш и ф р о в к а з а п и с е й и н д и к а т о р н о й д и а ­ г р а м м ы . Если линия записи проходит параллельно одной из окружностей, это значит, что за данный отрезок времени усилие на неподвижном конце талевого каната не изменилось. Следовательно, осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент также не изменилась (рис. 54).

В процессе бурения осевая нагрузка изменяется бурильщиком в связи с изменением физико-механических свойств буримых пород или может иметь небольшие колебания из-за неточности в регулиро­ вании подачи инструмента на забой. Изменение осевой нагрузки происходит и в том случае, если меняются буримые породы, а подача инструмента остается прежней.

91

Последнее обстоятельство, например, облегчает определение момента встречи угольного пласта но резким (до 40%) увеличениям показаний приборов. Спуск инструмента на диаграмме отражается рядом пиков, увеличивающихся по высоте и располагающихся

7 '

Рис. 54. Индикаторная диаграмма

примерно параллельно радиальным дугам. Количество пиков соот­ ветствует количеству опущенных свечей, а высота каждого пика — весу опущенного инструмента.

Так как за время спуска свечи диаграмма поворачивается на какой-то угол, то точки начала и конца пика у основания не совпа­ дают. Расстояние между этими точками соответствует времени спуска свечи.

Графическое изображение подъема бурового инструмента на диаграмме имеет вид обратный пуску, т. е. соответствует ряду пиков, уменьшающихся по высоте.

92

Таким образом, все операции при бурении скважины, связанные с полным или частичным поддерживанием бурового снаряда на весу, будут отклонять перо в направлении от центра к периферии (или наоборот) на величину, пропорциональную натяжению неподвижного конца талевого каната. При снятии нагрузок с талевой системы стрелки приборов и перо самописца возвращаются в исходное по­ ложение.

Если запись будет вестись по 10-й окружности диаграммы, это будет свидетельствовать о простое или различных вспомогательных работах (ремонт, смена долота и т. д.), когда нагрузка на крюк не действовала.

Примеры определения веса и нагрузки по показаниям приборов

Аппаратура ГИВ-6-1, трансформатор давления ТД-2А, диаметр каната 15,5 мм.

А. О п р е д е л е н и е у с и л и я н а т я ж е н и я н е п о ­ д в и ж н о г о к о н ц а т а л е в о г о к а н а т а , в е с а б у - р о в о г о с н а р я д а и н а г р у з к и н а к р ю к .

__Пример. Отсчет по основному указывающему прибору составил 45 деле­ ний. Оснастка талевой системы 2X1. По паспорту 40-му делению соответствует нагрузка 1250 кгс, а 50-му делению — 1700 кгс. Средняя цена деления в интер­ вале между 40-м п 50-м делениями составит

1700—1250 = 45 кгс.

Тогда 45 делениям соответствует усилие

Ра = 1250 + (5-45) = 1475 кгс.

Из этой нагрузки следует’вычесть начальное натяжение каната, создава­ емое весом талевой системы (при 10-м делении равное 100 кгс)

р 1 = 1475 —100= 1375 кгс.

Для определения нагрузки на крюк Рк значение Р 1 необходимо умножить на число струн талевой системы т (при оснастке 2 X 1 т = 2)

Рк = .Pirn = 1375 • 2 = 2750 кгс.

Чтобы определить вес бурового снаряда Рп, к нагрузке на крюке следует прибавить потерю веса в промывочной жидкости

где Уж — удельпый вес жидкости в гс/см3, утс — удельный вес металла бурового инструмента в гс/см3.

деления нагрузки на вышку Р необходимо усилие в неподвижном

93

конце талевого каната Р 45 умножить на число струн талевой системы плюс 2

ющих весу инструмента, вычесть число делений разгрузки. Получен­ ную разность умножить на число струн талевой оснастки и среднюю цену деления в данном интервале.

Пример. Остнастка 2x1. Отсчет по основному указательному прибору составил: при определении веса бурового снаряда 60 делений, после начала бу­ рения — 50 делений. Следовательно, величина осевой нагрузки составит 60 — _ 50 = 10 делений. По паспорту 60-му делению соответствует нагрузка 2100 кгс, а 50-му — 1700 кгс. Средняя цена деления в этом интервале

2100—1700 = 40 кгс.

10

Так как оснастка 2-струнная, то одно деление равно:

40x 2 = 80 кгс.

Величина осевой нагрузки составит

80 X 10 = 800 кгс.

Если же осевая нагрузка задана в кгс, а необходимо определить соответ­ ствующие деления по прибору, то производят следующий пересчет.

Пример. Заданная осевая нагрузка 540 кгс, талевая оснастка двухструн­ ная; показания прибора при определении веса бурового снаряда 58 делений.

Средняя цена одного деления — 45 кгс. Число делений по прибору, соответ­ ствующее осевой нагрузке, составит

540.

-4 5 ^ = 6 Делении.

Таким образом, бурильщик должен поддерживать осевую нагрузку

58—6= 52 деления.

§ 4. МАГНИТОУПРУГИЕ КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ НАГРУЗКИ МКН

Магнитоупругие компенсационные измерители нагрузки МКН предназначены для непрерывного визуального контроля и регистра­ ции веса бурового снаряда, осевой нагрузки и нагрузки на крюк при спуско-подъемных операциях и аварийных работах.

В настоящее время выпускаются две модификации измерителей: МКН-1 и МКН-2.

Измеритель МКН-1 предназначен для оснащения станков со свободной подачей бурового снаряда при наличии неподвижного конца каната талевой системы.

Измеритель МКН-2 более универсален: им могут оснащаться станки со свободной или гидравлической подачей бурового снаряда.

94

Технические характеристики измерителей МКН-1 и МКН-2 представлены в табл. 12.

Т а б л и ц а 12

Структурная схема и принцип действия

Работа приборов МКН основана на компенсационном методе измерения. В состав схемы, показанной на рис. 55, входят: один из датчиков (ДНС-1, ДНР-1 или ДДС-2), компенсаторы К г, К 2, нуль-усилитель НУ, механизм переключения МП, реверсивные двигатели Р Д Х, Р Д 2, отсчетные устройства ОУг, ОУ2 и регистра­ тор РУ.

При измерении веса бурового снаряда или осевой нагрузки измеряемый параметр преобразуется в датчике в электрическое напряжение, которое подается на прибор, где сравнивается с напря­ жением, вырабатываемым компенсатором. В зависимости от фаз и амплитуд сравниваемых напряжений ротор реверсивного двигателя поворачивает стрелку отсчетного устройства на угол, пропорциональ­ ный измеряемому параметру.

95

7 3

979 Заказ 7

проводы

со

*<1

Конструктивные особенности датчиков и вторичных приборов

В составе измерителя МКН-1 работает один из датчиков: ДНР-1 или ДНС-1. Чувствительный и компенсационный элементы этих датчиков выполнены из железо-алюминиевого сплава Ю-12 в виде полых цилиндров и полностью унифицированы. Корпус датчика ДНР-1 снабжен двумя серьгами, с помощью которых он соединяется с частями неподвижного конца каната талевой системы. Конструк­ цией датчика предусмотрено преобразование измеряемого растя­ гивающего усилия в усилие сжатия чувствительного эле­ мента.

Датчик ДНС-1 размещается под рычагом устройства для монтажа датчика и перепуска каната — УМН. Корпус УМН крепится к фун­ даменту буровой, а на барабане закрепляется конец каната талевой системы. Под действием нагрузки на канат барабан стремится повер­ нуться и посредством рычага сообщает сжимающее усилие чувстви­ тельному элементу датчика. В зависимости от способа подачи инстру­ мента на забой в измерителе МКН-2 работает датчик ДНР-1 или ДДС-2. В составе датчика ДДС-2 имеются две одинаковые секции, из которых одна (ДВ) подключена к верхней части гидросистемы, а другая (ДН) — к нижней. В секциях датчика происходит преобразование давления масла в сжимающее усилие чувствительного элемента. В зависимости от того, в какую секцию поступает под давлением масло, чувствительный и компенсационный элементы соответственно меняют свои функции.

Схемы датчиков представлены на рис. 56, а, б, в.

Основными узлами показывающих и регистрирующих приборов (ПРП) являются: шасси, корпус и передняя крышка.

Ш а с с и состоит из двух панелей — передней и задней. На задней панели размещены детали нуль-усилителя, два реверсивных двигателя, два индукционных потенциометра, шкальный механизм, передаточные шестерни, часовой механизм, оси стрелок и рычаг самописца. На передней панели прибора ПРП-1 (рис. 57, а) смонтиро­ ван патрон сигнальной лампы (СЛ), кнопка нуля (К Н ) и корректор нуля (КрН). В приборе ПРП-2 (рис. 57, б) дополнительно уста­ новлен корректор нуля (7?РГГ) и переключатель (В5) — «Бурение —

Т: 3».

Ко р п у с ПРП имеет два отсека. В большем отсеке размещается

описанные выше шасси, а в меньшем — детали феррорезонансного стабилизатора напряжения. На передней панели прибора ПРП-1 смонтированы: пакетный выключатель (5 1), гнездо для вставки предохранителя, переключатель (В2) «Вес — нагрузка», сдвоенный переключатель (В 3 — Б 4) «На крюке — на забое». В приборе ПРП-2 дополнительно установлен переключатель (В6) «Шпиндель вверх — шпиндель вниз».

Посредством навесок и скоб корпус прибора крепится к стене бурового здания. К корпусу прибора посредством петель крепится передняя крышка с защитным стеклом. Герметизация крышки

98

достигается за счет резиновой прокладки, а фиксация — клиновым замком. Между крышкой и передней панелью шасси шарнирно закреплена сменная пластина с двумя шкалами прибора.

Эксплуатация измерителей МКН

После устройства заземления, подключения кабелей и внешнего осмотра узлов измерителя пакетным выключателем В г (рис. 57) прибор включается в сеть. Прежде чем приступить к измерениям, необходимо проверить установку нулей. Для этого тумблер В 2 ставится в положение «Вес», а сдвоенный переключатель В 3 — Т?4— в положение «На забое». С помощью корректора нуля КН, располо­ женного под крышкой ПРП, красная стрелка нижней шкалы («Вес») устанавливается на нуль.

Затем тумблер В 2 ставится в положение «Нагрузка», при этом черная стрелка большой шкалы («Нагрузка») должна установиться

После переключения сдвоенного переключателя В 3— i?4 в положе­ ние «На крюке» черная стрелка должна остаться на нулевом делении. Рычаг с пером самописца работает синхронно с черной стрелкой. Регулировка положения этого рычага выполняется механически. Заправка пера самописца специальными чернилами и смена бланка диаграммы производятся один раз в сутки. Часы прибора имеют недельный завод.

Аппаратура МКН-1 рассчитана на работу в трех режимах: изме­ рение веса бурового снаряда; измерение осевой нагрузки; измерение усилия на крюке.

Для определения веса бурового снаряда необходимо произвести его спуск в скважину, включить промывку и вращение. Вес бурового снаряда будет измерен в момент отрыва породоразрушающего ин­ струмента от забоя. Для этого тумблер В 2должен находиться в поло­ жении «Вес», а галетный переключатель В 3 — Bi — в положении «На забое». После установки тумблера В 2 в положение «Нагрузка» красная стрелка шкалы «Вес» остановится и «запомнит» измеренный вес бурового снаряда. Опустив буровой снаряд до забоя и не произ­ водя никаких дополнительных переключений, по шкале «Нагрузка» можно измерять осевую нагрузку. Для измерения усилия на крюке положение тумблера В 2 безразлично, а переключатель В 3 — 5 4 должен находиться в положении «На крюке». При этом измеренное значение усилия на крюке нужно увеличить в 10 раз.

В зависимости от типа применяемого датчика аппаратура МКН-2 позволяет вести измерения при следующих режимах: измерение веса бурового снаряда (датчик любой); измерение осевой нагрузки при бурении с разгрузкой (датчик любой); измерение осевой нагрузки при бурении с дополнительной нагрузкой (датчик ДДС-2); измерение нагрузки на крюке (датчик ДНР-1 или ДНС-1); измерение осевой нагрузки с увеличенным масштабом отсчета (датчик ДДС-2).