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

постоянного тока напряжением 12 В (например, от автомобильного аккумулятора).

Электронный генератор предназначен для преобразования энер­ гии постоянного тока, получаемой от аккумулятора, в энергию пере­ менного тока частотой 1,5—2 кГц, используемого для питания об­ моток дифференциального индуктивного датчика. Он собран на тран­ зисторе Т г по трехточечной схеме с индуктивной обратной связью.

Выпрямитель, состоящий из диодов Д г—Д л и конденсатора С2, преобразует импульсы переменного тока частотой 1,5—2 кГц, посту­ пающие с датчика, в импульсы постоянного тока.

Электронный усилитель, собранный на транзисторах Т 2 и Т3, предназначен для усиления импульсов постоянного тока, поступаю­ щих с выпрямителя. Питание транзистора Т 2 осуществляется с по­ мощью делителя, состоящего из резисторов R 3, R 7,

Электронное реле собрано на транзисторе Г4, получающем пи­ тание с помощью делителя R a, R 3. Сопротивления этих резисторов подобраны так, что при отсутствии входного сигнала транзистор заперт и ток в его коллекторной цепи, куда включен счетчик импульсов МЭС-54, отсутствует.

130

Принцип работы

При включении тумблера В на элементы измерительного блока подается напряжение постоянного тока 12 В. Генератор вырабаты­ вает колебания переменного тока частотой 1,5—2 кГц, которые индуктируются во вторичной обмотке трансформатора, и подаются по двум жилам каротажного кабеля в катушки индуктивного дат­ чика. Две части вторичной обмотки трансформатора совместно с двумя обмотками катушек датчика образуют мост переменного тока. В диа­ гональ этого моста между точками в и г в качестве нагрузки включен выпрямитель.

При отсутствии движения жидкости через трубу датчика крыль­ чатка не вращается, индуктивные сопротивления обеих катушек датчика одинаковы и поэтому мост переменного тока уравновешен. Потенциалы в точках в и г одинаковы, сигнал на выпрямитель не поступает, и счетчик не работает.

При движении жидкости крыльчатка вращается со скоростью, пропорциональной расходу жидкости. Вместе с крыльчаткой вра­ щается и пермаллоевая пластинка 2. В моменты прохождения пла­ стинки мимо катушки 3 через пластинку замыкается переменный магнитный поток, создаваемый током, питающим обмотки катушек. В результате общий магнитный поток, пронизывающий витки ка­ тушки 3, мимо которой проходит пермаллоевая пластинка, увели­ чивается, что приводит к увеличению индуктивности L, а следо­ вательно, и индуктивного сопротивления хь = 2nfL. В то же время

магнитный поток и индуктивное сопротивление катушки 4 остаются неизменными. Увеличение сопротивления одного из плеч нарушает равновесие моста, и между точками ей г возникает разность потен­ циалов, т. е. создается напряжение переменного тока. Когда пер­ маллоевая пластинка удалится от катушки, магнитный поток и индук­ тивное сопротивление катушки станут такими же, какими были до прохождения пластинки, равновесие моста восстановится и пере­ менное напряжение между точками в и г исчезнет. Таким образом, напряжение переменного тока с выхода датчика на вход измеритель­ ной схемы поступает и м п у л ь с а м и , причем каждому обороту крыльчатки соответствует один импульс; число импульсов в единицу времени равно числу оборотов крыльчатки, а частота переменного тока в импульсе определяется генератором и составляет, как было сказано, 1,5—2 кГц. Графическое изображение поступающих с дат­ чика импульсов показано на рис. 72, а.

Мост Д х—Д 4 выпрямляет переменный ток (рис. 72, б), а электро­ литический конденсатор С2 отфильтровывает переменные состав­ ляющие. В результате на вход транзистора Т 2 поступают импульсы постоянного тока (рис. 72, в), с полярностью плюс на базе, а минус на эмиттере. Так как транзистор Т 2 типа п—р —п, то напряжение такой полярности является для него пропускным. Поэтому при поступлении импульса эмиттерный и коллекторный токи возрастают

(рис. 72, г), что в свою очередь приводит к увеличению токов тран­ зистора Т3, соединенного последовательно с Т 2.

В результате перераспределения токов напряжение на резисторе R 9, приложенное к участку база-эмиттер Г4 в пропускном направ­ лении, возрастает, транзистор открывается и через счетчик импуль­ сов МЭС-54, включенный в его коллекторную цепь, проходит им­ пульс тока.

6 ■

Узб

L a ___, о . ,

г

о,

t

Рис. 72. Графики, поясняющие работу усилителя ДАУ-ЗМ:

с— импульсы, поступающие с датчика; б — импульсы после выпрямления; в — импульсы постоянного тока на входе транзистора Т 2; г — ток в коллекторной цепи транзистора Т г

Таким образом, каждому обороту крыльчатки будет соответство­ вать один отсчет на счетчике. Абсолютная величина расхода жидко­ сти в месте нахождения датчика расходомера определяется с помо­ щью тарировочных графиков.

Тарирование

Тарирование скважинного расходомера производится на спе­ циальном стенде. Датчик помещается в сменную трубу, имитиру­ ющую скважину. В качестве сменных труб можно использовать стан­ дартные трубные заготовки диаметром 89/81, 108/99,5, 127/118, 146/137, 168/154 мм, длиной 2,5 м.

Каротажный кабель, соединяющий датчик расходомера с из­ мерительным блоком, выводят наружу через специальное гермети­ зирующее устройство. С помощью насоса в трубу накачивается жидкость. Поток жидкости, прошедший через трубу-скважину, гибким шлангом отводят в предварительно оттарированную емкость. При этом с помощью секундомера определяют время заполнения емкости и число оборотов крыльчатки в единицу времени. На осно­ вании полученных данных вычисляется расход жидкости Q в л/с через трубу-скважину и соответствующая этому расходу скорость вращения крыльчатки п в об/мин. Зависимость между расходом

жидкости и скоростью вращения крыльчатки изображается в виде графиков.

Для каждого вида промывочной жидкости тарирование начи­ нается с установления зависимости между расходом жидкости, про­

132

ходящей только через внутреннее сечение корпуса датчика, и ско­ ростью вращения крыльчатки (кривая 1 на рис. 73, а). В этом слу­ чае кольцевое пространство между внутренней поверхностью трубы

Б(й=1б8/15бмм)

-.№ /737мм)

--127/118мм)

108193,5мм)

80/81мм)

О 100 200 300 400 500

Спорость Вращения нрыльчатни, об/мин

б

Рис. 73. Тарировочные графики для глинистого раствора вяз­

костью 20 с:

а — графики, показывающие зависи­ мость расхода жидкости от скорости вращ ения крыльчатки: 1 —при проходе жидкости только через внутреннее се­ чение корпуса датчика, 2 — 6 — при проходе жидкости через внутреннее се­ чение корпуса датчика при использова­

и корпусом датчика перекрывается резиновыми манжетами. Затем последовательно выполняется тарирование в трубах различных диаметров (кривые 2—6 на рис. 73, а). На основании полученных

133

для данного вида промывочной жидкости графиков п = / (Q) рас­ считывается коэффициент поправки на диаметр потока

К й— при п = const, (7.18)

где Qckb — расход жидкости, проходящей через трубу или скважину определенного диаметра; Qpaсх — расход той же жидкости, про­ ходящей только через внутреннее сечение корпуса датчика.

По найденным значениям Kd строятся совмещенные графики Kd — / (d) для различных значений п (рис. 73, б). Например, при скорости вращения крыльчатки п = 80 об/мин по рис. 73, а опре­ деляют, что расход глинистого раствора, проходящего только че­ рез внутреннее сечение датчика, составляет 0,7 л/с (точка М г), а расход раствора, проходящего через трубу 146/137 мм, соста­

= 9 (точка М 3 на рис. 73, б). По найденным таким образом точкам и построены графики Kd = / (d).

Заранее построенные графики п = / (Q) (рис. 73, а) и Kd = = / (^) (рис. 73, б) позволяют в производственных условиях по пока­ заниям счетчика ДАУ-3 определять расход промывочной жидкости данного типа. Для этого необходимо по измеренному значению ско­ рости вращения крыльчатки п найти на графике (рис. 73, а) соответ­ ствующее значение Q и найденное значение умножить на коэффи­ циент Kd, взятый из графика рис. 73, б для данного диаметра сква­ жины с учетом измеренной скорости вращения.

Пример. Определить расход глинистого раствора вязкостью 20 с в сква­ жине диаметром 120 мм, если при измерении скорость вращения крыльчатки

Г л а в а 8

КОМПЛЕКСНАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ БУРЕНИЯ

§ 1. АППАРАТУРА ГП-18А

В составе измерителя аппаратуры имеется один показывающий прибор (ЭКМ) для визуальных наблюдений за крутящим моментом

134

и четыре вторичных регистрирующих прибора. Ими осуществляется запись на бумажную ленту четырех основных параметров — вес бурового снаряда, осевая нагрузка, число оборотов шпинделя,

Установка

регистратора

процессаВиренип - .коиробомистанки

Щ ЗИФ -650А

Рис. 74. Схема размещения узлов и приборов аппаратуры ГП-18А:

1 — сирена; 2 — трансформатор; з — вентиль; 4 — датчик крутящего момента; 3 , 6 — шту­

крутящий момент, проходка, и двух дополнительных — скорость на­ вивки каната на барабан лебедки и усилие на канате при выполне­ нии спуско-подъемных операций.

Путем обработки записей диаграммной ленты могут быть допол­ нительно получены значения скорости проходки скважины и мощ­ ности, затрачиваемые на бурение или спуско-подъемные операции.

Наличие электроконтактного манометра и сирены позволяет по­ лучать звуковой сигнал при достижении крутящим моментом пре­ дельно заданного значения.

135

В состав аппаратуры ГП-18А входят: датчики, регистратор, руч­ ной насос, трансформатор, сирена (звонок), трубопроводы, кабели, гибкие, валы.

На рис. 74 дана схема размещения узлов, приборов и принадлеж­ ностей аппаратуры.

Датчики

Д а т ч и к п р о х о д к и (рис. 75, а). На одном из вспомога­ тельных штоков 1 траверсы станка нарезаны зубья. Посредством ведомой шестерни 2 поступательное движение штоков (шпинделя) преобразуется во вращательное и гибким валом 3 передается на вто­

установки этого датчика станок подвергается некоторому переобо­ рудованию. Пара цилиндрических прямозубых шестерен передачи вращения от вторичного вала коробки скоростей на промежуточный вал верхней станины заменяется на пару цилиндрических косозу­ бых шестерен 4 и 5. При этом косозубая шестерня 5 на промежуточ­ ном валу крепится жестко, а сам вал имеет осевой люфт до 2 мм. При передаче крутящего момента с коробки скоростей на вращатель или лебедку, в результате разложения сил на косозубых шестернях, возникают горизонтальные составляющие, направленные в противо­ положные стороны.

Горизонтальная составляющая, направленная вдоль оси проме­ жуточного вала, через упорный подшипник 6 воздействует на мем­ брану 7 мессдозы 8. На вторичные — показывающий (ЭКМ) и ре­ гистрирующий — приборы давление передается по трубопроводу 9, заполненному веретенным или трансформаторным маслом.

136

Д а т ч и к ч и с л а о б о р о т о в . От вторичного вала ко­ робки скоростей гибким валом 10 вращение передается маятнику центробежного тахометра ТС-120, помещенного внутри силуминового корпуса. Под воздействием центробежной силы грузы 11 маятника сходятся, преодолевая силу сжатия спиральной пружины 12 и пе­ ремещают тягу 13 с зубчатой рейкой 14. Через ведомую шестерню 15 зубчатая рейка поворачивает вал сельсин-датчика 16. Пятью жилами кабеля сельсин-датчик связан с сельсин-приемником, на­ ходящимся внутри регистратора.

Рис. 75. Датчики аппаратуры ГП-18А:

а — датчик проходки; б — датчик крутящего момента; в — датчик числа оборотов

Д а т ч и к в е с а п о с е в о й н а г р у з к и . Датчиком веса и осевой нагрузки служит прибор гидроуправления станка, подключенный к трубопроводу посредством вентиля.

Регистратор

Регистратор (рис. 76) установлен на трубчатой стойке, которая костылями крепится к полу бурового здания.

Для предохранения корпуса регистратора от повреждений он снаружи закрыт откидным кожухом.

Внутри корпуса регистратора расположены четыре вторичных регистрирующих прибора и лентопротяжный механизм. Вторичные приборы представлены двумя многовитковыми трубчатыми пружи­ нами 4, 6, ходовым винтом 5 с гайкой 7 и сельсин-приемником 8. Каждый из указанных приборов снабжен поводком 3, на конце

137

которого находится перо самописца. Приборы расположены так, что три из них — многовитковые трубчатые пружины и сельсин-прием­ ник — осуществляют соответственно записи на верхней, средней и нижней дорожках диаграммы, а четвертый — ходовой винт ведет широкую запись, захватывая среднюю и нижнюю дорожки.

Лентопротяжный механизм представлен барабаном 2 с часовым механизмом и кассе­

перематывая с кассеты диаграммную ленту. При заправке барабана диаграммной лентой

ный манометр (ЭКМ) 9, по которому ведутся наблюдения за крутящим моментом, а также устанавливают пределы значений (минималь­ ное или максимальное), при которых сра­ батывает звуковой сигнал.

Насос ручной

Ручным насосом осуществляется заполне­ ние рабочей жидкостью гидравлической си­ стемы датчика и вторичных приборов для измерения и регистраций крутящего мо­

мента, веса и осевой нагрузки. Конструктивно он представляет собой обычный поршневой насос одинарного действия.

Трансформатор

Понижающий трансформатор ТБС-320 с первичной обмоткой па 380 В и секционированной вторичной обмоткой на 127 и 115 В.

Напряжение 127 В служит для питания электроконтактиого манометра и сирены, а напряжение 115 В — для питания сельсинов.

Расшифровка записей на диаграммной ленте

Запись показаний приборов ведется на специальной рулонной бумаге шириной 200 мм. Вдоль рулона нанесены три дорожки ши­ риной до 60 мм для записи трех параметров. Запись четвертого параметра «Проходка», производится по второй и третьей дорожкам чернилами другого цвета.

138

Для удобства расшифровки записей каждая дорожка снабжена линией нулевого отсчета и покрыта сеткой со стороной квадрата

2мм.

Втаблицах для расшифровки диаграмм (табл. 15) приводятся

цены одного деления (или 1 мм) для различных параметров.

§ 2. АППАРАТУРА ТИПА ИРБ

А п п а р а т у р а и з м е р е н и я и р е г и с т р а ц и и п а ­ р а м е т р о в б у р е н и я ИРБ предназначена для непрерыв­ ного контроля за процессом бурения на геологоразведочных буро­ вых установках с гидравлической системой подачи инструмента.

Аппаратура обеспечивает:

Срабатывание световой и звуковой сигнализации при достижении контро­ лируемыми параметрами заранее установленных предельных значений.

Автоматическую защиту колонны буровых труб от скручивания в процессе бурения.

*Только измеряется.

**Только регистрируется.

Основная приведенная погрешность измерения составляет 2,5%, а для мгновенной скорости проходки — 4%.

Питание аппаратуры осуществляется от сети переменного тока напряжением 380 В; допустимые колебания напряжения от —20% до +10% ; потребляемая мощность до 800 ВА.

139