§ 3. Электромашинные устройства подачи долота

К числу наиболее распространенных относятся автоматические регуляторы типа РПДЭ-3, которые входят в комплект установок Уралмаш-125БД, Уралмаш-125-БЭ, БУ-80БрД и БУ-80БтЭ и др.

РПДЭ-3 обеспечивает: а) поддержание заданного значения осе­вой нагрузки на долото, б) поддержание постоянной скорости подъема или подачи инструмента. Установку нагрузки на долото или скорости подачи устанавливает бурильщик с пульта управления.

Регулятор состоит из измерительной, усилительной и силовой частей. В измерительную часть входят преобразователь веса, воздей­ствующий на сельсин-уставки веса, сельсин-уставки скорости, тахо-генератор и измеритель скорости бурения. В усилительную часть входят: полупроводниковый фазочувствительный усилитель, трех­фазные магнитные усилители, генератор постоянного тока и приводиной двигатель. Силовая часть состоит из исполнительного двигателя, редуктора аварийного тормоза с электрогидравлическим толкателем типа ТKTГ и вентилятора с приводным двигателем. Полупроводни­ковый усилитель питается переменным напряжением и усиливает сигнал как переменного, так и постоянного тока.

Выбор режима подачи инструмента осуществляется с помощью переключателя. Для автоматического режима включается усилитель. По шкале нагрузок поворотом рукоятки сельсина-приемника уста­навливают требуемую нагрузку на долото. Заданное значение под­держивают регулятором с точностью порядка ±10 кН. Чтобы улучшить статические и динамические свойства системы, введены отрицательные обратные связи. В режиме автоматического управления действуют обратная связь по скорости с тахогенератором, жесткая обратная связь по напряжению генератора и отсечка по току, вклю­ченная на падение напряжения дополнительных полюсов машин. В режиме ручного управления усилитель отключается и сигнал с вы­хода задающего сельсина полается непосредственно на обмотку маг­нитных усилителей.

Скорость подачи регулятора устанавливают поворотом той же рукоятки, что и в автоматическом режиме, так как задающий сель­син сочленен с валом сельсина-приемника, а величину скорости устанавливают по шкале скоростей. В этом режиме действуют толь­ко . обратная связь по напряжению генератора и отсечка по току главной цепи. В режиме ручного управления проводятся также ава­рийный подъем инструмента и бурение при малых нагрузках в начале долбления.

Конструктивно регулятор состоит из силового узла, двигателя-генератора, станции управления, преобразователя веса и пульта управления. Опыт показал, что применение регулятора подачи долота РПДЭ-3 позволяет увеличить механическую скорость бурения на 10— 15% и проходку на долото на 6—10%.

В автоматическом регуляторе подачи долота РПДЭ-6 вместо электропривода по системе «генератор—двигатель» применен элек­тропривод по системе «тиристорный преобразователь—двигатель», который обладает высоким быстродействием, повышенным к. п. д., имеет меньший вес и габариты более экономичен вследствие уменьшения количества электрических машин на буровой. Регуля­тор обеспечивает все необходимые режимы работы и позволяет в широких пределах изменять частоту вращения двигателя. Для буровых установок грузоподъемностью 125 т и выше целесообразно использовать электропривод с нереверсивным тиристорным преобра­зователем, обеспечивающим работу как при подъеме инструмента (выпрямительный режим), так и при спуске (инверторный режим). Регулятор (рис. 17.6) состоит из следующих элементов: 1) блока, включающего преобразователь веса ДВ, сельсин-уставку нагрузки СП, сельсин-уставку скорости СЗ, фазочувствительный блок БФЧ, тахогенератор ТГ; 2) силового блока, включающего двигатель ДП; редуктор; аварийный тормоз с электрогидравлическим толкателем, имеющим приводной двигатель АДТ и вентилятор с приводным дви­гателем АДВ. Двигатель ДП питается от тиристорного преобразова­теля ПМ, силовая часть которого питается через анодные реакторы от сети трехфазного переменного тока напряжением 380 или 220 В. Преобразователь обеспечивает возможность регулирования этого напряжения. Схема тиристорного преобразователя выполнена в виде непрерывного трехфазного моста, состоящего из шести управляемых выпрямителей типа ВКДУ-150-9. Последовательно с каждым тири-стором включены быстродействующие предохранители типа ПНБ-2, которые защищают его от перегрузок, возникающих при внутренних коротких замыканиях. Блок-контакты предохранителей подключены к блоку световой сигнализации БСС, предназначенного для замыка­ния цепей предупредительной сигнализации во время сгорания одного

предохранителя в плече моста преобразователя и для замыкания цепей аварийного отключения. Предусмотрена также защита тиристоров от коммутационных перенапряжений при переходе из откры­того состояния к закрытому. Для защиты тиристорного преобразо­вателя от токовых перегрузок путем снятия управляющих импуль­сов и отключения автоматического выключателя используют блок защиты БТЗ, который осуществляет также сигнализацию аварийного отклонения. Этот блок предназначен для выявления аварийных ре­жимов работы тиристорных преобразователей, ограничения силы тока перегрузки и ликвидации дальнейшего развития аварии. Состо­ит устройство из преобразователя силы тока, блока управления и автоматического выключателя. Если в тиристорном преобразователе возникают аварийные режимы, вызывающие возрастание силы тока выше допустимого, преобразователь выдает пропорциональный силе тока сигнал в блок управления и защиты. Преобразователь, выпол­ненный в виде трех проходных трансформаторов типа ТК-120, соеди­ненных звездой, устанавливают со стороны напряжения питания.

Блок магнитного усилителя БМУ, получающий питание от стати­ческого преобразователя частоты, состоящего из блока задатчика частоты 34 и блока инвертора БИ, предназначен для управления блоком системы управления и суммирования управляющих сигналов системы регулирования. Он представляет собой комплексное устрой­ство, состоящее из серийного двухтактного магнитного усилителя БД К. 11.01, охваченного жесткой отрицательной обратной связью по напряжению, которая обеспечивает большую линейность и стабиль­ность выходной характеристики управления БМУ при колебаниях напряжения питающей сети и температуры окружающего воздуха. К выходу БМУ подключен фазорегулятор системы управления.

Блок задатчика частоты служит для формирования импульсов, управляющих тиристорами блока инвертора.

Блок смещения БС предназначен для получения сигнала смеще­ния, с помощью которого производят точную фазировку управляю­щих импульсов с напряжением сети. Сигнал смещения поступает на фазорегулятор. Кроме того, в блоке смещения установлены источ­ники стабилизированного и нестабилизированного напряжений по­стоянного тока, которые используются для питания обмоток магнит­ных усилителей блоков системы управления БСУ(А), БСУ(В), БСУ(С), соединенных по трехфазной схеме.

БСУ состоит из трехфазного индуктивно-емкостного фазорегуля­тора, обеспечивающего регулирование выходного напряжения по фазе, и устройства усиления и формирования прямоугольных отпи­рающих импульсов, выполненного на транзисторах КТ 802А.

Блок фазочувствительного узла применяют в качестве задающего устройства для регулирования скорости.

Регулятор подачи включается автоматическими выключателями В1, В2, ВЗ, В5, В6 и переключателем УП1, замыкающим цепь питания катушки контактора К.2, который самоблокируется блок-контак­том. Включается в работу также двигатель вентилятора АДВ, слу­жащий для обдува двигателя ДП. При этом срабатывает реле обрыва поля РОП и замыкает цепь питания катушки контактора К1, кото­рая блокируется блок-контактом К1, подключающим питание к ти-ристорному преобразователю ПМ и двигателю аварийного тормоза ЛДП. Через блок-контакт 1 подается питание также на фазочувствительный блок БФ4.

При работе регулятора в режиме поддержания заданного значе­ния нагрузки на долото универсальный переключатель УП2 уста­навливают в положение «автомат». В результате этого переключа­ется напряжение питания к сельсину СП, работающему в паре с сельсином-уставки веса СПр. В зависимости от угла рассогласова­ния сельсинов изменяется напряжение на выходе сельсинной пары, которое поступает на вход фазочувствительного блока БФЧ.

Если долото не касается забоя скважины, то натяжение непо­движного конца каната соответствует весу бурильной колонны и ротор сельсина СП, связанный с преобразователем веса, поворачи­вается на некоторый угол относительно нулевого положения. При «взвешивании» инструмента ротор сельсина СПр устанавливают в согласованное положение с ротором сельсина СП поворотом руко­ятки на пульте. В таком положении двух роторов сельсинов напряже­ние на выходе сельсинной пары СП—СПр равно нулю. Затем с по­мощью рукоятки задатчика, связанной с сельсином-уставки веса СПр, выбирается значение нагрузки на долото. При этом на выходе сельсинной пары СП—СПр появляется сигнал, поступающий на вход фазочувствительного блока. Далее он поступает в блок магнитных усилителей преобразователя и в систему управления тиристорами, вследствие чего тиристоры открываются и двигатель ДП начинает опускать колонну.

В момент соприкосновения долота с забоем осевая нагрузка на долото увеличивается, а сила веса инструмента на крюке уменьша­ется. При этом ротор сельсина СП начинает поворачиваться в сто­рону уменьшения рассогласования сельсинной пары СП—СПр и сиг­нал, поступающий на вход БФЧ, уменьшается. Соответственно умень­шаются частота вращения двигателя и скорость подачи инструмента. Если долото попадает в мягкую породу, то регулятор обеспечивает увеличение скорости подачи инструмента.

В режиме поддержания заданного значения скорости подачи или подъема инструмента универсальный переключатель УП2 переводят в положение «ручное управление». При этом от задающего сельси­на СЗ сигнал подается на вход БФЧ. Поворотом рукоятки, связы­вающей кинетически сельсины СПр и СЗ между собой, устанавли­вается требуемое значение скорости движения инструмента.

В схеме регулятора предусмотрены автоматические защиты: за­щита двигателя ДП от дополнительных перегрузок, осуществляемая с помощью теплового реле РТ1, размыкающего цепь контактора К1; главной цепи от перегрузок и токов короткого замыкания с помощью реле максимального тока РМ, также воздействующего на цепь контактора К1; двигателя тормоза АДГ с помощью тепловых реле РТ2, отключающих контактор К1; тепловая и максимальная защита цепей управления, создаваемая автоматическими выключателями.

Регулятор подачи долота АВТ-2 представляет собой регулятор РПДЭ-3 с приставкой типа ПЭБ и специальным пультом управления.

Регулятор предназначен для работы при бурении скважин электро­буром. Регулятор обеспечивает: 1) поддержание заданного значения активной составляющей тока двигателя электробура с ограничением нагрузки на долото; 2) поддержание заданного значения осевой на­грузки на долото (силы веса на крюке) с ограничением активной составляющей тока двигателя электробура; 3) поддержание задан­ного значения скорости подачи или подъема инструмента.

В

режиме бурения по активной составляющей тока и осевой нагрузке на долото можно уста­навливать два заданных значения уставки — ак­тивного тока электробу­ра и осевой нагрузки на долото. Однако при этом будет поддерживаться только один из парамет­ров, близкий к заданно­му: в энергоемких поро­дах—активная состав­ляющая тока, а в неэнер­гоемких, — осевая нагруз­ка на долото. На рис. 17.7 приведена схема пре­образователя тока, обес­печивающая использова­ние в регуляторе АВТ-2 в качестве параметра регулирова­ния активную составляющую силы тока двигателя электробура, которую измеряют с помощью двухполупериодного кольцевого демо­дулятора, выполненного на диодах. Фазное напряжение средней фазы системы питания электробура, снимаемое с зажимов трансформато­ров Тр4 и Тр5, используется как опорное напряжение. Напряжением сигнала демодулятора является напряжение, пропорциональное силе тока средней фазы, снимаемого с сопротивления нагрузки 1C транс­форматора тока ТТ1. Это напряжение вводят в демодулятор с по­мощью трансформатора Тр1.

Потери напряжения в токопроводе электробура, пропорциональ­ные фазному току, активно учитываются в преобразователе актив­ного тока, где они выделяются на сопротивлении нагрузки 2С транс­форматора тока ТТ2 и через трансформатор ТрЗ вычитаются из анодного напряжения.

Таким образом, с помощью преобразователя активного тока изме­ряют произведение силы тока фазы на коэффициент мощности. Сиг­нал в виде постоянного напряжения, снимаемого со средних точек вторичной обмотки трансформаторов Тр1 и Тр2, подается на вход промежуточного полупроводникового усилителя ППУ. Выходное на­пряжение этого усилителя поступает на вход усилителя ППУ-1 автоматического регулятора РПДЭ-3. Описанная схема в совокуп­ности со схемой регулятора РПДЭ составляет схему регулято­ра АВТ-2.

Применние регулятора АВТ-2 при электробурении увеличивает механическую скорость бурения вследствие лучшего использования мощности двигателя электробура на забое, а также значительно со­кращает возможное число «опрокидываний» двигателя по сравнению с подачей долота вручную. Точность ограничения заданного значе­ния активной составляющей силы тока около 10%, а осевая на­грузка на долото — около 20 кН. Регулятор обеспечивает устойчивую работу системы при различных удельных моментах, состояния долота и коэффициентах усиления.