SU787624A1 - Drilling wrench operation monitor - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к устройствам дл  свинчивани  и развинчивани  бурильных и обсадных труб и задани  крут щего момента. Известен буровой ключ инерционного действи , в котором развиваетс  крут щий момент за счет торможени  имеющейс  в нем инерционной массы fмаховика) l. Принцип измерени  крут щего момен та с по1.;ощью преобразовани  развивае мого ключом усили  в электрический сигнал не применим к такому ключу, поскольку этот крут щий момент .возни кает за счет торможени  инерционной массы, носит характер кратковременны импульсов и не может быть измерен с помощью статических преобразователей Преобразование крут щего момента в усилие в таких к.шочах не предусмотре но. Отсутствие моментомера не позвол ет контролировать крут щий момент, .развиваемый ключами инерционный действи  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 контрол  работы бурового ключа, содержащее измерительный преобразователь крут щего момента , усилитель, релейную схему и блок сигнализации 2. Однако данное устройство не обеспечивает возможности работы бурового ключа с инерционной массой. Цель изобретени  - обеспечение возможности контрол  работы бурового ключа с инерционной массой. Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство, содержащее измерительный преобразователь крут щего момента , усилитель, релейную схему и блок сигнализации, снабжено аналоговым указателем крут щего момента, счетчиками импульсов крут щего момента к циклов срабатывани  ключа, причем измерительный преобразователь крут щего момента выполнен в виде датчика углового ускорени , который кинематически св зан с инерционной массой бурового ключа, при этом выход датчика углового ускорени  подключен через усилитель ко входам аналогового указател  крут щего момента и релейной |схемы, выход которой .подключен ко входам блока сигнализации и счетчиковThe invention relates to devices for screwing and unscrewing drill and casing pipes and setting torque. An inertia action drilling wrench is known, in which a torque develops due to the deceleration of the inertial mass f of the flywheel in it) l. The principle of measuring the torque from 1 to 1; by converting the force developed by the key into an electrical signal does not apply to such a key, since this torque is due to the inertial mass braking, has the character of short-term pulses and cannot be measured by static converters Torque to force conversion in such short circuits is not foreseen. The absence of a torque meter does not allow controlling the torque, which is developed by the keys with inertial action when screwing the drill and casing. This leads to a decrease in fatigue endurance of the threaded connections of drill pipes, to an increase in thread wear and, ultimately, to a large number of accidents, especially in rotary drilling. A device for monitoring the operation of a drilling switch is known, which contains a torque measuring transducer, an amplifier, a relay circuit, and an alarm unit 2. However, this device does not provide for the operation of a drilling wrench with inertial mass. The purpose of the invention is to provide the ability to control the operation of the drilling key with inertial mass. The goal is achieved in that the device comprising a torque converter, an amplifier, a relay circuit and an alarm unit is equipped with an analog torque indicator, counters of torque pulses for key activation cycles, and the torque converter is configured as a sensor angular acceleration, which is kinematically connected with the inertial mass of the drill key, while the output of the angular acceleration sensor is connected via an amplifier to the analog inputs torque generator and relay | circuit, the output of which is connected to the inputs of the signaling and metering unit

импульсов крут щего момента и циклов срабатывани  ключа.torque pulses and key cycles.

Устройство позвол ет контролироват крут щий момент, развиваемый буровым ключом инерционного действи , а также автоматически подсчитывать число импульсов момента без существенного изменени  конструкции ключа.The device allows you to control the torque developed by the inertia action key and also automatically calculate the number of torque pulses without a significant change in the key design.

На фиг. 1 приведеча функциональна  электрическа  схема устройства контрол  работы бурового ключа; на фиг. 2 график зависимости напр жени  срабатывани  реле Р2, РЗ и Р4 от сопротивлени  резистора R .FIG. 1 provides a functional electrical circuit for monitoring the operation of a drilling wrench; in fig. 2 is a graph showing the response voltage of relay P2, P3 and P4 to resistor R.

Принцип действи  преобразовател  основан на измерении отрицательного углового ускорени  инерционного элемента (механика) ключа, запоминании его максимального значени  и пропорциональном преобразовании этого значени  в показани  стрелочного индикатора и сигнального устройства. Поскольку момент инерции подвижной части ключа, приведенный к валу маховика , величина посто нна , инерционный момент, развиваемый челюст ми ключа, пропорционален отрицательному угловому ускорению маховика. Запоминание максимального значени  сигнала необходимо дл  визуального отсчета показаний по стрелочному прибору и сигнальному устройству. Счетное устройство подсчитывает число импульсов момента с различным амплитудным значением.The principle of operation of the transducer is based on measuring the negative angular acceleration of the inertial element (mechanic) of the key, storing its maximum value and proportional conversion of this value into the readings of the dial gauge and signal device. Since the moment of inertia of the movable part of the key, reduced to the flywheel shaft, is constant, the inertial moment developed by the jaw of the key is proportional to the negative angular acceleration of the flywheel. The storage of the maximum signal value is necessary for a visual reading of the readings on the dial instrument and the signal device. The counting device counts the number of moment pulses with different amplitude values.

Датчиком углового ускорени  маховика служит асинхронный тахогенератор . Известно, что при питании обмотки возбуждени  такого тахогенератора посто нным током ЭДС его сигнальной обмотки пропорциональна угловому ускорению ротора. Вал тахогенератора соедин етс  с маховиком зубчатой передачей.The flywheel angular acceleration sensor is an asynchronous tachogenerator. It is known that when the excitation winding of such a tachogenerator is supplied with a direct current, the emf of its signal winding is proportional to the angular acceleration of the rotor. The tachogenerator shaft is connected to the flywheel gear.

На цилиндрической поверхности маховика 1 (фиг. 1) бурового ключа нарезаны зубь , и с ним сопр гаетс  зубчатое колесо 2, сид щее на валу тахогенератора Г.The teeth are cut on the cylindrical surface of the flywheel 1 (Fig. 1) of the drill wrench, and a gear wheel 2, which sits on the shaft of the tachogenerator G., mates with it.

Обмотка возбуждени  3 тахогенератора присоединена к источнику посто ного напр жени  и через резистор R 1 ограничивающий ток питани  обмотки, и контакты реле Р1.The excitation winding 3 of the tachogenerator is connected to a DC voltage source and through the resistor R1 the current limiting supply voltage of the winding and the contacts of the relay P1.

Сигнальна  обмотка 4 тахогенерато ра подключена ко входу усилител  5. К выходу усилител  присоединены две параллельные цепи: цепь вольтметра ИП, шкала которого отградуирована в единицах момента, и цепь, состо ща - из резисторов S3, Й4иЯ5 и обмоток 1 высокочувствительных двухобмоточных пол ризованных реле Р2, РЗ и Р4. Сопротивление резистора 4 меньш сопротивлени  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 посто нного напр жени  U через замыкаю11ие контакты пйле Р2. РЗ и Р4.The signal winding 4 of the tachogenerator is connected to the input of amplifier 5. Two parallel circuits are connected to the amplifier output: an IP voltmeter circuit, the scale of which is calibrated in units of time, and a circuit consisting of resistors S3, Y4 and Y5 and windings 1 of highly sensitive two-winding polarized P2 relays RH and P4. The resistance of the resistor 4 is less than the resistance of the resistor R 5. The windings P of the relay P2, P3 and P4 are interconnected in series and are bounded by capacitor C2. The relays P5, P6 and P are connected to the constant voltage source U via the closing contacts of the Pile P2. RZ and P4.

Контакты реле Р5, Р6 и Р7 комглутируют цепи питани  лампочек Л1, Л2 и ЛЗ, образующих световой индикатор сигнального устройства, и счетчиков импульсов СИ1, СИ2 и СИЗ. Друга  группа контактов этих реле, соединенных параллельно, подключает к источнику питани -резистора R б, соединенный с конденсатором С2. Цепь питани  реле Р1 замыкаетс  через контакты выключател  В, механически св занного с ручкой 6, переключающей пневмоцепи бурового ключа на режим развинчивани The contacts of relays P5, P6 and P7 connect the power circuits of the lamps L1, L2 and LZ forming the indicator light of the signaling device, and the pulse counters SI1, SI2 and PPE. Another group of contacts of these relays, connected in parallel, connects to the power source of the resistor R b, connected to the capacitor C2. The power supply circuit of relay P1 is closed through the contacts of switch B, mechanically connected to handle 6, which switches the pneumatic circuit of the drilling key to the unscrewing mode.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Импульс напр жени , возникающий на зажимах обмотки 4 при торможении ротора тахогенератора, усиливаетс  и подаетс  на параллельные цепи, присоединенные к выходу усилител . Конденсатор С1 зар жаетс  через диод Д и резистор К 2 до амплитудного значени  импульса. Вследствие наличи  диода конденсатор С1 зар жаетс  только через высокоомную цепь вольтметра ИП. В результате разр д конденсатора С1 происходит значительно медленнее зар да так что подвижна  часть вольтметра успевает отклонитьс  на угол, припорциональный амплитуде импульса. Тем самы осуществл етс  запоминание амплитуды импульса в цепи вольтметраThe voltage pulse arising at the terminals of the winding 4 when braking the rotor of the tachogenerator is amplified and fed to parallel circuits connected to the output of the amplifier. Capacitor C1 is charged through diode D and resistor K 2 to the amplitude of the pulse. Due to the presence of a diode, capacitor C1 is charged only through the high-resistance circuit of the IP voltmeter. As a result, the discharge of the capacitor C1 occurs much slower than the charge, so that the moving part of the voltmeter has time to deviate by an angle, which is proportional to the amplitude of the pulse. Thus, the amplitude of the pulse in the voltmeter circuit is memorized

Возникновение импульса напр жени  на выходе усилител  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 значени х амплитуды выходного импульса. Обозначим это напр жение амплитуды через U , выведенное сопротивление резистора R 3 через R . Зависимость.значений U , при которых происходит срабатывание реле Р2, РЗ, Р4, от сопротивлени  R показана на фиг. 2. Наклон пр мых и рассто ни  между ними завис т от соотношени  сопротивлений обмоток реле Р2, РЗ, Р4 и резисторов R 4,R5.The occurrence of a voltage pulse at the amplifier output causes current to flow through resistor R 3 and winding 1 of relay P2, P3, P4. The presence of various rated resistors R 4 and Y 5 leads to the fact that these relays operate at different values of the amplitude of the output pulse. Let us denote this amplitude voltage by U, the derived resistor R 3 by R. The dependence of the values of U, at which the P2, P3, P4 relay operates, on the resistance R is shown in FIG. 2. The slope of the direct and the distance between them depends on the ratio of the resistances of the windings of the relay P2, P3, P4 and resistors R4, R5.

Таким образом, измен   сопротивление резистораРЗ; измен ем напр жение срабатывани  реле Р2, РЗ, Р4. Резисторы R 4 и R 5 выбираютс  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 пр мыми РЗ и Р4; рассто ние ме;хду этими пр мыми в направлении оси ординат определ етс  допустимыми предельными отклонени ми развиваемого крут щего момента от оптимального. Реле Р2 срабатывает при достижении момента значени , составл ющего 50% от оптимального .Thus, changing the resistance of the resistor RZ; change the tripping voltage of the relay P2, P3, P4. Resistors R 4 and R 5 are selected so that the relay of the relay operates when the moment of reaching the lower limit of the region of optimal values, and the relay P4 - respectively the upper limit of the specified region. Consequently, the region of optimal values of the moment lies between the direct PZ and P4; the distance between these lines in the direction of the axis of ordinates is determined by the permissible limit deviations of the developed torque from the optimal one. Relay P2 is triggered when the moment reaches 50% of the optimum value.

Настройка преобразовател  на заданное оптимальное значение крут щегоSetting the converter to the set optimal torque value

момента осуществл етс  перемещением подвижного контакта резистора R 3; с ручкой управлени  резистора жестко св зана стрелка, перемещающа с  по шкале (шкала отградуирована в единицах крут щего момента);moment is carried out by moving the moving contact of resistor R 3; the resistor's control knob is rigidly connected with an arrow moving along the scale (the scale is calibrated in units of torque);

Реле Р5, Р6, Р7 служат дл  включени  и выключени  сигнальных лампочек Л1, Л2, ЛЗ и счетчиком импульсов СИ1, СИ2 и СИЗ. Согласно схеме (фиг. 1) возможны четыре состо ни  сигнализации: лампочки Л1-ЛЗ не гор т момент не достиг половины оптимального значени ; горит лампочка Л1 момент сравн лс  или превысил половину оптимального значени , но не достиг области оптимальных значений-, горит лампочка Л2 - момент находитс  в Области оптимальных значений; горит лампочка ЛЗ - момент вышел за зону оптимальных значений.Relays P5, P6, P7 are used to turn on and off the signal lamps L1, L2, LZ and the pulse counter SI1, CI2 and PPE. According to the diagram (Fig. 1), four alarm states are possible: the L1-LZ bulbs do not burn, the moment has not reached half of the optimal value; The L1 light bulb is on the moment compared or exceeded half of the optimal value, but has not reached the optimum value range, the L2 light is on — the moment is in the Optimum Value Range; LZ light is on - the moment has gone beyond the zone of optimal values.

Аналогично лампочкам Л1, Л2, ЛЗ включаютс  обмотки счетчиков импульсов СИ1, СИ2, СИЗ, которые автоматически подсчитывают число импульсов, попадающих в ту или иную зону относительно оптимального значени . Результаты такого подсчета позвол ют судит о наработке ключа, а также об 1)ффективности использовани  преобразовател  дл  поддержани  оптимальных значений крут щего момента.Similarly, the lamps L1, L2, LZ include the windings of the pulse counters SI1, SI2, PPE, which automatically count the number of pulses that fall into one or another zone relative to the optimal value. The results of such a calculation allow judging the key's operating time, as well as 1) the efficiency of using the converter to maintain optimum torque values.

Запоминание импульса в сигнальном устройстве осуществл ют реле Р2, РЗ, и Р4. Они имеют двухпозиционную нейтральную регулировку в результате  корь этих реле после переброса при срабатывании в левое положение остаетс  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 срабатывани . Дл  этого использованы обмотки П, подключаемые к источнику питани  контакты реле Р5 Р6 и Р7 через резистор R 6.The pulse is stored in the signal device by the relay P2, P3, and P4. They have a two-point neutral adjustment as a result of the measles of these relays, after reversing when triggered to the left position, remains in this position and in the absence of current in the windings. In order to return it to the initial (right) position, it is necessary to create a flux in the magnetic circuit that is opposite in the direction of the actuation flux. For this purpose, windings P are used; they are connected to the power source; contacts of the relay P5 P6 and P7 through the resistor R 6.

Конденсатор С2 создает необходиму . выдержку времени, в течение которогоCapacitor C2 creates the necessary. delay time during which

 кор  реле Р2, РЗ и Р4 остаютс  в правом положении и, следовательно, сигнальное устройство выдает информацию о последнем значений крут щего момента.The relay cores P2, P3 and P4 remain in the right position and, therefore, the signaling device provides information on the latest torque values.

При переводе ключа на режим развинчивани  срабатывает реле Р1, контакты которого измен ют на противоположную пол рность подключени  обмотки 3 к источнику питани . Тем самым сохран етс  посто нной пол рность выходного сигнсша на обмотке 4 и, следовательно , на всех остальных участках схемы.When switching the key to the unscrewing mode, the relay P1 is activated, the contacts of which change to the opposite polarity of the connection of the winding 3 to the power source. Thereby, the polarity of the output signal on the winding 4 and, consequently, on all other parts of the circuit is kept constant.

:ООрмула изобретени : OOrmula Invention

Устройство контрол  работы бурового ключа, содержащее измерите.льный преобразователь крут щего момента, усилитель, релейную схему и блок сигнализации , отл и. чающеес  тем, что, с целью обеспечени  возможности контрол  работы буровогоключа с инерционной массой, оно снабжено аналоговым указателем крут щего момента , счетчиками импульсов крут щего момента и циклов срабатывани  ключа , причем измерительный преобразователь крут щего момента выполнен в виде датчика углового ускорени , который кинематически св зан с инерционной массой бурового ключа, при этом выход датчика углового ускорени  подключен через усилитель ко входам аналогового указател  крут щего момента и релейной схемы, выход которой подключен ко входам блока сигнализации и счетчиков импульсов крут щего момента и циклов срабатывани  ключа.A device for monitoring the operation of the drill wrench, which contains the measure torque converter, amplifier, relay circuit, and alarm unit, ex. In order to enable the monitoring of the operation of a drilling wrench with an inertial mass, it is equipped with an analogue torque indicator, torque pulse counters and key activation cycles, the torque measuring transducer being in the form of an angular acceleration sensor. with an inertial mass of the drill wrench, while the output of the angular acceleration sensor is connected through an amplifier to the inputs of the analog torque indicator and relay circuit, the output which is connected to the inputs of the signaling unit and torque pulse counters and key activation cycles.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination

1.Авторское свидетельство СССР № 115325,кл. Е 21 В 19/16, 1956.1. USSR author's certificate number 115325, cl. E 21 19/16, 1956.

2.Патент США 3745820,кл.73/139, 173/12, опублик. 1973 (прототип;.2. US patent 3,745,820, cl.73 / 139, 173/12, published. 1973 (prototype ;.

Claims (1)

Устройство контроля работы бурового ключа, содержащее измерительный преобразователь крутящего момента, усилитель, релейную схему и блок сигнализации, отли.чающееся тем, что, с целью обеспечения возможности контроля работы бурового’ ключа 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.A device for monitoring the operation of the drill key, containing a torque measuring transducer, amplifier, relay circuit and an alarm unit, characterized in that, in order to ensure the possibility of monitoring the operation of the drill 'key with inertial mass, it is equipped with an analog torque indicator and torque pulse counters torque and key activation cycles, and the torque measuring transducer is made in the form of an angular acceleration sensor, which is kinematically connected with the inertial mass of the drill th key, wherein the angular acceleration sensor output is connected through an amplifier to inputs of an analog pointer torque and relay circuit, the output of which is connected to the inputs of the alarm unit and the counter pulses and torque wrench actuation cycles.