Лекція 19. СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ БУРОВОЮ УСТАНОВКОЮ
План
19.1. Види, вимоги і характеристики
19.2. Виконавчі механізми системи пневматичного управління
19.3. Керуючі механізми системи пневматичного управління
19.4 Пристрої живлення системи пневматичного управління
19.5 Схема пневматичного управління буровою установкою Уралмаш-3Д
Література: Ильский А.Л., Шмидт А.П. Буровые машины и механизмы. – Москва: Недра, 1989. – С. 281 – 313.
Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование: под общей ред. А.М. Гусмана, К.П. Порожского. – Екатеринбург: УГГГА, 2002. – С.433 – 440.
Види, вимоги і характеристики
Бурова установка являє собою комплекс складних і потужних машин та агрегатів, і ефективність їх роботи в значній мірі залежить від чіткості, маневреності і оперативності керування.
Чіткість і швидкість взаємодії механізмів бурової установки значною мірою визначають її продуктивність при бурінні і залежать від конструкції системи керування. Конструкція системи керування в значній мірі впливає також на працездатність бурової установки.
Керування буровою установкою зводиться до пуску двигунів, зміни і регулювання їх роботи, з’єднування чи роз’єднування обертових валів, гальмування і зупинки виконавчих механізмів і агрегатів.
Системи управління бурових установок забезпечують взаємодію, маневреність усіх механізмів і виконують наступні функції:
1) пуск і зупинку двигунів;
2) включення і виключення трансмісій, блокуючих двигуни передаючих потужність га бурові насоси, ротор чи лебідку;
3) включення і виключення бурових насосів, лебідки, ротора, механізму подачі, регулюючого гальма (гідравлічного чи електричного) і інших пристроїв;
4) змінення швидкості обертання барабану лебідки і ротора;
5) гальмування і розгальмовування барабану лебідки;
6) включення і виключення пристроїв для згвинчування і відгвинчування бурильних труб;
7) керування роботою клинів і інших механізмів при відгвинчуванні і установці свічок в магазин в процесі спуску і підйому колони;
8) включення і виключення компресора, допоміжної лебідки чи насосу, освітлювальної установки, пристрою для очищення і приготування промивної рідини і інших допоміжних механізмів.
Керування майже усіма пристроями здійснюється з пульта бурильника чи з місця їх включення.
У бурових установках застосовуються різні системи управління: механічні, пневматичні, гідравлічні, електричні і комбінації цих систем.
Механічне управління
Систему механічного управління використовують в тих випадках, коли зусилля, що прикладається до рукояток управління, і відстань, на яку повинна бути передана команда, невеликі. Це пересувні цементуючі, насосні агрегати і легкі бурові установки для геологорозвідувального буріння.
У деяких установках глибокого буріння механічні системи застосовують для дистанційного керування паливними насосами дизелів, включень швидкостей в коробках зміни передач (КПП), прямого і зворотного обертання ротора, включення кулачкових муфт допоміжного гальма лебідки, регулятора подачі долота і інших механізмів.
Механічними системами здійснюється управління ДВЗ установок. У групових приводах з ДВЗ дизелями управляють з пульа бурильника і з пульта, розташованого біля двигуна. Частота обертання ДВЗ регулюється шляхом зміни подачі палива насосами дизеля. Так як в груповому приводі може бути від двох до чотирьох спарених дизелів, дуже важливо, щоб дизелі були відрегульовані і змінювали однаково свої характеристики при зміні режиму їх роботи.
У механічних системах з ручним управлінням застосовують стандартні конічні фасонні і циліндрові рукоятки або рукоятки із стандартними кульковими наконечниками. Важелі, штурвали, педалі і тому подібні елементи мають різноманітні форми і розміри залежно від передаваних зусиль і призначення.
Електричне управління
На бурових установках ОМЗ (Уралмаш) з регульованими електроприводами головних механізмів залежно від вимог замовника застосовується одна з двох систем управління буровою установкою (СУ):
-аналогова система управління буровою установкою;
- цифрова система управління буровою установкою.
Аналогова СУ виконана на базі інтегральних мікросхем і релейної автоматики, цифрова СУ – на базі логічних програмованих мікропроцессорних контроллерів. Всі рішення відпрацьовані і широко застосовуються в різних типах бурових установок.
Управління всіма головними приводами проводиться з пульта бурильника (рис. 19.1). Управління буровими насосами, окрім пульта бурильника (ПБ), проводиться також з індивідуальних пультів управління насосами (ПН). Управління механізмами ЦС проводиться з постів управління, розташованих у цих механізмів.
Система управління приводом лебідки забезпечує:
включення і відключення приводу і допоміжних механізмів;
регулює швидкість лебідки при спуско-піднімальних операціях (СПО) по завданні бурильника через сельсинційний апарат з обмежувачем швидкості, струму двигуна і заданними параметрами старту, розгону і гальмування;
обмеження швидкості талевого блоку при підході до заданих верхнього і нижнього положення при СПО;
управління механічним гальмом (стрічковим або дисковим);
регулювання навантаження на долото є обмеженням швидкості подачі в режимі буріння із заданими бурильником параметрами. Завдання навантаження проводиться бурильником;
блокування і сигналізацію.
|
Рисунок 19.1. Пульт бурильника:
1 - пульт бурильника електричний; 2 - відеопереглядовий пристрій;
3 - важіль управління двигуном лебідки; 4 - важіль управління механічним гальмом лебідки; 5 - кран управління клиновим захопленням ротора
Система управління приводом насосів забезпечує:
включення і відключення приводу насосів і допоміжних механізмів, що відносяться до них, з ПБ або з пульта насоса;
вибір насоса;
задання швидкості насоса і часу розгону, обмеження моменту і потужності двигуна;
включення двигунів підпірних насосів;
блокування і сигналізацію.
З пульта насоса проводиться;
вибір пульта управління ПБ або ПН;
завдання швидкості насоса (якщо вибраний ПН);
вибір режиму управління роботою підпірного насоса;
включення приводу насоса.
Система управління приводом ротора забезпечує:
включення і зупинку приводу, вибір напряму обертання перемиканням з ПБ;
задання величини швидкості ротора, уставок обмеження струму і потужності двигуна;
блокування і сигналізацію.
|
Рисунок 19.2. Лицьова панель пульта бурильного електричного типу ПУВ-Б
Гідравлічне управління
Гідравлічне управління призначене для оперативного дистанційного управління. Прикладом є управління превенторами і засувками маніфольда.
Оперативне дистанційне управління превенторами і засувками маніфольда здійснюється з взаємно зблокованих пультів: основного і допоміжного. Схема гідравлічного управління розрахована на дистанційне управління трьома плашковими превенторами, одним універсальним і двома засувками маніфольда.
Пневматичне управління
В даний час бурові установки для глибокого буріння, як правило, мають комбіноване електричне і пневматичне управління. Як показала практика буріння, ці системи володіють певними перевагами перед іншими системами управління. Переваги пневматичної системи полягають в легкості і плавності дистанційного керування, незначних фізичних зусиль при роботі на пульті, швидкості дій, простоті конструкції, пожежній безпеці.
Пневматична система виконує функції:
1. Основні (рис. 19.3):
дистанційне управління з пультів бурильника (його помічників), дизеліста механізмами, що мають пневматичний привід;
пневмопрівод засобів механізації;
спільно з електричною системою бере участь в створенні блокувань, що виключають можливість виникнення аварійного режиму роботи;
створення і автоматична підтримка запасу стислого повітря.
2. Допоміжні (рис. 19.4):
подача води з водяного колодязя для технологічних потреб;
забезпечення роботи струменевих насосів;
продування комунікацій.
Рисунок 19.3 - Основні функції пневматичної системи управління
Рисунок 19.4 - Допоміжні функції пневматичної системи управління
Склад і в’язкість повітря при зміні температури практично постійні, що дозволяє застосувати одні і ті ж системи пневматичного керування в різних кліматичних умовах. Повітря, як робочий агент, нешкідливий, безпечний в пожежному відношенні і не є дефіцитом, викликає меншу корозію, ніж вода чи мастило, гідравлічні удари при швидких переключеннях не виникають. В пневматичних системах управління повітря випускається в атмосферу в любому місці.
Повітряні системи на бурових установках широко використовуються для механізації допоміжних процесів.
Недоліком пневматичної системи є вміст вологи в повітрі, що потребує повітроосушуючих пристроїв, і низький коефіцієнт корисної дії.
Вся система керування складається зі наступних основних пристроїв:
1) пристрої для підготовки робочого агенту (повітря) і підтримання його параметрів;
2) керуючі пристрої для керування виконувальними механізмами (багатоходові крани різноманітних типів, вимикачі);
3) виконавчі механізми – пневматичні муфти, циліндри, діафрагми та інші пристрої, які безпосередньо здійснюють функції з’єднання валів, гальм і т.п.
Агрегати цих груп з’єднані між собою комунікаціями (пристроями для підведення робочого агенту, в нашому випадку повітря, до виконавчих механізмів).
Основними виконавчими механізмами системи пневматичного управління є муфти зчеплення, гальмо, циліндри пневморозкріплювача і т.п.
Як показала практика буріння, системи пневматичного управління володіють значними перевагами перед іншими системами управління.
Введення пневматичного дистанційного управління пневматичними фрикційними муфтами дозволило значно полегшити роботу обслуговуючого персоналу і забезпечити чіткість управління буровими установками.
Прилади управління пневматичною системою як основною частиною системи управління буровою установкою розміщуються поряд з електричними приладами управління на пульту бурильника, його помічників і дизеліста. Розміщення приладів управління, і їх компоновка на пультах повинні в найбільш повній мірі забезпечити можливість керування технологічним обладнанням бурової установки, при умові здійснення всіх операцій по проводці свердловини з дотриманням встановлених норм і правил безпеки, ергономіки, дизайну.
Пневматичні системи бурових установок характеризують наступними основними параметрами:
- номінальний тиск пневмоприводу, МПа 0,8
- витрата стиснутого повітря за рахунок виконання
основних і допоміжних функцій, м 3/хв 5,5
- умовний прохід повітропроводу максимальний, мм 50
- температурний діапазон експлуатації пневмосистеми
відповідає діапазону робіт обладнання бурової установки і,
як правило складає, С0 -45 до +45
- довжина лінії керування до 30 м при швидкості дії, с 1,5
Схема пневматичного управління любої бурової установки складається зі схем пневматичного управління агрегатами енергетичного, вишково-лебідкового і насосного блоків.
