Спосіб визначення зусиль в нерухомому кінці талевого канату бурової установки

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам для измерения усилий в неподвижном конце талевого каната буровой установки и может использоваться для измерения усилий в канатах полиспастных системы грузоподъемных механизмов. Известны способы и устройства для определения усилий в неподвижном конце талевого каната, входящие в комплекс средств наземного контроля и управления процессом бурения нефтяных и газовых скважин (СКУБ), датчики которого работают совместно с рычажными механизмами крепления и перепуска неподвижного конца талевого каната. Из-за тяжелых условий эксплуатации (сильные загрязнения, обмерзания и т.п.) эти устройства не находят широкого применения и являются, как правило, дублирующими. Повсеместно в бурении для измерения веса инструмента (веса бурильной колонны, подвешенной на крюке талевого блока) используется гидравлический индикатор веса (ГИВ-6)[1,4], основанный на способе изгиба неподвижного конца талевого каната и измерения горизонтальной составляющей натяжения последнего. Недостатками ГИВ-6 являются: нелинейная зависимость между усилием в канате и давлением в трансформаторе (чувствительном элементе) [2]; два одинаково оттарированных ГИВ-6, датчики которых установлены рядом на канате дают расхождения показаний до 17% [2]. Гидравлические индикаторы веса ГИВ-6 с трансформатором давления на неподвижной ветви талевого каната из-за поворота трансформатора на канате или его передвижение по канату могут изменять наклон характеристики шкалы на 15-20% [2]. Это объясняется конструкцией каната, т.е. шестигранным сечением его в теоретических расчетах принимаемого за круглое. В связи с этим стоит техническая задача повышения точности измерения усилий в неподвижном конце талевого каната с помощью датчиков устанавливаемых на нем. Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ измерения, осуществляемый ГИВ-6, датчик которого устанавливается не неподвижном конце талевого каната и на недостатки которого указаны выше. В основу изобретения поставлена стабильность модуля Юнга каната (ЛЗ). Это дает основание использовать в качестве чувстви тельного элемента для определения усилий в нем сам канат. Эта задача решается следующим образом. С помощью зажимов на неподвижном конце талевого каната выделяется контрольный участок каната длины I и по известному соотношению измеряется его абсолютное удлинение DΙ одним из известных методов. Здесь: Ρ - усилие в канате; I - контрольный участок каната; Ε - модуль Юнга каната; F - площадь сечение каната; DΙ - абсолютное удлинение контрольного участка каната. На чертеже приведена структурная схема измерителя усилий в неподвижном конце талевого каната, реализованная по предложенному способу. Она состоит из: каната 1; двух зажимов, зафиксированных на канате на расстоянии I друг от друга 2; дифференциального трансформатора 3; ферромагнитного сердечника с держателем из немагнитного материала 4; преобразователя перемещений сердечника диффтрансформатора в пропорциональное напряжение постоянного тока 5; указывающего прибора 6, самопишущего прибора 7. Измерение усилия в неподвижном конце талевого каната, по предложенному способу, осуществляется следующим образом. При усилии, равном нулю, перемещением ферромагнитного сердечника с держателем 4 устанавливают нуль на указывающем 6 и самопишущем 7 приборах. Сердечник 4 фиксируется относительно верхнего зажима 2. Дифференциальный трансформатор зафиксирован относительно нижнего зажима 2. При возникновении усилия в канате, последний удлиняется, чем вызовет перемещение ферромагнитного сердечника 4 относительно нулевой линии диффтрансформатора 3, и, соответственно, напряжение на его зажимах, которое в преобразователе 5 преобразуется в определенный уровень постоянного напряжения, измеряемого указывающим и самопишущим приборами, проградуированными в тоннах. Преимуществами предлагаемого способа по сравнению со способом с использованием ГИВ-6, который взят за прототип, являются: 1. Линейная зависимость между усилием в канате и абсолютным удлинением контрольного участка. 2. Идентичность характеристик при серийном производстве. 3. Наличие выходного унифицированного сигнала, который может использоваться в системах передачи информации и оптимизации процесса бурения. В лаборатории математического моделирования технологического процесса бурения института технологии бурения собран опытный образец, пробные испытания которого подтвердили его работоспособность и соответствие характеристик техническим требованиям на комплекс наземных средств отбора, первичной обработки и отображения информации основных технологических параметров процесса углубления скважины. Способ найдет широкое применение при измерении усилий в неподвижном конце талевого каната буровых установок,