УСТРОЙСТВО ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ СТАНКА КАЧАЛКИ

Предлагаемая полезная модель предназначена для аварийного отключения привода станка качалки и относится оборудованию нефтедобывающей отрасли.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является устройство аварийного отключения станка качалки, содержащее датчик сигнала, блок преобразования сигнала и реле отключения (см. Система противоаварийной защиты станка-качалки ТИК-ЗСК, Нефтегаз International октябрь/2017 г.)
Недостатком этого устройства являются сложность настройки и частые ложные срабатывания, так как при изменении частоты привода показатели вибрации меняются в широких пределах, что не является критерием аварии.
Технической задачей предлагаемого решения является упрощение настройки и исключение ложных срабатываний.
Для решения поставленной задачи предлагается устройство противоаварийного защиты станка качалки содержит датчик сигнала, блок преобразования сигнала и реле отключения, при этом устройство содержит датчик углов наклона балансира выполненный в виде акселерометра установленного на балансире так, что первая ось чувствительности его ориентирована вдоль балансира, а вторая параллельна оси качания балансира, блок преобразования сигналов содержит фильтры нижних частот, формирователи допусковой зоны и компараторы сигналов, причем каждый фильтр связан с датчиком и компаратором, а каждый формирователь допусковой зоны связан с компаратором, который связан с реле отключения.
Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что устройство содержит датчик углов наклона балансира выполненный в виде акселерометра установленного на балансире так, что первая ось чувствительности его ориентирована вдоль балансира, а вторая параллельна оси качания балансира, блок преобразования сигналов содержит фильтры нижних частот, формирователи допусковой зоны и компараторы сигналов, причем каждый фильтр связан с датчиком и компаратором, а каждый формирователь допусковой зоны связан с компаратором, который связан с реле отключения.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.. 1 представлен вид на станок качалку с установленным датчиком, на фиг. 2 блок схема устройства, на фиг. 3 график изменения контролируемого параметра с допусковой зоной.
Устройство противоаварийного защиты станка качалки, содержит датчик 1 углов α, β наклона балансира 2. Блок преобразования сигналов содержит фильтры нижних частот 3,4, формирователи допусковой зоны 5,6 и компараторы сигналов 7,8. Фильтры нижних частот 3,4 связаны с датчиком 1 и компараторами 7,8. Формирователи допусковой зоны 5,6 связаны с компараторами сигналов 7,8, который связан с реле отключения 9. Датчик 1 выполнен в виде акселерометра установленного на балансире 2 так, что первая ось X чувствительности его ориентирована вдоль продольной оси симметрии балансира 2, а вторая У параллельна оси качания 10 балансира 2. Работа устройства заключается в следующем:
Датчик (акселерометр) 1 противоаварийной защиты станка качалки жестко закрепляется на балансире 2 в зоне близкой к оси качания 10.
Сигнал пропорциональный углам α, β наклона балансира 2 с датчика (акселерометра) 1 поступает на фильтры нижних частот 3,4, далее на компараторы 7,8, и в случае выхода за границы допусковой зоны на реле отключения (аварий) 9. Фильтры нижних частот 3,4 служат для подавления шумовых высокочастотных сигналов. Каждый компаратор 7,8 сравнивает текущее значение угла α или β соответственно с максимально допустимым, которое задается формирователем 5 или 6 соответственно.
При работающем устройстве угол α изменяется в пределах +35÷ -35 градусов, угол β изменяется в пределах +3÷ -3 градусов из-за неточности установки устройства и отклонения от горизонтали опорных балок фундамента.
При пробном включении определяются минимальный и максимальный углы качания, и настраивается компаратор допусковой зоны.
В дальнейшем при нормальной работе диапазоны изменения углов сохраняются, а в случае разрушение тела балансира, опоры балансира траверсы, стойки, крепления рамы, обрыве шатунов углы α или β выходят за допустимые пределы, что приводит к срабатыванию защиты (фиг 3).
Пример реализации:
В качестве датчика акселерометра использовалась микросхема LIS3D производства фирмы «STMicroelectronics». Фильтр нижних частот, формирователь допусковой зоны и компаратор выполнены на микросхеме STM32F0 фирмы «STMicroelectronics». Фильтр нижних частот имеет частоту среза 0,1-0,2 Гц, что позволяет подавить шумы и вибрацию при измерении углов наклона балансира и избежать ложных срабатываний. При опробовании устройства на реальных станках качалках повторяемость измерений угла составила 0,5 градуса при изменении частоты привода от 30 до 60 Гц.
Опытно-промышленная эксплуатация устройства противоаварийной защиты станка качалки подтвердила соответствие заявленным техническим характеристикам, подтвердив упрощение настройки и исключение ложных срабатываний.