Теоретические основы, диагностические средства и методы энергосберегающей эксплуатации асинхронного электропривода буровых установок

• Автор: Григорьев, Михаил Иванович
• Шифр специальности: 05.15.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 304 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Анализ проблемы комплексной диагностики асинхронных
электроприводов геологоразведочных буровых установок
1.1 .Анализ существующих стратегий технического обслуживания
1.2.Анализ и выбор диагностических параметров
1.3.Обоснование выбора обобщенного диагностического параметра
1 АПрогнозирование остаточного ресурса электродвигателей
1.5.Анализ факторов, влияющих на равномерность вращения двигателя. 21 1.6.Обзор мер оценки неравномерности скорости вращения двигателя
1.7.Анализ автоколебаний методом фазовой плоскости
1.8.Краткий обзор диагностических средств контроля
Выводы к первой главе
Глава 2.Исследования особенностей нагрузки электропривода буровых
станков
2.1.Анализ комплексных динамических характеристик реакции конструкций на воздействия периодических колебаний
2.2.Научное обоснование теоремы о балансе механических мощностей
2.3.Исследования автоколебаний бурового снаряда
2.4.Анализ нестационарных процессов в бурильной колонне с сосредоточенными параметрами
2.5.Анализ волновых процессов в бурильной колонне с распределенными параметрами
Выводы к второй главе
Глава 3 .Исследования крутильных автоколебаний в электроприводе
бурового станка
3.1 .Анализ динамических свойств асинхронного электродвигателя
3.2.Анализ устойчивости бурового станка к крутильным колебаниям
3.2.1.Исследования механической характеристики бурильной колонны
3.2.2.Исследования передаточной функции бурового станка
3.2.3.Разработка требований, предъявляемых к электродвигателю бурового станка
3.3.Исследования крутильных колебаний, возникающих в
буровом станке с упругой бурильной колонной
Выводы к третьей главе
Глава 4.Исследования и анализ колебаний угловой скорости ТАД
при различных возмущениях
4.1 .Анализ влияния малой перидической вариации нагрузки
4.2.Анализ влияния эксцентриситета ротора
4.3.Анализ влияния эллиптичности вращающегося поля
4.3.1 .Анализ спектрального состава эллиптического вращающегося
поля

4.3.2.Исследования зависимости энергетических показателей
ТАД от величины эллиптичности поля
4.4.Исследования влияния асимметрии рабочего зазора
4.4.1.Анализ влияния статической асимметрии рабочего зазора
4.4.2. Анализ влияния динамической асимметрии рабочего зазора
4.5.Анализ влияния электромагнитной несимметрии ротора
4.6.Исследования спектрального состава токов ротора при вариациях мгновенного скольжения
4.6.1.Анализ дифференциальных уравнений фазы ротора
4.6.2.Спектральный анализ тока фазы ротора при периодическом изменении скольжения
Выводы к четвертой главе
Глава 5.Разработка диагностических средств контроля и исследование
их основных характеристик
5.1.Разработка алгоритма измерений мгновенного скольжения по параметрам потребляемого тока
5.2.Синтез структурных схем измерителей скольжения
5.2.1.Синтез функциональных схем первого приближения
5.2.2.Синтез уточненной функциональной схемы
5.2.3.Физическое описание работы диагностического устройства
5.2.4.Синтез точной функциональной схемы устройства
5.3.Анализ погрешности результатов измерений скольжения ротора
5.3.1.Оценка погрешности алгоритма измерений
5.3.2.0ценка погрешностей, вызываемых работой отдельных узлов
5.4.Разработка мер по снижению влияния возмущающих факторов
5.5.Оценка чувствительности диагностического устройства
5.6.Краткое описание конструкции диагностического устройства
Выводы к пятой главе
Глава 6.Практическое использование результатов исследований
6.1 .Диагностирование дефектов асинхронного электродвигателя
6.2.Диагностирование технического состояния оборудования
6.3.Оптимизация энергетических характеристик электропривода
6.4.Управление рациональным энергетическим режимом разведочного бурения
Выводы к шестой главе
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Повышение эффективности геологоразведочных работ является актуальной комплексной проблемой, имеющей научные, технические, технологические и организационные аспекты, решение которой, позволит ускорить поиск, разведку и разработку месторождений твердых полезных ископаемых.
Геологоразведочной партией выполняется целый комплекс различных технологических процессов, таких, как бурение, проведение горных выработок, водоотлив, транспортировка, водо- и воздухоснабжение, диагностические и ремонтно-механические работы, обеспечиваемых большим количеством разнообразной техники разведки. Особенности эксплуатации геологоразведочного оборудования: большие динамические нагрузки, вибрация, работа в режиме частых пусков, остановок и реверсов; непрерывная передислокация, интенсивное деградационное влияние окружающей среды; низкое качество питающей электроэнергии от автономных маломощных источников; определяемые удаленностью от промышленных центров ограниченные возможности снабжения запасными частями и средствами технической диагностики, неоптимальная система технического обслуживания и ремонта и т.п., обусловливают интенсивный износ оборудования и его частые отказы, наносящие большой экономический ущерб.
Поиску решений проблемы повышения эффективности геологоразведочных работ посвящены фундаментальные труды таких известных ученых, как Воздвиженский В.И., Козловский Е.А., Башкатов Д.Н., Калинин А.Г., Владиславлев B.C., Григорьев В.В., Грабчак Л.Г., Зиненко В.П., Кардыш В.Г., Кирсанов А.Н., Киселев А.Т., Кудряшов С.С., Лачинян Л.А., Питерский В.М., Ребрик Б.М., Алексеев В.В., Симонянц Л.Е., Симонов В.В., Сулакшин С.С., Юнин Е.К. и многих других, уделивших большое внимание системам комплексного управления процессом бурения разведочных скважин на твердые полезные ископаемые, тенденция совершенствования которых направлена на создание универсальных автоматических систем, не ориентированных на конкретные данные: буровую установку, тип подачи бурового
инструмента и способ бурения, а также указывавших на актуальность разработки систем диагностики для выявления работоспособности отдельных узлов и механизмов, поскольку затраты на ликвидацию аварий и ремонт основного технологического оборудования составляют значительную часть в общем балансе рабочего времени.
Например, по данным академика Козловского Е.А.[70] при бурении установками ЗИФ-650М в Кировской и Приазовской экспедициях эти затраты достигали 33%, т.е. трети всего рабочего времени, как показано на рис. В. 1.

иногда называют “фазовым портретом” системы, позволяющем судить о характере исследуемого процесса. Четвертое свойство, являющееся самым ценным, позволяет существенно упростить процесс анализа за счет понижения порядка дифференциального уравнения системы.
При применении метода фазовой плоскости используют следующие основные понятия. Изображающей точкой называют точку с координатами по оси абсцисс, соответствующими переменной, и по оси ординат -её производной. Фазовой траекторией называют путь движения изображающей точки.Для систем, описываемых дифференциальными уравнениями второго порядка фазовую траекторию отождествляют с интегральной кривой. Обычной точкой фазовой плоскости называют точку, через которую проходит только одна фазовая траектория. Если через точку проходят или множество траекторий, или не проходит ни одна из них, то её называют особой точкой. Особые точки являются точками равновесия, поскольку в них одновременно обращаются в нуль и скорость изменения переменной и её ускорение:
y=dx/dt=0, dy/dt=0.
Скорость движения изображающей точки по фазовой плоскости называют фазовой скоростью. В верхней полуплоскости фазовая скорость положительна и переменная растет, в нижней -наоборот. Следовательно, изображающая точка может двигаться по фазовой плоскости только по часовой стрелке. Фазовая траектория может пересекать ось абсцисс только под прямым углом. Если фазовая траектория подходит к оси абсцисс не под прямым углом, то изображающая точка достигнет оси только через бесконечно большое время, но никогда её не пересечет.
Построение фазовой траектории без интегрирования дифференциального уравнения системы возможно с использованием метода изоклин. При этом дифференциальное уравнение второго порядка представляется в виде системы уравнений первого порядка:
dx/dt = Р(х,у);
dy/dt = Q(x,y).
Исключая в этих уравнениях время, между переменными устанавливается сзязь в виде
dy/dx = Q(x,y)/P(x,y). (1-32)
Приравнивая полученное уравнение к различным постоянным значениям, находят уравнения изоклин. Изоклинами называют геометрическое место точек, для которых угол наклона касательной в точках фазовой траектории имеет постоянное значение. Заполнив всю