专利名称：一种石油钻井井架滑车自动防碰撞装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种自动控制装置，特别是指一种石油钻井井架滑车自动防碰撞控制装置。
现有的石油钻井井架，为防止井架滑车发生碰撞，均使用下述这两种装置。一种装置是在距井架顶部定滑轮组4米的位置上，安装一根横跨井架两端的钢丝索，钢丝索的一端固定，另一端拉到井架下面，带动着一个用铁丝弯钩构成的简陋脱钩装置，再下面则是靠重锤施动的机械气阀门。工作时，一旦带有钓钩的动滑轮组意外上升到由钢丝索形成的警戒线时，就使得脱钩装置的铁丝拉直，重锤下落，这时，气阀门手柄依靠重锤重力作用，转过一定角度，促使刹车气路通气工作，实现刹车制动。这种方法存在着重锤下落时间长，钢丝变形弯曲，脱钩失灵，重锤卡死，低温时冻结等问题和隐患，造成刹车失灵，滑车碰撞的事故。另一种装置是在钢缆的绞车筒上安装触杆，用触杆带动机械气阀门。当游动滑车上升时，一旦上升到危险高度，缠绕整齐的钢缆要刚刚带动触杆，使气阀门工作，制动刹车。这种装置要求钢缆必须排绕整齐，否则容易产生误动作，控制失灵。这些现有技术，设有游动滑车工作位置显示，由操作者在下面观看游动滑车的提升高度，凭经验操作，这样在夜间或复杂气候条件下，或由于操作者自身的疲劳和失误等综合因素的影响下，事故的苗头很多，使现有技术可靠性和安全受到影响。
本实用新型的目的是提供一种可以显示滑车高度，当滑车上升到一定高度时，自动进行制动刹车，使滑车安全可靠地停止运行的石油钻井井架滑车自动防碰撞控制装置。
根据本实用新型，提供了这样一种石油钻井井架滑车自动防碰撞装置，它包括，一个由力传感器，拉伸弹簧，钢索和预拉力调整器组成的高度限制装置；一个判别滑车位置的位置传感装置；一个对所述高度限制装置和位置传感装置输出的信号进行极限高度判别，并发出电磁阀动作信号的主控制装置和一个滑车位置显示装置。
根据本实用新型的更具体的特征，本实用新型的位置传感装置包括三个安装在井架顶部的霍尔探头，一个对霍尔探头输出信号进行上升、下降和位置辨别的位置传感电路。本实用新型的滑车位置显示装置包括4个七段数码管和40个发光二极管。
与现有技术相比，本实用新型的优点是显著的。第一，本实用新型井架滑车位置显示装置使操作者可以直观判别滑车位置，数字显示的滑车与井架顶部天车的相对距离，给操作者带来极大的方便，尤其在夜间或复杂气象条件下，本实用新型尤显安全、可靠。第二，整个装置反应速度快，从信号拾取到执行刹车动作是纯电子速度。第三，极限高度滑车防碰撞控制由两路信号同时监控，可靠性，安全性大大增加。第四，实施时所有零配件的选取均可考虑到恶劣环境下本实用新型的适应性，如防水、防泥浆、抗冻等。
本实用新型在油田井架应用，具有广泛的市场和推广价值。
从
以下结合附图的详细描述，可以对本实用新型有更好的理解。
图1是本实用新型的井架上部安装图。
图2是本实用新型的井架下部安装示意图。
图3a，图3b是本实用新型主控制装置电路图。
图4是图3a，图3b位置关系图。
图5是本实用新型位置传感电路图。
现在参阅附图详细描述本实用新型的最佳实施例。
附
图1、2标号说明51位置传感器，52高度采样，53天车滑轮组，54滑轮组支承，55井架，56提升钢索，57拉力传感器，58极限高度线，59钢索，60预拉力调整器，61拉伸弹簧，62滑车，63钻井控制台，64刹把，65电磁阀，68绞车，69刹车装置，70滑车位置显示装置，71钻井平台，72井口。
参阅
图1，本实用新型位置传感器51安装在井架55顶部滑轮组支承54上，高度采样52安装在天车滑轮组53靠近位置传感器51的一侧，滑轮组53上有提升钢索56，在提升钢索56下端是滑车62，本实用新型的高度限制装置安装在距井架55顶部KK米的位置，距离KK以3－－5米为佳，高度限制装置的拉力传感器57，拉伸弹簧61，通过钢索59固定在距井架55顶部天车KK米的地方，为便于拉力调整，本实用新型的高度限制装置还可装有一预拉力调整器60，预拉力调整器也由钢索59固定在井架55上。
图1中极限高度线58距钢索59的正常距离为LK，该距离LK可由预拉力调整器60调整，或选择不同的拉伸弹簧调整，其最佳值为0.2米。
本实用新型高度限制装置如
图1所示安装在距井架顶部KK米处，由拉伸弹簧61的弹力作用，使高度限制装置各部件串联成紧张状态，形成了预紧拉力，预紧拉力的大小，以保证滑车上升碰撞到钢索59时，使钢索59弯曲升高LK到达极限高度线时，拉力传感器57即刻发出可靠的传感控制信号为好。这样又可保证在平时正常状态时，不受风力和振动等干扰信号影响而离误信号。
参阅图3，主控制电路收到来自拉力传感器57，图3中的标号为KG，发来的传感信号后，常开开关KG闭合，可控硅G导通，驱动电路U16导通，通过光电耦合方式使电磁阀65加电，图3中电磁阀标号为L，刹车气路通气，立即制动刹车。
参阅图5，是本实用新型位置传感电路原理图。图中三个霍尔探头以V1，V2，V3表示，该霍尔探头即位置传感器51，V4，V5构成本实用新型位置传感电路的上升下降判别电路单元。本实施例中V4选用一块4013型双D触发器，V5选用一块4001型四2输入或非门。V6，V7，V8，V9选用四块4516型可预置4位二进制计数器，构成本实施电路的位置计数电路单元。V10，V11为两块4014型8位并入／串出移位寄存器，构成位置传感电路的串行发送电路单元，图5示出了各块集成电路和分立元件的管脚连接图。电路是这样工作的。霍尔探头V1，V2，V3将天车滑轮53的角位移转换为电信号，送入由V4，V5组成的上升下降判别电路进行运行状态判别，判别结果送入V6，V7，V8，V9组成的位置计数器中，进行计数运算，得出滑车当前所在位置，由V10，V11构成的串行发送电路送出串行位置数据信号SD到主控制电路，位置传感电路还接收由主控制电路传送来的控制信号CLK，P／S，CLR。
参阅图3，主控制电路向传感控制电路发出控制信号CLK，P／S，CLR，接收串行位置数据SD，图中U1是一块4504反相器，U2是一块74HC04型六反相器，U3，U4为两块4094型8位移位／锁存总线寄存器，U5是一块4024型7位二进制串行计数器，U6，U7为两块74HC373型D触发器，U1－－U5构成本主控制电路的串行接收电路，该串行接收电路U3，U4输出的并行信号送入由U6，U7，U8，U9组成的位置寄存和极限高度7判别电路进行位置判别和极限高度判别，其中U8，U9为两块2732型寄存器，由位置寄存器和极限高度判别电路对收到的位置信号进行二进译码，以直接显示出滑车62距井架顶部的距离数值，该数送入由两块U10，U11组成的4011型BCD 7段译码驱动器，以实现显示滑车距井架顶部距离的目的。数字显示由4个7段数码管完成。另外该位置寄存电路还将位置数据译码成可在屏幕上显示的发光二极管阵列，可以逐级点亮发光二极管，以直观地用图形显示滑车62所处的位置，位置显示由40个发光二极管实现。U12，U13，U14构成发光二极管阵列驱动译码电路，其中U13，使用一块74HC138型3－－8线译码器，U12，U14可选用两块74HC154型4－－16线译码器。本实用新型的滑车位置显示装置70由上述4个7段数码管和40只发光二极管以及U12，U13，U14，U10，U11集成电路的连接组成。
若位置寄存电路输出的信号经极限高度判别电路判明，滑车62所处位置为极限高度时，由U9发出一个信号，使开关管U15导通，经U16，光电耦合器，使电磁阀L加电工作，制动刹车。其中U15可选用8778型集成电路。
权利要求1.一种石油钻井井架滑车自动防碰撞装置，其特征在于它包括，a、一个由拉力传感器57，拉伸弹簧61，钢索59，预拉力调整器60组成的高度限制装置，b、判别滑车位置的位置传感装置，c、对所述高度限制装置和位置传感装置输出的信号进行位置寄存和高度判别，并发出电磁阀动作命令信号的主控制装置，d、对所述主控制装置的位置和高度信息进行译码输出的滑车位置显示装置。
2.按权利1的石油钻井井架滑车自动防碰撞装置，其特征在于所述位置传感装置包括三个霍尔探头和对所述霍尔探头输出信号进行上升、下降和位置辨别的位置传感电路。
3.按权利要求1的石油钻井井架滑车自动防碰撞装置，其特征在于所述位置显示装置包括4个七段数码管和40个发光二极管。
专利摘要一种石油钻井井架滑车自动防碰撞装置，它由一个包括拉力传感器、弹簧、钢索、预拉力调整器组成的高度限制装置；一个判别滑车当前位置的位置传感装置；一个对高度限制装置和位置传感装置输出信号进行处理，并发出控制电磁阀动作的信号的主控制装置和一个显示当前井架滑车位置高度的显示装置组成。本装置可以直观判别滑车状态，反应速度快，由两路信号同时监控防止滑车碰撞。是一种前途广，可靠性高的现代高技术产品，特别适用于广大的油田、钻井，可以大大减少由于滑车碰撞而造成的事故。
文档编号E21B19/00GK2056937SQ8921939
公开日1990年5月9日 申请日期1989年11月10日 优先权日1989年11月10日
发明者陈欣, 桂杰, 吴宗海, 牛郁仙 申请人:牛郁仙