загрузить автореферат

На правах рукописи
СТАРОДЕД Сергей Сергеевич
АВТОРЕЗОНАНСНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
ВОЗВРАТНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
ДИНАМИЧЕСКИ УРАВНОВЕШЕННОГО
БУРОВОГО СНАРЯДА
НА ГРУЗОНЕСУЩЕМ КАБЕЛЕ
Специальность 05.09.03 – Электротехнические
комплексы и системы
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2009
Работа выполнена в государственном образовательном
учреждении высшего профессионального образования СанктПетербургском государственном горном институте им.
Г.В. Плеханова (техническом университете).
Научный руководитель:
доктор технических наук, доц.
Загривный Эдуард Анатольевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, проф.
Прокофьев Геннадий Иванович,
кандидат технических наук, доц.
Соловьёв Виктор Сергеевич
Ведущее предприятие – ФГУ НПП “Севморгео”.
Защита диссертации состоится 25 ноября 2009 г.
в 14 час 30 мин. на заседании диссертационного совета
Д 212.224.07 при Санкт-Петербургском государственном горном
институте им. Г.В. Плеханова (техническом университете) по
адресу: 199106, г. Санкт-Петербург, 21 линия, дом. 2,
ауд. № 7212.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СанктПетербургского государственного горного института.
Автореферат разослан 23 октября 2009 г.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ
диссертационного совета
д.т.н., профессор
В.В. ГАБОВ
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Электротехнические буровые
комплексы на основе электромеханических колонковых буровых
снарядов на грузонесущих кабелях получили широкое применение
при бурении ледников в Антарктиде, Арктике, Гренландии и др. Достоинствами этих комплексов являются высокая мобильность, низкая металлоёмкость, отсутствие бурильных колонн.
Работы по созданию электромеханических колонковых буровых снарядов на грузонесущем кабеле проводились в СССР и
проводятся в России (Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет) - СПГГИ (ТУ), США
(CRELL), Дании (ISTUK), Франции, Японии. Наивысшие мировые
результаты достигнуты при бурении ледника в Антарктиде на станции Восток (3650 м) электромеханическим буровым снарядом на
грузонесущем кабеле, разработанным, запатентованным и изготовленном в СПГГИ (ТУ).
К недостаткам существующих буровых снарядов на грузонесущем кабеле можно отнести наличие редукторов и распорных
устройств для компенсации реактивного момента на буровой коронке, что усложняет конструкцию, снижает надёжность работы
устройства, а также делает снаряд неработоспособным при бурении
скважин в слабо сцементированных, рыхлых породах и интервалах с
кавернами.
Разрабатываемые в СПГГИ (ТУ) динамически уравновешенные буровые снаряды (ДУБС) с электроприводом возвратновращательного движения (ВВД) лишены указанных недостатков.
Это позволяет расширить область применения электромеханических
буровых снарядов на грузонесущем кабеле и использовать их для
взятия донных проб рек, озёр, морей и океанов, подледникового озера Восток в Антарктиде, многорейсового бурения в шельфовых зонах с бортов неспециализированных судов, вскрытия продуктивных
пластов, очистки призабойных зон нефтяных и газовых скважин, а
также скважин на пресные и минеральные воды.
Исследованиями электроприводов ВВД на основе электродвигателей (ЭД) постоянного и переменного токов показана работоспособность ДУБС на грузонесущем кабеле. Определены основные
3
динамические параметры и исследованы режимы работы электроприводов ДУБС с разомкнутыми системами управления.
Одним из актуальных вопросов создания ДУБС является
разработка авторезонансного электропривода ВВД, решению которого и посвящена настоящая работа.
Работа базируется на результатах исследований Кудряшова Б.Б., Бобина Н.Е., Чистякова В.К., Васильева Н.И., Нагаева Р.Ф.,
Загривного Э.А., Горшкова Л.К., Олейникова А.М., Луковникова В.И., Аипова Р.С., Усольцева А.А., Усынина Ю.С., Альтшуллера М.И., Абдулрахманова К.А., Тимошенко С.П., Ланда П.С., Месенжника Я.З., Фоменко Ф.Н., Богданова А.А. и др.
Цель работы – разработка авторезонансного электропривода возвратно-вращательного движения, инвариантного к изменению динамических параметров системы, на основе электродвигателя
с явнополюсным ротором и трёхфазным статором погружного электродвигателя для колонкового динамически уравновешенного бурового снаряда на грузонесущем кабеле.
Идея работы состоит в обеспечении на каждом полупериоде колебаний резонансных соотношений электромагнитного момента и скорости ротора относительно статора.
Задачи исследования:
1. разработка математической модели резонансного электропривода ВВД на основе ЭД с явнополюсным ротором и трёхфазным статором;
2. разработка имитационной модели и исследование режимов электропривода ВВД на основе ЭД с явнополюсным ротором и
трёхфазным статором;
3. разработка системы управления авторезонансными колебаниями электропривода ВВД для ДУБС;
4. разработка лабораторного макета и экспериментальные
исследования авторезонансного электропривода макета ДУБС с
искусственным забоем;
5. разработка методики определения основных динамических параметров электромеханической системы и системы автоматического управления электроприводом ДУБС.
4
Научная новизна:
1. Установлена зависимость электромагнитного момента
электродвигателя с явнополюсным ротором и трёхфазным статором
от угла поворота ротора и схемы соединения обмоток статора для
электропривода возвратно-вращательного движения.
2. Сформулирован способ управления резонансными автоколебаниями электромеханической системы ДУБС, обеспечивающий требуемые фазовые соотношения электромагнитного момента и
скорости на каждом полупериоде колебаний.
Защищаемые научные положения:
1. В электроприводе возвратно-вращательного движения
на основе электродвигателя с явнополюсным ротором и трёхфазным
статором погружного электродвигателя с одной парой полюсов при
питании от однофазного инвертора тока одной рабочей обмотки статора и двух других последовательно включённых обмоток возбуждения теоретический размах колебаний ротора составляет 60 геометрических градусов; при этом относительный номинальный пусковой электромагнитный момент на каждом полупериоде составляет
не менее 1.11, а относительный номинальный максимальный момент - не менее 1.28.
2. Для обеспечения инвариантных к изменению динамических параметров системы авторезонансных колебаний необходимо и
достаточно реверсировать электромагнитный момент электродвигателя на каждом полупериоде синфазно со скоростью в точках перехода её через нулевое значение.
Методы исследований. Теоретические исследования, имитационное моделирование электромеханической системы с использованием пакета MATLAB, анализ полученных результатов. Экспериментальные исследования режимов работы макета на лабораторном стенде разработанной системы авторезонансного электропривода и анализ полученных результатов.
Обоснованность и достоверность научных положений,
выводов и результатов базируется на использовании известных
положений теоретической механики, электромеханики и электрических машин, теории автоматизированного электропривода, методов
5
моделирования с помощью ЭВМ, и сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований не хуже 90%.
Практическая значимость работы заключается в разработке:
1. Электропривода ВВД с электродвигателем с явнополюсным ротором и трёхфазным статором для ДУБС на грузонесущем
кабеле, защищенного патентом РФ.
2. Схемы управления авторезонансным электроприводом
возвратно-вращательного движения для ДУБС.
3. Имитационной модели электромеханической системы
ДУБС с электроприводом возвратно-вращательного движения на
основе ЭД с явнополюсным ротором и трёхфазным статором.
4. Экспериментального стенда, имитирующего работу
ДУБС с электроприводом возвратно-вращательного движения на
основе электродвигателя с явнополюсным ротором с нагрузкой на
буровой коронке при работе на искусственном забое.
Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований обсуждались на ежегодных конференциях молодых ученых СПГГИ (ТУ) в 2006-2008 гг, на научных семинарах кафедры электротехники и электромеханики СПГГИ (ТУ), на
Всероссийской межвузовской научно-технической конференции
студентов и аспирантов «XXXVI Неделя науки СПбГПУ» 2007 г,
4-ой Международной научной школы молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых»
2007 г, Международной конференции «Инновации в геофизических
исследованиях, геологии и металлургии», Фрайберг, Германия,
2008 г.
Личный вклад автора:
1. Получено аналитическое выражение электромагнитного
момента электродвигателя с явнополюсным ротором и трёхфазным
статором при работе в режиме возвратно-вращательного движения.
2. Разработана имитационная модель электромеханической
системы ДУБС.
3. Разработан и изготовлен бесконтактный датчик скорости
для реализации замкнутой системы управления авторезонансными
колебаниями.
6
4. Создан экспериментальный лабораторный стенд для исследования ДУБС с авторезонансным электроприводом ВВД.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных
работ, в том числе 2 работы в журналах, рекомендованных ВАК, 1 патент на изобретение РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 88 наименований, содержит 99 рисунков и 26 таблиц. Общий объем работы –
141 страница.
Во введении обоснована актуальность темы и сформулирована идея работы.
В первой главе проведен анализ существующих электромеханических буровых систем на грузонесущих кабелях.
Во второй главе представлены математическая модель
электромеханической системы ДУБС и статические механические
характеристики рассматриваемого электродвигателя.
В третьей главе представлена имитационная модель электропривода ВВД и результаты исследований режимов с различными
комбинациями нагрузок на породоразрушающем органе ДУБС.
В четвертой главе представлены экспериментальный лабораторный стенд и макет ДУБС с электроприводом ВВД для исследований авторезонансных режимов, приведены результаты экспериментальных исследований.
Заключение отражает обобщенные выводы и рекомендации по результатам исследований в соответствии с целью и решенными задачами.
ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. В электроприводе возвратно-вращательного движения на основе электродвигателя с явнополюсным ротором и
трёхфазным статором погружного электродвигателя с одной
парой полюсов при питании от однофазного инвертора тока одной рабочей обмотки статора и двух других последовательно
включённых обмоток возбуждения теоретический размах коле-
7
баний ротора составляет 60 геометрических градусов; при этом
относительный номинальный пусковой электромагнитный момент на каждом полупериоде составляет не менее 1.11, а относительный номинальный максимальный момент - не менее 1.28.
ДУБС представляет собой двухмассовую электромеханическую систему, состоящую из статорной и роторной частей, соединённых между собой упругим элементом. При постановке снаряда
на забой и подаче напряжения на статорные обмотки электродвигателя, формирующего знакопеременный электромагнитный момент,
статорная и роторная части совершают возвратно-вращательные
движения в противоположных направлениях. При работе на резонансной частоте электромеханической системы амплитуды колебаний имеют максимальные значения, а сумма моментов относительно
оси вращения, действующая на эти части, равна нолю, т.е. буровой
снаряд является динамически уравновешенным и не требуется применения редукторов и распорных устройств.
Конструктивно колонковый ДУБС на грузонесущем кабеле 1
состоит из статорной части (статор погружного маслозаполненного
асинхронного электродвигателя 7, кабельный замок 2 и верхняя труба 8) и роторной части (ротор ЭД 4, колонковая труба 5 и буровая
коронка 6), соединённых между собой упругим элементом (торсионом или пружиной кручения), подшипниковых узлов 9, 10 (рис. 1а).
На расчетной модели (рис.1б) упругий элемент (торсион)
представлен невесомым валом, длиной l. Под действием электромагнитного момента Mэм статорная часть с моментом инерции J1 перемещается в направлении действия момента MЭМ на угол 1 в неподвижной системе координат. Под действием этого же момента MЭМ
роторная часть J2 поворачивается на угол 2 в противоположном
направлении. Узловое сечение А-А на расстоянии а от J1 и b от J2,
остается неподвижным. Со стороны упругого элемента (торсиона)
на массы J1 и J2 действуют упругие моменты Mу12=Mу21, которые
определяются коэффициентом жесткости и углом закручивания торсиона. На J2 действует момент сопротивления на буровой коронке
МС, представленный аддитивной комбинацией вязкого Mжт2 и сухого Mст трений.
8
Рис 1. Динамически уравновешенный буровой снаряд
а) конструктивная схема ДУБС; б) расчётная модель ДУБС; в) сечение А-А.
При действии на J1 и J2 разнонаправленных моментов
М1=М2=М углы поворотов этих частей относительно узлового сечения А–A определяются соотношениями
 1 

l
а
J 2
J1  J 2
, 2 

l
b
 J1
J1  J 2
,
(1)
где    2  1 - полный угол закручивания торсиона, рад.
При подаче постоянного тока на обмотки возбуждения
“A-X” и “Y-В” явнополюсный ротор ЭД занимает положение, совпадающее с осью симметрии магнитного поля статора О-О (рис. 2а),
в котором фиксируется со статорной частью упругим элементом.
При питании рабочей обмотки статора “C-Z” от однофазного инвертора тока с резонансной частотой электромеханической системы
9
ротор совершает возвратно-вращательные движения с амплитудой
колебаний 300 и размахом колебаний 600 геом. град. (рис. 2б, 3).
Рис.2. Токи и потокосцепления статора и ротора:
а) в обмотках возбуждения; б) в режиме пуска
Рис.3.Функциональная схема электропривода ВВД:
1 – управляемый трёхфазный выпрямитель, 2 – однофазный инвертор
тока, 3 – однофазный выпрямитель, L – дроссель, “С-Z” – рабочая обмотка,
“A-X”, “B-Y” – обмотки возбуждения.
Учитывая, что в рассматриваемом случае все обмотки размещены на статоре и потокосцепление ротора определяется его положением, при определении электромагнитного момента в режиме
установившихся вынужденных колебаний электромеханической системы удобно пользоваться выражением
М ЭМ  к  С  Р   С   Р  sin   к ,
10
(2)
где к - коэффициент пропорциональности;  C - потокосцепление
статора;  Р - потокосцепление ротора  - угол между потокосцеплениями статора и ротора, геом. град.
Потокосцепления статора  C и ротора  Р в режиме установившихся вынужденных авторезонансных колебаний формируются тремя фазными обмотками статора (рис. 2б) (при движении от оси
О2-О2)
(3)
 с  3 0 ,
 р  3 0  sin(  1   ) ,
(4)
где  0 - потокосцепление фазы статора, 1   2  30 0 геом. град.
При движении от оси О1-О1
(5)
 с  3 0 ,
 р  3 0  sin(  2   ) .
М ЭМм ах
Максимальное значение электромагнитного
достигается при   15 0 геом. град.
(6)
момента
М ЭМ max  к  9  02  sin(  1   )  sin(  0   )  к  4.5  02 , (7)
где  0  60 0 - теоретический угол колебания ротора при принятой
схеме включения обмоток статора (рис. 2б), 0    60 0 . При
  600 М ЭМ меняет знак и обеспечивает тормозной режим, что
позволяет работать устройству в любых режимах вплоть до холостого хода (рис. 8а) без превышения  0 и механических нагрузок.
Пусковой М ЭМ при движении от оси О1-О1 при   0
М П  к  9  02  sin(  1  0)  sin(  0  0)  к  3.89  02 . (8)
Относительный максимальный пусковой момент
тТ* 
М ЭМмах
к  4.5  02
4.5


 1.16 .
2
МП
к  3.89  0 3.89
11
(9)
Рис.4. Характеристика Мэм=f(φ).
Номинальный электромагнитный момент макетного асинхронного двигателя АИР100S2У3 мощностью 4 кВт равен
М н  9.55
Рн
4000
 9.55
 13.4 ( Н  м) .
nн
2850
(10)
Относительные номинальные пусковой и максимальный
моменты электродвигателя с явнополюсным ротором и трёхфазным
статором не менее
М П 14.8
(11)

 1.1 ,
М н 13.4
М
17.1
*
(12)
М МАХ
 МАХ 
 1.28 .
Мн
13.4
Значения пускового М П  14.8 Н  м и максимального
 17.1 Н  м моментов макетного ЭД определены экспериМ П* 
М МАХ
ментально при номинальных токах в обмотках статора.
Относительный максимальный пусковой момент
*
М МАХ
М
1.28 17.1
т 
 МАХ 

 1.16 .
*
МП
1.1 14.8
МП
*
Э
(13)
Полный пусковой момент определяется суммой момента
кручения упругого элемента МУ и пускового электромагнитного момента МП
М П  М У  М П  с  М П  136  0.449  14.8  76 ( Н  м) ,(14)
где с – коэффициент жесткости торсиона макета ДУБС, Н∙м/рад.
12
Колебания с указанными параметрами могут быть получены с одной обмоткой возбуждения и при поочерёдном включении на
каждом периоде двух рабочих обмоток в точках    0 при питании
их однополярным током, что заметно упрощает источник питания.
2. Для обеспечения инвариантных к изменению динамических параметров системы авторезонансных колебаний необходимо и достаточно реверсировать электромагнитный момент электродвигателя на каждом полупериоде синфазно со
скоростью в точках перехода её через нулевое значение.
Уравнение движения рассматриваемой электромеханической колебательной системы может быть представлено выражением
  
1
J
 
МС
M
sign ( )   02   ЭМ sin  0 t ,
J
J
(15)
где  ,   ,   - угол, скорость и ускорение точки системы, рад,
рад/с, рад/с2; M С - момент сопротивления на буровой коронке, Нм;
М С  М СТ  М В , М СТ - момент сухого трения, Нм; М В - момент
вязкого трения, Нм; М ЭМ - амплитуда возмущающего момента, Нм;
 0 - резонансная частота система, 1/Гц;  02  c
J1  J 2
;  1 - коJ1 J 2
эффициент вязкого трения, Нмс/рад, JΣ – суммарный момент инерции электромеханической системы ДУБС.
Амплитуда колебаний на резонансной частоте в линейных
системах с сухим трением при условии
M CТ
3.14 даже при зна
M ЭМмах
4
чительном трении стремится к бесконечности. Известно также, что
при комбинации сухого трения с вязким эквивалентный коэффициент вязкого трения определяется выражением
 ЭКВ 
4  М СТ
 1 ,
  00
(16)
а амплитуда колебаний  0 в этом случае оказывается ограничена.
Из анализа линеаризованной системы ДУБС установлено,
что для обеспечения режима автоколебаний в рассматриваемую си-
13
стему необходимо ввести положительную обратную связь по скорости. Система становится консервативной и обладает колебательной
устойчивостью при коэффициенте обратной связи
К

J

(4М СТ  12  0 ) J 1 J 2
2  0 ( J 1  J 2 )
(17)
Из (17) следует, что при построении системы управления
по традиционной системе для обеспечения автоколебательного режима необходимо точно знать в любой момент времени значения
момента сопротивления на буровой коронке МС, амплитуды колебаний  0 , моментов инерции статорной J1 и роторной J2 частей. Это
условие практически не реализуемо. Поэтому создание системы
управления таким путём признано бесперспективным.
В резонансном режиме сдвиг фаз между возмущающей силой и вынужденными колебаниями составляет 
2
(рис. 5а).
Рис. 5. Графики процесса установившихся вынужденных колебаний
электромеханической системы а) при различных значениях
демпфирования; б) резонансные колебания при ω/р=1.
Сформулирован способ управления авторезонансными колебаниями: для обеспечения автоколебаний на резонансной частоте необходимо и достаточно, чтобы на каждом полупериоде
колебаний электромагнитный момент электродвигателя МЭМ
совпадал по фазе со скоростью колебаний электромеханической
системы φ' и менял свой знак в точках    0 (рис. 5б).
14
Указанный способ управления достаточно просто реализуется в рассматриваемом нетрадиционном электроприводе на основе
ЭД с явнополюсным ротором и трёхфазным статором.
На рис.6 показана имитационная модель колебательной
системы ДУБС, на которой показан блок I пуска (стартер), блок II
выявления нулевого значения скорости φ’ и управления реверсом в
момент времени φ’=0 электромагнитного момента колебательной
системы МЭМ, блок III задания нелинейности коэффициента жесткости упругого элемента (торсиона, пружины кручения) (рис. 8в).
Рис.6. Имитационная модель автоколебательной системы с учётом нелинейности коэффициента жесткости с упругого элемента.
В имитационной модели колебательной системы (рис.6)
нелинейность коэффициента жесткости с упругого элемента задаётся квадратичной зависимостью с  1  0.9t 2 (рис. 7б), либо двумя
значениями с: при φ≤π/6 принимается равным расчётному значению
с1 , при φ>π/6 с2  2с1 (рис. 7а).
Рис. 7. Изменение жесткости упругого элемента: а) при определённом
угле закручивания; б) по квадратичной зависимости.
На имитационной модели исследовались режимы пуска и
установившихся режимов автоколебаний при различных формах
15
электромагнитного момента (рис. 8б) и различных видах коэффициента жесткости упругого элемента.
Рис.8. Результаты имитационного моделирования:
а) с учетом генераторного режима; б) пуск и втягивание в авторезонансный
режим; в) автоколебания с нелинейным коэффициентом жесткости с1 и с2;
г) обеспечение резонансных соотношений при МД прямоугольной формы.
Результаты моделирования подтвердили малую чувствительность к форме электромагнитного момента (прямоугольная, синусоидальная и др.); инвариантность к изменению динамических параметров; ограничение амплитуды колебаний при переходе в тормозной режим при
увеличении амплитуды сверх теоретической
(300).
Рассмотренный выше принцип управления авторезонансными колебаниями реализован на лабораторном стенде электропривода возвратно-вращательного движения на основе ЭД с
явнополюсным ротором и трёхфазным статором
и макетом ДУБС (рис. 9, 10, 11). На рис.9 I – грузонесущий кабель, II – статорная часть, III –
электродвигатель с явнополюсным ротором и
трёхфазным статором, IV – колонковая труба с
алмазной буровой коронкой, V – искусственный
Рис.9. Лаборатор- цементный забой.
Разработан и изготовлен бесконтактный макет ДУБС.
ный датчик скорости ДС, состоящий из магнитного явнополюсного
16
ротора с одной парой полюсов и статора с двумя кольцевыми полуобмотками с полюсным делением, равным π, размещёнными на
кольцевом магнитопроводе. Ротор датчика скорости размещён на
валу электродвигателя с совмещением продольных осей симметрий
роторов датчика иэлектродвигателя.
Разработанная схема управления авторезонансными колебаниями (рис. 10) инвариантна к изменению характера нагрузки на
буровой коронке (сухое и комбинированное трение).
Рис. 10. Схема управления авторезонансными колебаниями при
питании рабочих обмоток однополярным током.
Рис. 11. Осциллограммы, полученные на экспериментальном
лабораторном стенде: а) работа без нагрузки; б) сигналы на входе БУ; в) работа
под нагрузкой; г) сигнал управления на тиристорах.
Экспериментальные исследования электромагнитного момента рассматриваемого электродвигателя с достаточной степенью
точности (не хуже 5%) подтвердили форму кривой механической
17
характеристики, соотношение максимального и пускового моментов, а также относительных номинальных
пускового
( М П* 
МП
М
*
 1.1) и максимального ( М МАХ
 МАХ  1.28 ) моМн
Мн
ментов.
Показано, что при использовании исследуемого электропривода с применением для питания обмоток статора источников
тока время переходных электромагнитных процессов при коммутации токов в обмотках статора не менее чем на два порядка меньше
периода колебаний (рис. 11), что позволяет пренебречь в первом
приближении этими процессами при рассмотрении установившихся
авторезонансных колебаний электромеханической системы динамически уравновешенного бурового снаряда.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации, представляющей собой законченную научную квалификационную работу, приведены теоретические и экспериментальные положения, которые в совокупности представляют
научно-технические решения по выбору параметров авторезонансного электропривода возвратно-вращательного движения для динамически уравновешенного бурового снаряда на грузонесущем кабеле, внедрение которых в практику буровых работ вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области
колонкового бурения и позволит создавать новые буровые комплексы, обладающие существенно большей эффективностью.
Основные научные и практические выводы и рекомендации заключаются в следующем:
1. Электродвигатель с явнополюсным ротором и трёхфазным статором позволяют получать авторезонансные колебания возвратно-вращательного движения с размахом 600 или 1200 и частотой
15-25 Гц, что обеспечивает среднюю линейную скорость 2-3 м/с буровой коронки диаметром 112 мм.
2. Относительный номинальный пусковой момент электродвигателя с явнополюсным ротором и трёхфазным статором при
18
возвратно-вращательного движения составляет не менее 1.11, а относительный номинальный максимальный момент - не менее 1.28.
3. Авторезонансные колебания электропривода возвратновращательного движения для динамически уравновешенного бурового снаряда обеспечиваются путём реверсирования электромагнитного момента электродвигатель на каждом полупериоде синфазно со
скоростью в точках перехода её через нулевое значение.
4. Разработанный бесконтактный датчик скорости имеет
простую конструкцию, состоит из магнитного явнополюсного ротора с одной парой полюсов и статора с двумя кольцевыми полуобмотками с полюсным делением, равным π, размещёнными на кольцевом магнитопроводе, обеспечивает надёжное определение положения ротора при возвратно-вращательном движении в точке
  0 .
5. Разработанная система управления позволяет получать
авторезонансные колебания, инвариантные к изменениям и нелинейностям динамических параметров системы.
6. Особенностью авторезонансного режима работы динамически уравновешенного бурового снаряда является значительный
суммарный пусковой момент (МП=(4÷8)МН) на каждом полупериоде движения, что обеспечивает надёжную работу бурового снаряда
при переменных нагрузках на буровой коронке.
7. Экспериментально подтверждена работоспособность
макета динамически уравновешенного бурового снаряда в авторезонансном режиме при бурении цементного блока с получением керна.
8. Разработанный авторезонансный электропривод возвратно-вращательного движения может найти применение как в
горной промышленности (вибрационные дробилки, виброгрохоты,
вибротранспорт), так и в других отраслях.
9. Дальнейшие работы по совершенствованию электропривода возвратно-вращательного движения следует направить на разработку источников питания, системы стабилизации амплитуды колебаний и определения рациональной формы тока рабочих обмоток.
19
Основные результаты диссертации представлены
следующих печатных работах:
в
1. Стародед С.С. Электромеханический колонковый буровой снаряд на грузонесущем кабеле для очистки призабойных зон
нефтяных скважин / Стародед С.С., Загривный Э.А. // Записки Горного института. Том 173 – РИЦ СПГГИ(ТУ), СПб, 2007 г.
С. 105-108.
2. Стародед С.С. Имитационное моделирование резонансного электропривода возвратно-вращательного движения динамически уравновешенного бурового снаряда на грузонесущем кабеле //
Записки Горного института. Том 182 – РИЦ СПГГИ(ТУ), СПб,
2009 г. С. 110-113.
3. Электромеханический колонковый буровой снаряд. Патент Российской Федерации, №2337225 / Загривный Э.А.,
Рудаков В.В., Стародед С.С., Гаврилов Ю.А. // от 27.10.2008 г.
4. Стародед С.С. Буровые комплексы на основе динамически уравновешенного бурового снаряда на грузонесущем кабеле /
Загривный Э.А., Стародед С.С. // Материалы 4-ой Международной
научной школы молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых». Москва, 2007 г. С. 130-134.
5. Стародед С.С. Электромеханический колонковый буровой снаряд на грузонесущем кабеле для очистки призабойных зон
нефтяных скважин / Загривный Э.А., Стародед С.С. // Техника и
оборудование для нефтегазового комплекса, СПб, 2007 г. С.30-31.
6. Стародед С.С. Применение динамически уравновешенного бурового снаряда на грузонесущем кабеле для повышения эффективности очистных работ скважины / Загривный Э.А. // Материалы Всероссийской межвузовской научно-технической конференции
студентов и аспирантов «XXXVI Неделя науки СПбГПУ». СПб.,
СПбГПУ, 2008 г. С. 132-134.
7. Стародед С.С. The electric drive of back rotary motion for
dynamically counterbalanced chisel shell on cargo carrying cable / Загривный Э.А. // Инновации в геофизических исследованиях, геологии и металлургии, Фрайберг, Германия, 2008 г. С. 268-271.
20