Устройство для контроля работы дегазационных скважин

 

О Il И С А Н И Е ()977826

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Севетеиик

Сец апиетниесиин рекиубпии (S1) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 31.03 ° 81 (2l ) 3267261/22-03 с присоединением заявки М (23) Приоритет " (51) М. Кл.

Е 21 F 7/00

)Ьеудеретеопв5 квмнтвт

CCCP ав данам нзабрвтеннй н Открытки (53) УДК 622.817. .9 (088,8) Опубликовано 30.11.82. Бюллетень № И

Дата опубликования описания 30.11.82

Ф. А. Абрамов, Г. А. Мирошник, В. Е. Фрундин Л.. орогод, В. А. Кадымов и П. Л. Лимаренко, ." "; г;.„

Уя,. " У,,;" с;

Институт геотехнической механики АН украинской CQ3":-.. Г:,." / (, :т (72) Авторы изобретения (71) Заявитель ($4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ДЕГАЗАЦИОННЫХ

СКВАЖИН

1„=ач -в

Изобретение относится к дег»ации угольных пластов с помощью дегазационных скважин, а именно к устройствам контроля *работы дегазационных скважин.

Известно устройство для контроля работы дегазационных скважин, содержащее датчики скорости потока газа и концентрации метана, блок управления и блок индикации t lj.

Однако это..устройство имеет низкую точность и невозможность исследования газовыделения по .всей длине скважины.

Известно устройство для контроля работы дегазвционных скважин, содержащее датчик концентрации метана, датчик .скорости потока газа, блек управления, к пяти входам ко» торого подключены три выхода блока формирования времязадающих импуль-:. сов, выход блока деления частоты и через преобразователь аналогового сигнала во временнбй интервал дат2 чик концентрации метана, а выход блока управления подключен к блоку индикации и к первому и второщ входам блока деления частоты1 2).

В э1ом устройстве измеренение дебита газа из скважины производится путем отсчета блоком индикации числа импульсов от тахометрического датчика скорости потока газа в течение определенного отрезка времени, задаваемого блоком формирова- ния времязадающих импульсов а, = -Т, Ъ

1S где f - частота выходного сигнала тахометрического датчика скорости потока газа;

Т - время отсчета сигнала. щ Частотная характеристика тахометрического датчика скорости .потока газа выражается .формулой

977826 4

d = -— в ач (3) Эта погрешность особенно значительна в нижйей части диапазона измерения.

Цель изобретения - повышение точ ности контроля за счет расширения диапазбна измерений в области малых скоростей потока газа.

Эта цель достигается тем, что устройство для контроля работы де", газационных скважин, содержащее датчик концентрации метана, датчик скорости потока газа, блок управления, к пяти входам которого подключены три выхода блока формирования времязадающих импульсов выход блока деления частоты и через преобразователь аналогового сигнала во временной интервал Датчик концентрации метана, а выход блока управления подключен к блоку индикации и к первому и второму, входам блока деления частоты, снабжено делителем частоты, тремя одновибраторами, элементом 3 ИЛИ, двумя триггерами и двумя ключами, причем вход делителя частоты подключен к третьему выходу блока фор" мирования времязадающих;импульсов, а выход делителя частоты и выход датчика скорости потока газа подключены к входам .первого и второго одновибраторов, выходы которых и инверсный выход первого триггера подключены -к входам элемента 3 ИЛИ, выход которого подключен к шестому входу блока управления и к треть-. ему входу блока деления частоты, при этом выход датчика скорости потока газа подключен к S-входу второго триггера, к R-входу которого подключен выход третьего .одновибратора, прямой и инверсный выходы второго триггера через ключи соединены соответственно с S- u R-входами первого триггера, а вход треть35

Ео

3 где м - скорость потока газа; а,в - коэффициенты, определя емые конструкцией датчика, При калибровке устройства в формуле (2) пре небре гают вели чи ной в, поскольку для большей части диапазона измерения а ив . При этом возникает погрешность измерения, относительное значение которой равно

t0

30 его одновибратора и вторые входы ключей подключены к первому выходу блока формирования времяэадающих импул ьсов;

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит измерительный зонд 1 с датчиком 2 скорости потока газа и датчиком 3 концентрации метана. Блок 4 формирования времязадающих импульсов содержит и"дключенные последовательно генератор 5 импульсов стабильной частоты, делитель 6 частоты с постоянным коэффициентом деления К.1,триггер 7, к выходу которого подключены однавибраторы 8 и 9, инверсный выход одновибратора 8 подключен к С-входу триггера 7. Выходы одновибратора

9, триггера 7 и генератора 5 являются первым, вторым и третьим выходами блока 4.

Преобразователь 10 сигнала датчика концентрации метана so временной интервал подключен по первому входу к датчику концентрации метана, по второму входу - к второму выходу блока формирования времязадающих импульсов, а по выходу - к четвертому входу блока 11 управления. Елок 12 деления частоты содержит двоичный счетчик 13 и подключенный к его выходам управляемый делитель 14 частоты. Т-вход делителя 14, R- и Т-входы счетчика 13 являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока 12, выход делителя 14 является выходом блока 12. Блок 15 индикации содержит подключенные последовательно двоична-десятичный счетчик 16, дешифратор 17 и цифровые индикаторы 18.

R- и Т-входы счетчика 16 являются соответственно первым и вторым входа" ми блока 15. Блок l1 управления содержит переключатель 19, первая клемма которого свободна, вторая и третья подключены соответственно к Rи S-входам триггера 20, четвертаяк первому и четвертому входам первого элемента 21 3-3 И-2 ИЛИ, второму входу второго элемента 22 2-3 И2 ИЛИ, второму. и третьему входам элемента 23 2-2 И-2 ИЛИ. Прямой выход триггера 20 подключен ко второму входу элемента 2 1 и первому входу ключа 24 3 И. Инверсный выход триггера 20 подключен к первому входу ключа 25 2 И и третьему входу

77826

5 9 элемента 22. Выход элемента 23 подключен к пятому входу элемента 22.

T-вход триггера 20, второй вход элемента 25, третий и пятый входы элемента 21 подключены к первому входу блока 11 и первому выходу блока 4. Четвертый вход weмента 22 и второй вход ключа 24 под- 1 ключены соответственно к второму и третьему входам блока ll и к второму и третьему выходам блока 4. Третий вход ключа 24 подключен к четвертому входу блока 11, а также к выходу преобразователя 10. Первый вход элемента 23 подключен к пятому входу блока 11 и первому входу блока 12.

Четвертый вход элемента 23 подключен к шестому входу блока 11, а также к выходу блока 12, Выходы ключей

25 и 24 подключены соответственно к первому и второму выходам блока 11, а также к второму и третьему входам блока 12. Выходы элементов 21 и 22 подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока 11, а также к первому и второму входам блока 15.

Делитель 26 частоты с постоянным коэффициентом деления К подключен к выходу генератора 5 импульсов стабильной частоты. Одновибраторы 27 и 28 подключены по входам к датчику 2 скорости потока газа и выходу де лителя 26 соответственно, а по выходам - к первому и второму входам элемента 29 3 ИЛИ. Одновибратор

30 подключен по входу. к выходу одновибратора 9,а по выходу - к R-входу триггера 31. Прямой и инверсный выходы триггера 31 через ключи 32 и 33 подключены соответственно к S- u

R-входам триггера 34. Инверсный выход триггера 34 подключен:к третьему входу элемента 3 ИЛИ,а .вторые входы ключей 32 и 33 - к выходу одновибратора 9. Выход элемента 29

3 ИЛИ подключен к пятому входу блока 11 управления и первому входу блока 12 деления частоты.

Устройство работает следующим образом.

Зонд 1 вводится в дегазационную скважину с помощью колонны труб.

Датчик 2 скорости потока газа — крыльчатый анемометр приводится во вращение обтекающим его потоком газа. Выходным сигналом датчика 2 являются импульсы с частотой f определяемой частотной характеристикой, тахометрического датчика, которая выражается формулой

= аv-в, 9

S где v ав скорость потока газа; коэффициенты, определяемые конструкцией датчика.

Датчик 3 концентрации метана выдает аналоговый сигнал, пропорциональный процентному содержанию метана в каптируемом газе.

Измерение скорости потока газа сводится к отсчету блоком 15 индика.

1 ции числа импульсов с выхода элемента 29 3 ИЛИ с частотой, пропорциональной скорости потока газа, в течение-определенного отрезка времени, задаваемого блоком 4 формиро20 вания времязадающих импульсов, Измерение концентрации метана производится путем отсчета блоком 15 индикации числа импульсов стабильной частоты с выхода генератора 5 в течение отрезка времени, задаваемого пре. образователем 10 аналогового сигнала датчика 3 концентрации метана во временной интервал .

В зависимости от положения перек30 лючателя 19 прибор может работать в одном из четырех режимов, В первом положении (скользящий контакт замкнут на свободную клемму) цифровыми индикаторами 18 поочередно высвечиваются числа, соответствующие скорости потока газа и концентрации метана. Во втором положении..переключателя индицируется только скорость потока газа, в третьем - только концентрация метана, в четвертом - дебит чистого метана при данном давлении и температуре.

С

Q - 0,--сн 100

К4

Т = Х.

В режиме измерения скорости потока газа скользящий контакт переключателя 19 подключен ко второй клемме

1 и сигнал "0" поступает на инверсный

R-вход триггера 20. Импульсы с частотой поступают с выхода генератора 5 на вход делителя 6 частоты с постоянным коэффициентом деления К . Пери55 од следования импульсов с выхоДа делителя 6

977826 8

7. выбирается таким, чтобы подсчитанное за это время количество импульсов с выхода элемента 29 3 ИЛИ с частотой

Ф, пропорциональной скорости потока газа, численно соответствовала де- 5 биту газа из скважины

g. ° f Т -К -- .

4

Импульс с выхода делителя 6, пришедший на Т-вход триггера 7, переводит его в единичное состояние ° При этом одновибратор 9. формирует кратковременный импульс, который поступает на Т-вход триггера 20, третий и пя- 15 .тый входы элемента 21. Импульс проходит через втррую группу из объединенных по И входов элемента 21 на его выход и поступает на 8-вход счетчика 16, производя его сброс. 2о

Триггер 20 продолжает остваться в нулевом состоянии, так как йа его инверсном R-входе постоянно присутствует сигнал "0". Импульсы с выхода элемента 29; 3 ИЛИ поступают на первый вход элемента 23 и, пройдя через первую группу из объединенных по И входов на его выход, проходят на пятый вход элемента 22. Так как на третий вход элемента 22 подан 50 сигнал "1" с инверсного выхода триггера 20, а на четверый - сигнал "1" с выхода триггера 7, то частотный сигнал проходит через вторую группу из объединенных по И входов и с выхода элемента 22 поступает на

Т-вход счетчика 16. Отсчет импульсов производится до тех пор, пока триггер 7 находится в единичном состоянии. Следующий импульс с выхода делителя 6 частоты переводит триггер 7 в нулевое состояние,заканчивается отсчет счетчика 16 и в, нем оказывается зафиксированным число, соответствующее дебиту газа. Двоично-десятичный код этого числа с выходов счетчика 16 поступает на дешифратор 17 и число высвечивается цифровыми индикаторами 18.

По обратному фронту импульсов с выхода триггера 7 срабатывает временной элемент и с его выхода сигнал "0" поступает на С-вход триггера 7, запрещая прием информации по Т-входу. 4пительностью импульса, выдаваемого одновибратором 8, опре55 деляется время,в течение которого индицируется число, записанное в счетчике 16. По окончании импульса с выхода одновибратора 8 снимается запрет .приема информации триггером 7 по Т-входу и с приходом следующего импульса с выхода делителя 6 частоты цикл работы прибора повторяется.

Узел, содержащий делитель 26, одновибраторы 27 и 28, элемент 29

3 ИЛИ, служит для коррекции частотной характеристики тахометрического датчика ? скоростй потока газа.

Коэффициент деления К делителя 26 выбирается таким, чтобы частота импульсов на его выходе была равна в

1 2. — -Ь к, где f — частота импульсов генерато 2. ра 5.

Одновибраторы 27 и 28 формируют кратковременные импульсы,a частотами f и в соответственно. После их сложения элементом 29 3 ИЛИ на его выходе возникают импульсы с частотой

+ b=OV-1 1+ 1-С1У пропорциональной скорости потока газа, Ограничение длительности импульсов с выхода датчика 2 скорости потока газа и .делителя 26 с помощью одновибраторов 27 и 28 выполнено с целью снижения вероятности их совпадения во времени .

Узел, соСтоящий из одновибратора 30, триггеров 31, 34 и ключей

32, 33, служит для запрета прохождения импульсов с выхода делителя 26 через элемент 29 3 ИЛИ при от". сутствии сигнала с выхода датчика 2 скорости потока газа. В начале цикла измерения триггер

31 находится в нулевом состоянии.Если в течение цикла измерения с выхода датчика 2 скорости потока газа на S-вход триггера 31 поступит хотя бы один импульс, триггер 31 переводится s единичное состояние. С приходом тактового импульса с выхода одновибратора 9 открываются ключи

32, 33 и триггер 34 устанавливается в то же состояние, что и триггер

31. Если триггер 34 находится в единичном состоянии, сигнал "0" с его инверсного выхода не препятствует прохождению импульсов через элемент 29 3 ИЛИ.

При отсутствии импульсов с выхода датчика 2 скорости потока газа

9778 триггера 31 и 34 находятся в нулевом состоянии и сигналом "1" с инверсного выхода триггера 34 накладывается запрет на прохождение корректирующих импульсов с частотой в через элемент .29 3 ИЛИ. г

ilo заднему фронту тактового импульса с выхода одновибратора 9 срабатывает одновибратор 30 и импульсом 1р с его выхода триггер 31 переводится в нулевое состояние. Тем самым в каждом цикле измерения производится контроль существования импульсов с, выхода датчика 2 скорости потока га- д5 за.

В режиме измерения концентрации метана скользящий контакт переключателя 19 подключен к третьей клемме и сигнал "0" поступает на инверсный

S-вход триггера 20, постоянно поддерживая его в единичном состоянии.

Аналоговый сигнал от датчика 3 концентрации метана поступает яа первый

ВхоВ поеобоазователя 10 и с поиходом сигнала "1 с выхода триггера 7 на второй вход преобразователя 10 с его выхода на третий вход ключа

24 поступает импульс, длительность которого пропорциональна концентрации метана в газовой смеси . Так же, как и в предыдущем режиме, кратковременный импульс с выхода одновибратора 9, пройдя через элементы 21, 35 производит сброс счетчика 16. Импульсы стабильной частоты с выхода генератора 5 поступают на второй вход ключа 24 и, так как на его первом и третьем входах присутствуют сигналы "1", импульсы с выхода ключа 24, пройдя через первую группу из объединенных по И входов элемента 22 на его выход, поступают на Т-вход счетчика 16. Отсчет импульсов счет45 чи ком прои з водит ся, до тех пор, пока на выходе преобразователя 10 существует сигнал "1". В момент окончания отсчета в счетчике 16 будет зафиксировано число, соответствующее кон-центрации метана в газовой смеси.

Масштаб преобразования преобразователем 10 входной . величины - сигнала датчика 3 концентрации метана Ь© в выходную - временной интервал Т выбирается таким образом, чтобы число импульсов стабильной частоты, проведших с выхода генератора 5 на вход счетчика 16, численно соответствова26 10 ло концентрации метана в газовой смеси, т.е.

С=tТ.

Я И

Длительность интервала времени Т при 1003-ной концентрации метана выбирается меньшей, чем длительность

Т импульса с выхода триггера 7. При появлении сигнала "0" на выходе преобразователя 10 закрывается ключ 24 и прекращается отсчет импульсов счетчика 16. Двоично»десятичный код числа, зафиксированного в счетчике 16, с

его выходов поступает на дешифратор

17 и число высвечивается цифровыми индикаторами 18, По обратному фронту импульса с выхода триггера 7 срабатывает одновибратор 8 и сигнал "0" с его выхода поступает на С-вход триггера 7, запрещая прием информации по . Т-входу, В режиме одновременного измерения концентрации метана и расхода газа скользящий контакт переключателя 19 подключен к первой свободной клемме.

В начале каждого цикла измерения импульсы с выхода одновибратора 9 поступают на Т-вход триггера 20, поочередно переводя его в нулевое и единичное состояние. При этом в зависимости от состояния триггера 20 чередуются циклы измерения расхода газа и концентрации метана.

В режиме измерения дебита чистого метана скользящий контакт переключателя 19 подключен к четвертой клемме. В начале цикла измерения триггер 20 находится в нулевом состоянии, поддерживая открытым ключ 25 сигналом н1" с инверсного выхода. Импульс с выхода одновибратора 9 через открытый ключ 25 поступает íà R-вход счетчика 13, производят его сброс.

На втором и четвертом входах элемента 21 присутствуют сигналы "0" и .потому импульс сброса на R-вход счетчика l6 не поступает. По обратному фронту этого импульса триггер 20 переводится в единичное состояние и далее, как в режиме измерения концентрации метана, на выходе ключа

24 появляется серия импульсов, поступающая на Т-вход счетчика 13, На

T-вход счетчика 16 эти импульсы не проходят, так как на втором входе элемента 22 присутствует сигнал "0".

:По окончании отсчета в счетчике 13 будет зафиксировано число, соответ11 9778 ствующее концентрации метана в каптируемом газе, а его двоичный код поступает с выходов счетчика 13 на вход управляемого делителя 14 частоты. Следующий импульс с выхода одновибратора 9 проходит через первую группу из объединенных по И входов элемента 21 на его выход и поступает на R-вход счетчика 16, производя его сброс. По заднему фронту этого импульса триггер 20 переводится в нулевое состояние и сигнал "1" с его выхода подготавливает вторую группу их объединенных по И входов элемента 22 к прохождению сигнала, Частотный сигнад f с выхода элемента 29 3 ИЛИ

1 поступает на вход управляемого делителя 14 частоты. Частота сигнала на выходе управляемого делителя 14 час тоты определяется по выражению

1 сн ых 1КЧ,и где N — число в двоичном коде на упС 1 равляющих входах делителя; и - количество двоичных разрядов числа.

Если число 2" соотвествует 1004" ной концентрации метана, то выходная частота управляемого делителя 14 частоты определится как

С ьь1Х 1 100

Сигнал f „проходит через вторую группу из объединенных по И входов элемента 23, вторую группу из объ=, единенных по И входов элемента 22 на T-вход счетчика 16 . Далее отсчет производится так же, как в режиме из-,: мерения расхода смеси газа. По окон« чании отсчета в счетчике 16 будет зафиксировано число

ФС„= О С i OOf

45 соответствующее дебиту чистого метана из скважины при данном давлении и температуре.

Использование устройства контроля работы дегазационных скважин поз50 волит исключить погрешность измерения дебита газа, связанную с порогом чувствительности тахометрического датчика скорости потока газа, 12

Формула изобретения г

Устройство для контроля работы дегазационных скважин, содержащее датчик концентрации метана, датчик скорости потока газа, блок управления, к входам которого подключены три выхода блока формирования времязадающих импульсов, выход блока деления частоты и через греобразователь аналогового сигнала во временной интервал датчик концентрации метана, а выход блока управления подключен к блоку индикации и к первому и второму входам блока деления частоты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля путем расширения диапазона измерений в области малых скоростей потока газа, оно снабжено делителем частоты, тремя одновибраторами, элементом 3 ИЛИ, двумя триггерами и двумя ключами, причем вход делителя частоты подключен к третьему выходу блока формирования времязадающих импульсов, а выход делителя частоты и выход датчика скорости потока газа подключены к входам первого и второго одновибраторов, выходы которых и инверсный выход первого триггера подключены к входам элемента 3 ИЛИ, выход которого подключен к шестому входу блока управления и к третьему входу блока деления частоты, при этом выход датчика скордсти потока газа подключен к S-входу второго триггера, к R-входу которого подключен выход третьего одновибратора, прямой и инверсный выходы второго триггера через ключи соединены соответственно с S- u R-входами первого триггера, а вход третьего одновибратора и вторые входы ключей подключены к первому выходу блока формирования времязадающих импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фадеева Ю. П. и Клюпанова В.К. прибор контроля работы дегазационных скважин. Уголь Украины", 1971, М 1, с. 32.

2. Авторское свидетельство СССР

М 779586, кп. Е 21 Р 7/00, 1979 (прототи и).

977826

Составитель P. Гладун

Техред И.Гергель КорректорН. Король.Редактор А. Ворович

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9172/49 Тираж 470

ВНЙИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, И-35, Раушская наб., д. 4/5