SE535475C2 - Metod och system för styrning av en kraftkälla vid en bergborrningsanordning samt bergborrningsanordning - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning hänför sig till en metod för styrningav en kraftkälla (9) vid en bergborrningsanordning, varvidnämnda kraftkälla (9) är anordnad för drivning av åtminstoneen första vid bergborrningsanordningen anordnad last (8, 10,15), varvid nämnda första last (8, 10, 15), i drift, avgerkraft till en första förbrukare (11, 21), och varvid den avnämnda första last (8, 10, 15) avgivbara kraften beror avkraftkällans (9) varvtal. Metoden innefattar att med hjälp aven representation (31) av nämnda första förbrukare (11, 21)bestämma ett kraftbehov för nämnda första förbrukare (11, 21)och baserat på nämnda bestämda kraftbehov, bestämma ett varv-talsbehov för nämnda första last (8, 10, 15). Varvtalet förnämnda kraftkälla (9) styrs sedan åtminstone baserat på nämndabestämda varvtalsbehov för nämnda första last (8, 10, 15).Uppfinningen hänför sig även till ett system och en bergborr- ningsanordning. Fig. 3

Description

25 30 535 475 Bergborrningsanordningen innefattar vidare vanligtvis en kraftkälla, såsom t.ex. en förbränningsmotor (t.ex. en diesel- motor) eller en elmotor, vilken används för att alstra erford- rad kraft till bergborrningsanordningens olika funktioner. Den av bergborrningsanordningens olika funktioner erfordrade kraf- ten kan vara att tillhandahållas av i huvudsak en kraftkälla, såsom en förbränningsmotor eller elmotor, varvid kraftkällan utgör en huvudkraftkälla.

Slagkraft, rotationskraft, matningskraft, etc. alstras van- ligtvis med hjälp av hydraulflöden frán hydraulpumpar, vilka belastar och således drivs av kraftkällan. Kraftkällan kan även driva kylfläktar, liksom andra förbrukare/laster, såsom organ för framdrivning av bergborrningsanordningen_ Kraftkäl- lans laster är ofta direkt kopplade till, och därmed drivna av, kraftkällans utgående axel, dvs. den av lasten till las- tens förbrukare avgivbara effekten är beroende av kraftkällans varvtal.

Bergborrningsanordningar innefattar vanligtvis även organ för att generera spolningstryck/-flöde för evakuering av de vid borrningen bildade borresterna, det s.k. borrkaxet.

Detta utförs vanligtvis med hjälp av ett spolningsmedium, så- som t.ex. komprimerad luft, spolluft, som leds genom en kanal i borrsträngen för utsläpp genom spollufthàl i borrkronan för att därefter ta med sig borrningsresterna på sin väg upp ur hålet. Spolningsmediumtryck/-flöde kan genereras med hjälp av en kompressor som även denna drivs av kraftkällans utgående axel. Således är även den av kompressorn avgivbara effekten direkt beroende av kraftkällans varvtal.

Enligt känd teknik styrs kraftkällans varvtal, i den mån varv- talet styrs överhuvudtaget, efter ett fåtal inparametrar.

T.ex. kan motorvarvtalet styras baserat på vald driftmod, sà- som t.ex. driftmoderna förflyttning, borrning eller borrstàng- 10 15 20 25 30 535 475 hantering. I vissa fall kan även operatören gå in och manuellt ställa in kraftkällans varvtal för olika driftmoder under drift.

Varvtalet vid de olika driftmoderna är ofta valt pá så sätt att riggens fulla kapacitet för samtliga aktiva förbrukare vid aktuell driftmod, t.ex. slagverk (slagkraft), rotationskraft, matningskraft och spolluft vid borrning, alltid finns till- gänglig. För att kunna säkerställa korrekt funktion är därför kraftkällan vanligtvis dimensionerad på så sätt att alla funk- tioner kan användas samtidigt och vid sina respektive maximala uteffekter.

Fördelen med en dylik lösning är att en och samma kraftkälla kan användas som kraftkälla för samtliga vid borriggen före- kommande laster/förbrukare, såsom kompressor, hydraulpumpar/- motorer, slagverk, etc.

I många driftsfall utnyttjas dock inte lasternas och/eller förbrukarnas fulla kapacitet, vilket också medför att kraft- källan många gånger drivs vid ett varvtal som inte är opti- malt.

Detta medför även att bergborrningsanordningar ofta förbrukar mer effekt än nödvändigt under en borrningsprocess, vilket re- sulterar i överflödig bränsleförbrukning, och även oönskad ge- nerering av värme och buller.

Det existerar således ett behov av en förbättrad styrning av bergborrningsprocesser.

Sammanfattning av uppfinningen Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhanda- hålla en metod för styrning av en kraftkälla vid en bergborr- ningsanordning som löser ovanstående problem. Detta syfte upp- nås med en metod enligt patentkrav 1. 10 15 20 25 30 535 475 Föreliggande uppfinning hänför sig till en metod för styrning av en kraftkälla vid en bergborrningsanordning, varvid nämnda kraftkälla är anordnad för drivning av åtminstone en första vid bergborrningsanordningen anordnad last, varvid nämnda för- sta last, i drift, avger kraft till en första förbrukare, och varvid den av nämnda första last avgivbara kraften beror av kraftkällans varvtal, varvid metoden innefattar att: - med hjälp av en representation av nämnda första förbrukare, bestämma ett kraftbehov för nämnda första förbrukare, - baserat pà nämnda bestämda kraftbehov, bestämma ett varv- talsbehov för nämnda första last, och - styra varvtalet för nämnda kraftkälla åtminstone baserat på nämnda bestämda varvtalsbehov för nämnda första last.

Föreliggande uppfinning har fördelen att kraftkällans varvtal kan inställas till ett varvtal där nämnda första last kan avge erfordrad kraft till nämnda första förbrukare, men där kraft- källans varvtal samtidigt inte behöver vara inställt till ett alltför högt varvtal med överskottsproduktion av kraft som inte kan nyttjas på ett effektivt sätt. I ett alternativ där kraftkällan utgörs av en förbrånningsmotor kan onödig bränsle- förbrukning och buller minskas. Uppfinningen har även fördelen att slitaget på t.ex. en förbränningsmotor kan reduceras genom att inte i onödan belasta förbränningsmotorn. I en alternativ utföringsform utgörs kraftkällan av en elmotor. Vid användning av en elmotor möjliggörs friare varvtalsstyrning, eftersom en elmotor inte är beroende av ett tomgángsvarvtal pà samma sätt som en förbränningsmotor.

Vid bestämning av ett varvtalsbehov för en last baserat på ett bestämt kraftbehov, kan en bestämd relation mellan kraftkäl- lans varvtal och den för nämnda last avgivbara kraften använ- das. Lasten kan t.ex. vara direktkopplad till kraftkällan, varvid lastens varvtal helt kommer att motsvara kraftkällans 10 15 20 25 30 535 475 varvtal. I detta fall kan lastens avgivbara kraft helt bestäm- mas med hjälp av en representation av lasten, såsom t.ex. ett matematiskt samband eller en tabell som definierar lastens av- givbara kraft i förhållande till lastens varvtal. I det fall lasten är förbunden med kraftkällan via en växel kan en repre- sentation av växeln användas vid bestämningen för att översät- ta kraftkällans varvtal till det varvtal lasten kommer att ha.

Föreliggande uppfinning kan således säkerställa att kraftkäl- lan alltid arbetar vid ett varvtal som är fördelaktigt eller optimalt ur bränsleförbrukningshänseende, och har således även fördelen att bergborrningsanordningens funktion inte blir ope- ratörsberoende pà samma sätt som vid manuell inställning av kraftkällans varvtal. Manuell inställning av kraftkällans varvtal kräver mycket av bergborrningsanordningens operatör, både handhavandemässigt och kunskapsmässigt, för att få kraft- källan att arbeta vid det för aktuell driftpunkt mest lämpliga motorvarvtalet. Detta leder till att kraftkällan, och därmed en eller flera laster i många driftsfall (dvs. vid t.ex. borr- ningssituationer där kraftbehovet från en eller flera förbru- kare lågt) arbetar vid ett onödigt högt varvtal som därmed inte är optimalt ur t.ex. bränsleförbrukningssynpunkt.

Kraftkällan kan vidare vara anordnad för drivning av åtminsto- ne en andra vid bergborrningsanordningen anordnad last, varvid nämnda andra last, i drift, kan avge kraft till en andra för- brukare, och varvid den av nämnda andra last avgivbara kraften beror av kraftkällans varvtal. Genom att bestämma ett andra kraftbehov för nämnda andra förbrukare, och baserat pà nämnda andra kraftbehov, bestämma ett andra varvtalsbehov för nämnda andra last, kan kraftkällans varvtal styras baserat pà nämnda första och andra varvtalsbehov.

Kraftkällans varvtal kan inställas till det högsta av de varv- talsbehov som bestämts för nämnda första och andra last. 10 15 20 25 30 535 475 Ibland kan det vara fördelaktigt att kraftkällans varvtal en- dast kan inställas till ett flertal fasta varvtal. Kraftkäl- lans varvtal kan då inställas till det fasta varvtal som lig- ger närmast över det högsta av de varvtalsbehov som bestämts för nämnda första och andra last.

Enligt uppfinningen styrs kraftkällan således på ett sådant sätt att den avger precis, eller väsentligen precis, det varv- tal av inställbara varvtal som för närvarande erfordras.

I en utföringsform inställs kraftkällans varvtal till ett fast varvtal som ligger maximalt 10% över eller under det högsta av de varvtalsbehov som bestämts för nämnda första och andra last. Detta har fördelen att kraftkällans varvtal kan instäl- las till ett varvtal som ligger i närheten av det bestämda varvtalsbehovet, men som kan avvika något, t.ex. p.g.a. att kraftkällan kan ha varvtal där den arbetar mer effektivt, var- vid inställning till ett sàdant varvtal kan motivera ett något lägre kraftuttag genom att inställa kraftkällans varvtal till ett något lägre varvtal än det bestämda varvtalsbehovet.

Enligt föreliggande uppfinning bestäms enligt ovan ett kraft- behov, såsom t.ex. ett hydraulflödesbehov, för en förbrukare, som sedan förmedlas till t.ex. den första lasten såsom t.ex. en hydraulpumpenhet.

Detta har fördelen att förbrukaren kan begära ett flöde som är helt frikopplat från det varvtal med vilket hydraulpumpen mås- te drivas för att kunna avge önskat flöde. Detta innebär också att förbrukaren kan begära ett flöde, där begäran är helt obe- roende av den typ av hydraulpump som driver förbrukaren. Sett från förbrukaren spelar det alltså ingen roll om det är en li- ten eller stor hydraulpump som driver förbrukaren, det enda som är intressant är att önskat flöde erhålls. Detta medför också att hydraulpumpen kan bytas från en typ till en annan, utan att det sätt på vilket önskat hydraulflöde bestäms behö- 10 15 20 25 535 475 ver ändras, eftersom ansvaret för att ”rätt” flöde erhålls helt och hållet ligger hos lasten.

Således kan komponenter på ett enkelt sätt bytas ut utan att de delar av styrsystemet som avser enheter som styr/styrs av en utbytt komponent behöver påverkas.

Kraftkällan kan utgöra en huvudkraftkälla, varvid huvudkraft- källan kan tillhandahålla effekt till flera, eller samtliga, vid bergborrningsanordningen förekommande laster med kraftbe- hov.

Ytterligare kännetecken för föreliggande uppfinning och förde- lar därav kommer att framgå ur följande detaljerade beskriv- ning av exempelutföringsformer och de bifogade ritningarna.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar en bergborrningsanordning vid vilken föreliggande uppfinning med fördel kan tillämpas.

Fig. 2 visar kraftkälla, laster och förbrukare för bergborr- ningsanordningen i fig. 1 mer i detalj.

Fig. 3 visar ett flödesschema över en exempelförfarande för bestämning av ett varvtal för en kraftkälla enligt föreliggan- de uppfinning.

Detaljerad beskrivning av exempelutföringsformer I fig. 1 visas en bergborrningsanordning enligt en exempelut- föringsform av föreliggande uppfinning, för vilken en uppfin- ningsenlig styrning av en kraftkälla kommer att beskrivas.

Den i fig. 1 visade bergborrningsanordningen innefattar en borrigg 1, i detta exempel en ovanjordborrningsrigg, vilken uppbär en borrmaskin i form av en topphammarborrmaskin ll. 10 15 20 25 30 535 475 Borriggen 1 visas i användning, borrandes ett hål 2 i berg, vilket börjar vid jordytan och där borrningen för närvarande befinner sig vid ett djup d. Hålet är avsett att resultera i ett hål med djupet B, vilket, beroende på tillämpningsområde, kan variera stort från hål till hål och/eller tillämpningsom- råde till tillämpningsområde. Det avslutade hålet anges med streckade linjer. (Det visade förhållandet mellan borrigghöjd och háldjup är inte på något sätt avsett att vara proportio- nerligt. Borrens totala höjd y kan till exempel vara 10 meter, medan håldjupet ß kan vara både mindre än och väsentligt myck- et större än 10 meter, t.ex. 20 meter, 30 meter, 40 meter el- ler mer.) Topphammarborrmaskinen 11 är via en borrsläde 13 monterad på en matarbalk 5. Matarbalken 5 är i sin tur fäst till en bom 19 via en matarbalkshållare 12. Topphammarborrmaskinen 11 till- handahàller, via en borrsträng 6 som stöds av ett borrsträng- stöd 14, slagverkan på ett borrverktyg i form av en borrkrona 3, vilken överför stötvågsenergi från topphammarborrmaskinen 11 till berget. Av praktiska skäl (utom möjligtvis för mycket korta hål) består borrsträngen 6 inte av en borrstång i ett stycke, utan består vanligtvis av ett antal borrstänger. När borrningen har fortskridit motsvarande en borrstànglängd sam- mangängas en ny borrstång med de en eller flera redan samman- gängade borrstängerna, varvid borrningen kan fortskrida ytter- ligare en borrstånglängd innan ny borrstång sammangängas med befintliga borrstänger.

Topphammarborrmaskinen 11 är av hydraulisk typ, varvid den kraft(effekt)-försörjs av en hydraulpump 10 via hydraulslangar (ej visat) på sedvanligt sätt. Hydraulpumpen drivs i sin tur av en kraftkälla i form av t.ex. en förbränningsmotor 9 såsom en dieselmotor (alternativ kan kraftkällan 9 utgöras av en el- motor). 10 15 20 25 30 535 475 Hydraulpumpen 10 drivs i den här visade utföringsformen av en vid förbränningsmotorn 9 utgående axel, och enligt föreliggan- de exempel är hydraulpumpens 10 ingående axel förbunden med förbränningsmotorns utgående axel på ett sådant sätt att rota- tionsvarvtalet för hydraulpumpens 10 ingående axel är detsamma som varvtalet för förbränningsmotorns utgående axel. I en al- ternativ utföringsform är hydraulpumpens ingående axel förbun- den med förbränningsmotorns utgående axel via lämplig växelan- ordning.

I allmänhet utgör kraftkällan 9 vid en borrigg av ovanstående typ en huvudkraftkälla, varvid huvudkraftkällan 9 tillhanda- håller effekt till flera, eller samtliga, vid borriggen före- kommande enheter med kraftbehov, såsom t.ex. laster i form av hydraulpumpar, vilka i sin tur driver förbrukare, såsom t.ex. slagverk, hydraulmotorer etc.

I föreliggande beskrivning och patentkrav används termen ”last” för att definiera en enhet som drivs direkt av kraft- källan, medan termen ”förbrukare” används för att definiera en enhet som drivs av en last och därmed indirekt av kraftkällan.

Ett annat exempel på laster som kan drivas av kraftkällan ut- görs av kylfläktar. Vidare utgörs en annan typ av vanligt fö- rekommande laster av kompressorer, och den i fig. 1 visade bergborrningsanordningen innefattar en kompressor 8, vilken tillhandahåller spolningsmedium i form av komprimerad luft.

Spolningsmedium används för att spola rent borrhålen från de borrningsrester, även kallat borrkax, som bildas vid borrning- en.

I det visade exemplet leds spolluften genom borrstängerna, vilka utgörs av tjockväggiga rör, t.ex. av stål. En i eller genom stängernas väggar i längdriktningen bildad kanal genom borrsträngen används för att mata spolluften från borriggen 1 genom borrsträngen 6 för utsläpp genom spolluftshål i borrkro- 10 15 20 25 30 535 475 10 nan för att därefter ta med sig borrkaxet på sin väg upp ur hålet i utrymmet mellan borrstång och hålvägg, såsom indikeras av de uppàtriktade pilarna i fig. 1.

För att borrkaxet ska följa med spolluften upp ur hålet och därmed undvika igensättning av spollufthàlen erfordras att spolluften uppnår åtminstone en viss hastighet, och därmed spolluftflöde, vilket i första hand beror på borrkaxets stor- lek, form och densitet.

Kompressorn 8 används för att på känt sätt få ner luft till borrkronan genom att trycka spolluften genom kanalen i borr- stängerna ner till borrkronan.

Förbränningsmotorn 9 utgör enligt ovan borriggens huvudkraft- källa, och bör därför vara tillräckligt kraftfull för att sam- tidigt kunna driva både kompressorn 8 och övriga till förbrän- ningsmotorn anslutna laster, såsom hydraulpumpen 10 och en hydraulpump 15, vilken driver en rotationsmotor för rotation av borrsträngen, vid full effekt. Den av förbränningsmotorn avgivbara kraften bör dessutom vara tillräckligt stor för att samtidigt kunna driva kylfläktar, spolluftflöde och de förbru- kare som drivs av kompressorn 8 respektive hydraulpumparna 10, 15 vid full effekt. Även ytterligare laster kan vara anordnade att drivas av förbränningsmotorn, såsom t.ex. ytterligare hyd- raulpumpar, vilka i sin tur kan driva andra på bergborrnings- anordningen anordnade förbrukare, såsom t.ex. hydraulmotorer för användning på ett vid bergborrningsanordningar sedvanligt sätt.

Borriggen innefattar även en styrenhet 18, vilken utgör en del av borriggens styrsystem, och vilken kan användas för styrning av diverse funktioner, såsom t.ex. styrning av förbränningsmo- torns 9 varvtal enligt föreliggande uppfinning, och enligt vad som beskrivs nedan. 10 15 20 25 30 535 475 ll Enligt föreliggande uppfinning styrs kraftkällans varvtal ba- serat på rådande kraftbehov hos åtminstone en av de till för- bränningsmotorn indirekt anslutna förbrukarna. Kraftbehovet för nämnda åtminstone en av förbrukarna bestäms med hjälp av en representation av förbrukaren, varvid således förbrukarens kraftbehov kan bestämmas genom beräkning och/eller t.ex. ta- belluppslagning, och därmed utan att sensorsignaler behöver användas vid bestämningen.

Med representation menas i denna beskrivning och i de följande patentkraven godtyckligt lämpligt sätt att beskriva en last eller förbrukare. Representationen kan t.ex. utgöras av en mjukvarurepresentation, dvs. vara implementerad i form av ett datorprogram. Vidare kan representationen t.ex. utgöras av ett matematiskt uttryck, varvid ett kraft-/varvtalsbehov bestäms genom en beräkning baserad på en eller flera inparametrar. Al- ternativt kan representationen t.ex. vara i listform, såsom t.ex. i tabellform.

I fig. 2 visas bergborrningsanordningens kraftkälla 9, laster och förbrukare mer i detalj. Fig. 2 visar förbrànningsmotorn 9 med hydraulpumpar 10, 15 samt kompressorn 8 direkt kopplade till kraftkällans utgående axel 20. För enkelhetens skull vi- sas de till kraftkällan 9 anslutna lasterna direkt förbundna med kraftkällans 9 utgående axel, men såsom nämnts kan i en alternativ utföringsform en eller flera av lasterna vara för- bundna med förbränningsmotorns utgående axel 20 via tillämplig växelanordning.

Enligt ovan styr hydraulpumpen 10 topphammarslagverket ll sam- tidigt som hydraulpumpen 15 styr en (eller flera) rotationsmo- tor(er) 21 för rotation av borrsträngen. Fig. 2 visar även kompressorn 8. Kompressorn 8 genererar tryckluft som tillförs en separatortank 33, där olja som tillförts vid komprimeringen åter avskiljs från tryckluften. Den till separatortanken 22 10 15 20 25 30 535 475 12 tillförda tryckluften används sedan som spolningsmedium enligt ovan. Såsom också har nämnts, kan även ytterligare, ej visade, laster vara anordnade att drivas av kraftkällan 9.

Ett exempelförfarande 300 enligt föreliggande uppfinning för bestämning av varvtal för kraftkällan 9 visas i fig. 3. I steg 301 bestäms om kraftkällan är startad, och om så är fallet fortsätter förfarandet till steg 302, samtidigt som en varia- bel "förbrukare” sätts till i=l. Varje förbrukare vid berg- borrningsanordningen (eller åtminstone den/de förbrukare för vilken/vilka bestämning enligt föreliggande uppfinning ska ut- föras) tillordnas ett löpnummer i, varvid förbrukaren kan identifieras med nämnda löpnummer i.

I steg 302 bestäms kraftbehovet för förbrukare i, dvs. i detta fall förbrukare 1, vilken kan utgöras av någon godtycklig för- brukare. I föreliggande exempel utgörs förbrukare i=1 av rota- tionsmotorn 21. Beträffande de till hydraulpumparna anslutna förbrukarna, såsom rotationsmotorn 21, innebär detta kraftbe- hov ett hydraulflödesbehov.

Enligt föreliggande exempel utförs denna bestämning med be- stämningsorgan i form av ett datorprogram. T.ex. kan de styr- organ som används för styrning av förbrukaren utgöras av ett dedikerat datorprogramkodavsnitt i en styrenhet, varvid dator- programkodavsnittet kan vara utbytbart utan att andra dator- programkodavsnitt behöver påverkas. Vidare används en mjukva- rurepresentation av förbrukaren vid bestämningen, där mjukva- rurepresentationen kan vara integrerad i nämnda datorprogram- kodavsnitt. T.ex. kan en förbrukare, såsom rotationsmotorn 21, representeras av en representation i form av ett matematiskt uttryck, varvid kraftbehovet bestäms genom en beräkning base- rad pà en eller flera inparametrar enligt nedan. Alternativt kan förbrukaren representeras av en representation i listform, såsom t.ex. i tabellform, där kraftbehovet bestäms genom att 10 15 20 25 30 535 475 13 ur tabellen/listningen ta fram ett värde representerande kraftbehovet baserat pà en eller flera inparametrar, och där värden på kraftbehovet kan finnas angivet för ett stort antal värden pà respektive inparameter, liksom även kombinationer av olika värden pà inparametrar. Bestämningen av kraftbehovet kan t.ex. även utföras genom en kombination av ovanstående förfa- randen. Bestämningsorganen kan även utgöras av t.ex. en härd- varuimplementering t.ex. m.h.a. en ASIC (Application Specific Integrated Circuit) -krets.

De inparametrar som används vid bestämning av kraftbehovet kan bestämmas av den process/del i bergborrningsanordningens styr- system som styr pågående drift av bergborrningsanordningen.

Rotationsmotorn 21 används i föreliggande exempel för rotation av borrsträngen vid pågående borrning, varvid inparametrar er- hålls fràn styrningen av borrningsprocessen. Denna övergripan- de styrning kan t.ex. bestämma att borrning med viss slag- kraft, såsom t.ex. någon tillämplig andel av maximal slag- kraft, ska råda, samt också att en viss rotationskraft och/eller ett visst rotationsvarvtal för borrsträngen erford- ras.

Med hjälp av representationen av rotationsmotorn 21 bestäms det hydraulflöde med vilket rotationsmotorn måste drivas, dvs. det hydraulflöde som måste erhållas fràn hydraulpumpen 15 för att en för borrsträngen önskad rotationshastig- het/rotationskraft för borrsträngen ska kunna erhållas. Sett ur den övergripande styrningen av borrningsprocessens perspek- tiv medför detta således att det räcker med att begära en ro- tationshastighet och/eller rotationskraft för borrsträngen från rotationsmotorn 21, utan att behöva ta hänsyn till vilken typ av rotationsmotor som faktiskt används. Således kan, fort- farande sett ur den övergripande styrningen av borrningspro- cessens perspektiv, hydraulmotorn 21 bytas ut mot en helt an- lO 15 20 25 30 535 475 14 nan typ av hydraulmotor, utan att detta påverkar den över- gripande styrningens styrsignaler med avseende på rotationsmo- torn 21.

Den övergripande styrningen av borrningsprocessen behöver alltså inte ta hänsyn till vilken typ av rotationsmotor som används, med fördelen att denna del av bergborrningsanordning- ens styrsystem inte behöver ändras/omprogrammeras i det fall t.ex. rotationsmotorn 21 utbyts mot en rotationsmotor av annan typ.

Principen för detta funktionsuppdelade styrsystem exemplifie- ras i fig. 2, där delar av styrenheten 18 visas. Den över- gripande styrningen av borrningsprocessen visas som 30, och representationen av rotationsmotorn 21 visas som 31.

När således rotationsmotorns 21 kraftbehov har bestämts i steg 302 med hjälp av representationen 31 av rotationsmotorn 21, bestäms, i steg 303, det varvtal ag med vilket hydraulpumpen 15 måste drivas för att kunna avge önskat flöde.

Detta utförs på ett med ovan analogt sätt, dvs. den del 31 av styrsystemet som hanterar rotationsmotorn 21 begär det enligt ovan bestämda hydraulflödet från den del 32 av styrsystemet (de bestämningsorgan) som hanterar hydraulpumpen 15.

När flödesbegäran från den del av styrsystemet som avser rota- tionsmotorn 21 har mottagits från den del av styrsystemet som avser hydraulpumpen 15 används denna flödesbegäran för att be- räkna det minsta varvtal a¿ med vilket hydraulpumpen 15 måste roteras av kraftkällan 9 för att kunna avge önskat flöde till rotationsmotorn 21. Eftersom hydraulpumpen 15 i den visade ut- föringsformen är direkt kopplad till kraftkällans 9 axel utgör detta framräknade varvtal a¿ också det minsta varvtal som kraftkällan 9 måste drivas vid, sett från hydraulpumpen 15.

Detta framräknade varvtal kommuniceras sedan till den del (de 10 15 20 25 30 535 475 15 styrorgan) 33 av styrsystemet som styr kraftkällan 9, varvid det lägsta varvtal kraftkällan måste drivas vid, a¿ mn sätts :in Förfarandet fortsätter sedan till steg 304, där det bestäms om variabeln ”förbrukare” nått värdet n. Om så inte är fallet räknas ”förbrukare” upp med ett, varvid förfarandet återgår till steg 302 för att bestämma kraftbehovet för förbrukare i+1. I föreliggande exempel t.ex. topphammarslagverket 11.

Principen för denna bestämning är helt analog med det ovanstå- ende, dvs. den övergripande styrningen av borrningsprocessen 30 begär ett slagverkstryck från den del 34 av styrsystemet som hanterar slagverket ll. Beträffande topphammarslagverket arbetar detta inte kontinuerligt på samma sätt som t.ex. rota- tionsmotorn utan intermittent, men med kännedom om slagverks- trycket, vilket t.ex. kan erhållas som styrsignal fràn den övergripande styrningen av borrningsprocessen 30, kan slag- verksflödet räknas ut med hjälp av en funktion över hur slag- verksflödet beror av slagverkstrycket. Denna tryck- /flödeskarakteristik kan t.ex. finnas angiven i datablad, var- vid dessa databladsdata kan lagras i styrsystemet. Alternativt kan mätas upp tryck-/flödeskarakteristik mätas upp vid till- verkningen för det specifika slagverket, alternativt ett typ- slagverk.

När slagverkets hydraulflödesbehov har bestämts begärs ett hydraulflöde från den del 35 av styrsystemet som hanterar hyd- raulpumpen 10 enligt ovan, varvid det minsta varvtal med vil- ket hydraulpumpen 10 måste roteras av kraftkällan 9 för att kunna avge önskat flöde till slagverket 11 också kan bestämmas i steg 303. Det framräknade varvtalet kommuniceras till delen 33 av styrsystemet som styr kraftkällan 9, varvid a¿_mn sätts till det högsta av de olika framräknade ar. 10 15 20 25 30 535 475 16 Stegen 302-304 upprepas sedan till dess att erfordrade varv- tal, sett från var och en av de till kraftkällan anslutna las- terna, har betstämts. Såsom inses kan hydraulpumparna 10, 15 vara anordnade att driva ytterligare, ej visade förbrukare, varvid ovanstående bestämning kan utföras för varje förbrukare som drivs av en och samma hydraulpump, och varvid flödesbeho- vet för en hydraulpump kan ta hänsyn till det sammanlagda flö- desbehovet för tvà eller flera förbrukare om dessa drivs sam- tidigt av en och samma hydraulpump, varvid således hydraulpum- pens varvtalsbehov också blir högre.

På motsvarande sätt bestäms kompressorns varvtalsbehov, där detta i princip, åtminstone vid pågående borrning, beror av spolluftsbehovet. Kompressorn kan t.ex. vara anordnad att sty- ras enligt det i den parallella ansökan ” Anordning och metod vid bergborrning", med samma uppfinnare och inlämningsdag som föreliggande ansökan, beskrivna förfarandet. Enligt det i nämnda ansökan beskrivna förfarandet visas en lösning där kom- pressorn arbetar enligt en första mod respektive en andra mod, och där i nämnda första mod kompressorns avgivna flöde är an- ordnat att styras genom styrning av varvtalet för nämnda kom- pressor, och där i nämnda andra mod kompressorns avgivna flöde är anordnat att styras genom styrning av luftflödet vid kom- pressorns inlopp. Således kan kompressorns varvtalsbehov vara anordnat att bestämmas enligt det i nämnda ansökan beskrivna förfarandet.

När sedan varvtalsbehovet har bestämts för samtliga förbrukare och laster, dvs. när villkoret i steg 304 är uppfyllt, fort- sätter förfarandet till steg 305 för bestämning av kraftkäl- lans varvtal. Detta kan t.ex. utföras genom att med hjälp av delen 33 av styrsystemet som styr kraftkällan 9 jämföra de en- ligt ovan bestämda varvtalen för kraftkällan, varvid kraftkäl- lan i steg 306 kan inställas till det högsta av nämnda varvtal 10 15 20 25 30 535 475 17 för att på sä sätt tillgodose önskemål från samtliga förbruka- re, samtidigt som kraftkällan 9 inte drivs vid ett onödigt högt varvtal. Vid regleringen av kraftkällans varvtal kan styrenheten erhålla aktuellt varvtal för kraftkällan t.ex. med hjälp av en vid kraftkällans utgående axel, eller vid någon av de anslutna lasterna, anordnad varvtalsgivare.

Såsom nämnts kan kraftkällan inställas till det högsta av de varvtal som begärts från någon av kraftkällans laster. Kraft- källans varvtal kan alternativt ställas till något av ett an- tal fasta varvtal, där varvtalet kan inställas till det fasta varvtal som ligger närmast över det högsta av nämnda mottagna varvtalsbegäran. En sådan lösning kan t.ex. vara att föredra ur dimensioneringshänseende, då hänsyn endast behöver tas till ett antal på förhand kända varvtal för kraftkällan. Vidare måste, åtminstone i det fall kraftkällan utgörs av en förbrän- ningsmotor, varvtalet åtminstone utgöras av förbränningsmo- torns tomgàngsvarvtal. Om det enligt förfarandet i fig. 3 be- stämda varvtalet understiger förbränningsmotorns tomgångsvarv- tal kan istället förbränningsmotorns varvtal sättas till tom- gångsvarvtalet.

Enligt ovan kan kraftkällans varvtal alternativt inställas till ett fast varvtal som ligger maximalt 10% över eller under det högsta av de varvtalsbehov som bestämts för nämnda första och andra last.

Företrädesvis är systemet dimensionerat på så sätt att kraft- källan alltid kan avge det maximala effektbehov som kan uppstå samtidigt som det högsta begärda varvtalet kan tillgodoses.

Alternativt kan det existera situationer när det enligt ovan bestämda varvtalet utgör ett varvtal vid vilket den av kraft- källan avgivbara effekten inte uppgår till önskad effekt, var- vid önskad effekt sàledes inte kan uttas, varvid kraftkällans varvtal kan inställas till ett varvtal vid vilket maximal ef- 10 15 20 25 30 535 475 18 fekt för kraftkällan kan uttas för att i möjligaste màn till- godose rådande behov.

Styrning av bergborrningsanordningen enligt föreliggande upp- finning medför således att styrsystemimplementeringen för styrning av kraftkällan kan utformas på ett sätt som medför att kraftkällan drivs vid ett varvtal som så nära som möjligt överensstämmer med ett ”optimalt” varvtal.

Vidare kan systemet vara anordnat att kontinuerligt och auto- matiskt anpassa kraftkällans varvtal till den för tillfället mest gynnsamma driftpunkten utan att riggens funktioner påver- kas pá negativt sätt. Det ska förstås att regleringen av kraftkällans varvtal kan vara kontinuerlig, dvs. förfarandet enligt fig. 3, och därmed bestämning av erfordrat varvtal, kan t.ex. utföras kontinuerligt, varje sekund, var 5: sekund, var 10:e sekund eller med något annat lämpligt intervall. Kraft- källans varvtal kan således förändras kontinuerligt under drift, t.ex. beroende på in-/urkoppling av andra las- ter/förbrukare som drivs av kraftkällan, alternativt förändra- de behov vid t.ex. borrning, såsom ökat/minskat slagkraftbe- hov, ökat/minskat behov av spolluft etc.

Styrning av bergborrningsanordningen enligt föreliggande upp- finning medför också att komponenter på ett enkelt sätt kan bytas ut utan att delar av styrsystemet som avser enheter som styr/styrs av en utbytt komponent behöver påverkas.

Genom att t.ex. styrningen av rotationsmotorn 21 begär ett önskat flöde från hydraulpumpen 15 behöver inte rotationsmo- torns styrning "bry sig" om vilken typ av hydraulpump som fak- tiskt driver rotationsmotorn, dvs. sett fràn rotationsmotorn spelar det ingen roll om det är en liten hydraulpump som drivs med ett högt varvtal eller om det är en större hydraulpump som kan drivas vid ett lägre varvtal. Således kan hydraulpumpen 15 bytas ut mot en annan typ av hydraulpump utan att borriggens 10 15 20 25 30 535 475 19 styrning med avseende pä rotationsmotorn, eller bergborrnings- processens övergripande styrning, behöver förändras. Detta gäller pà motsvarande sätt för övriga laster och förbrukare som styrs enligt föreliggande uppfinning. I en utföringsform styrs samtliga vid bergborrningsanordningen förekommande och av kraftkällan direkt eller indirekt drivna laster/förbrukare enligt föreliggande uppfinning. Enligt en annan utföringsform styrs endast en delmängd av nämnda laster förbrukare enligt föreliggande uppfinning, varvid övriga laster/förbrukare kan styras på annat sätt, eller inte alls.

Såsom inses kan en lösning enligt föreliggande uppfinning fortfarande leda till att vissa laster/förbrukare har ett läg- re varvtalsbehov än det enligt ovan bestämda a¿J“som kraftkäl- lan kommer att drivas vid. I en utföringsform hanteras detta genom att lasten/förbrukaren får arbeta vid en högre effekt än vad som egentligen är nödvändigt. Detta medför dock förluster som är direkt beroende av överkapaciteten.

Det kan dock vara fördelaktigt att konstruera systemet på så sätt att driftsfall där det tillgängliga flödet är större än önskat kan hanteras för att i möjligaste män minska överflödig energiförbrukning. I de fall hydraulpumpar drivs vid högre varvtal än vad som erfordras av den/de till hydraulpumpen an- slutna förbrukarna kan t.ex. överflödig pumpkapacitet shuntas till tank. Även detta medför dock förluster som direkt beror av överkapaciteten. I de fall hydraulpumpar med variabelt de- placement används kan deplacementet reduceras vid behov, vil- ket är betydligt effektivare vid dellast även om reducerade deplacement genererar något ökade förluster p.g.a. försämrad verkningsgrad.

I en utföringsform innefattar en eller flera av nämnda förbru- kare och laster en egen styrenhet, varvid t.ex. en rotations- hastighetsbegäran kan skickas till en för rotationsmotorn de- 10 15 20 535 475 20 dikerad styrenhet, som sedan skickar flödesbehovsbegäran till styrenheten för den hydraulpump som driver rotationsmotorn, vilken i sin tur kan bestämma erfordrat varvtal som sedan sänds till t.ex. kraftkällans styrenhet.

Uppfinningen har ovan beskrivits i anknytning till en ovan- jordborrningsrigg, vilken uppbär en borrmaskin i form av en topphammarborrmaskin. Uppfinningen är dock även tillämplig för styrning av t.ex. DTH (Down-The-Hole) - bergborrningsanordningar, samt även vid underjordriggar.

Vidare har uppfinningen ovan beskrivits i anknytning till en metod för styrning av en kraftkälla där varvtalet för kraft- källan styrs baserat på varvtalsbehov som erhållits med hjälp av en representation av förbrukare. I en utföringsform används åtminstone en sensor för att bestämma ett kraftbehov för åt- minstone en ytterligare förbrukare, varvid kraftkällan styrs baserat på både representationen av åtminstone en förbrukare och signaler från åtminstone en sensor för bestämning av kraftbehovet för åtminstone en ytterligare förbrukare.

Claims (19)

10 15 20 25 30 535 475 21 Patentkrav

1. Metod för styrning av en kraftkälla (9) vid en bergborr- ningsanordning, varvid nämnda kraftkälla (9) är anordnad för drivning av åtminstone en första vid bergborrningsanordningen anordnad last (8, 10, 15), varvid nämnda första last (8, 10, 15), i drift, avger kraft till en första förbrukare (11, 21), och varvid den av nämnda första last (8, 10, 15) avgivbara kraften beror av kraftkällans (9) varvtal, varvid metoden in- nefattar att: - med hjälp av en representation (31) av nämnda första förbru- kare (ll, 21) bestämma ett kraftbehov för nämnda första för- brukare (11, 21), - baserat på nämnda bestämda kraftbehov, bestämma ett varv- talsbehov för nämnda första last (8, 10, 15), och - styra varvtalet för nämnda kraftkälla (9) åtminstone baserat på nämnda bestämda varvtalsbehov för nämnda första last (8, 10, 15).

2. Metod enligt krav 1, varvid nämnda kraftkälla (9) är anord- nad för drivning av åtminstone en andra vid bergborrningsan- ordningen anordnad last (8, 10, 15), varvid nämnda andra last (8, 10, 15), i drift, avger kraft till en andra förbrukare (11, 21), och varvid den av nämnda andra last (8, 10, 15) av- givbara kraften beror av kraftkällans (9) varvtal, varvid me- toden vidare innefattar att: - bestämma ett kraftbehov för nämnda andra förbrukare (ll, 21), - baserat pà nämnda andra kraftbehov, bestämma ett varvtalsbe- hov för nämnda andra last (8, 10, 15), och - styra kraftkällans (9) varvtal baserat på första och andra lastens (8, 10, 15) varvtalsbehov. 10 15 20 25 30 535 475 22

3. Metod enligt krav 2, varvid nämnda andra kraftbehov för nämnda andra förbrukare (11, 21) bestäms med hjälp av en re- presentation (31) av nämnda andra förbrukare (11, 21).

4. Metod enligt krav 2 eller 3, varvid metoden vidare innefat- tar att inställa kraftkällans (9) varvtal till det högsta av de varvtalsbehov som bestämts för nämnda första och andra last (8, 10, 15).

5. Metod enligt något av kraven 2-4, varvid kraftkällans (9) varvtal kan inställas till ett flertal fasta varvtal, varvid metoden vidare innefattar att inställa kraftkällans (9) varv- tal till det fasta varvtal som ligger närmast över det högsta av de varvtalsbehov som bestämts för nämnda första och andra last (8, 10, 15).

6. Metod enligt något av kraven 2-4, varvid kraftkällans (9) varvtal kan inställas till ett flertal fasta varvtal, varvid metoden vidare innefattar att inställa kraftkällans (9) varv- tal till ett fast varvtal som ligger maximalt 10% över eller under det högsta av de varvtalsbehov som bestämts för nämnda första och andra last (8, 10, 15).

7. Metod enligt något av föregående krav, varvid nämnda kraft- källa (9) utgörs av en förbränningsmotor, varvid förbrännings- motorns varvtal inställs till tomgångsvarvtalet när nämnda be- stämda varvtalsbehov understiger förbränningsmotorns tom- gàngsvarvtal.

8. Metod enligt något av föregående krav, varvid metoden vida- re innefattar att kommunicera nämnda bestämda kraftbehov för nämnda första förbrukare (ll, 21) från styrorgan för nämnda 10 15 20 25 30 535 475 23 första förbrukare (11, 21) till styrorgan för nämnda första last (8, 10, 15).

9. Metod enligt nàgot av föregående krav, varvid nämnda första förbrukare (ll, 21) används vid någon av bergborrningsproces- serna slag och rotation.

10. Metod enligt något av föregående krav, varvid, vid bestäm- ning av ett varvtalsbehov för en last (8, 10, 15) baserat pà ett bestämt kraftbehov, en bestämd relation mellan kraftkäl- lans (9) varvtal och den för nämnda last (8, 10, 15) avgivbara kraften används.

11. ll. Metod enligt något av föregående krav, varvid nämnda metod utförs automatiskt av ett vid nämnda bergborrningsanordning anordnat styrsystem.

12. System för styrning av en kraftkälla (9) vid en bergborr- ningsanordning, varvid nämnda kraftkälla (9) är anordnad för drivning av åtminstone en första vid bergborrningsanordningen anordnad last (8, 10, 15), varvid nämnda första last (8, 10, 15), i drift, är anordnad att avge kraft till en första för- brukare (11, 21), och varvid den av nämnda första last (8, 10, 15) avgivbara kraften beror av kraftkällans (9) varvtal, kän- netecknad av att systemet innefattar: - bestämningsorgan för bestämning av ett kraftbehov för nämnda första förbrukare (11, 21) med hjälp av en representation (31) av nämnda första förbrukare (ll, 21), - bestämningsorgan för bestämning av ett varvtalsbehov för nämnda första last (8, 10, 15) baserat på nämnda bestämda kraftbehov, och lO 15 20 25 30 535 475 24 - styrorgan för styrning varvtalet för nämnda kraftkälla (9) åtminstone baserat på nämnda bestämda varvtalsbehov för nämnda första last (8, 10, 15).

13. System enligt krav 12, kännetecknat av att nämnda kraft- källa (9) är anordnad för drivning av åtminstone en andra vid bergborrningsanordningen anordnad last (8, 10, 15), varvid nämnda andra last (8, 10, 15), i drift, är anordnad att avge kraft till en andra förbrukare (11, 21), och varvid den av nämnda andra last (8, 10, 15) avgivbara kraften beror av kraftkällans (9) varvtal, varvid systemet vidare innefattar: - bestämningsorgan för bestämning av ett kraftbehov för nämnda andra förbrukare (11, 21), - bestämningsorgan bestämning av ett varvtalsbehov för nämnda andra last (8, 10, 15) baserat på nämnda bestämda kraftbehov, och - styrorgan för styrning av kraftkällans (9) varvtal baserat på första och andra lastens (8, 10, 15) varvtalsbehov.

14. System enligt krav 12 eller 13, kännetecknat av att nämnda representation (31) av nämnda första och/eller andra förbruka- re (11, 21) utgörs av en mjukvarurepresentation av nämnda för- sta förbrukare (ll, 21).

15. System enligt något av kraven 12-14, kännetecknat av att en vid nämnda första last (B, 10, 15) ingående axel är anord- nad att drivas av en vid nämnda kraftkälla (9) utgående axel på så sätt att lastens (8, 10, 15) varvtal är linjärt beroende av kraftkällans (9) varvtal.

16. System enligt något av kraven 12-15, kännetecknat av att nämnda första och/eller andra last (8, 10, 15) utgörs av en 10 15 535 475 25 hydraulpump, och nämnda första och/eller andra förbrukares (11, 21) kraftbehov utgörs av ett hydraulflödesbehov.

17. System enligt något av kraven 12-16, kännetecknat av att nämnda styrorgan utgörs av en styrenhet (18) eller en dedike- rad datorprogramkod i en styrenhet (18).

18. System enligt krav 12, kännetecknat av att systemet vidare innefattar organ för att minska den till en förbrukare (11, 21) tillförda kraften när den med nämnda förbrukare (11, 21) associerade lasten (8, 10, 15) drivs vid ett högre varvtal än nämnda bestämda varvtalsbehov.

19. Bergborrningsanordning, kännetecknad av att den innefattar ett system enligt något av patentkraven 12-18.