МАШИННЫЙ ТРУБНЫЙ КЛЮЧ Российский патент 1995 года по МПК B25B13/50 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к механизмам для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений труб при производстве спуско-подъемных операций в процессе бурения нефтяных и газовых скважин.

Известен машинный трубный ключ, включающий в себя рычаг и шарнирно соединенные с ним и между собой захватные звенья [1]
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является машинный трубный ключ, содержащий рычаг с продольным пазом и шарнирно соединенные между собой и рычагом захватные звенья и размещенный на одном из звеньев ограничитель для взаимодействия с торцем рычага [2]
В известном техническом решении решается задача ограничения усилий в захватных звеньях. Однако одновременно повышается масса ключа на величину массы высоконагруженного специального упора и снижается удобство в эксплуатации ключа, так как оператору приходится направлять упор при установке ключа на трубу.

Цель изобретения предотвращение перегрузки, снижение массы захватных звеньев, повышение надежности, удобства в работе и безопасности ключа.

Цель достигается тем, что в машинном трубном ключе, содержащем рычаг с продольным пазом, шарнирно соединенные между собой и рычагом захватные звенья и размещенный на одном из звеньев ограничитель для взаимодействия с торцом рычага, торец рычага, обращаемый к трубе, выполнен криволинейным, имеющим по всей длине положительный угол подъема 6-15^о относительно окружности, центр которой лежит на оси шарнира, связывающего рычаг с захватным звеном, между торцом рычага и его продольным пазом выполнена поперечная прорезь для возможности ограниченного упругого прогиба рычага, ключ снабжен упругим элементом, установленным на двух соседних захватных звеньях, одно из которых соединено с рычагом.

На фиг. 1 изображен машинный трубный ключ, общий вид; на фиг.2 вид А на фиг. 1; на фиг.3 торец рычага со звеном; на фиг.4 выполнение машинного трубного ключа с поперечной прорезью на рычаге; на фиг.5 исполнение машинного трубного ключа при переходе от ограничителя к торцу рычага.

Машинный трубный ключ содержит рычаг 1 с продольным пазом 2, шарнирно соединенные между собой и рычагом 1 захватные звенья 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, размещенный на звене 9 ограничитель 10 для взаимодействия с торцем 11 рычага 1, упругий элемент 12, установленный на двух соседних захватных звеньях 3 и 4, одно из захватных звеньев 3 соединено с рычагом 1. Торец 11 рычага 1, обращаемый к трубе 13, выполнен криволинейным, имеющим по всей длине положительный угол подъема 6-15^о относительно окружности, центр которой лежит на оси шарнира 14, связывающего рычаг 1 с захватным звеном 3. Между торцом 11 рычага 1 и его продольным пазом 2 выполнена поперечная прорезь 15 для возможности ограниченного упругого прогиба торца 11 рычага 1.

Машинный трубный ключ работает следующим образом.

В исходном положении ключ подвешен за кронштейн подвески 16 на стальном канате 17 и выровнен в горизонтальной плоскости. При этом к проушинам 18 и 19 присоединены тяговый и страховой канаты. После надевания машинного трубного ключа на трубу 13 к тяговому канату прикладывается усилие, и захватные звенья 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 зачинают затягиваться на трубе 13. Из опыта известно, что захватное звено 9 устанавливается относительно трубы 13 неподвижно. Между торцем 11 рычага 1 и ограничителем 10 устанавливается первоначальный зазор автоматически (фиг. 5) или с помощью оператора. Затяжка происходит вначале за счет перекатывания захватного звена 3 вокруг его зубчатой плашки 20. При этом шарнир 14, описывая окружность, приближается к трубе 13, пока торец 11 рычага 1 не соприкоснется с ограничителем 10 захватного звена 9. Дальнейшее нарастание прижима захватных звеньев 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9 к трубе 13 по мере роста крутящего момента будет осуществляться за счет поворота рычага 1 при проскальзывании его торца 11 по ограничителю 10. Следует также иметь в виду, что для отдельных труб, входящих в диапазон захвата ключа и имеющих отрицательные отклонения диаметральных размеров, этап затяжки может начаться с момента соприкосновения ограничителя 10 и торца 11, что возможно при недостаточной опытности или небрежности оператора.

Из исследований жесткости в станкостроении известно, что жесткость стыка деталей на порядок ниже жесткости самих деталей. Поэтому при соприкосновении ограничителя 10 и торца 11 вначале произойдет упругое деформирование стыка, а затем податливость его будет резко ограничена. Таким образом, при начальном соприкосновении ограничителя 10 и торца 11 также существует промежуток времени, когда затяжка начинается с перекатывания первого захватного звена 2 вокруг его зубчатой плашки 20, хотя и более короткий по сравнению с работой при начальном зазоре Δ.

Конструкции, представленные на фиг. 4 и 5 предусматривают исключение подобных случаев.

В конструкции на фиг.4 даже при начальном соприкосновении ограничителя 10 и торца 11 процесс затяжки начнется с перекатывания захватного звена 3 пока не сомкнется зазор поперечной прорези 10. Только затем наступит этап проскальзывания торца 11 по ограничителю 10.

В конструкции на фиг.5 упругий элемент 12 удерживает захватное звено 3 относительно захватного звена 4 в отведенном состоянии, что обеспечивает получение начального гарантированного зазора между ограничителем 10 и торцем 11.

Исследования показывают, что на этапе "перекатывания" захватного звена 3 при свободном смещении пальца 21 звена 9 в продольном пазу 2 рычага 1 коэффициент усиления ключа (отношение тягового усилия захватных звеньев к усилию, приложенному к свободному концу рычага) изменяется в пределах 18-25 (по кулисной схеме) и 50-20 (по схеме шарнирного четырехзвенника).

На этапе скольжения торца 11 рычага 1 по ограничителю 10 захватного звена 9, если этот торец 11 спрофилирован по радиусу из центра поворотного шарнира 14, коэффициент усиления равен 15-18.

Если торец 11 рычага 1 выполнен криволинейным, имеющим положительный угол подъема 6-15^о относительно окружности с центром на оси шарнира 14, коэффициент усиления уменьшается в среднем до 10. По эмпирическим данным проведенных исследований при угле подъема торца 11 рычага 1 менее 6^о эффект ослабления коэффициента усиления ключа незначителен, при этом угол 6^о является граничным по ощутимому ослаблению упомянутого коэффициента. При угле подъема свыше 15^о происходит критическое ослабление коэффициента усиления ключа, приводящее к проскальзыванию, а угол 15^о является граничным по предельному ослаблению коэффициента усиления ключа.

Из схемы на фиг.6 следует, что при выполнении торца 11 рычага 1 с углом подъема в пределах 6-15^о примерно в полтора раза увеличивается радиус R до мгновенного центра М (м¹) поворота рычага 1, что и приводит к соответствующему уменьшению коэффициента усиления. Таким образом к концу затяжки коэффициент усиления уменьшается в 2-5 раз с соответствующим уменьшением усилий в захватных звеньях ключа, причем не только без ущерба для начального сцепления ключа с трубой 13, а наоборот, с улучшением его.

Изобретение относится к буровому оборудованию, в частности предназначено для свинчивания-развинчивания и докрепления- раскрепления колонны бурильных и обсадных труб в процессе проведения спускоподъемных операций при бурении нефтяных и газовых скважин. Цель изобретения предотвращение перегрузки, снижение массы захватных звеньев, повышение удобства в работе и безопасности. Сущность изобретения: затяжка происходит вначале за счет перекатывания захватного звена 3 вокруг его зубчатой плашки 20. При этом шарнир 14, описывая окружность, приближается к трубе пока торец 11 рычага 1 не соприкоснется с ограничителем 10 захватного звена 9. Дальнейшее нарастание прижима захватных звеньев 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 к трубе по мере роста крутящего момента будет осуществляться за счет поворота рычага 1 при проскальзывании его торца 11 по ограничителю 10. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. МАШИННЫЙ ТРУБНЫЙ КЛЮЧ, содержащий рычаг с продольным пазом, шарнирно соединенные между собой и рычагом захватные звенья, и размещенный на одном из звеньев ограничитель для взаимодействия с торцом рычага, отличающийся тем, что, с целью предотвращения перегрузки, снижения массы захватных звеньев, повышения удобства в работе и безопасности, торец рычага, обращаемый к трубе, выполнен криволинейным, имеющим по всей длине положительный угол подъема 6 15^o относительно окружности, центр которой лежит на оси шарнира, связывающего рычаг со звеном. 2. Ключ по п.1, отличающийся тем, что между торцом рычага и его продольным пазом выполнена поперечная прорезь для возможности ограниченного упругого прогиба торца рычага. 3. Ключ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен упругим элементом, установленным на двух соседних захватных звеньях, одно из которых соединено с рычагом.