КЛЮЧ ТРУБНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ Российский патент 2001 года по МПК B25B13/50 B25B21/00 E21B19/16 

Изобретение относится к устройствам для завинчивания или развинчивания резьбовых соединений при бурении и ремонте скважин.

Известен ключ для свинчивания-развинчивания бурильного инструмента, содержащий разъемный корпус, расположенное в нем зажимное устройство, имеющее ступенчатый паз и включающее валы-шестерни и кулачки, средства управления для приведения элементов ключа в исходное положение, включающие рычаги и установленный в ступенчатом пазу управляющий упор, и гидромотор, ключ снабжен также установленными на корпусе гидроцилиндром и конечным выключателем, а управляющий упор выполнен в виде имеющего в сечении ромб стержня, установленного с возможностью поворота на зажимном устройстве и связанного посредством рычагов с конечным выключателем и гидроцилиндром. Кроме того, для повышения удобства эксплуатации, ключ снабжен траверсой, а кулачки установлены на выходящих из корпуса и соединенных траверсой концах валов-шестерен [1].

В известном техническом решении отсутствует стопорный ключ как самостоятельное устройство, что сказывается на невозможности использования автономно данного устройства, отсутствие замкнутого контура на зажимном устройстве, что не обеспечивает надежность захвата и фиксации диаметров труб.

Задачей заявляемого технического решения является достижение высокого крутящего момента, надежность захвата и фиксации всего диапазона диаметров труб без смены кулачков, устранение переворачивания при переходе с режима "развинчивания" в режим "свинчивание" и наоборот, гашение реактивного момента на ключе.

Для решения задачи в ключе трубном гидравлическом, содержащем разъемный корпус, вращательное зажимное устройство, расположенное в корпусе, гидромотор и траверсу, предусмотрены стопорное устройство и система измерения крутящего момента, вращательное зажимное устройство выполнено реверсивным в виде зафиксированной между роликами разомкнутой шестерни с кольцевыми пазами на верхней и нижней ее плоскостях, при этом внутренняя ее поверхность расположена между двух объединенных фланцев, верхнего и нижнего, с направляющими пазами, в которых предусмотрены сменные захватные головки с пружинами для их принудительного разведения, верхний фланец связан с тормозным устройством, закрепленным на крышке вращательного зажимного устройства, при этом во вращательном зажимном устройстве для предотвращения осевого и радиального смещения шестерни относительно фланцев в пазах установлены, а на фланцах закреплены пальцы с роликами, кроме того, в ключе трубном гидравлическом предусмотрен фиксатор на верхнем фланце с возможностью взаимодействия с упором на шестерне, пара симметрично расположенных шестерен, взаимодействующих с разомкнутой шестерней и шестерней гидромотора, створка и зацеп для обеспечения силового замыкания корпуса зажимного устройства, при этом фланцы имеют зев.

Указанная задача достигается также и тем, что стопорное устройство ключа трубного гидравлического выполнено в виде шестерни, опирающейся на ролики и взаимодействующей с тремя валами-шестернями с кулачками, а концы валов-шестерен замкнуты траверсой, при этом на нижней плите предусмотрен фиксатор заданного направления движения, и гидроцилиндр, связанный с шестерней стопорного устройства и узлом управления стопорным устройством.

На фиг. 1 изображен ключ трубный гидравлический, общий вид; на фиг.2 - вид А фиг.1 (вращательное зажимное устройство); на фиг.3 - механизм захвата; на фиг. 4 - разрез Д-Д фиг.3; на фиг.5 - разрез Б-Б фиг.3; на фиг.6 - стопорное устройство; на фиг.7 - разрез Г-Г фиг.1.

Ключ трубный гидравлический состоит из следующих основных частей: вращательного зажимного устройства 1, выполненного реверсивным, стопорного устройства 2, узла управления стопорным устройством 3, системы измерения крутящего момента 4, гидромотора 5, линии прогрева 6 гидромотора для работы в зимнее время, представляющей собой систему трубопроводов и клиновую задвижку.

Вращательное зажимное устройство 1 включает в себя, заключенный в корпусе 7, механизм захвата в виде шестерни 8, установленной между двумя фланцами 9 (верхним) и 10 (нижним), объединенных стяжками 11. Для предотвращения осевого и радиального смещения относительно фланцев на верхней и нижней плоскостях шестерни проточены кольцевые пазы "а". В пазах установлены, а на фланцах закреплены пальцы 12 с роликами 13. Тело шестерни 8 имеет зев, обеспечивающий подвод ключа к трубе. В объединенных фланцах 9, 10 имеются два направляющих паза (на чертеже не показано), в которых размещаются сменные захватные головки 14. Для их принудительного разведения на верхнем фланце 9 установлены пружины 15. Верхний фланец 9 контактирует с лентой 16 тормозного устройства 17. На шестерне имеется упор 18, необходимый для работы фиксатора 19 заданного направления движения, установленного на верхнем фланце. При этом фланцы имеют зев.

Пара симметрично расположенных шестерен 20 и 21, находятся в зацеплении с шестерней 8 и шестерней гидромотора (на чертеже не показано). Внутри корпуса на осях 22 установлены парами ролики 23, выполняющие роль подшипников для шестерни и фиксирующие шестерню 8. Створка 24, необходимая для обеспечения силового замыкания корпуса 7, установлена на корпусе через ось 25 и состоит из корпуса с установленным на нем зацепом 26. Тормозное устройство 17 установлено на крышке 27 зажимного устройства и состоит из тормозной ленты 16 с двумя натяжными устройствами 28.

Гидромотор 5 установлен на крышке 27 зажимного устройства 1. На корпусе гидромотора установлены: панель 29, гидрораспределитель 30 и два предохранительных клапана 31.

Стопорное устройство выполнено в виде шестерни 32, находящейся своим зубчатым венцом в зацеплении с тремя валами-шестернями 33 с кулачком 34 на каждом их них, и гидроцилиндра 35, установленного на нижней плите 36. Его шток закреплен на шестерне, опорами для которой являются установленные на осях 37 ролики 38. Шестерня, валы-шестерни, ролики расположены между объединенными шпильками верхней 39 и нижней 36 плитами. Концы валов-шестерен замкнуты траверсой 40. Фиксатор 41 расположен на нижней плите.

Узел управления стопорным устройством 3 состоит из панели с управляющим гидрораспределителем 43 и рукавов высокого давления 42 для обеспечения гидравлического соединения гидрораспределителя с гидроцилиндром и панелью управления 29. Он устанавливается на нижней плите 36.

Стопорное устройство нижней плитой опирается на пружины, установленные на направляющих 49, в которых предусмотрен ряд отверстий для регулирования стопорного устройства по высоте.

Сменный комплект из двух захватных головок подбирается в зависимости от типоразмера трубы. Каждая захватная головка представляет собой корпус 44 с установленными в нем роликом 45, крышками 46 и двумя сухарями 47.

Для подвешивания ключа над устьем скважины применяется траверса 48, представляющая собой сварную металлоконструкцию.

Ключ трубный гидравлический работает следующим образом.

Свинчивание (развинчивание) колонны труб производится зажимным устройством 1. Реактивный момент, возникающий при этом, воспринимается стопорным устройством 2.

При нейтральном положении золотников гидрораспределителей 30 и 43 гидростанция, к которой подсоединен ключ, работает на "слив".

Переключением гидрораспределителя 43 из нейтрального положения, рабочая жидкость подается, в зависимости от свинчивания или развинчивания, в штоковую или поршневую полость гидроцилиндра 35. Шток гидроцилиндра через шестерню 32 и валы-шестерни 33 поворачивает кулачки 34, которые заклинивают неподвижную трубу. Свободу вращения в нужном направлении шестерня 32 получает переводом фиксатора 41 в соответствующее положение, указанное на верхней плите. Переключением гидрораспределителя 30 из нейтрального положения рабочая жидкость подается в соответствующую свинчиванию или развинчиванию полость гидромотора. Посредством зубчатых передач, включающих в себя шестерни 20 и 21, крутящий момент от гидромотора передается шестерне 8. Фланцы шестерни 8 в это время удерживаются от проворота тормозным устройством. Свободу вращения в нужном направлении шестерня 8 получает переводом фиксатора 19 в соответствующее положение, указанное на верхнем фланце.

Захватные головки 14 перед началом операций по свинчиванию или развинчиванию разведены пружинами. При повороте шестерня 8 перемещает захватные головки по направлению к трубе до контакта сухарей с ее поверхностью. В связи с возникшим сопротивлением поверхности трубы дальнейшему перемещению захватных головок в гидросистеме повышается давление, увеличивающее крутящий момент шестерни 8 до момента, достаточного для срыва фланцев с ленты тормозного устройства. После этого шестерня 8 начинает вращаться вместе с объединенными фланцами, осуществляя процесс свинчивания или развинчивания резьбового соединения.

Для ограничения крутящего момента зажимного устройства, в зависимости от диаметра свинчиваемых (развинчиваемых) труб, в конструкции ключа предусмотрены клапаны предохранительные 31, исключающие возможность получения крутящего момента ключа более допустимого. Контроль над крутящим моментом в процессе операции по свинчиванию (развинчиванию) колонны труб - визуальный - по шкале моментомера 4.

После окончания процесса по свинчиванию (развинчиванию) колонны труб рукоятка гидрораспределителя 30 переводится в противоположное положение. Гидромотор 5 и шестерня 8 начинают вращаться в противоположную сторону. Освобождаемые захватные головки пружинами отводятся от поверхности трубы. При упоре штифта 18 в фиксатор 19 зев шестерни и зев фланцев совмещается. Переводом рукоятки гидрораспределителя 30 в нейтральное положение при совпадении зева шестерни механизма захвата с аналогичным зевом вращательного зажимного устройства вращение механизма захвата прекращается.

Переключением гидрораспределителя 43 рабочая жидкость подается в противоположную началу операции свинчивания (развинчивания) полость гидроцилиндра 35. Шестерня 32 стопорного устройства 2 проворачивается до первоначального положения, ограниченного фиксатором 41, и кулачки 34 освобождают колонну труб.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1430246, МКИ В 25 В 21/00, E 21 В 19/16, приоритет от 06.04.87, опубл. 15.10.88, БИ N 38.

Изобретение относится к устройствам для завинчивания или развинчивания резьбовых соединений при бурении и ремонте скважин. Ключ трубный гидравлический содержит разъемный корпус, вращательное зажимное устройство, расположенное в корпусе, гидромотор и траверсу. На нем предусмотрены стопорное устройство и система измерения крутящего момента, вращательное зажимное устройство выполнено реверсивным в виде зафиксированной между роликами разомкнутой шестерни с кольцевыми пазами на верхней и нижней ее плоскостях, при этом внутренняя ее поверхность расположена между двух объединенных фланцев, верхнего и нижнего, с направляющими пазами, в которых предусмотрены сменные захватные головки с пружинами для их принудительного разведения, верхний фланец связан с тормозным устройством, закрепленным на крышке вращательного зажимного устройства, при этом во вращательном зажимном устройстве для предотвращения осевого и радиального смещения шестерни относительно фланцев в пазах установлены, а на фланцах закреплены пальцы с роликами, кроме того, в ключе трубном гидравлическом предусмотрены фиксатор на верхнем фланце с возможностью взаимодействия с упором на шестерне, пара симметрично расположенных шестерен, взаимодействующих с разомкнутой шестерней и шестерней гидромотора, створка и зацеп для обеспечения силового замыкания корпуса зажимного устройства, при этом фланцы имеют зев. В результате достигается высокий крутящий момент, надежность захвата и фиксации всего диапазона диаметров труб без смены кулачков. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Ключ трубный гидравлический, содержащий разъемный корпус, вращательное зажимное устройство, расположенное в корпусе, гидромотор и траверсу, отличающийся тем, что на нем предусмотрены стопорное устройство и система измерения крутящего момента, вращательное зажимное устройство выполнено реверсивным в виде зафиксированной между роликами разомкнутой шестерни с кольцевыми пазами на верхней и нижней ее плоскостях, при этом внутренняя ее поверхность расположена между двух объединенных фланцев, верхнего и нижнего, с направляющими пазами, в которых предусмотрены сменные захватные головки с пружинами для их принудительного разведения, верхний фланец связан с тормозным устройством, закрепленным на крышке вращательного зажимного устройства, при этом во вращательном зажимном устройстве для предотвращения осевого и радиального смещения шестерни относительно фланцев в пазах установлены, а на фланцах закреплены пальцы с роликами, кроме того, в ключе трубном гидравлическом предусмотрены фиксатор на верхнем фланце с возможностью взаимодействия с упором на шестерне, пара симметрично расположенных шестерен, взаимодействующих с разомкнутой шестерней и шестерней гидромотора, створка и зацеп для обеспечения силового замыкания корпуса зажимного устройства, при этом фланцы имеют зев. 2. Ключ трубный гидравлический по п.1, отличающийся тем, что стопорное устройство выполнено в виде шестерни, опирающейся на ролики и взаимодействующей с тремя валами-шестернями с кулачками, а концы валов-шестерен замкнуты траверсой, при этом на нижней плите предусмотрен фиксатор заданного направления движения, и гидроцилиндр, связанный с шестерней стопорного устройства и узлом управления стопорным устройством.