Пенетратор комбинированного управления Российский патент 2020 года по МПК E21B33/38 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области подводной добычи, в частности, к устройствам, обеспечивающим соединение гидравлических и электрических линий между подводной фонтанной арматурой горизонтального типа и подвеской насосно-компрессорной трубы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известен раскрытый в документе US 5941574 А (опубликован 24.08.1999) горизонтальный пенетратор, представляющий собой соединитель для напорных каналов, содержащий подвижный элемент, выполненный с возможностью избирательного зацепления и расцепления с неподвижным элементом для обеспечения разъединяемого соединения. Подвижный элемент выполнен с возможностью перемещения посредством основного привода, соединенного с оправкой, преимущественно зафиксированной по отношению к неподвижному элементу, но выполненной с возможностью перемещения относительно неподвижного элемента так, чтобы обеспечивать аварийное перемещение подвижного элемента независимо от основного привода. Таким образом, подвижный элемент может быть расцеплен с неподвижным элементом за счет движения оправки в случае отказа основного привода.

Предпочтительно, привод, а также оправка известного из упомянутого документа пенетратора могут приводиться в движение механическим способом с помощью подводного аппарата дистанционного управления.

В частности, привод известного из US 5941574 А пенетратора может включать в себя соединительный механизм для передачи движения от подводного аппарата дистанционного управления. Оправка может содержать воротник с пальцами, находящимися в зацеплении с неподвижным корпусом посредством упорной гильзы. Указанная упорная гильза может быть зафиксирована срезным штифтом к воротнику и присоединена к воротнику посредством соединения мертвого хода, таким образом натяг указанной гильзы будет сперва срезать срезные штифты, позволяя гильзе перемещаться и освобождая пальцы для расцепления с корпусом, а затем протягивая воротник от корпуса посредством соединения мертвого хода.

Привод может содержать резьбовой шпиндель либо приводную муфту, зафиксированные с возможностью вращения внутри оправки и перемещения дополнительной приводной гайки или приводной муфты, к которой присоединен подвижный элемент. Может быть предусмотрено множество неподвижных элементов, зацепляемых с множеством подвижных элементов. Также, из уровня техники известен пенетратор, раскрытый в документе СА 2759904 С (опубликован 11.02.2014). Пенетратор, известный из указанного документа, содержит корпус и размещенный внутри указанного корпуса шток поршня, выполненный с возможностью линейного перемещения внутри корпуса таким образом, чтобы соединять и разъединять гидравлические и электрические контакты со сборкой фонтанной арматуры. Известный пенетратор может включать в себя систему крепления штока поршня к корпусу, включающую в себя канал, выполненный в штоке поршня, зажимное кольцо, запоры и стопорную муфту.

Шток поршня известного из СА 2759904 С пенетратора может перемещаться возвратно-поступательно внутри камеры корпуса посредством использования гидравлического механизма. При этом для приведения в движение штока поршня из соединенного положения в разъединенное положение давление может быть подано через гидравлический канал. Гидравлика также может быть использована для перемещения штока в соединенное положение.

Кроме того, известный пенетратор может включать механизм экстренного разъединения, который может быть использован для перемещения поршня из соединенной позиции в разъединенную в случае отказа в режиме нормального разъединения.

Известные из упомянутых публикаций пенетраторы позволяют обеспечивать эффективное в штатном режиме работы соединение и разъединение гидравлических и электрических каналов между подводной фонтанной арматурой горизонтального типа и подвеской насосно-компрессорной трубы. Тем не менее, часто возникает необходимость обеспечить упомянутое эффективное соединение при аварийном/нештатном режимах работы (при появлении давления до 34,5 МПа в камере пенетратора), в частности, в случае отказа механизма сброса давления из камеры пенетратора либо при нарушении герметичности корпуса пенетратора.

Кроме того, конструктивные особенности известных пенетраторов не позволяют нивелировать угловые отклонения поршня, возникающие при его перемещении между разъединенным и соединенным положениями, а также не позволяют обеспечить в достаточной степени эффективное экстренное разъединение в случае отказа штатного механизма перемещения поршня пенетратора.

Предлагаемое изобретение направлено на то, чтобы преодолеть по меньшей мере один недостаток, присущий техническим решениям уровня техники.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической проблемой, решаемой при создании настоящего изобретения, стало создание пенетратора комбинированного управления, конструкция которого позволяет обеспечить эффективное соединение и разъединение гидравлических и электрических линий между подводной фонтанной арматурой горизонтального типа и подвеской насосно-компрессорной трубы. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в нивелировании угловых отклонений поршня пенетратора комбинированного управления, возникающих при его перемещении между разъединенным и соединенным положениями, с одновременным обеспечением универсальности управления, достигаемой за счет вариативности механизма приведения пенетратора комбинированного управления в действие, которое может осуществляться либо механическим способом, либо гидравлическим способом.

Кроме того, заявленное изобретение позволяет обеспечить эффективное соединение и разъединение гидравлических и электрических линий между подводной фонтанной арматурой горизонтального типа и подвеской насосно-компрессорной трубы, в том числе при аварийном/нештатном режимах работы.

Дополнительно, заявленное изобретение позволяет обеспечить эффективное экстренное разъединение в случае отказа штатного механизма перемещения поршня пенетратора.

Заявленные техническая проблема и технический результат соответственно решается и достигается за счет того, что пенетратор комбинированного управления для соединения гидравлических и электрических линий между блоком подводной фонтанной арматуры и подвеской насосно-компрессорной трубы содержит:

корпус, выполненный с возможностью вывода гидравлических и электрических линий;

размещенный внутри корпуса поршень, выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении внутри корпуса между разъединенным положением поршня и соединенным положением поршня,

причем поршень содержит первый участок поршня, включающий в себя размещенные на одном из своих окончаний электрические и гидравлические соединители, выполненные таким образом, чтобы при нахождении поршня в соединенном положении обеспечивать соединение гидравлических и электрических линий,

второй участок поршня и третий участок поршня,

шары, размещенные в полостях, выполненных между первым и вторым участками поршня, и между вторым и третьим участками поршня,

причем в каждом из первого и третьего участков поршня расположены по две диаметрально противоположные опорные проушины, а во втором участке поршня расположены четыре опорные проушины, по две с каждой стороны, при этом внутри шаров выполнены отверстия, через которые проходят пальцы, удерживающиеся в опорных проушинах участков поршня,

причем гидравлические линии выполнены с возможностью соединения с корпусом посредством элементов приема гидравлических линий, размещенных в полостях, выполненных в полых шпилечных элементах, проходящих через отверстия, выполненные в охватывающем поршень кольцевом элементе, и корреспондирующие им отверстия, выполненные в торце корпуса,

при этом пенетратор снабжен механизмом экстренного отсоединения, а поршень выполнен с возможностью перемещения механическим способом с помощью приводного вала, размещенного внутри корпуса, либо гидравлическим способом с помощью гидропривода, размещенного вокруг оконечного участка поршня в корпусе гидропривода.

Кроме того, заявленные техническая проблема и технический результат соответственно решается и достигается за счет того, что передача движения от приводного вала поршню осуществляется через первый передаточный элемент, размещенный в корпусе, причем в указанном первом передаточном элементе выполнено отверстие, охватывающее приводной вал, и отверстие, охватывающее поршень, причем в отверстии, охватывающем приводной вал, выполнен резьбовой профиль, соответствующий резьбовому профилю, выполненному на участке приводного вала, а в поршне выполнен упорный профиль фиксации первого передаточного элемента относительно поршня, за счет которого обеспечивается линейное перемещение поршня из разъединенного положения в соединенное положение.

Также, заявленные техническая проблема и технический результат соответственно решается и достигается за счет того, что перемещение поршня из соединенного положения в разъединенное положение осуществляется за счет дополнительного цангового элемента, который при нахождении поршня в соединенном положении зажимается внутри полости, образованной между поршнем и корпусом, а при вращении приводного вала, передаваемого посредством передаточного элемента, протягивается в освобожденное положение, обеспечивая перемещение поршня в разъединенное положение.

Дополнительно, заявленные техническая проблема и технический результат соответственно решается и достигается за счет того, что передача движения от приводного вала поршню осуществляется через гидропривод и второй передаточный элемент, причем в корпусе гидропривода выполнены первый гидравлический канал и второй гидравлический канал, сообщающиеся с полостью, образованной между гидроприводом и корпусом гидропривода, при этом при подаче гидравлической жидкости в первый гидравлический канал второй передаточный элемент выполнен с возможностью линейного перемещения, при котором при упомянутом перемещении за счет упора второго передаточного элемента в выполненный на внешней поверхности гидропривода кольцевой выступ обеспечивается линейное перемещение поршня в соединенное положение, причем второй передаточный элемент при подаче гидравлической жидкости во второй гидравлический канал выполнен с возможностью линейного перемещения в обратную сторону вместе с обеспечением перемещения поршня из соединенного положения в разъединенное положение.

Также, заявленные техническая проблема и технический результат соответственно решается и достигается за счет того, что механизм экстренного отсоединения представляет собой цанговый патрон, выполненный с возможностью закрепления приводного вала и поршня внутри корпуса, причем указанный цанговый патрон содержит продольные секторы, находящиеся в зацеплении с профилем корпуса; и оправку, обеспечивающую зажатие цангового патрона и корпуса.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Вышеуказанные преимущества изобретения станут более очевидными из нижеследующего описания предпочтительных вариантов его осуществления, данного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

- на фиг. 1 схематично представлен пенетратор комбинированного управления в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения,

- на фиг. 2 более детально изображен первый, второй и третий участки поршня пенетратора комбинированного управления в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее со ссылкой на прилагаемые чертежи описан пенетратор комбинированного управления в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

На фиг. 1-2 схематично представлен пенетратор комбинированного управления, содержащий корпус (1) и размещенный внутри корпуса (1) поршень (2), причем поршень (2) содержит первый участок (3) поршня (2), второй участок (4) поршня (2) и третий участок (5) поршня (2).

В каждом из участков (3) и (5) поршня (2) расположены по две диаметрально противоположные опорные проушины (6), а во втором участке (4) поршня (2) расположены четыре опорные проушины (6), по две с каждой стороны.

Опорные проушины (6), каждая, своим концом с выступающей областью выступают за соответствующий первый участок (3), второй участок (4) либо третий участок (5) поршня (2). Противоположные друг другу на первом, Пальцы (7) удерживаются, каждое, в отверстии (8), выполненном в выступающей области опорной проушины (6).

Также, в каждом из участков (3) и (5) поршня (2) расположена полость в виде полусферы, а во втором участке (4) поршня (2) расположены две полости в виде полусферы, по одной с каждой стороны. В полостях между первым и вторым участками (3) и (4) поршня (2), а также вторым и третьим участками (4) и (5) поршня (2) размещены шары (9). Шары (9) выполнены с отверстиями, в которых размещены пальцы (7).

Поршень (2) выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении в камере (10), образованной внутри корпуса (1), причем указанное перемещение осуществляется между разъединенным положением поршня (2) и соединенным положением поршня (2).

Первый участок (3) поршня (2) содержит размещенные на одном из своих окончаний электрические соединители (11) и гидравлические соединители (12), выполненные таким образом, чтобы при нахождении поршня (2) в соединенном положении обеспечивать соединение гидравлических линий (13) и электрических линий между блоком подводной фонтанной арматуры горизонтального типа и подвеской насосно-компрессорной трубы.

Для обеспечения соединения гидравлических линий (13) с корпусом (1) пенетратора в камере (10) размещен кольцевой элемент (14), охватывающий поршень (2), и своими внешними сторонами соприкасающийся с внутренними стенками корпуса (1), формирующими камеру (10). В указанном кольцевом элементе (14) выполнены радиально расположенные отверстия, корреспондирующие отверстиям, выполненным в торце корпуса (1). Каждое указанное отверстие кольцевого элемента (14) и корреспондирующее ему отверстие, выполненное в торце корпуса (1), соединены размещенным в упомянутых отверстиях полым шпилечным элементом (15), в торце которого выполнена радиальная полость, в которой размещен элемент (16) приема гидравлических линий (13).

Для сброса избыточного давления из камеры (10) в корпусе (1) пенетратора размещен механизм сброса давления (не показан).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения перемещение поршня (2) осуществляется вариативно либо механическим, либо гидравлическим способом.

В частности, перемещение поршня (2) осуществляется механическим способом с помощью дистанционно управляемого аппарата. Например, дистанционно управляемый аппарат может быть соединен с приводным валом (17), размещенным внутри полости (18) корпуса (1) (указанное соединение не показано).

Перемещение поршня (2) гидравлическим способом осуществляется посредством гидропривода (19), выполненного с возможностью размещения вокруг оконечного участка поршня (2) в корпусе (20) гидропривода (19).

Приводной вал (17), а также поршень (2) закреплены внутри указанной полости (18) посредством цангового патрона (21), содержащего продольные секторы (22), находящиеся в зацеплении с профилем (23) корпуса (1), а также оправки (24), обеспечивающей зажатие цангового патрона (21) и корпуса (1). Гидропривод (19) вместе с корпусом (20) гидропривода (19) выполнены с возможностью фиксации относительно поршня (2) и цангового патрона (21) посредством фиксирующих элементов (25).

При упомянутом выше механическом способе перемещения поршня (2) передача движения от приводного вала (17) поршню (2) осуществляется через первый передаточный элемент (26), размещенный в полости (18) корпуса (1). В указанном первом передаточном элементе (26) выполнено отверстие, охватывающее приводной вал (17), а также отверстие, охватывающее поршень (2), причем приводной вал (17) и поршень (2) проходят через указанные отверстия преимущественно параллельно друг другу.

В отверстии, охватывающем приводной вал (17), выполнен резьбовой профиль, соответствующий резьбовому профилю, выполненному на участке приводного вала (17).

Таким образом, при вращении приводного вала (17) посредством дистанционно управляемого аппарата резьбовой профиль отверстия, охватывающего приводной вал (17), входит в зацепление с резьбовым профилем, выполненным на участке приводного вала (17), за счет чего происходит смещение первого передаточного элемента (26) вдоль оси приводного вала (17). При этом, за счет того, что в поршне (2) выполнен упорный профиль (27) фиксации первого передаточного элемента (26) относительно поршня (2), упомянутое смещение первого передаточного элемента (26) вызывает линейное перемещение поршня (2) в соединенное положение, при котором обеспечивается соединение гидравлических линий (13) и электрических линий.

Перемещение поршня (2) из соединенного положения в разъединенное положение осуществляется за счет вращения приводного вала (17) в обратную сторону и дополнительного цангового элемента (28), который при нахождении поршня (2) в соединенном положении размещается внутри полости (29), образованной между поршнем (2) и корпусом (1), с обеспечением зацепления цангового элемента (28) относительно поршня (2) и корпуса (1), а при вращении приводного вала (17) в обратную сторону выходит из упомянутого зацепления.

Таким образом, перемещение поршня (2), обеспечивающее соединение и отсоединение гидравлических линий (13) и электрических линий, осуществляется механическим способом, что позволяет обеспечить указанное соединение как при штатном режиме работы, так и при аварийном/нештатном режимах работы.

Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрена возможность перемещения поршня (2) гидравлическим способом, которая осуществляется, как было упомянуто выше, посредством гидропривода (19), размещенного на оконечном участке поршня (2) в корпусе (20) гидропривода (19).

Указанное перемещение поршня (2) гидравлическим способом осуществляется за счет второго передаточного элемента (30), представляющего собой кольцевой элемент, размещенный вокруг гидропривода (19), а также за счет первого гидравлического канала (31) и второго гидравлического канала (32), выполненных в корпусе (20) гидропривода (19) и сообщающихся с полостью, образованной между гидроприводом (19) и корпусом (20) гидропривода (19). Кроме того, первый гидравлический канал (31) и второй гидравлический канал (32) выполнены с возможностью сообщения с первым каналом (33) и вторым каналом (34), выполненными в гидроприводе (19).

При подаче гидравлической жидкости в первый гидравлический канал (31) происходит линейное перемещение второго передаточного элемента (30), при чем при упомянутом перемещении за счет упора второго передаточного элемента (30) в выполненный на внешней поверхности гидропривода (19) кольцевой выступ (35) достигается линейное перемещение поршня (2) в соединенное положение, при котором обеспечивается соединение гидравлических линий (13) и электрических линий.

Перемещение поршня (2) из соединенного положения в разъединенное положение осуществляется за счет подачи гидравлической жидкости во второй гидравлический канал (32), что вызывает линейное перемещение второго передаточного элемента (30) в обратную сторону. При этом упомянутое перемещение второго передаточного элемента (30) в обратную сторону ограничено посредством закрывающего элемента (36), представляющего собой кольцевой элемент, размещенный между гидроприводом (19) и корпусом (20) гидропривода (19). Закрывающий элемент (35) выполнен с возможностью упора в корпус (20) гидропривода (19) за счет упорных торцевых поверхностей (37) закрывающего элемента (36) и соответствующего им углубления (38), выполненного во внутренней поверхности корпуса (20) гидропривода (19).

Таким образом, перемещение поршня (2), обеспечивающее соединение и отсоединение гидравлических линий (13) и электрических линий, осуществляется гидравлическим способом, что позволяет также обеспечить указанное соединение как при штатном режиме работы, так и при аварийном/нештатном режимах работы.

При этом, в случае отсутствия необходимости управления пенетратором гидравлическом способом его конструктивные особенности позволяют заменить гидропривод (19) гайкой на этапе сборки устройства.

Также, в предпочтительном варианте осуществления изобретения пенетратор снабжен механизмом экстренного отсоединения в случае отказа описанного выше механизма перемещения поршня (2) между разъединенным положением поршня (2) и соединенным положением поршня (2).

Работа упомянутого механизма экстренного отсоединения заключается в следующем.

Продольные секторы (22) цангового патрона (21) удерживаются в зацеплении с профилем (23) корпуса (1) посредством оправки (24).

При экстренном отсоединении оправка (24) перемещается с помощью аварийного инструмента до упора в гайку (39), срезая штифты (не показаны) и освобождая при этом цанговый патрон (21) и продольные секторы (22) от зацепления с корпусом (1).

Необходимо понимать, что описанный выше для примера предпочтительный вариант осуществления изобретения не ограничивает объем настоящего изобретения. После ознакомления с настоящим описанием специалисты в данной области техники могут предложить множество изменений и дополнений к описанным вариантам осуществления, все из которых будут попадать в объем патентной защиты изобретения, определяемый нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение относится к области подводной добычи, в частности к устройствам, обеспечивающим соединение гидравлических и электрических линий между подводной фонтанной арматурой горизонтального типа и подвеской насосно-компрессорной трубы. Техническим результатом является обеспечение возможности нивелировании угловых отклонений поршня пенетратора. Предложен пенетратор комбинированного управления для соединения гидравлических и электрических линий между блоком подводной фонтанной арматуры и подвеской насосно-компрессорной трубы, содержащий корпус, размещенный внутри корпуса поршень, выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении внутри корпуса между разъединенным положением поршня и соединенным положением поршня, причем поршень содержит первый участок поршня, включающий в себя размещенные на одном из своих окончаний электрические и гидравлические соединители, выполненные таким образом, чтобы при нахождении поршня в соединенном положении обеспечивать соединение гидравлических и электрических линий, второй участок поршня и третий участок поршня, шары, размещенные в полостях, выполненных между первым и вторым участками поршня, и вторым и третьим участками поршня, причем в каждом из первого и третьего участков поршня расположены по две диаметрально противоположные опорные проушины, а во втором участке поршня расположены четыре опорные проушины, по две с каждой стороны, при этом внутри шаров выполнены отверстия, через которые проходят пальцы, удерживающиеся в опорных проушинах участков поршня, при этом пенетратор снабжен механизмом экстренного отсоединения, а перемещение поршня осуществляется гидравлическим способом с помощью гидропривода, размещенного вокруг оконечного участка поршня в корпусе гидропривода. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пенетратор комбинированного управления для соединения гидравлических и электрических линий между блоком подводной фонтанной арматуры и подвеской насосно-компрессорной трубы, содержащий корпус, выполненный с возможностью вывода гидравлических и электрических линий;

размещенный внутри корпуса поршень,

выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении внутри корпуса между разъединенным положением поршня и соединенным положением поршня,

причем поршень содержит первый участок поршня, включающий в себя размещенные на одном из своих окончаний электрические и гидравлические соединители, выполненные таким образом, чтобы при нахождении поршня в соединенном положении обеспечивать соединение гидравлических и электрических линий,

второй участок поршня и третий участок поршня,

шары, размещенные в полостях, выполненных между первым и вторым участками поршня, и между вторым и третьим участками поршня,

причем в каждом из первого и третьего участков поршня расположены по две диаметрально противоположные опорные проушины, а во втором участке поршня расположены четыре опорные проушины, по две с каждой стороны,

при этом внутри шаров выполнены отверстия, через которые проходят пальцы, удерживающиеся в опорных проушинах участков поршня, причем гидравлические линии выполнены с возможностью соединения с корпусом посредством элементов приема гидравлических линий, размещенных в полостях, выполненных в полых шпилечных элементах,

проходящих через отверстия, выполненные в охватывающем поршень кольцевом элементе, и корреспондирующие им отверстия, выполненные в торце корпуса, при этом пенетратор снабжен механизмом экстренного отсоединения, а поршень выполнен с возможностью перемещения гидравлическим способом с помощью гидропривода, размещенного вокруг оконечного участка поршня в корпусе гидропривода, при этом передача движения от приводного вала поршню осуществляется через гидропривод и второй передаточный элемент, причем в корпусе гидропривода выполнены первый гидравлический канал и второй гидравлический канал, сообщающиеся с полостью, образованной между гидроприводом и корпусом гидропривода, при этом при подаче гидравлической жидкости в первый гидравлический канал второй передаточный элемент выполнен с возможностью линейного перемещения, при котором при упомянутом перемещении за счет упора второго передаточного элемента в выполненный на внешней поверхности гидропривода кольцевой выступ обеспечивается линейное перемещение поршня в соединенное положение, причем второй передаточный элемент при подаче гидравлической жидкости во второй гидравлический канал выполнен с возможностью линейного перемещения в обратную сторону вместе с обеспечением перемещения поршня из соединенного положения в разъединенное положение.

2. Пенетратор по п. 1, отличающийся тем, что механизм экстренного отсоединения представляет собой цанговый патрон, выполненный с возможностью закрепления приводного вала и поршня внутри корпуса, причем указанный цанговый патрон содержит продольные секторы, находящиеся в зацеплении с профилем корпуса; и оправку, обеспечивающую зажатие цангового патрона и корпуса.