Устройство линейного перемещения изделий круглого сечения Российский патент 2025 года по МПК E21B19/06 E21B19/87 B66F1/00 

Изобретение относится к отрасли добывающей промышленности, связанной с бурением и обслуживанием скважин, а также может быть применено в иных отраслях: на производстве, в строительстве, хозяйстве или повседневной жизни. К примеру, для ввода и изъятия обсадных колонн, труб и свайной арматуры, продольного перемещения валов, горизонтальной протяжки инженерных коммуникаций в условиях ограниченного доступа на объекте работ (под застройкой или слоем грунта и т.д.) с использованием ручного труда при минимальных физических усилиях.

Применяемое в отрасли специализированное оборудование (к примеру гидравлические домкратные установки), а также вспомогательные устройства имеют ряд технологических ограничений по своим габаритам, количеству, весу и стоимости содержания. В повседневной жизни в основном используются «кустарные» методы изъятия с применением домкратных установок и/или различных обжимных приспособлений, требующих приложения значительного физического труда путем ударно-механического воздействия кувалдами. При этом, применяемые специализированные приспособления в совокупности не представляют из себя единого механизма или устройства для выполнения полного цикла операций по линейному перемещению и поэтому имеют недостаточную эффективность, высокий уровень трудозатрат, повышенную травмоопасность для персонала, осуществляющего непосредственные работы, сопряженные со значительными временными издержками.

Кроме того, широкий спектр применяемых различных приспособлений и габаритного оборудования требует особых условий эксплуатации и транспортировки с использованием крановых манипуляторов, что в свою очередь удорожает процесс обслуживания и бурения скважин, а также осуществления различных операций для линейного перемещения изделий на прочих объектах работ в строительстве, на производстве и т.д.

Требования к такому оборудованию и устройствам: малые габариты и компактность в сложенном (транспортном) положении, прочность конструкции и эффективность применения, а также быстрота перевода из транспортного положения в рабочее и обратно.

Наиболее близким аналогом (прототипом) по своей сущности и принципу действия к предлагаемому изобретению является «Рычажное устройство для извлечения обсадных труб в отвесном положении из скважин» (SU 40917 А1, опубл. 31.01.1935), содержащее корпус-основание в виде стойки с площадкой, рычаг с возможностью приложения к нему силы, шарнирно прикрепленный к корпусу-основанию. Основным захватным узлом служит обжимная муфта с несущими пластинами, связанная с рычагом посредством роликовых цапф, скользящих в направлявших вырезах рычага.

Недостатком данного аналога является недостаточная надежность захватного узла, т.к. прижимные с помощью муфты пластины при повторении цикла расклинивания могут изменять свою геометрию (деформироваться), а также шарнирно-рычажная система сочленений плеча рычага для перемещения обжимной муфты является избыточно сложной, и, как следствие, подверженной выходу из строя. При этом, в случае несовпадения вектора действия усилия, извлекающего трубу, с осью извлекаемой трубы, возможен ее изгиб.

Задачей заявляемого изобретения является устранение перечисленных недостатков аналога (прототипа), которое заключается в упрощении конструкции, повышая ее надежность, и направлено на обеспечение возможности линейного перемещения изделий круглого сечения, используя один единый компактный механизм без вспомогательных устройств и приспособлений с минимальными усилиями и временными издержками благодаря принципу работы клинового обжимного хомута особой конструкции, позволяющей в автоматическом режиме воспроизводить замкнутый цикл операций (захват - удержание - перемещение - ослабление), т.е. с автоматической перезарядкой при возвратно-поступательном движении, передаваемом парой шатунов-талрепов от ручного рычага.

Далее изобретение будет раскрыто более подробно со ссылкой на графические материалы, содержащие следующие фигуры:

Фиг. 1 - общий вид изобретения (схема установки на опорную колонну в положении ввода трубы);

Фиг. 2 - общий вид изобретения (схема установки на опорную плиту или поверхность в положении вывода трубы);

Фиг. 3 - вид изобретения спереди (схема установки на опорную колонну в положении ввода трубы);

Фиг. 4 - «золотое сечение» изобретения (схема установки на опорную колонну в положении ввода трубы);

Фиг. 5 - вид изобретения сверху (схема установки на опорную колонну в положении ввода трубы);

Фиг. 6 - вид изобретения снизу (схема установки на опорную колонну в положении ввода трубы);

Фиг. 7 - вид изобретения спереди (схема установки на опорную плиту или поверхность в положении вывода трубы);

Фиг. 8 - «золотое сечение» изобретения (схема установки на опорную плиту или поверхность в положении вывода трубы);

Фиг. 9 - вид изобретения сверху (схема установки на опорную плиту или поверхность в положении вывода трубы);

Фиг. 10 - вид изобретения снизу (схема установки на опорную плиту или поверхность в положении вывода трубы);

Фиг. 11 - вид изобретения сбоку (схема установки на опорную колонну в положении ввода трубы);

Фиг. 12 - вид изобретения сбоку (схема установки на опорную плиту или поверхность в положении вывода трубы);

Фиг. 13 - сборочный чертеж изобретения (схема установки на опорную колонну в положении ввода трубы);

Фиг. 14 - сборочный чертеж изобретения (схема установки на опорную плиту или поверхность в положении вывода трубы);

Фиг. 15 - сборочный чертеж сечения изобретения (схема установки на опорную колонну в положении ввода трубы);

Фиг. 16 - сборочный чертеж сечения изобретения (схема установки на опорную плиту или поверхность в положении вывода трубы);

Фиг. 17 - сборочный вид клинового обжимного хомута для захвата и перемещения изделий круглого сечения (изометрическая проекция с разнесенными элементами);

Фиг. 18 - сборочный вид клинового обжимного хомута для захвата и перемещения изделий круглого сечения (вид сверху с разнесенными элементами);

Фиг. 19 - сборочный вид клинового обжимного хомута для захвата и перемещения изделий круглого сечения (изометрическая проекция без болтов шарнирного узла под кольцо шатуна-талрепа);

Фиг. 20 - сборочный вид клинового обжимного хомута для захвата и перемещения изделий круглого сечения (изометрическая проекция с болтами шарнирного узла под кольцо шатуна-талрепа);

Фиг. 21 - сборочный чертеж клинового обжимного хомута для захвата и перемещения изделий круглого сечения (общий изометрический вид, сечение, вид сверху и снизу);

Фиг. 22 - корпус-основание (изометрические проекции вида: сверху, снизу, сечение);

Фиг. 23 - шатун-талреп (изометрические проекции вида: сечение, спереди);

Фиг. 24 - рычаг (изометрические проекции вида: сечение, спереди);

Фиг. 25 - переходник между корпусом-основанием и опорной плитой (изометрические проекции вида: сечение, спереди);

Фиг. 26 - составной двухэлементный клиновый конус (фрикцион) (изометрические проекции вида: спереди, различные сечения);

Для пояснения принципа действия и раскрытия сущности изобретения прилагается описание позиций к чертежам, расположенным на Фиг. 13-16, Фиг. 21:

поз. 1, 2 - клещи обжимного хомута с конусообразным сечением рабочих поверхностей трения и пазами крепления между собой;

поз. 3, 4 - клиновые конусообразные вкладыши с пазами крепления между собой и буртом ограничения свободного хода при расклинивании;

поз. 5, 6 - болтовое крепление клещей между собой;

поз. 7 - болты для установки колец шатунов-талрепов и образования шарнирной связи;

поз. 8 - шатун-талреп;

поз. 9 - перемещаемое изделие круглого сечения (труба);

поз. 10 - кронштейн валиков ограничения вертикального перемещения составного двухэлементного фрикционного клинового конуса;

поз. 11 - валик ограничения вертикального перемещения составного двухэлементного фрикционного клинового конуса;

поз. 12 - составной двухэлементный фрикционный клиновый конус для удержания вертикально перемещаемого изделия круглого сечения в режиме перезарядки (при расклинивании хомута);

поз. 13 - рычаг приложения силы;

поз. 14 - валик крепления колец шатунов-талрепов к рычагу приложения силы;

поз. 15 - болты крепления рычага к корпусу-основанию;

поз. 16 - шплинт валика;

поз. 17 - корпус-основание;

поз. 18 - переходник;

поз. 19 - опорная плита;

поз. 20 - опорная колонна.

Изобретение, представляет из себя конструкцию (Фиг. 1-12), состоящую из отдельных съемных элементов: клиновой обжимной хомут (Фиг. 13-16, 21 поз. 1-6/Фиг. 17-20), устанавливаемый на изделие круглого сечения, подлежащее линейному перемещению (Фиг. 13-16 поз. 9), двух шатунов-талрепов (Фиг. 13-16 поз. 8/Фиг. 23), рычага приложения силы (Фиг. 13-16 поз. 13/Фиг. 24), корпуса-основания (Фиг. 13-16 поз. 17/Фиг. 22), имеющего два кронштейна (Фиг. 13-16 поз. 10) под крепление валиков (Фиг. 14, 16 поз. 11) для ограничения вертикального перемещения (хода) составного двухэлементного фрикционного клинового конуса (Фиг. 14, 16 поз. 12/Фиг. 26), валика (Фиг. 13-16 поз. 14) для крепления шатунов-талрепов к рычагу с двух сторон создавая шарнирный узел, двух болтов (Фиг. 13-16. поз. 15) для крепления рычага (в месте сопряжения безрезьбовой участок) к корпусу-основанию по бокам, переходника (Фиг. 14, 16 поз. 18/Фиг. 25) между корпусом-основанием и опорной плитой (Фиг. 2, 7-10, 12,/Фиг. 14, 16 поз. 19), устанавливаемой на поверхность, служащую опорой (грунт, фундамент и т.д.). В случае необходимости изъятия внутренней эксплуатационной трубы при наличии внешней обсадной колонны (Фиг. 1, 3-6, 11/Фиг. 13, 15 поз. 20) из скважины, изобретение может быть установлено на торец опорной колонны с помощью пазов корпуса-основания, при этом сама обсадная колонна в данной схеме будет выполнять функцию опоры.

Корпус-основание (Фиг. 13-16 поз. 17/Фиг. 22) представляет из себя следующую конструкцию: верхняя часть имеет конусообразное сечение для установки составного двухэлементного фрикционного клинового конуса (Фиг. 13-16, 21 поз. 1-6/Фиг. 17-20), а также двух расположенных на торце кронштейнов (Фиг. 13-16 поз. 10) для крепления валиков ограничения вертикального перемещения (хода) создаваемого фрикционного узла. В положении вертикального вывода изделия вверх, созданный наклонной поверхностью фрикционный узел (фрикцион) соскальзывая в направлении центра не позволит сместиться обратно вниз изымаемому участку при переводе рычага из крайней нижней точки в противоположное при перемещении обжимного клинового хомута в режиме «свободного хода» (расклинивание) с помощью пары шатунов-талрепов. При этом, валики ограничения хода не позволят фрикциону подняться слишком высоко чтобы выскочить за границы конусообразного участка корпуса-основания. Ближе к вершине конусообразного участка расположены резьбовые отверстия для крепления рычага приложения силы с помощью болтов, имеющих безрезьбовой участок для плотного сопряжения с отверстиями крепления рычага. Нижняя часть корпуса-основания имеет несколько пазов разного диаметра под различные (возможно наиболее распространенные) размеры обсадных колонн и труб для установки в рабочее положение на их торцевые грани.

В качестве основного компонента захвата и перемещения изделий круглого сечения применен специальный клиновой обжимной хомут (Фиг. 17-20), состоящий из отдельных съемных элементов: двух клещей с конусообразным сечением рабочих поверхностей трения (Фиг. 13-16, 21 поз. 1, 2), имеющих пазы крепления между собой (для исключения проскальзывания или расстыковки) и резьбовых креплений болтов (Фиг. 13-16, 21 поз. 7) для создания шарнирного узла с кольцами шатунов-талрепов; двух клиновых конусообразных вкладышей (Фиг. 13-16, 21 поз. 3, 4) с аналогичными пазами крепления между собой. При этом, вкладыши должны иметь с одной стороны бурт ограничения «свободного хода», во избежание их выпадения из клещей при расклинивании и перемещении собранного хомута вдоль трубного участка с минимальным обжимным усилием. Кроме того, бурт должен быть расположен на определенном расстоянии от конусообразной вершины вкладыша таким образом, чтобы обеспечить минимальный «свободный ход» без заклинивания всего хомута при переводе рычага из крайней нижней точки в противоположное, т.е. достижение частичного расклинивания для перемещения всего хомута вдоль изделия при одновременном предотвращении выпадения вкладышей из клещей. Для обеспечения прочности хомута, клещи должны быть плотно сомкнуты и закреплены между собой с помощью болтового соединения (Фиг. 13-16, 21 поз. 5, 6). Конструкция обжимного клинового хомута позволяет его использование для перемещения изделий в противоположных направлениях в зависимости от того, каким образом его установить на объект, верхом вниз, или наоборот, т.е. от ориентации на оси изымаемого изделия.

В качестве элемента конструкции, обеспечивающего возвратно-поступательное движение клинового обжимного хомута используется шатун-талреп (Фиг. 13-16 поз. 8/Фиг. 23), имеющий по торцам кольца под болты крепления и создания шарнирной связи. Применение шатуна-талрепа вместо однозвенного и неразборного элемента обусловлено необходимостью достижения определенной степени свободы при встраиваемости в объект, т.е. для более точной настройки изобретения в различных условиях, когда фиксированный размер может быть препятствием для установки в рабочее положение, в т.ч. в виду ограниченности пространства вокруг.

Принцип работы изобретения заключается в проекции момента силы рычага на центральную ось изделия линейного перемещения через передачу возвратно-поступательного движения шатуна-талрепа на обжимной клиновый хомут. Конструкция обжимного клинового хомута позволяет без перезарядки (переустановки) автоматически повторять замкнутый цикл операций: захват - удержание - перемещение - ослабление. Количество циклов операций ограниченно только длиной изделия или расстоянием, на которое необходимо продольное перемещение. Изобретение устанавливается на торец обсадной колонны (опоры) и крепится с помощью паза на корпусе-основании. Далее на трубу, подлежащую изъятию крепится обжимной клиновый хомут, который с помощью шатунов-талрепов приводится в движение и перемещает изделие вверх. При необходимости ввода трубы, обжимной клиновый хомут необходимо зеркально перевернуть и установить, к примеру, верхом вниз и повторить операции возвратно-поступательного движения рычагом.

В случае необходимости изъятия обсадной колонны или арматуры из грунта, изобретение устанавливается в рабочее положение с помощью плиты и переходника таким образом, чтобы объект демонтажа был на одной оси с корпусом-основанием. Далее операции процесса изъятия идентичны с установкой изобретения на торец обсадной колонны, описанной выше.

Конструкция изобретения универсальна и позволяет применять различные схемы установки на объект с возможностью осуществления работ по монтажу или демонтажу в зависимости от необходимости, не требует особого ухода (ревизии) и может быть применено в хозяйстве, в условиях отсутствия доступа для крупногабаритного специализированного оборудования.

В зависимости от размера объекта монтажа/демонтажа и возможности доступа, конструкция изобретения может быть установлена в полностью собранном или разобранном состоянии: по частям отдельных элементов, либо в виде состыкованных между собой основных узлов.

По факту установки изобретения в проектное положение на объекте монтажа/демонтажа изделий, персоналом производится приложение нагрузки на рычаг путем совершения возвратно-поступательного движения. Для достижения необходимого результата по преодолению сопротивления силы трения при изъятии трубных участков, рычаг может быть дополнительно удлинен с целью увеличения момента силы.

По окончании работ, в случае ограничения по габаритам вокруг объекта работ, демонтаж изобретения производится путем разборки основных элементов съемных комплектов конструкции. При отсутствии указанных ограничений по габаритам, изъятие изобретения из объекта работ может быть произведено в собранном состоянии.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении возможности линейного перемещения изделий круглого сечения, используя один единый компактный механизм без вспомогательных устройств и приспособлений с минимальными усилиями и временными издержками благодаря принципу работы клинового обжимного хомута особой конструкции, позволяющей в автоматическом режиме воспроизводить замкнутый цикл операций (захват - удержание - перемещение - ослабление), т.е. с автоматической перезарядкой при возвратно-поступательном движении, передаваемом парой шатунов-талрепов от ручного рычага.

Заявленное изобретение имеет ряд уникальных признаков, образующих новую совокупность существенных технических решений, обеспечивающих получение нового технического результата. При этом, каждый отдельный признак данного изобретения (точная настройка, универсальность применения, возможность осуществления ввода/вывода трубных участков и арматуры) влияет на достижение вышеуказанного технического результата.

Изобретение имеет ряд конструктивных преимуществ: простота сборки, точная настройка и встраиваемость в объект монтажа/демонтажа, а также универсальность промышленного применения - для изъятия и ввода трубных участков из скважин, арматуры, а также протяжка технических коммуникаций в горизонтальном положении. Принцип работы и устройство обжимного клинового хомута в комбинации с парным шатунным звеном предусматривает замену ручного рычага на кривошип или эксцентриковый вал с машинным приводом для автоматизации процесса продольного перемещения.

Изобретение относится к отрасли добывающей промышленности, связанной с бурением и обслуживанием скважин, а также может быть применено в иных отраслях: на производстве, в строительстве, хозяйстве или повседневной жизни. К примеру, для ввода и изъятия обсадных колонн, труб и свайной арматуры, продольного перемещения валов, горизонтальной протяжки инженерных коммуникаций в условиях ограниченного доступа на объекте работ (под застройкой или слоем грунта и т. д.) с использованием ручного труда при минимальных физических усилиях. Устройство линейного перемещения изделий круглого сечения содержит корпус-основание, рычаг с возможностью приложения к нему силы, шарнирно прикрепленный к корпусу-основанию. Устройство дополнительно содержит клиновой обжимной хомут, устанавливаемый на изделие круглого сечения, подлежащее вводу или изъятию, а также два шатуна-талрепа, выполненных с возможностью возвратно-поступательного движения и передачи момента силы рычага. Два шатуна-талрепа с одного торца шарнирно прикреплены к рычагу с двух сторон с помощью валика, а с другого торца шарнирно прикреплены к клиновому обжимному хомуту. Корпус-основание имеет в нижней части пазы крепления различного диаметра для установки на торцевые грани опорной колонны или на опорную поверхность через переходник с пазами крепления различного диаметра. Шарнирное крепление рычага к корпусу-основанию выполнено по бокам корпуса-основания с помощью двух болтов. Клиновой обжимной хомут состоит из двух клещей конусообразного сечения рабочих поверхностей трения с поперечно расположенными по внешним граням резьбовыми креплениями болтов для шарнирного крепления колец шатунов-талрепов и с пазами стыковки между собой, а также из двух клиновых конусообразных вкладышей с пазами стыковки между собой. Клещи сомкнуты и закреплены между собой с помощью болтового соединения. Технический результат заключается в обеспечении возможности линейного перемещения изделий круглого сечения, используя один единый компактный механизм без вспомогательных устройств и приспособлений с минимальными усилиями и временными издержками благодаря принципу работы клинового обжимного хомута особой конструкции, позволяющей в автоматическом режиме воспроизводить замкнутый цикл операций (захват – удержание – перемещение – ослабление), т. е. с автоматической перезарядкой при возвратно-поступательном движении, передаваемом парой шатунов-талрепов от ручного рычага. 3 з.п. ф-лы, 26 ил.

1. Устройство линейного перемещения изделий круглого сечения, содержащее корпус-основание, рычаг с возможностью приложения к нему силы, шарнирно прикрепленный к корпусу-основанию, отличающееся тем, что дополнительно содержит клиновой обжимной хомут, устанавливаемый на изделие круглого сечения, подлежащее вводу или изъятию, а также два шатуна-талрепа, выполненных с возможностью возвратно-поступательного движения и передачи момента силы рычага, при этом два шатуна-талрепа с одного торца шарнирно прикреплены к рычагу с двух сторон с помощью валика, а с другого торца шарнирно прикреплены к клиновому обжимному хомуту, корпус-основание имеет в нижней части пазы крепления различного диаметра для установки на торцевые грани опорной колонны или на опорную поверхность через переходник с пазами крепления различного диаметра, при этом шарнирное крепление рычага к корпусу-основанию выполнено по бокам корпуса-основания с помощью двух болтов, клиновой обжимной хомут состоит из двух клещей конусообразного сечения рабочих поверхностей трения с поперечно расположенными по внешним граням резьбовыми креплениями болтов для шарнирного крепления колец шатунов-талрепов и с пазами стыковки между собой, а также из двух клиновых конусообразных вкладышей с пазами стыковки между собой, при этом клещи сомкнуты и закреплены между собой с помощью болтового соединения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что клиновой обжимной хомут выполнен с возможностью перестановки ориентации на оси изделия круглого сечения.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус-основание в верхней части имеет конусообразное сечение, составной двухэлементный клиновой конус и два расположенных на торце кронштейна крепления валиков ограничения вертикального перемещения составного двухэлементного клинового конуса, соскальзывающего в направлении стыковки наклонных поверхностей и препятствующего опусканию вниз поднятого вертикально вверх изделия круглого сечения в период совершения возвратно-поступательного движения рычага.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что клиновые конусообразные вкладыши выполнены с ограничительными буртами с возможностью предотвращения их выпадения из клещей при расклинивании в ходе перемещения собранного клинового обжимного хомута вдоль оси изделия круглого сечения в режиме ослабления прижимного усилия.