Устройство для хранения и выдачи буровых штанг Советский патент 1985 года по МПК E21B19/14 

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для приема, накопления и выдачи буровых штанг или труб при приведении спуско-подъемных операций. Известно устройство для хранения и выдачи буровых штанг, содержащее поворотный барабан с жезлами под штанги, механизм поворота, узел фиксации, обеспечиваюш,ий удержание кассеты- от проворота при несимметричном расположении в барабане штанг 1. Недостатком устройства является то, что поворот барабана осуществляется в зафиксированном его состоянии, при этом требуется приложить гораздо большее усилие, чем при повороте его без торможения. Известно устройство для хранения и выдачи буровых штанг, содержащее раму, установленный в опорах, жестко связанных с рамой, вал поворотного барабана, привод поворота барабана, включающий установленные на валу барабана зубчатое колесо, размещенный на раме силовой цилиндр с элементом зацепления для взаимодействия с зубчатым колесом и золотник управления силовым цилиндром 2. Недостатком устройства является то, что поворот вала силовым цилиндром осуществляется при постоянно прижатом ленточном тормозе, выполняющем функцию механизма фиксации вала барабана от поворота при приложении инерционных нагрузок и неуравновешенности заполнения барабана штангами, что вызывает необходимость прилагать гораздо большее усилие привода, чем при повороте без торможения. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства при одновременном снижении энергозатрат на его привод. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для хранения и выдачи буровых штанг, содержащем раму, связанный с рамой вал с барабаном для щтанг, привод поворота барабана, включающий установленные на валу зубчатое колесо, силовой цилиндр с элементом зацепления для взаимодействия с зубчатым колесом и золотник управления силовым цилиндром, зубчатое колесо Привода снабжено храповым колесом с внутренним зацеплением, вал выполнен полым с радиальным отверстием и снабжен подпружиненным стопором храпового колеса, размещенным в его радиальHOwi отверстии, и сердечником, размещенным в его полости с возможностью осевого перемещения и поочередного взаимодействия соответственно со стопором храпового колеса и рамой, рама снабжена дополнительным силовым цилиндром с гидравлическим распределителем и тягой, связанной с сердечником, причем тяга дополнительного силового цилиндра кинематически связана- с золотником управления силового цилиндра привода поворота барабана. Кроме того сердечник выполнен с коническим хвостовиком, а рама имеет соответствующее ему коническое отверстие, соосное с валом. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - вид А, на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2. Устройство состоит из рамы 1 (фиг. 1), на которой жестко закреплены опоры 2 и 3 и кронштейн 4. В опорах 2 и 3 установлен полый вал 5, на котором размещены барабан 6 со скважинными трубами или штангами 7 и храповый механизм 8. На кронштейне 4 рамы 1 расположены силовой цилиндр 9, золотник 10 его управления, механизм 11 прижатия, включающий распределитель 12 и дополнительный силовой цилиндр 13. Силовой цилинд 9, выполненный с постоянным торможением в конце хода и шарнирно соединенный с кронштейном 4, включает шток 14, снабженный рейкой 15. Дополнительный силовой цилиндр 13 имеет шток 16 с упором 17, контактирующим с золотником 10. Силовой цилиндр 9 трубопроводами 18 и 19 связан с золотником 10, который, в свою очередь, трубопроводом 20 связан с напорной магистралью 21 насоса 22, а трубопроводом 23 - со сливной магистралью 24. Распределитель 12 трубопроводами 25 и 26 связан с дополнительным силовым цилиндром 13, а трубопроводами 27 и 28 - с напорной магистралью 21 и сливной магистралью 24 соответственно. Храповый механизм 8 содержит храповое колесо 29 (фиг. 2) с внутренними зубьями 30, выполненное заодно с зубчатым колесом 31, и стопор 32 с пружиной 33, размещенный в радиальном отверстии 34 вала 5. Храповое колесо 29 на валу 5 стопорится кольцом 35. Рейка 15 входит в зацепление с шестерней 31 и имеет направляющую 36. В полости вала 37 размещен сердечник 38, связанный с валом 5 шлицами 39. Шток 16 посредством оси 40, тяги 41 и крышки 42 соединен с сердечником 38, имеющим конический хвостовик 43. В кронштейне 4 рамы 1 выполнено коническре отверстие 44, соосное с валом 5. Устройство работает следующим образом. Для подачи для приема трубы или штанги 7 включают распределитель 12, и давление от насоса 22 по напорной магистрали 21 и трубопроводам 27 и 26 подается в порщневую полость дополнительного силового цилиндра 13. Одновременно давление подается по трубопроводам 20 и 18 через золотник 10 в штоковую полость силового цилиндра 9. При этом шток 14 втянут (его .исходное положение) После подачи давления в дополнительный силовой цилиндр 13 его шток 16 с упором 17 выдвигается и через тягу 41 пере31мещагт сердечник 38 на шлицах 39 до контактирования со стопором 32, перекрывая таким образом ее возможность, сжимая пружину 33, перемещаться вовнутрь вала 5. При этом конический хвостовик 43 выходит из конического отверстия 44 кронштейна 4, прекращая с ним взаимодействовать. В конце хода штока 16 установленный на нем упор 17 нажимает на золотник 10 и переключает его.. В результате рабочая жидкость по трубопроводу 19 подается в порщневую полость силового цилиндра 9 и шток 14, снабженный рейкой 15, выдвигается. При движении рейка 15 поворачивает находящуюся (С ней в зацеплении шестерню 31 и выполненное заодно с ней храповое колесо 29, внутренние зубья 30 которого упираются в стопор 32, прижатый к ним пружиной 33. Стопор 32, размещенный в радиальном отверстии 34 вала 5, поворачивает его. Вместе с полым валом 5 поворачивается находящийся на нем барабан 6 со скважинными трубами 7. Сердечник 38 свободно поворачивается относительно тяги 41. При этом барабан 6 свободно поворачивается, так как конический хвостовик 43 сердечника 38 не взаимодействует с коническим отверстием 44 кронштейна 4, что позволяет уменьшить усилие, необходимое для поворота, а следовательно, и снизить металлоемкость устройства. Поворот происходит на угол, величина которого на один шаг расположения скважинных труб или штанг 7 отличается от угла 180°, но не кратна количеству посадочных мест в барабане 6. Это позволяет при постоянном повороте на один и тот же угол обеспечитьУ полное заполнение барабана 6 (или освобождение) скважинными трубами 7, причем заполнение (или освобождение) происходит поочередно на противоположные стороны барабана 6, уменьшая неуравновешенные массы скважинных труб или штанг 7. В конце хода штока 14 силового цилиндра 9 происходит торможение его движения и прекращение поворота шестерни 31. и, следовательно, храпового колеса 29, однако вал 5 с барабаном 6 стремится по инерции про.п,олжить поворот. При этом вал 5 воздействует на стопор 32, который стремится, сжимая пружину 33 проскальзывать по внутренним зубьям 30 храповогб колеса 29, но этого не происходит благодаря контакти|рующему со стопором 32 сердечнику 38, препятствующему ей вдвигаться внутрь вала 5. Так как собачка 32, упираясь в средечник 38, не может проскальзывать по остановившемуся храповому колесу 29, то вал 5 с барабаном.6 не может дальше продолжать поворот по инерции, в результате происходит фиксированная останова барабана 6. Инерционная нагрузка при останов ке барабана 6 воспринимается через вал 5, упирающийся в сердечник 38, стопор 32, 44 храповое колесо 29, шестерню 31, рейку 15 и шток 14 силовым цилиндром 9. Причем для уменьщения инерционных нагрузок остановка барабана 6 происходит плавно за счет выполнения силового цилиндра 9 с постоянным торможением в конце хода штока 14. После фиксированной остановки барабана 6 происходит прием или выдача скважинной трубы или щтанги 7. В это время переключается распределитель 12 и рабочая жидкость подается по трубопроводу 25 в штоковую полость дополнительного силового цилиндра 13, вызывая втягивание штока 16 и тем самым перемещение на щлицах 39 связанного с ним тягой 41 сердечника 38, конический хвостовик 43 которого входит в коническое отверстие 44 кронштейна 4, взаимодействуя с ним. При этом сердечник 38 освобождает стопор 32, а упор 17 отпускает золотник 10, переключая его. После переключения золотника 10 рабочая жидкость из напорной магистрали 21 по трубопроводам 23 и 18 поступает в штоковую полость силового цилиндра 9, втягивая шток 14 с рейкой 15. Рейка 15 поворачивает шестерню 31 и храповое колесо 29, внутренние зубья 30 которого проскальзывают по освобожденному стопору 32. Вал 5 с барабаном 6 удерживается от поворота сердечником 38, связывающим за счет фрикционной связи конического хвостовика 43 с коническим отверстием 34 и шлицов 39 вал 5 и кронщтейн 4, жестко закрепленный на раме 1. После окончания движения штока 14 силового цилиндра 9 устройство находится в исходном положении, затем цикл работы для подачи или приема очередной трубы или штанги 7 повторяется. Таким образом, применение изобретения позволит устранить тормозящее действие механизма фиксации во время поворота магазина и одновременно обеспечить восприятие приводом инерционных нагрузок, возникающих при остановке магазина. Устранение тормозящего действия механизма фиксации барабана во время поворота магазина позволит уменьшить необходимое при этом усилие силового цилиндра при повышении надежности работы устройства. Кинематическая связь дополнительного силового цилиндра с золотником управления силового цилиндра поворота барабана позволяет а.втоматизировать процесс поворота барабана и избавиться от дополнительных управляющих деталей, что повышает надежность работы устройства. Кроме того, устранение тормозящего действия механизма фиксации барабана во время его поворота позволит уменьшить необходимое при этом усилие силового цилиндра и, следовательно, уменьшить габариты и металлоемкость, как силового цилиндра, так и элементов устройства, воспринимающих усилие силового цилиндра.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ВЫДАЧИ БУРОВЫХ ШТАНГ, содержащее раму, связанный с рамой вал с барабаном для штанг, привод поворота барабана, включающий установленные на валу зубчатое колесо, силовой цилиндр с элементом зацепления для взаимодействия с зубчатым колесом и золотник управления силовым цилиндром, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства при одновременном снижении энергозатрат на его привод, зубчатое колесо привода снабжено храповым колесом с внутренним зацеплением, вал выполнен полым с радиальным отверстием и снабжен подпружиненным стопором храпового колеса, размещенным в его радиальном отверстии, и сердечником, размещенным в его полости с возможностью осевого перемещения и поочередного взаимодействия соответственно со стопЪром храпового колеса и рамой, рама снабжена дополнительным силовым цилиндром с гидравлическим распределителем и тягой, связанной с сердечником, причем тяга дополнительного силового цилиндра кинематически связана с золотником управления силового цилиндра привода поворота € барабана. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сердечник выполнен с коническим хвостовиком, а рама имеет соответствующее ему коническое отверстие, соосное с валом. О5