Способ определения рациональных параметров трубных ключей Советский патент 1993 года по МПК E21B19/16 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к технике спуско-подьемных операций, а именно к трубным ключам для свинчивания-развинчивания.

Известен трубный ключ КТН11/ 2-2 и для ручной работы. Ключ состоит из рукоятки длиной 650 мм с сухарем, на которой установлен подпружиненный зев также с сухарем.

Недостатком ключа является то, что он не рассчитан для работы с автоматами механизированного свинчивания-развинчивания.

Известен трубный ключ КТА для работы с автоматами свинчивания-развинчивания типа АПР-2ВБ, состоящий из подпружиненной рукоятки длиной 180-190 мм по величине отстояния водила автомата от центра 170 мм, с сухарем, монтируемой в разъемном корпусе, одеваемом на тело трубы. Ключ не предназначен для работы вручную из-за малости рукоятки и кинематически не- рассчитанности его для этого.

Известен способ расчета ключа, включающий в себя графаналитическое определение силовых параметров ключа в опытном производстве для работы от водила автомаVI

С

ю

ON СП

О

та АПР-2ВБ. Недостатком способа является то, что он не предназначен для наращивания ключа приставкой по длине плеча для надежного обеспечения передачи необходимого крутящего момента при ручном свинчивании-развинчивании.

Цель изобретения состоит в обеспечении универсальности и надежности работы ключа как при ручном, так и при механизированном свинчивании в эксплуатационных условиях.

Цель достигается тем, что наращивают рукоятку ключа дополнительной приставкой по длине плеча для обеспечения передачи необходимого крутящего момента при руч- ном свинчивании и фиксируют ее. В лабораторных условиях для этого случая дополнительно производят графоаналитическое определение силовых параметров ключа с необходимой корректировкой уг- ла а. наклона рукоятки ключа к трубе для получения угла у отклонения силы реакции Р со стороны сухаря от нормали N к трубе в данной точке касания равного или меньшего угла трения р , при этом проверяют гарантию передачи момента и при механизированном свинчивании до тех пор, пока в обеих случаях не будут обеспечены гарантированные условия передачи крутящего момента при минимальных нагрузках на сам ключ.

При этом исходят из оптимального угла трения/о также определяемого экспериментально графоаналитическим путем.

На фиг.1 показано отклонение силы со стороны сухаря наращенной рукоятки ключа (угол у) от нормали-линия оа (нормальной силы Q) в точке его касания с трубой, согласно которой определяется коэффициент трерния (сцепления), равный отношению -, где

Р - сдвигающая сила; на фиг.2 - схема действия сил в ключе КТА; на фиг.З - изменение угла а отклонения силы, действующей на сухарь от угла у оси рукоятки ключа КТА; на фиг.4 - показаны функциональные зависимости изменения параметров ключа от длины его рукоятки (плечо L приложения силы) для ключа КТА 172 (передаваемый момент Нм); на фиг.5 - тоже для ключа КТА- 1 (передаваемый момент Нм).

Для осуществления способа предварительного графоаналитическим исследованием для нескольких положений угла (X, была установлена зависимость изменения угла у от угла «где а-угол наклона насеченной поверхности сухарей 1 к плоскости перпендикулярной оси рычага рукоятки 2. Расчет проводится на ключе КТА, Исследования проводились к получению переменного угла у путем изменения угла а.

Передаваемый автоматом для свинчи- вания-развинчивания момент брался из паспорта автомата. Зная М, можно определить силу, действующую на рукоятку

РЙ М

Положение I (а сп)

Рассматриваем условие равновесия рукоятки; на нее действуют три силы - со стороны трубы З-Pi водила автомат РА и оси поворота Р2.

Имея величину и направление силы РА, задаваясь углом у (в первом приближении) получаем направление силы Рч; пересечение сил РА и Pi дает нам точку От, проведя прямую через Oi и центр оси поворота рукоятки Оа имеем направление силы Р2 таким образом, можно определить величину Ра (сила трения в оси поворота из-за малости не учитывается).

Рассматриваем равновесие оставшейся части ключа (т.е. без учета рукоятки: один корпус 4 со створкой). На нее действует сила со стороны оси рукоятки Р2: - со стороны торца ключа по величине Ра по направлению 0-iOa.

Для того, чтобы определить правильно ли выбран угол у можем произвести проверку по вращающему моменту.

(Fi+F2),(1)

Для этого раскладываем силу Ра на Na и Fa; где рг, pz - угол трения гладких поверхностей, в данном случае стали по стали, вполне определенный и известный из литературных источников (не уточняется).

Если равенства (1) не получилось, значит угол а выбран неправильно: в случае

если М -к- (Fi+Fa), то значит у надо увеличить и наоборот.

Задаваясь близлежащим у (во втором приближении) делаем новое построение, начиная с величины силы Ра и т.д. до тех пор пока не будет удовлетворено выражение равенства моментов (1).

Для облегчения построений можно исходить из того, что сила Ра, точка приложения которой к тыльной части ключа нам неизвестна, лежит на прямой касательной к только одной окружности, проведенной из центра ключа. Последняя может быть построена как касательная к любой прямой, отклоненной от поверхности торца ключа на величину угла pi.

Таким образом, сила Ра должна быть касательна к вышеуказанной окружности и

проходить через точку 02. Из различных значений, при котором вышеуказанное условие будет удовлетворено, таким образом на графике («) и для него, получаем точку с координатами у.

Положение II.

Меняя угол а ( а согласно вышеуказанному способу можно получить ум, т.е. точку графика («ц, ум).

Положение III.

Затем для а находим у т.е. получаем третью точку ( yin) и так далее ....

По найденным точкам строится кривая графика (рис.3).

Однако получив семейство значений уг- ла у- ук ум; уж... уп еще необходимо установить какое из них равно коэффициенту сцепления что и делается ниже.

Проведенные опытные исследования в НПУ Орджоникидзнефть и 26-ти Бакинских комиссаров при переменном угле ом, а следовательно, и yi так например брались ,385 рад (22°) и до ai 0,29 рад (16°30 ) соответственно ,41 рад(24°) и ,325 рад(18°30 ). Установлено; при ,325 рад (18°30 ) обеспечивается выражение у р при этом проскальзывания ключа на трубе не наблюдалось, а при большем у 1 (24°) в некоторых случаях наблюдалось у р (в зависимости от поверхности трубы: коррозия шероховатость и т.д.), при этом в некоторых случаях ключ проскальзывал на трубе, Т.е. /о 18°30 .

П р и м е р 1. Свинчивание-развинчива- ние осуществлялось укороченной рукояткой с помощью АПР-2ВБ.

Выбирают угол а, вариант наклона рукоятки 2 ключа при котором угол yi варианта равен углу трения (сцепления) - 18°30 , строят графоаналитическим способом схему распределения сил согласно предыдущему рассуждению и проверяют на обеспечение вращения по формуле (1), которая должна обеспечить равенство моментов,

П р и м е р 2. Свинчивание производится вручную наращенной рукояткой дополнительной приставкой 6 с фиксацией ее шплинтом 7, пропущенным в отверстие рукоятки и приставки.

При угле а варианта производят графоаналитический пересчет из условия нового приложения сил. Так как согласно фиг.4 и 5 с изменением длины рукоятки силовые параметры ключа изменяются, то возможно, что угол yi варианта будет больше угла трения (сцепления), тогда корректируя угол а, добиваются, чтобы и для второго случая угол у был бы углу трения.

Производят также проверку 1-го примера на новый угол от и т.д. Все это производится в условиях опытно-экспериментального производства на заводе или стенде.

Таким образом обеспечивается работа одним типоразмером ключа как при механизированном свинчивании-развинчивании, так и при ручном в эксплуатационных условиях.

Использование: нефтяная промышленность, в частности техника спуско-подъем- ных операций, а именно расчеты трубных ключей для свинчивания-развинчивания. Сущность изобретения: существующий ключ с укороченной рукояткой наращивают дополнительной приставкой по длине плеча для обеспечения передачи необходимого крутящего момента и фиксируют ее шплинтом, пропущенным в отверстия рукоятки и приставки. При этом приводят в лабораторных условиях дополнительный графоаналитический расчет определения силовых параметров ключа и если нужно корректируют угол а наклона рукоятки к трубе с тем, чтобы обеспечивать надежность захвата ключом трубы для получения угла у отклонения силы реакции Pi, со стороны сухаря от нормали N к трубе равного или меньшего угла трения р. Параметры ключа Pi, Pa, yi, FI, 72, Р и Fa меняются в зависимости от изменения точек приложения силы Р к рукоятке ключа, т.е. от ее длины, а технический расчет ключа производится исходя из максимальных сил, действующих на него при ручной и механизированной работе. 5 ил. ел С

Формула изобретения Способ определения рёциональных параметров трубных ключей, включающий графоаналитическое определение силовых параметров ключа в опытном производстве, отличающийся тем, что, с целью обеспечения универсальности и надежности в работе ключа как при ручном, так и при механизированном свинчивании в эксплуатационных условиях, наращивают рукоятку ключа дополнительной приставкой по длине плеча для обеспечения передачи необходимого крутящего момента при ручном свинчивании и фиксируют ее, в лабораторных условиях для этого случая дополнительно производят графоаналитическое определение силовых параметров ключа с необходимостью корректировкой угла «наклона рукоятки ключа к трубе для получения угла у отклонения силы реакции со стороны сухаря от нормали N к трубе в данной точке касания, равного или меньшего угла трения р, при этом проверяют гарантию передачи момента и при механизированном свинчивании до тех пор пока в обеих случаях не будут обеспечены гарантированные условия передачи крутящего момента при минимальных нагрузках на сам ключ.

Г Ч 6 870 16°3d Фиг. 3

Фиг.1

Х(

Редактор Т. Иванова

Фиг. 5

Составитель Б. Кирш Техред М.Моргентал

Корректор С. Пекарь