Механический ключ для развертывания и свертывания бурильных и обсадных труб Советский патент 1949 года по МПК E21B19/16 B25B15/00 

Известны механические ключи для развертывания и свертывания бурильных и обсадных труб, состоящие из двух трубозажимных устройств, расположенных одно над други.м в одном блоке, который установлен на специальной колонне. Недостаток этих ключей в необходимости точной регулировки взаимного расположения деталей и механизмов.

В предлагаемом ключе этот недостаток устранен наличием автоматического контроля процесса свинчивания и развинчивания при по мощи начинающегося статора двигателя, с.лужащего для привода ключа.

На фиг. 1 и 2 схематически показан ключ в двух проекциях; на фиг. 3 - разрез по А-А и по В-В: на фиг. 4 - вид по стрелке и разре.з по Б-Б; на фиг. 5 - видоизмененный боковой вид и план ключа; на фиг. 6 - схема двухступенчатой коробки скоростей; на фиг. 7 - продольный разрез видоизмененного ключа с приводом от ротора; на фиг. 8 - разрезы видоизмененного ключа.

Механический ключ состоит из двух трубозажимных устройств нижнего / и верхнего 2 (фиг. 2). Нижнее трубозажимное устройство предназначено для стопорения нижней трубы, верхнее - для вращения верхней трубы. Нижнее трубозажимное устройство укреплено на консольной балке 3, которая может подниматься и опускаться вдоль колонны от специального привода. Верхнее трубозажимное устройство 2 вместе со своим рычагом 5 установлено на щирркой опоре и может поворачиваться относительно нижнего трубозажимного устройства /. Путем поворота верхнего трубозажимного устройства относительно нижнего осуществляется раскрепление труб и окончательное закрепление их. Свинчивание и развинчивание труб осуществляется вращением вращателя 6 верхнего трубозажимного устройства. Электродвигатель 7 приводит во

подшипниках 41 (фиг. 5), закрепленных на рычагах ключа. Корпус статора может вращаться вокруг вала ротора благодаря наличию двух подшипников 43. К корпусу статора прикреплен хвостовик 44 (фиг. б), притягиваемый двумя пружинами 45 и 46 и передвигающий при повороте корпуса ползун 47, который включает электрические кнопки 48, 19 и 50.

Процесс работы механизмом ключа протекает таким образом.

Включают электродвигатель 27. Так как в коробке скоростей благодаря натяжению пружины 39 постоянно включена быстрая передача, то мощность двигателя оказывается недостаточной для открепления трубы. Под действием реактивного момента статор мотора начнет поворачиваться, передвинет ползун 47, который нажмет на кнопку 48, включающую электромагнитную катущку 40. При этом автоматически включится медленная передача коробки скоростей, а быстрая передача выключится.

По мере отвертывания трубы, когда крутящий момент, развиваемый двигателем, начнет падать, статор повернется в обратно.м направлении, ползун 47 освободит кнопку 48, которая выключит катущку 40. В результате натяжения пружины 39 автоматически выключится фрикцион медленной скорости и включится фрикцион быстрой скорости. Развинчивание труб будет продолжаться на быстрой скорости.

Видоизмененный механический ключ по второму варианту состоит из двух траверс (фиг. 7), которые могут перемещаться в вертикальном направлении относительно закрепленных на фундаменте колонн 51 и 52., В траверсах установлены верхние и нижние трубозажимные устройства 53 и 54. Корпуса трубозажимных устройств 55 и 56 выполнены в виде щестерен с наружными зубьями. В нижней траверсе помещены шестерни 57, 58, 59 и 60, свободно вращающиеся на своих осях. В верхней траверсе помещены шестерни 61, 62, 63 и 64, также свободно вращающиеся на своих осях. Кулачковая муфта 65 может соединять между собой или отключать шестерни 59 и 62. Кулачковая муфта 66 может соединять между собой или отключать шестерни 60 и 64. При вращении ротором колонны верхняя труба начинает вращаться в ту же сторону со скоростью, зависящей от того, какая из кулачковых муфт включена. Соотнощения зубьев щестерен подобраны таким образом, что при включенной муфте 65 верхняя труба вращается со скоростью меньщей, чем скорость вращения колонны. Таким образом, происходит отворачивание труб со скоростью, равной разности скоросте й вращения колонны и верхней трубы. В случае включения муфты 66, верхняя труба начинает вращаться со скоростью большей, чем скорость вращения колонны и производит заворачивание трубы.

Трубозажимное устройство механического ключа выполнено следующим образом.

В корпусе (фиг. 8) помещен свободно поворачивающийся нижний держатель 67, имеющий три квадратных окна, в которых помещены кулачки 68, снабженные клиньями 69. Тыльная часть кулачков входит в прорезь в корпусе 70, вертикальные стенки которого выполнены в виде трех пар симметричных кривых поверхностей. Штифты 74а при упоре в них кулачков 68 ограничивают поворот держателя 67 относительно корпуса 70- На нижней плоскости прорези корпуса вырезаны кривые канавки 72, в которые с некоторым зазором входит зуб кулачка 68. Верхний корпус 73 посажен на нижний корпус на шлицах и может перемещаться в вертикальном положении. Пружины 74 подпирают корпус 73 и держат его в верхнем положении. В верхнем корпусе свободно вращается вращатель 75, который приводится от какого-либо двигателя. Во

- 3 -ЛЬ 80677

№ 80677- 2 вращение вращатель верхнего трубозажимного устройетва. Вал якоря (ротора) покоится на двух шариковых подшинниках 9 (фиг. 4), установленных на рычаге ключа. Корпус статора может свободно качаться вокруг вала ротора благодаря наличию двух подшипников 8. Ограничением поворота статора от реактивного момента в одну сторону (при развинчивании труб) служит упор 10, а другую сторону (при свинчивании труб) - пружина 11 (фиг. 4), натяжение которой регулируется винтом 12. Регулировка пружины проводится таким образом, что во время свинчивания труб, в момент, когда крутящи;й момент двигателя достигает максимума, статор поворачивается настолько, что нажимает кнопку 13. При этом происходит автоматическое выключение двигателя 7 (фиг 2) и включение электродвигателя 13 (фиг. 1), который вращает.винт М-Ьтносительно гайки 15 (фиг. 3), поворачивает верхний ключ относидел1 но .нижнего и производит окончательное закрепление трубы. -

.,як«-р 1.-двигателя 13 (фиг. 1) покоится па двух шариковых подшипниках /б.(Фиг. 3), установленных на рычаге ключа. Корпус статора мож.ет свободно качаться вокруг вала ротора, благодаря наличию двух подщипнйков 77. К статору прикреплен хвостовик 18, который оттягивается пружиной 19, регулируемой винтом 20. При закреплении труб но мере возрастания крутящего момента, создаваемого двигателем, хвостовик 18, поворачиваясь, сжимает пружину 21 до тех пор, пока стержень 22 не нажмет кнопку 23 и не отключит электродвигатель 13. Процесс открепления и развинчивания труб протекает следующим образом.

Двигатель 13 включается ручной кнопкой 24. Так как в первый период открепления крутящий момент, создаваемый двигателем, будет максимальным, то статор резко поворачивается, натягивая пружину 19, хвостовик 18 упирается в упор 25, одновременно нажимая кнопку 26. Последняя автоматически вторично подключает тот же электродвигатель 13 к источнику тока.

Таким образота;тшгд а отпускзгот ручную кнопку -, электродвигатель 13 продолжает питаться током через кнопку 26. По мере раскрепления труб крутящий момент, создаваемый двигателем, падает, пружина 19 оттягивает хвостовик 18, который отпускает кнопку 26. При этом автоматически отключается двигатель 13 и включается двигатель 7, который и производит развинчивание раскрепленных труб. Возврап1,ение винта 14 в исходное положение после совершения операции закрепления или открепления трубы производится путем обратного вращения электродвигателя 13 в то время, когда ключ опущен в нижнее положение- Видоизмененный механический ключ (фиг. 5 и 6) также состоит из двух трубозажимных устройств. Электродвигатель 27 через коробку скоростей 28 и червячную передачу 29 приводит во вращение вращатель верхнего трубозажимного устройства. Двухступенчатая коробка скоростей (фиг. 6) дает возможность получить на ведомом валу медленную скорость для открепления и закрепления труб и быструю скорость - для свинчивания и развинчивания их.

На ведущем валу 30 коробки скоростей, соединенном с валом электродвигателя, посажены ведущие щестерни 31 и 32, которые могут включаться фрикционными муфтами 33 и 34. На ведомом валу 55 закреплены ведомые щестерни 36, 37 и червяк 38. Пружина 39, нажимая на параллелограммный механизм, включает муфту 33 быстрой скорости и выключает муфту 34 медленной скорости. Электромагнитная катущка 40 при подключении ее к электросети притягивает тарелку 41 и, преодолевая сопротивление пружины 39, выключает муфту 33 и включает муфту 34. Вал ротора электродвигателя 27 покоится на двух шариковых

кулачка при торможении, либо при принудительном повороте держателя относительно корпуса посредством фрикционного соединения, причем, для отвода кулачков они снабжены зубцами, которые входят в канавки корпуса.

№ 80677- 4 вращателе помещен верхний держатель 76 имеющий три квадратных окна, в которых помещены кулачки 17, снабженные клиньями 78. Тыльная часть кулачков входит в нрорези во вращателе 75, которые выполнены в полном соответствии с прорезями в корнусе 70. Держатель 76 в нижней своей части оканчивается фланцем, на котором свободно вращается диск, соединенный фрикционной накладкой 81. На вращателе 75 и верхнем держателе 76 установлены клапаны 82, которые пружинами прижимаются к фрикционной накладке 81. В исходном положении ключ спускается вдоль колонны 83 и в нижнее положение, а кулачки 68 и 77 находятся в разведенном состоянии таким образом, что через них свободно проходят замки бурильных труб. Клинья 69 и 78 под действием силы собственного веса находятся в нижнем положении относительно кулачков 68 и 77.

Ниже приводится процес отворачивания и заворачивания труб.

Вся система поднимается вдоль колонки S3 и становится на уровне замков труб. Включают вращатель 75. Вл1есте с ни.м начинает также поворачиваться держатель 76 и вследствие того, что клапаны 82 прижимаются к накладке 81, они увлекают за собой фланец 80 и держатель 67.

При повороте нижнего держателя относительно корпуса 70 кулачки 6с выдвигаются и зажимают замок нижней трубы. При этом поворот держателя 67 останавливается. Вместе с ним останавливается поворот фланца 80 и верхнего держателя 76- Вращатель 75 продолжает поворачиваться благодаря пробуксовке его клапанов относительно накладки (5/ и выдвигает кулачки 77, которые зажимают замок верхней трубы.

При дальнейщем повороте вращателя 75 происходит заворачивание или отворачивание труб.

Предмет изобретения

Б- В

./ /ад 150