(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デリック構造物と、例えばドリルストリングといったデリック構造物内の負荷の吊上げ装置とを含むデリック、特に掘削デリックにおいて、
前記吊上げ装置が、
平行関係にある複数の垂直な案内路であって、それぞれの案内路が、垂直な主案内レール（４、７）、該主案内レールに平行な保管案内レール（５、８）、およびデリックの下部で前記２つのレール間に位置する、アイドラーホイール（２０）を含む接続案内部（６、９）を有する案内路と、
各案内路に滑動可能に取り付けられたラック（１０、１１）であって、該ラック（１０、１１）が、ヒンジで相互に結合した連続するラック片（１２、１３）に分割され、該ラック片が、ラック（１０、１１）またはその一部が垂直な主案内レール（４、７）内に位置する場合に互いに支承するように設計され、前記主案内レール（４、７）が、ラック片（１２、１３）を水平支承するように設計されたラックと、
各主案内レール（４、７）内でラック（１０、１１）上に支持された負荷支承ヨーク（２２）と、
各垂直な主案内レール（４、７）内でラック（１２、１３）と駆動噛み合いをする駆動歯車（２６、２７、２８）を有する駆動歯車装置（２５）とを含むことを特徴とするデリック。
【請求項２】
前記ラック片（１２、１３）が２つの平行な側部に歯（１７、１８）を有することを特徴とする請求項１に記載のデリック。
【請求項３】
前記アイドラーホイール（２０）が、水平軸（１９）を中心として回転可能に支承されており、且つ前記接続案内部に位置するラック片（１２、１３）と接触する周部を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデリック。
【請求項４】
前記アイドラーホイール（２０）が弾性的な周部被覆（２１）を有することを特徴とする請求項３に記載のデリック。
【請求項５】
２つの前記保管案内レール（５、８）において前記ラック（１０、１１）と噛み合う歯車（３１）であって、各駆動歯車（２７）と駆動噛み合いする歯車（２９）に駆動接続されている歯車（３１）によって特徴づけられる請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のデリック。
【請求項６】
前記アイドラーホイール（２０）の下方に、前記ラック片（１２、１３）の相対張力を調節するための張力調節装置が備えられていることを特徴とする請求項５に記載のデリック。
【請求項７】
前記アイドラーホイール（２０）が、該アイドラーホイールのところで前記ラック片の相対張力を調節するため、位置調節が可能となるように支承されていることを特徴とする請求項６に記載のデリック。
【請求項８】
前記駆動歯車装置（２５）が、各駆動歯車（２６、２７、２８）ごとに１つ設けられた駆動モータ（１４、１５）を含むことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のデリック。
【請求項９】
前記２つのラック（１０、１１）のための、一直線に向い合う駆動モータが、互いに駆動接続されていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のデリック。
【請求項１０】
前記各ラック（１０、１１）が、電動モータに駆動接続された少なくとも１つの駆動歯車と、液圧モータに接続された少なくとも１つの駆動歯車とに取り付けられ、該液圧モータが液圧アキュムレータに接続されていることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のデリック。
【請求項１１】
前記案内路が周囲から遮蔽され、かつ主案内レール（４、７）での負荷支承ヨーク（２２）の遮蔽移動に適合するようにされていることを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載のデリック。
【請求項１２】
前記負荷支承ヨーク（２２）の遮蔽装置が負荷支承ヨーク（２２）によって操作される各ズック部材（３６）を含み、該ズック部材には磁石粒子が埋込まれ、前記主案内レール（４）には磁石が取付けられており、該磁石によってズック部材（３６）が定位置に保持されることで該ズック部材が案内路を遮蔽することを特徴とする請求項１１に記載のデリック。
【請求項１３】
前記負荷支承ヨーク（２２）にローラ（３８〜４１）が配置され、該ローラがズック部材（３６）と相互作用して、該負荷支承ヨーク（２２）が主案内レール（４）に沿って移動する際に、ズック部材を主案内レール（４）から離間させ、または再び定位置に戻すことを特徴とする請求項１２に記載のデリック。
【請求項１４】
前記駆動歯車装置が、上下動補償システムの形態で造られていることを特徴とする請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載のデリック。
【発明の詳細な説明】
本発明は、デリック、特にデリック構造物と、例えばドリルストリングといったデリック構造物内の負荷の吊上げ装置とを含むドリルリグデリック（堀削デリック）に関するものである。
ドリルリグデリックの重要な機能は、主としてドリルストリングおよびその区域といった負荷の垂直移動と、例えばＢＯＰ（blowout preventer）等の装置をドリルストリングによって降下および回収することである。
従来のドリルリグデリックでは、ドローワークス、ワイヤおよびブロックが使用されていた。さらに、最近では、ワイヤおよびブロックと組み合わされた油圧シリンダを用いて負荷処理を行うようなドリルリグデリックが製造されている。また、公知の提案によれば、単数または複数のモータを有する駆動歯車装置が使用されており、該モータは、デリック内に垂直に組付けたラック上を登攀する歯車に結合されている。
この最後に挙げた解決策は、負荷支承部材としてのワイヤが除去されている点でワイヤシステムより有利である。ワイヤは負荷を受けると延伸する。したがって、ドリルリグデリック内の現在のワイヤシステムは、ワイヤを監視し、一定の間隔で交換することによって、吊上げ装置の所望の精度を維持する必要がある。ラックと噛み合う歯車に結合された、モータおよび歯車箱を有する駆動歯車装置を使用する場合の問題点は、歯車箱および歯車を有するモータがラックに沿って登攀するため、動力を可撓性のホースまたはケーブルを介して供給する必要がある点、および負荷の吊上げに加えてモータまたは駆動歯車装置の重量を吊上げる必要がある点にある。
この最後に挙げた欠点は、駆動歯車装置がラックを登攀するのではなく、ラックが駆動歯車装置によって昇降せしめられるように吊上げ装置を構成することで除去することができる。
移動用、特に負荷の昇降用の公知の装置では、ラックと噛み合う歯車を有する駆動歯車装置が使用されており、ラックは、連続的な、相互にヒンジ結合されたラック片に分割され、案内路を走行する。これらの装置については、例えば米国特許第1,870,244号、第1,916,517号、および第2,170,595号を参照されたい。
これらの公知装置では、ラック片がまっすぐな垂直昇降ライン内に組みつけられ、関連する昇降装置は比較的短い上昇または持上げ距離用とされている。ラック片は水平に保持されている。
本発明の目的は、事実上終わりなき長い行程を有し、走行の動力および速度の点でほとんど無制限の能力を有するように構成された昇降および駆動装置を提供することである。
本発明の特別な目的は、駆動歯車装置を介して昇降可能なラック片を有する昇降装置、それもまっすぐな負荷支承垂直ライン上のラック片が座屈および屈曲を防止されている形式のものを提供することにある。
また本発明の目的は、デリック、特に吊上げ装置が取扱う負荷がデリック底部で担持されるドリルリグデリックを提供することにある。
また本発明の目的は、特に軽量かつ簡単な設計のドリルリグデリック、それもデリック構造物が水平方向の力に対し概して平衡させられているデリックを提供することである。
本発明の特別な目的は、例えば掘削船のような浮動体に搭載して使用するドリルリグデリック、それも従来のドリルリグデリックに比して著しく重心を低くされているデリックを提供することにある。
本発明の特別な目的は、また、必要に応じて、吊上げ装置をドリルストリングまたはパイプストリングの加圧に使用できるドリルリグデリックを提供することにある。
本発明の目的は、また、特に、必要に応じて簡単に延長できるドリルリグデリックを得ることにある。
本発明の以上の目的およびその他の目的は、デリック構造物と、例えばドリルストリング等のデリック構造物内に設けられた負荷の吊上げ装置とを含むデリック、特にドリルリグデリック、それも次のような特徴を有するデリックにより達成される。すなわち、吊上げ装置が、平行関係にある垂直の複数案内路を含み、各案内路が、垂直の主案内レールと、該主案内レールに平行な保管案内レールと、デリックの下方部分に配置された前記２つの案内レール間の連結案内部とを有し、さらに、吊上げ装置が各案内路に滑動可能に取付けられたラックを有し、該ラックがヒンジにより相互結合された連続するラック片に分割されており、該ラック片が、ラックまたはその一部が垂直の主案内レール内にある場合、互いに支承するように設計され、前記主案内レールがラック片を水平支承するようにされ、さらにまた吊上げ装置が、各主案内レール内でラックにより支持された負荷支承ヨークと、各垂直の主案内レール内でラックと駆動噛み合いする駆動歯車を有する駆動歯車装置とを含んでいる点を特徴としている。
ラックは平行な両側部に歯を有しているのが好ましい。
本発明による吊上げ装置は、実際には、極めて精密な機構となるように設計することができる。負荷は、駆動歯車装置が配置されているデリック底部で担持される。これによって、より軽い（重量の）デリック構造物が可能になり、その場合、水平方向の力を支えることが重要になる。
負荷がデリック底部で担持され、かつデリックがより軽量となるように構成されているため、デリックの重心が下方に移ることになる。このことは、浮動体、例えば掘削船に搭載して使用する場合には、重要かつ大きな利点となる。
吊上げ装置は、また、負荷支承ヨークがラックに接続されている場合、例えばパイプストリングを加圧するために使用できるのが好ましい。
始めに、吊上げ高さがラック片の数によって決められる。垂直の支持ラックの一部を形成しないラック片は、垂直保管案内レール内に保管される。
ラック片は、まっすぐな上面に互いに載置されるように造ることができ、水平に支持される結果、ラック片の座屈および屈曲が防止される。
デリック構造物は、デリック片を付加または除去することで簡単に延長または短縮できる。
必要な場合は、付加ラック片をラック片トレインへ挿入でき、また任意に取外すことができる。
主案内レールと保管案内レールとの間の接続部は、曲線状の案内路部分の形式に造ることができるが、特に好ましいのは、この接続部がアイドラーホイールを有し、アイドラーホイールが、水平軸を中心として回転可能に支承され、かつ接続部に存在するラック片と接触する周部を有するようにすることである。アイドラーホイールは、例えば適当なゴム材料製の弾性的な周部被覆を有するのが、特に好ましい。
この種のアイドラーホイールは、案内路のＵ字形部分に移動して来たラック片の搬送に好都合である。弾性的な周部被覆により、アイドラーホイールとラック片との間の円滑な接触が可能になり、少々の寸法偏差は吸収され、ラック片により形成されるトレインに生じるジャークや揺動が防止される。
特に好ましい場合は、各個のラック片が、Ｈ形ビームの形状に造られ、Ｈ形の平行フランジ側部に歯が設けられており、それによりラック片の円滑な駆動運動が、ラック片の両側に作用する駆動歯車によって達せられる場合である。
また本発明による特に好ましい場合は、同期装置が採用され、この同期装置が歯車を有し、これらの歯車が、保管案内レール内でラックと噛み合い、かつ駆動歯車装置内の各駆動歯車と駆動噛み合いする歯車と駆動接続可能にされた場合である。こうすることによって、２つの垂直案内レール内でのラック片の運動の同期が可能になる。
本発明によれば、張力調節装置が備えられ、該張力調節装置が、アイドラーホイールに対するラック片の引張りに役立ち、それによってアイドラーホイール周部と、案内路のこの部分に来るラック片との望ましい、かつ好都合な相互接触が達せられる。
保管案内レール内でラックと噛み合う歯車は、位置調節可能にとなるように支持され、それによりラック片とアイドラーホイールとの相互の張力を引締めることができ、あるいはまたさらに好ましくは、前記引締めが可能になるように、アイドラーホイールを調節可能に支持するようにする。
保管案内レール内のラックと噛み合う各歯車と、各駆動歯車と駆動噛み合いする歯車との間の駆動接続部は、好ましくは自在軸を有しており、かつ軸継手を有するようにすることも任意である。
特に有利な場合は、本発明による駆動歯車装置が各駆動歯車当たり１つの駆動モータを有する場合である。
複数の駆動モータの同期作動が確実に行われるためには、駆動歯車装置内で正反対に位置するモータが、各駆動軸を介して駆動接続さるのが好ましい。
浮動体に搭載して使用されるドリルリグデリックの場合、昇降歯車装置内に上下動補償装置を備える必要があるであろう。本発明によれば、この上下動補償は、各ラックが電動モータに駆動接続された少なくとも１つの駆動歯車と、液圧モータに駆動接続された少なくとも１つの駆動歯車とに取り付けるようにすることで達成でき、その際、該液圧モータには低圧供給ポンプを有する液圧アキュムレータシステムに接続された液圧アキュムレータが接続される。この構成では、昇降負荷が下降する場合には、液圧モータがポンプとして作動してアキュムレータに充填を行い昇降負荷が上昇する場合には、モータとして作動して動力をアキュムレータから引出すように設計できる。
ラックは、例えばドリルリグデリックの場合、苛酷な環境に置かれることが多いため、環境から遮蔽された案内路を有するのが好ましく、他方、案内路は、主案内レール内で、負荷支承ヨークが遮蔽された移動をできるように設計されている。
本発明によれば、負荷支承ヨークの遮蔽部材は、負荷支承ヨークによって操作される各ズック部材を有することができ、該ズック部材には、磁気作用を有する粒子が埋め込まれ、他方、主案内レール上には磁石が取り付けられていることで、ズック部材が、案内路を覆うように、主案内レール上の定位置に保持される。
一好適実施例において、ローラが負荷支承ヨークに配置され、該ローラがズック部材と相互作用し、負荷支承ヨークが案内路に沿って移動すると同時に、ズック部材を案内路から離間させたり、再びズック部材を定位置へ戻したりする。
次に本発明を図面につきより詳細に説明する。
図１はデリックの正面図である。
図２は同デリックの側面図である。
図３は同デリックの拡大した（部分）平面図である。
図４は同デリック内のアイドラーホイール区域の部分図である。
図５は駆動歯車を有する主案内レールの水平断面図である。
図６はアイドラーホイール区域の垂直断面図である。
図７は負荷支承ヨークと付加案内路との垂直断面図である。
図８は、図７の矢印VIIIの方向から見た負荷支承ヨークの垂直断面図である。
図９は、図１のデリックの簡易輪郭図。
図１、図２、図３は、本発明が組込まれているドリルリグデリックを示したものである。図１および図２に示したドリルリグデリックは、事実上、２つのデリック構造物２、３から成り、これら双方の構造物は、公知の方法によって格子構造に構成されている。各デリック構造物２、３は、垂直の案内路を有している。以下、実質的にデリック構造物２とその構成部材のみについて、より詳細に述べる。２つのデリック構造物２、３は等しいからである。デリック構造物２では、垂直案内路が、垂直主案内レール４と、これと平行な保管案内レール５と、デリック底部の接続案内部６とを有している。デリック構造物３も、同じように垂直案内路を有し、該垂直案内路が、垂直主案内レール７と、これに平行な保管案内レール８と、デリック底部に主案内レールと保管案内レールとの間に設けられた接続案内部９とを含んでいる。
各案内路４〜６および７〜９内には、各ラック１０、１１がスライド可能に配置されている。このことは、特に図９に示されている。各ラック１０、１１は連続配置されたラック片１２、１３から成っている。
図４は、デリック構造物２内の案内路４〜６内のアイドラーホイール区域６の断面を示している。図４から分かるように、ラック１０は、ヒンジ１６により結合された複数のラック片１２から成っている。ラック片１２は、ラック１０またはその一部が垂直の主案内レール４内にある場合は、互いに支え合うように設計さている。主案内レール４は、ラック片１２の水平支承が可能なように設計され、また平衡にされており、その結果、ラック１０は、主案内レール内での座屈および屈曲が防止されている。
個々のラック片１２は、特に図５および図６から分かるように、Ｈ形断面を有するように造られている。各ラック片１２は、したがって、比較的短尺のＨ形ビームと見ることができ、このＨ形ビームのフランジには、歯列１７、１８が設けられており、その結果、個別のラック片１２は、したがってまたラック片１２から成るラック１０も、平行な両側部に歯を有することになる。
図示の実施例では、接続部６は、水平軸１９を中心として回転可能に支承されたアイドラーホイール２０として造られている。アイドラーホイール２０は、接続案内部に移動して来たラック片１２と半径方向および横方向双方で接触する周部を有している（図４と図６）。アイドラーホイール２０は、弾性的な周部被覆２１を有しており、該周部被覆がＨ形ビーム（ラック片）１２のバーに対して回転する。図９に示したように、２つのラック１０、１１が負荷支承ヨーク２２に取付けられている。負荷支承ヨーク２２は、２つの平行な垂直主案内レール４、５のラック１０、１１上に、適当な細長支承部材２３、２４を介して載置されることで、各案内路内で２つのラック１０、１１の対応した運動によって昇降可能である。ラック１０、１１の移動のために、複数の駆動モータを有する駆動歯車装置２５が備えられており、該駆動モータには、ラック片１２、１３の歯１７、１８と噛み合う駆動歯車が結合されている。駆動歯車装置２５は、合計１６台の駆動モータを、すなわち各ラックに８台づつ含んでいるが、図４と図９とには、分かりやすくするために、ラック１０の片側の最も下方の２つの駆動モータ１４、１５のみを示してある。
図４には、２つの駆動モータ１４、１５が示されており、該モータはそれぞれ各駆動歯車２６、２７を駆動し、該駆動歯車が、ラック１０のラック片１２の歯１８と駆動噛み合いしている。これらの駆動歯車２６、２７は、したがって、ラック１０の長手両側の一方に作用する。同じように、図示されていない駆動モータに取付けられた駆動歯車２８は、ラック１０の反対側の垂直側部に配置され、図５に示したように、歯１７と駆動噛み合いしている。
歯車２９は、駆動歯車２７と噛み合うように支持されている。この歯車２９は、中間カルダン軸３０を介して歯車３１に駆動接続され、歯車３１は、保管案内レール５のラック１０の歯１８と駆動噛み合いするように支持されている。
各駆動歯車および歯車の支持部は、図４に単に略示されているだけだが、これらの駆動歯車および歯車が、デリック構造物２に適当な態様で支持されていることが分かるだろう。言うまでもなく、同じことが、駆動歯車装置２５の各駆動モータについても妥当する。類似の歯車２９および歯車３１が、ラック１０の他方の側に配置され、駆動歯車とラック１０の歯１７とに、それぞれ噛み合っている。
歯車２９、３１と、中間に連結されたカルダン軸３０との構成が、ラック片１２の同期移動制御に役立っている。
アイドラーホイール２０は、その軸１９によって、位置調節可能な軸受３２内に回転可能に支承され、垂直方向に調節可能であり、これによって接続案内部６でのラック片の列の目標張力調節が達成される。２つの軸受３２の位置調節は、ここでは略説するに止めるが、周知のナットおよびボルト式の張力調節装置によって簡単に実施できる。
駆動歯車装置２５を用いて、すなわち図示のモータ１４、１５およびここでは詳説しない他の類似のモータを用いて、ラック１０、１１が、各主案内レール４、７内を昇降させられ、それによって負荷支承ヨーク２２が昇降させられる（図９）。負荷支承ヨーク２２は、任意に、ラック１０、１１上に直接に、つまり細長支承部材２３、２３なしで載置もでき、また負荷支承ヨーク２２は、ラック１０、１１上に自由に載置することも、該ラックに結合させることもでき、それによって主案内レール４、７のラック１０、１１の下降運動を、例えば負荷支承ヨークによるパイプストリングの加圧に利用できる。
図示の実施例では、駆動歯車装置２５が、複数の液圧モータ５０（および前記電動モータ１４、１５）を有している。これによって、上下動補償システムが容易に実現でき、このことは浮動体の場合、重要なことである。駆動歯車装置２５の液圧モータ５０は、低圧供給ポンプを含む液圧アキュムレータシステムに、図示されていない態様で取付けられている。その場合、該システムの機能により、昇降負荷（負荷支承ヨーク２２の）の下降時には、液圧モータ５０がポンプとして作用し、図示されていない単数または複数のアキュムレータに液圧を充填する。また昇降負荷の上昇時には、液圧モータは上昇用の液圧モータとして機能し、動力をアキュムレータから引出す。負荷の下降時には、電動モータ１４、１５が駆動モータとして使用でき、負荷支承ヨーク２２を下方へ駆動し、アキュムレータに充填する。
２つの主案内レール４、７は、図３に示したように、負荷支承ヨーク端部用の開口を有するＣ字形横断面のレールの形式に造られているが、デリックの最下区域では、駆動歯車装置２５の近傍と接続部６、１３とには、図５と図６に見られるように、囲みが形成されている。主案内レール４は、駆動歯車用の適当な開口３３、３４を駆動歯車２６、２７に近い区域に有するように造られており、それによって、駆動歯車は、この区域でラック片１２の歯１７、１８との駆動噛み合いが可能になる。同じことは、保管案内レール５、８内の歯車２１についても該当する。
既述のように、駆動歯車装置２５の上方には、図３に加えて、図７、図８にも見られるように、Ｃ字形横断面の主案内レール４、７が配置されている。各主案内レール４、７の滑り面は、ラック片１２、１３の滑り面と相互作用し、また多くの場合、主案内レールの内側空間を保護することが望ましいので、それら滑り面が周囲環境に不必要に露出しないようにされている。
案内路のそのような遮蔽は、主案内レール内の開放案内トラックを覆うズック部材を配置することで行うことができる。図７および図８には、この種のズック部材３６が示されている。ズック部材３６には、磁石粒子が埋め込まれており、主案内レール４上には磁石（図示せず）が取付けられている。これらの磁石が、ズック部材３６を主案内レール４上の定位置に保持することで、案内トラックまたはスロット３５がズック部材３６によって遮蔽される。該案内トラックまたはスロットは、主案内レール４内に負荷支承ヨーク３３の各端部を導入するのに役立ち、この結果、負荷支承ヨークは、デリック内で制御され、ラック１０、１１と接触する。負荷支承ヨーク２２の端部は、図７および図８に符号３７で示される。図７および図８に見られるように、負荷支承ヨークには、ローラ３８、３９、４０、４１が配置され、これらのローラが、対をなしてズック部材３６と相互作用し、負荷支承ヨークが、主案内レール４に沿って移動する間に、ズック部材を主案内レール４から離間させたり、再び定位置へ戻したりする。図示のように、ローラは、ズック部材３６を主案内レール４から離間させて、負荷支承ヨーク２２のスロット４２内を案内できるような位置に配置されている。負荷支承ヨークの上方および下方では、ズック部材３６が主案内レール４に当て付けられ、該レールの内側空間をシールしている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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