ВЫПОЛНЕННЫЙ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ВЫДВИЖЕНИЯ И ПОВОРОТА ЛИНЕЙНЫЙ ПОКРЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
LINEAR COVERING TOOL MADE WITH THE POSSIBILITY OF EXTENSION AND ROTATION

Область техники
Настоящее изобретение относится к инструменту для работы с клапанами на подводной устьевой фонтанной арматуре, и, в частности, оно относится к выполненному с возможностью выдвижения и поворота линейному покрывающему инструменту. Оно относится к области техники морской нефтедобычи.
Уровень техники
Основная конструкция линейного покрывающего инструмента содержит гидроцилиндр одностороннего действия, снабженный соединительным элементом, который обеспечивает его прочное соединение с клапаном на устьевой фонтанной арматуре, и инструмент, предназначенный для открывания или закрывания клапанов на подводной устьевой фонтанной арматуре, при этом указанное устройство соответствует стандартам по перемещению и применению роботами.
Подводная устьевая фонтанная арматура представляет собой устьевое оборудование скважины, применяемое после завершения нефтяной (газовой) скважины при осуществлении проверки нефти и газа или нефтедобычи из фонтанной скважины. На устьевой фонтанной арматуре устанавливаются клапаны, применяемые для контроля за добычей из нефтяной скважины и ее регулирования, а также для удаления парафина и других операций во время планового технического обслуживания. Для управления клапанами на устьевой фонтанной арматуре обычно применяется робот, снабженный покрывающим инструментом, который вдоль нефтепровода перемещается к платформе сбоку относительно устьевой фонтанной арматуры, на которой робот начинает работать; робот, после того как он сам располагается и закрепляется на платформе, закрепляет покрывающий инструмент на месте клапана, при этом способ его прочного соединения аналогичен способу прикрепления пожарного рукава к пожарному гидранту на суше, то есть робот сначала выравнивает зубчатую канавку соединительного элемента покрывающего инструмента относительно зубчатой канавки соединительного элемента на месте клапана и вставляет его в нижнюю часть соединительного элемента на месте клапана, затем поворачивает покрывающий инструмент, чтобы его зубчатая канавка вошла в зубчатое зацепление с местом клапана, и тем самым выполняет соединение линейного покрывающего инструмента с клапаном. После соединения покрывающего инструмента с клапаном, под управлением робота, гидроцилиндр одностороннего действия начинает работать, его шток поршня перемещается вперед для приведения в движение стержня клапана, и клапан на устьевой фонтанной арматуре открывается или закрывается. После завершения работы шток поршня втягивается и робот поворачивает покрывающий инструмент в противоположном направлении, чтобы вывести его зубчатую канавку из зубчатого зацепления, и затем отделяет покрывающий инструмент от места клапана.
То, что при работе указанным инструментом с клапанами необходимо, чтобы робот наряду с самостоятельным расположением и закреплением также отдельно осуществил перемещение покрывающего инструмента для его вставки в соединительный элемент клапана и повернул его относительно места клапана, не только делает систему робота чрезмерно сложной, но и одновременно повышает риск возникновения неполадок у робота и тем самым снижает надежность робота; кроме того, стоимость робота возрастает с увеличением числа степеней свободы робота, что также значительно снижает экономичность робота.
Суть изобретения
Согласно настоящему изобретению за счет увеличения числа степеней свободы покрывающего инструмента, после осуществления роботом самостоятельного расположения и закрепления, соединительный элемент покрывающего инструмента, которым снабжен робот, располагается на уровне клапана на подводной устьевой фонтанной арматуре; покрывающий инструмент за счет автоматического управления автоматически сам прикрепляется к месту клапана и затем открывает или закрывает клапан подводной устьевой фонтанной арматуры. Следовательно, значительно упрощается система управления роботом и одновременно повышается надежность системы; снижается стоимость ремонта и технического обслуживания подводной устьевой фонтанной арматуры.
Для достижения вышеуказанных целей в настоящем изобретение применяется следующее техническое решение.
Выполненный с возможностью выдвижения и поворота линейный покрывающий инструмент, содержащий соединительный элемент 1, основной гидроцилиндр 2, шток 21 поршня, заднюю крышку 22, основание 11 и ручку 3; указанный соединительный элемент 1 прочно соединен с левым торцом основного гидроцилиндра 2 и в центре снабжен круглым отверстием, в которое подвижной посадкой установлен размещенный в основном гидроцилиндре 2 шток 21 поршня; круглый фланец указанной задней крышки 22 прочно закреплен на поверхности правого торца корпуса основного гидроцилиндра 2; указанное основание 11, в разрезе представляющее собой U-образный кожух, надето на правом торце основного гидроцилиндра 2 и соединено с направляющей опорной втулкой 12, установленной подвижной посадкой на основном гидроцилиндре 2 и охватывающей его по окружности снаружи; указанная ручка 3 прочно соединена с указанным основанием 11 по окружности; отличающийся тем, что на правой торцевой стенке указанного основания 11 справа налево выполнено гнездо 112 подшипника, на выступах которого выполнены отверстия большого и малого диаметров; на поверхности правого торца указанной задней крышки 22 симметрично выполнены два резьбовых отверстия 221; посредством гнезда 112 подшипника и двух резьбовых отверстий 221 снаружи внутрь последовательно установлены поворотный механизм, обеспечивающий поворот вокруг оси указанного основного гидроцилиндра 2 относительно указанного основания 11, и перемещающий механизм, обеспечивающий его перемещение по оси слева направо.
Вышеуказанный поворотный механизм содержит гидроцилиндр 8 поворота, поворотные стержни 4, поворотный диск 6, подшипник 7, соединительную муфту 9 и стопорное кольцо 10; указанные поворотные стержни 4 представляют собой два цилиндра, содержащие на одном конце резьбу, посредством которой они входят в зацепление с резьбовыми отверстиями 221, выполненными на указанной задней крышке 22, и шестигранные головки; по окружности указанного поворотного диска 6 симметрично выполнены два выреза 63, предназначенные только для вставки других концов указанных поворотных стержней 4; в центре правого торца указанного поворотного диска 6 слева направо последовательно установлены валы в виде отделительного вала 63, вала 64 подшипника и вала 66 соединительной муфты большого, среднего и малого диаметра соответственно, при этом по окружности указанного вала 64 подшипника среднего диаметра близко к поверхности правого торца дополнительно выполнена канавка 65 стопорного кольца для установки стопорного кольца 10; указанный подшипник 7 закреплен в отверстии малого диаметра гнезда 112 подшипника; вал указанного поворотного диска 6 слева направо проходит в подшипник 7; подшипник 7 левым торцом плотно прилегает к поверхности правого торца отделительного вала 63; подшипник 7 правым торцом плотно прилегает к стопорному кольцу 10, установленному в канавке 65 стопорного кольца; указанный гидроцилиндр 8 поворота посредством фланца прочно прикреплен к поверхности правого торца основания 11; указанная соединительная муфта 9 расположена в отверстии большого диаметра гнезда 112 подшипника, внутренним отверстием на левом торце посредством шпонки соединена с валом 66 соединительной муфты, а правым торцом соединена с валом 81 указанного гидроцилиндра 8 поворота.
Вышеуказанный перемещающий механизм содержит гидроцилиндр 5 передвижения, крепежный фланец 51 и перемещающий шток 52 поршня; поверхность правого торца корпуса указанного гидроцилиндра 5 передвижения прочно прикреплена к центру поверхности левого торца поворотного диска 6; конец указанного перемещающего штока 52 поршня снабжен шаровой головкой и посредством указанного крепежного фланца 51 прикреплен к поверхности правого торца указанной задней крышки 22.
Ход перемещения вышеуказанного гидроцилиндра 5 передвижения составляет 26 мм, то есть равен сумме рабочей высоты указанного соединительного элемента 1 и допуска в 5 мм.
Угол поворота вышеуказанного гидроцилиндра 8 поворота составляет 0–45°±1°.
Вышеуказанная соединительная муфта 9 представляет собой эластичную соединительную муфту.
Вышеуказанная эластичная соединительная муфта представляет собой плавающую соединительную муфту.
Вышеуказанный подшипник 7 представляет собой подшипник качения или игольчатый подшипник.
Стенка вышеуказанного основания 11 по периметру дополнительно снабжена несколькими технологическими отверстиями 111.
Вышеуказанный соединительный элемент 1 представляет собой стандартный Α-образный соединительный элемент и соответствует стандарту GB/T21412-2010; указанная ручка 3 представляет собой Β-образную ручку и соответствует стандарту GB/T21412-2010.
Настоящее изобретение обеспечивает следующие преимущества:
Согласно настоящему изобретению за счет увеличения числа степеней свободы покрывающего инструмента подводный робот после самостоятельного расположения и самостоятельного закрепления на платформе сбоку относительно устьевой фонтанной арматуры за счет конструкции автоматически удерживает соединительный элемент 1 покрывающего инструмента на одной прямой линии с соединительным элементом клапана устьевой фонтанной арматуры, и соединительный элемент покрывающего инструмента, которым снабжен робот, располагается на одном уровне с клапаном на подводной устьевой фонтанной арматуре; тогда покрывающий инструмент на основании получаемых снаружи команд посредством предусмотренных в нем перемещающего механизма и поворотного механизма может автоматически соединить свой соединительный элемент с соединительным элементом клапана на устьевой фонтанной арматуре и зафиксировать его там, а затем открыть или закрыть клапан подводной устьевой фонтанной арматуры посредством основного гидроцилиндра; таким образом значительно упрощается система робота и повышается общая надежность системы; одновременно снижается стоимость приобретения робота, а также снижается стоимость ремонта и технического обслуживания клапанов подводной устьевой фонтанной арматуры.
Рациональный расчет расположения обеспечивает то, что во время работы покрывающего инструмента, которым снабжен робот, при повороте гидроцилиндра 7 поворота против часовой стрелки до предельной точки и приведения поворотным диском 6 поворотных стержней 4 в движение положение соединительного элемента 1 соответствует положению для соединения с соединительным элементом клапана устьевой фонтанной арматуры; соединительный элемент 1 может удобно вставляться в нижнюю часть соединительного элемента клапана устьевой фонтанной арматуры, и при повороте гидроцилиндра 7 поворота по часовой стрелке до предельной точки положение его соединительного элемента 1 соответствует положению зацепления с соединительным элементом клапана устьевой фонтанной арматуры.
Кроме того, то, что поворотный диск 6 представляет собой как исполнительный элемент поворотного механизма, приводящий основной гидроцилиндр 2 в движение, так и основание для крепления гидроцилиндра 5 передвижения, делает конструкцию изделия более простой и компактной, а также повышает надежность изделия.
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение конструкции выполненного с возможностью выдвижения и поворота линейного покрывающего инструмента согласно настоящему изобретению;
фиг. 2 представляет собой вид спереди поворотного диска 6 по фиг. 1;
фиг. 3 представляет собой вид слева поворотного диска 6 по фиг. 2.
На фигурах: 1 – соединительный элемент; 2 – основной гидроцилиндр; 21 – шток поршня; 22 – задняя крышка; 221 – резьбовое отверстие; 3 – ручка; 4 – поворотные стержни; 5 – гидроцилиндр передвижения; 51 – крепежный фланец; 52 – перемещающий шток поршня; 6 – поворотный диск; 62 – вырезы; 63 – отделительный вал; 64 – вал подшипника; 65 – канавка стопорного кольца; 66 – вал соединительной муфты; 67 – резьбовое отверстие; 7 – подшипник; 8 – гидроцилиндр поворота; 81 – вал гидроцилиндра; 9 – соединительная муфта; 10 – стопорное кольцо; 11 – основание; 111 – технологическое отверстие; 112 – гнездо подшипника; 12 – направляющая опорная втулка.
Конкретный способ осуществления
Для более ясного объяснения целей и технического решения настоящего изобретения ниже со ссылками на прилагаемые графические материалы представлено подробное описание технического решения настоящего изобретения.
Специалистам в данной области техники может быть понятно то, что если не указано иное, то все используемые в этом документе термины (в том числе технические термины и научные термины) используются в общепринятом одинаковом значении, понятном специалистам в области техники, к которой относится настоящее изобретение.
Значение слов «левый» и «правый», используемых при описании настоящего изобретения, подразумевает, что при рассмотрении читающим прилагаемых графических материалов слева от читающего находится левая сторона, а справа от читающего находится правая сторона, что не является конкретным ограничением настоящего изобретения.
Значение слова «соединение», используемого при описании настоящего изобретения, может подразумевать как прямое соединение элементов, так и опосредованное соединение элементов посредством других элементов.
Как показано на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 показан выполненный с возможностью выдвижения и поворота линейный покрывающий инструмент, содержащий соединительный элемент 1, основной гидроцилиндр 2, шток 21 поршня, заднюю крышку 22, основание 11 и ручку 3; соединительный элемент 1 является Α-образным, соответствует стандарту GB/T21412-2010, прочно соединен с левым торцом основного гидроцилиндра 2 и в центре снабжен круглым отверстием, в которое подвижной посадкой установлен размещенный в основном гидроцилиндре 2 шток 21 поршня; круглый фланец указанной задней крышки 22 прочно закреплен на поверхности правого торца корпуса основного гидроцилиндра 2; указанное основание 11, в разрезе представляющее собой U-образный кожух, по периметру снабжено технологическими отверстиями 111, надето на правом торце основного гидроцилиндра 2 и соединено с направляющей опорной втулкой 12, установленной подвижной посадкой на основном гидроцилиндре 2 и охватывающей его по окружности снаружи; указанная ручка 3 выполнена Β-образной, соответствует стандарту GB/T21412-2010 и прочно соединена с указанным основанием 11 по окружности; на правой торцевой стенке указанного основания 11 справа налево выполнено гнездо 112 подшипника, на выступах которого выполнены отверстия большого и малого диаметров; на поверхности правого торца указанной задней крышки 22 симметрично выполнены два резьбовых отверстия 221; посредством гнезда 112 подшипника и двух резьбовых отверстий 221 снаружи внутрь последовательно установлены поворотный механизм, обеспечивающий поворот вокруг оси указанного основного гидроцилиндра 2 относительно указанного основания 11, и перемещающий механизм, обеспечивающий его перемещение по оси слева направо.
Управляющий основным гидроцилиндром 2 поворотный механизм содержит поворотные стержни 4, поворотный диск 6, подшипник 7, стопорное кольцо 10, соединительную муфту 9 и гидроцилиндр 8 поворота; указанные поворотные стержни 4 представляют собой два цилиндра, содержащие на одном конце резьбу, посредством которой они входят в зацепление с резьбовыми отверстиями 221, выполненными на указанной задней крышке 22, и шестигранные головки; по окружности указанного поворотного диска 6 симметрично выполнены два выреза 63, предназначенные только для вставки других концов указанных поворотных стержней 4; в центре правого торца указанного поворотного диска 6 слева направо последовательно установлены валы в виде отделительного вала 63, вала 64 подшипника и вала 66 соединительной муфты большого, среднего и малого диаметра соответственно, при этом по окружности указанного вала 64 подшипника среднего диаметра близко к поверхности правого торца дополнительно выполнена канавка 65 стопорного кольца для установки стопорного кольца 10; указанный подшипник 7 закреплен в отверстии малого диаметра гнезда 112 подшипника; вал указанного поворотного диска 6 слева направо проходит в подшипник 7; подшипник 7 представляет собой подшипник качения или игольчатый подшипник. Подшипник 7 левым торцом плотно прилегает к поверхности правого торца отделительного вала 63; подшипник 7 правым торцом плотно прилегает к стопорному кольцу 10, установленному в канавке 65 стопорного кольца; указанный гидроцилиндр 8 поворота посредством фланца прочно прикреплен к поверхности правого торца основания 11; указанная соединительная муфта 9 представляет собой плавающую соединительную муфту, расположена в отверстии большого диаметра гнезда 112 подшипника, внутренним отверстием на левом торце посредством шпонки соединена с валом 66 соединительной муфты, а правым торцом соединена с валом 81 указанного гидроцилиндра 8 поворота; гидроцилиндр 8 поворота поверхностью правого торца фланца соединен с фланцем на правом торце основания 11, и его угол поворота составляет от 0 до 45°.
Управляющий основным гидроцилиндром 2 перемещающий механизм содержит гидроцилиндр 5 передвижения, крепежный фланец 51 и перемещающий шток 52 поршня; поверхность правого торца корпуса указанного гидроцилиндра 5 передвижения посредством резьбовых отверстий 67 на поворотном диске 6 прочно прикреплена к центру поверхности левого торца поворотного диска 6; максимальный рабочий ход указанного гидроцилиндра 5 передвижения составляет 26 мм, а конец его перемещающего штока 52 поршня снабжен шаровой головкой и посредством указанного крепежного фланца 51 прикреплен к поверхности правого торца указанной задней крышки 22; чтобы гидроцилиндр 5 передвижения во время работы не мешал поворотному механизму, длина поворотных стержней 4 выбрана такой, что при выдвижении перемещающего штока 52 поршня гидроцилиндра 5 передвижения на максимальную длину поворотные стержни 4 по-прежнему могли находиться в вырезах 62 на поворотном диске 6.
У выполненного с возможностью выдвижения и поворота линейного покрывающего инструмента согласно этому варианту осуществления после окончания сборки оси соединительного элемента 1, основного гидроцилиндра 2, гидроцилиндра 5 передвижения, основания 11 и гидроцилиндра 8 поворота находятся на одной прямой линии; после того, как робот расположил соединительный элемент 1 инструмента на уровне соединительного элемента клапана устьевой фонтанной арматуры, при обеспечении инструментом поворота гидроцилиндра 8 поворота против часовой стрелки до предельной точки (то есть 0°) положение соединительного элемента 1 соответствует положению соединительного элемента клапана на устьевой фонтанной арматуре, гидроцилиндр 5 передвижения перемещается вперед из точки 0 на 26 мм, и соединительный элемент 1 может тогда пройти в нижнюю часть соединительного элемента клапана устьевой фонтанной арматуры; в то же время при обеспечении им также поворота гидроцилиндра 8 поворота по часовой стрелке до предельной точки (то есть 45°) соединительный элемент 1 переходит в положение соединения с соединительным элементом клапана на устьевой фонтанной арматуре.
Принцип действия
В выполненном с возможностью выдвижения и поворота линейном покрывающем инструменте согласно настоящему изобретению гидроцилиндр 5 передвижения закреплен по центру поворотного диска 6; шаровая головка его штока 52 поршня посредством крепежного фланца 51 установлена на задней крышке 22 и двигает основной гидроцилиндр 2 в направляющей опорной втулке 12 для его скольжения влево вправо, при этом поворотные стержни 4 одновременно также скользят в вырезах 62 на поворотном диске 6 и поэтому не влияют на передаваемый гидроцилиндром поворота крутящий момент, и выполняется функция введения и отведения соединительного элемента 1.
Гидроцилиндр 8 поворота посредством соединительной муфты 9 поворачивает поворотный диск 6; поворот поворотного диска 6 заставляет вставленные в вырезы 62 поворотные стержни 4 поворачивать основной гидроцилиндр 2 в направляющей опорной втулке 12, и выполняется функция присоединения соединительного элемента поворотом.
Подводный робот переносит выполненный с возможностью выдвижения и поворота линейный покрывающий инструмент вдоль нефтепровода на платформу сбоку относительно устьевой фонтанной арматуры, на которой робот начинает работать; робот, после того как он сам располагается и закрепляется на платформе, автоматически удерживает соединительный элемент 1 покрывающего инструмента на одной прямой линии с соединительным элементом клапана устьевой фонтанной арматуры; покрывающий инструмент при условии управления командами снаружи, на первом этапе, восстанавливает угол относительно соединительного элемента 1, поворачивает гидроцилиндр 8 поворота против часовой стрелки до предельной точки и поддерживает давление в нем; на втором этапе, задействует гидроцилиндр 5 передвижения, приводит в движение шток поршня для быстрого перемещения соединительного элемента 1 покрывающего инструмента в соединительный элемент клапана на устьевой фонтанной арматуре, автоматически останавливает работу и поддерживает давление в системе; на третьем этапе, сначала прекращает поддерживать давление в повернутом против часовой стрелки гидроцилиндре 8 поворота, затем поворачивает гидроцилиндр 8 поворота по часовой стрелке на 45° и автоматически прекращает поддерживать в нем давление; когда давление в гидроцилиндре 5 передвижения перестает поддерживаться, система выполняет соединение и фиксацию линейного покрывающего инструмента относительно соединительного элемента клапана подводной устьевой фонтанной арматуры; основной гидроцилиндр 3 начинает работать, и его шток 21 поршня перемещается влево, приводит в движение сердечник клапана устьевой фонтанной арматуры до открытия или закрытия клапана, и заставляет систему поддерживать давление; после завершения работы основного гидроцилиндра 2 в обратном порядке осуществляет отделение выполненного с возможностью выдвижения и поворота линейного покрывающего инструмента от соединительного элемента клапана подводной устьевой фонтанной арматуры. Робот поднимается на поверхность.