СТАНОК ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ПРУЖИННЫХ ЦЕНТРАТОРОВ

Полезная модель относится к области горного дела и может быть использована для изготовления стальных пружинных центраторов, предназначенных для надежного центрирования обсадных колонн и «хвостовиков» при спуске в вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважинах.
Из патента РФ на изобретение RU 2212512 (опубликован 20.09.2003) известен способ изготовления центратора для обсадной колонны, в котором используется сварка краев заготовки, выполненной из металлического листа. Известный способ не обеспечивает возможность изготовления комбинированных центраторов, которые обладают повышенными эксплуатационными свойствами. Традиционные способы сварки материалов с формированием сварного шва, не позволяют избежать коробления, возникающего за счет различных коэффициентов теплового расширения свариваемых материалов.
Из описания к патенту на полезную модель RU 20923 (опубликован 10.12.2001) известно, что для изготовления комбинированных пружинных центраторов используют ручную сварку либо аппараты для точечной сварки. При этом ручная сварка не обеспечивает точность геометрии изделия, а точечная сварка не обеспечивает высокую прочность соединения.
Для расширения арсенала средств, преодоления недостатков уровня техники и достижения технического результата, заключающегося в возможности изготовления стальных пружинных центраторов с повышенными эксплуатационными свойствами, предназначена полезная модель.
Техническим результатом также является создание универсального устройства для изготовления пружинных центраторов с улучшенной геометрией, обеспечивающего высокое качество изделий при использовании существенно различных типов стали для изготовления пружинных планок и колец центраторов.
Технический результат достигается за счет того, что при приваривании пружины центратора к кольцам центратора происходит одновременное формирование четырех сварных швов и при этом все сварные швы формируются в полностью симметричном режиме как в части геометрии швов, так и в части тепловых режимов. При этом соблюдение продольной геометрии гарантируется за счет соосной фиксации колец, одновременной фиксации пружины центратора сварным швом к кольцам центратора по четырем точкам в процессе сварки и равномерного симметричного распределения тепла в процессе сварки.
Указанный технический результат достигается за счет использования станка для изготовления стальных пружинных центраторов, который содержит:
станину;
делительную головку с первым патроном, закрепленную на станине и выполненную с возможностью закрепления на ней первого металлического кольца центратора и пошагового поворота патрона на целое число шагов за один оборот;
второй патрон для фиксации второго металлического кольца центратора, закрепленный на подвижной части станины соосно с первым патроном, выполненный с возможностью свободного вращения, перемещения и фиксации в осевом направлении,
податчик пружин (ребер) центратора в зону захвата манипулятором, закрепленный относительно станины,
манипулятор для поочередного перемещения и позиционирования перед сваркой пружин (ребер) центратора от податчика к кольцам центратора, закрепленных на патронах;
два манипулятора сварочных горелок, удерживающие каждый по две сварочные горелки и обеспечивающие синхронное перемещение пар сварочных горелок в процессе приваривания пружин (ребер) к кольцам центраторов.
В частности, на каждом манипуляторе сварочных горелок расстояние между двумя сварочными горелками и углы их установки могут быть выполнены с возможностью регулирования в зависимости от ширины пружин/ребер центраторов и необходимых режимов сварки.
Первый и второй патроны могут быть снабжены автоматическими разжимными самоцентрирующимися кулачками для фиксации колец центратора на патроне.
При этом второй патрон может быть выполнен с возможностью перемещения от рабочего положения к свободному положению с обеспечением фиксации в рабочем положении может быть снабжен приводом, обеспечивающим свободное вращение второго патрона, что позволит устранить коробление в случае, если привариваются пружины имеющие слишком малую жесткость и, тем самым, не имеющие возможность передать вращение от первого патрона к второму патрону без деформации.
Манипуляторы сварочных горелок могут осуществлять возвратно-поступательное перемещение относительно кольца центратора каждой из пар сварочных горелок как напрямую, так и через дополнительные приводы.
В случае использования разъемных колец центратора первый и второй патроны снабжены маркерами, обозначающими место положения соединения элементов колец.
Захват манипулятора пружин (ребер) может быть выполнен в виде пневматического захвата, электромагнита или постоянного магнита.
Далее решение поясняется ссылкой на фигуры, на которых приведены:
Фиг. 1 - общий вид станка для изготовления стальных пружинных центраторов.
Фиг. 2 - вид на манипуляторы и податчик пружин (ребер).
Станок содержит следующие конструктивные элементы
Станину 1, которая содержит делительную головку 2 с первым патроном 3 для фиксации первого металлического кольца центратора, второй патрон 4 для фиксации второго металлического кольца центратора, податчик 5 пружин (ребер) центратора, захват (манипулятор) 6 пружин (ребер) центратора и манипуляторы сварочных горелок.
Работает станок следующим образом.
Вручную устанавливают и фиксируют первое кольцо центратора в первом патроне 3 делительной головки 2, второе кольцо центратора фиксируют, соответственно, во втором патроне 4. Пружины (ребра) центратора загружены в податчик, выполненный в данном случае в виде конвейерной ленты 5 (фиг. 2). С помощью пульта управления включают станок и дальнейший процесс осуществляют в автоматическом режиме.
Захват (манипулятор) 6 захватывает одну пружину из податчика и поднимает ее над станиной, перемещает ее в горизонтальной плоскости и позиционирует концы пружины относительно установленных колец центратора.
Манипулятор 6 пружины может быть выполнен в виде пневмопривода, электропривода или любого иного манипулятора с числовым программным управлением применимого для текущих производственных условий. При этом захват пружины/ребра центратора осуществляется с помощью пневматического захвата-зажима, электромагнита, постоянного магнита либо любого иного типа захвата применимого для текущих производственных условий.
С помощью датчиков определяют положение продольной оси симметрии пружины и с помощью манипулятора сварочных горелок осуществляют одновременную сварку концов пружины к кольцу центратора. Расстояние между двумя сварочными горелками и углы их установки регулируются посредством подвижных в 3-х плоскостях кареток, выполненных с регулировочными винтами в зависимости от ширины пружин/ребер центраторов и необходимых режимов электродуговой сварки.
После чего с помощью делительной головки 2 и второго патрона 4 обеспечивают поворот колец центратора на заданный угол и по аналогии осуществляют сварку последующих пружин с кольцами центратора.
Для определения угла поворота используют датчики определения положения продольной оси симметрии центратора в зависимости от его диаметра согласно программному обеспечению автоматизированной системы управления.
После чего вручную снимают с устройства пружинный центратор обсадной колонны.
Таким образом, за счет автоматизации процесса достигается не только упрощение изготовления центраторов, но и точность сварки пружин к кольцам центратора, что позволит увеличить надежность центратора, срок его эксплуатации, а также надежность работы всего оборудования, установленного в скважине.