УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОКЛАДКИ ЛИНИЙ ДЛЯ ПОДВЕСНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ, В ЧАСТНОСТИ, В КАЧЕСТВЕ СЕРВИСНОГО КОНТУРА ДЛЯ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ
APPARATUS FOR LAYING LINES FOR SUSPENDED APPLICATIONS, IN PARTICULAR, AS A SERVICE LOOP FOR A DRILLING RIG

Настоящее изобретение в общем относится к устройству для прокладки множества снабжающих линий, таких как, например, кабели, шланги и т.п., далее называемому устройством для прокладки линий, в частности, для подвесных применений, в которых указанное устройство для прокладки линий выполнено с двумя свисающими частями и расположенным между ними петлей.
В частности, настоящее изобретение относится, но не исключительно, к устройству для прокладки линий, выполненному с возможностью применения в качестве так называемого «сервисного контура», например, для буровой установки. Сервисные контуры представляют собой связки (питающих) линий, используемых для снабжения по существу вертикально перемещаемого потребителя, например, ротационной силовой головки буровой установки, называемой верхним приводом, и образуют петлю между двумя свободно свисающими частями для обеспечения возможности свободы перемещения.
Такой сервисный контур описан, например, в EP 2105575, а также показан на приложенной фиг. 4 (уровень техники), где обозначен ссылочным обозначением 6, как часть буровой вышки 1. При этом шланги 5 и кабели снабжают электрическим, гидравлическим и/или пневматическим способом ротационную силовую головку 3 энергией и, возможно, также передают сигналы измерения и управления посредством электрических или оптических линий (не показаны). Ротационную силовую головку 3 снабжают посредством сервисного контура 6 и вертикально перемещают с помощью подъемного устройства 2. В EP 2105575 B1 для разработки сервисного контура предложено конструктивно сложное устройство, предназначенное для предотвращения запутывания друг с другом линий питания при перемещении вверх и вниз ротационной силовой головки 3.
В обычных сервисных контурах множество линий перемещают сгруппированными в армированном резиновом шланге большого диаметра. Обычно для поддержки этих линий внутри внешнего шланга этот шланг наполняют литейным материалом, как описано, например, в патенте US 7966724 B2. Такая конструкция значительно усложняет дальнейшие ремонт и техническое обслуживание, например, замену линии. Для снижения времени простоя заменяют весь шланговый узел вместе со всеми линиями, даже в том случае, когда неисправна только одна линия. Другой недостаток, в частности, в буровых установках, заключается в относительно большом минимальном радиусе контура, что происходит среди прочего из-за большого наружного диаметра.
В патенте US 9449737 B2 предложена усовершенствованная конструкция меньшего диаметра. В этом документе предложена специальная внутренняя пластиковая оболочка, а также особое экранирование, причем для предотвращения нагрузки на внешний шланг они обе имеют высокую несущую способность.
Напротив, в патенте EP 2986869 B1 раскрыт другой тип устройства для прокладки линий, который выполнен с возможностью, в частности, снабжения бурильной головки в прибрежных буровых установках. Это устройство для прокладки линий имеет две гибкие нагрузочные жилы с высокой прочностью на растяжение, которые проходят по длине устройства для прокладки линий, и к которым прикрепляется множество направляющих элементов, расположенных друг за другом в продольном направлении указанных нагрузочных жил. Такое цепеобразное устройство для прокладки линий подходит для очень высоких растягивающих усилий, например, для подвесных применений до 200 метров длиной, таких как в оборудовании для глубокого бурения, и также среди прочего устойчиво к соленой воде. Конструкция, раскрытая в EP 2986869 B1, допускает очень большие длины и обеспечивает возможность хорошей защиты, то есть длительный срок службы для линий, в частности, при подъеме и спуске с помощью лебедки, но меньше подходит для использования в качестве сервисного контура, поскольку, среди прочего, требуемое конструктивное пространство обычно, например, внутри буровой вышки отсутствует.
По сравнению с изложенным выше уровнем техники первая задача настоящего изобретения состоит в разработке такой конструкции устройства для прокладки линий, что финальное изготовление, включающее монтаж с требуемыми линиями, упрощено, в частности, даже в случае большой общей длины. Кроме того, настоящее изобретение направлено на обеспечение того, что новое устройство для прокладки линий обеспечивает хорошую защиту, предотвращает запутывания множества линий и, несмотря на это, имеет компактную и сравнительно легкую конструкцию.
В соответствии с дополнительным аспектом облегчаются последующие работы по техническому обслуживанию, в частности, замена отдельных линий. Кроме того, по сравнению с обычными сервисными контурами требуется меньший минимальный радиус на участке изменения направления или в контуре между двумя продольными участками.
Предложенное устройство для прокладки линий имеет гибкую несущую жилу, имеющую высокую прочность на растяжение и проходящую по длине указанного устройства для прокладки линий, и множество направляющих элементов, расположенных друг за другом, или, соответственно, следующих друг за другом в продольном направлении указанного устройства.
В соответствии с основной идеей настоящего изобретения для решения первой задачи предложено, что смежные направляющие элементы выполнены с возможностью пространственного отклонения относительно друг друга, соответственно (то есть они выполнены с возможностью поворота относительно друг друга, соответственно, по меньшей мере вокруг двух осей), причем каждый направляющий элемент содержит центральную часть, имеющую центральную ось, которая проходит соосно по отношению к несущей жиле, и внешнюю часть, имеющую по меньшей мере один периферийный элемент. При этом периферийный элемент удерживается в центральной части и ограничивает радиально снаружи приемную область для одной или более линий, которая открыта в осевом направлении, или соответствующим образом задает указанную приемную область. Предпочтительно, но необязательно, каждая центральная часть может быть снабжена осевым проходным отверстием, которое образует центральную ось, и через которое проходит несущая жила.
Несущая жила несет существенную часть веса и снижает нагрузку на линии от растягивающих усилий аналогично внутреннему сердечнику кабеля. Несущая жила является такой гибкой, что не оказывает неблагоприятного влияния на отклонение направляющих элементов относительно друг друга. Направляющие элементы удерживают линии в приемной области, то есть относительно центральной части и, таким образом, неподвижно по меньшей мере в радиальном направлении относительно несущей жилы. Это устраняет запутывание и потребность в несущем нагрузку внешнем шланге. Благодаря подходящим размерам внешней части линии удерживаются относительно безлюфтовым образом, что в случае известных сервисных контуров потребовало бы применение литейного материала. С помощью подходящей конфигурации направляющие элементы также обеспечивают возможность замены отдельных линий.
Обычно предпочтительной является разгрузка линий от растягивающего напряжения. Для этой цели, например, на обеих сторонах устройства для прокладки линий могут быть предусмотрены, при необходимости без снятия растягивающего напряжения линий внутри устройства для прокладки линий, соответствующие концевые средства для снятия растягивающего напряжения подходящей конструкции, например, так называемые чулки для снятия растягивающего напряжения. Альтернативно или дополнительно, внутри устройства для прокладки линий в нескольких местоположениях в его продольном направлении также могут быть предусмотрены средства для снятия растягивающего напряжения, однако это снижает подвижность линий. Для снятия растягивающего напряжения внутри устройства для прокладки линий, например, периферийные элементы в указанных соответствующих местоположениях могут быть неподвижно соединены вместе и могут удерживаться с устойчивостью к растягивающему напряжению на соответствующей центральной части или, соответственно, несущей жиле.
Настоящее изобретение обеспечивает особенные преимущества в том случае, когда относительно тяжелые пучки линий подлежат размещению по существу в вертикально подвешенном состоянии на значительной длине. Следовательно, настоящее изобретение особенно подходит для использования в наземных, береговых, прибрежных или морских буровых установках, в частности, в качестве сервисного контура, но не ограничено этими областями применения. Дополнительные применения прибрежных операций представляют собой, например, питающие кабели (кабели жизнеобеспечения), проходящие между платформой и судном снабжения, или береговое энергоснабжение для судов. Решение в соответствии с настоящим изобретением также особенно хорошо подходит для наземных применений, в частности, подвесных применений, например, при бурении или в системах глубокого бурения, или в горном деле.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения может быть предусмотрено, что в каждом направляющем элементе внешняя часть выполнена с возможностью открытия, и/или может быть предусмотрено, что по меньшей мере некоторые направляющие элементы, в частности, все направляющие элементы, соответственно, в своей центральной части имеют крепежное устройство для неподвижного закрепления указанной центральной части на несущей жиле по меньшей мере в осевом направлении, в частности, с силовым замыканием и/или с геометрическим замыканием.
Выполненные с возможностью открытия внешние части могут быть обеспечены, в частности, посредством по меньшей мере одного периферийного элемента, присоединенного к центральной части с возможностью перемещения или поворотного открытия соответственно. Альтернативно или дополнительно, по меньшей мере один периферийный элемент может быть установлен с возможностью отсоединения от направляющего элемента, например, посредством винтового соединения, вставного соединения или т.п., предпочтительно, посредством крепления с защитой от выпадения.
В частности, в случае буровых установок, таких как наземные, береговые, прибрежные или морские буровые установки, по существу все отделяемые элементы должны быть выполнены с защитой от выпадения, в частности, должны быть прикреплены к направляющему элементу по меньшей мере с двойным прикреплением, например, посредством привинчивания со штифтовым закреплением или аналогичных надежных винтовых конструкций. Соответственно, каждая из центральных частей прикреплена, предпочтительно с защитой от выпадения, к несущей жиле по меньшей мере неподвижно в осевом направлении таким образом, что в случае обрыва несущей жилы направляющие элементы не могут выпасть. Открываемые внешние части, например, с открываемыми поворотом периферийными элементами, обеспечивают возможность бокового доступа к приемной области и, таким образом, облегчают изготовление и техническое обслуживание, поскольку линии могут быть вставлены и удалены сбоку, то есть их не нужно «протягивать» в осевом направлении, например, в несущий шланг обычных сервисных контуров или пропускать через него. Периферийные элементы могут быть, например, гибкими или могут быть повернуты в открытое положение посредством предназначенного для этого шарнира. В таком случае прикрепление к несущей жиле фиксирует положение в осевом направлении, причем, возможно, это требуется только на участках, например, в том случае, когда эти направляющие элементы упираются друг в друга в осевом направлении. При этом открываемые поворотом периферийные элементы могут, в частности, удерживаться с фиксацией на направляющем элементе таким образом, что последующее техническое обслуживание упрощается, а выпадение частей надежно предотвращается.
В дополнительном аспекте настоящего изобретения может быть предусмотрено, что по меньшей мере некоторые, а в частности все, направляющие элементы с наружной стороны своего по меньшей мере одного периферийного элемента имеют упругий буфер для амортизации ударов, в частности, в отношении радиальных ударов. Предпочтительно, указанный буфер проходит вокруг центральной оси в периферийном направлении, предпочтительно, по всей периферии. Буферы амортизируют поперечный удар направляющих элементов при горизонтальном возвратно-вращательном перемещении, вызываемом вертикальным перемещением, возникающем во время работы. Кроме того, в то же время буферы также могут действовать в качестве углового упора между отдельными направляющими элементами для ограничения их относительного отклонения относительно друг друга с амортизирующим действием. Таким образом, несмотря на простую конструкцию, обеспечивается хороший защитный эффект, и в то же время обеспечивается возможность получения небольшого радиуса петли. Радиус могут выбирать так, что он составляет по существу любое значение, посредством задания размеров периферийных элементов и буферов с одной стороны, и осевого расстояния между расположенными последовательно периферийными элементами с другой стороны, но этот радиус не должен быть меньше наименьшего допустимого минимального радиуса линий.
Количество или множество направляющих элементов выбирают таким образом, что они выполнены по преобладающей длине несущей жилы, причем концы их открыты. Направляющие элементы могут следовать друг за другом, в частности, непосредственно или без расстояния между ними, или, однако, они могут быть расположены с промежутками. Предпочтительно, направляющие элементы не зажаты относительно друг друга, а прикреплены к несущей жиле без создания предварительного напряжения или с зазором для перемещения. В предпочтительном варианте осуществления центральная часть в качестве крепежного устройства имеет зажимное и/или фиксирующее устройство для закрепления с силовым замыканием несущей жилы на внутренней поверхности проходного отверстия центральной части. Это среди прочего обеспечивает возможность упрощенного изготовления.
В принципе, в качестве крепежного устройства могут рассматриваться все пригодные подходы, которые не подвергают неблагоприятному напряжению несущую жилу.
В частности, если центральная часть снабжена осевым проходным отверстием, через которое проходит несущая жила, такая конструкция может иметь, например, винтовое зажимное устройство с зажимным винтом. Это может быть выполнено, в частности, в виде зажимного хомута, в частности, шарнирного зажимного хомута с шарнироподобным сочленением. Предпочтительно, при этом в центральной части расположены две области в виде оболочек. Они могут быть соединены посредством шарнира таким образом, что зажимной винт требуется только на одной стороне. Таким образом, с помощью зажимного винта, который расположен напротив шарнира и может скреплять области в виде оболочек друг с другом, может быть выполнено надежное прикрепление аналогично, как и в случае зажимной скобы.
Альтернативно, могут также быть предусмотрены быстросъемный зажим, зажимная скоба или аналогичное устройство, которое по меньшей мере частично уменьшает диаметр в свету проходного отверстия или скрепляет, например, быстро зажимает, центральную часть с несущей жилой с силовым замыканием и/или геометрическим замыканием.
В соответствии с настоящим изобретением также возможны другие типы неподвижного закрепления направляющих элементов. В дополнительном варианте осуществления несущая жила может быть выполнена в виде звеньевой цепи, например, круглозвенной цепи, причем каждая центральная часть образует тип специального звена цепи в качестве несущего нагрузку компонента несущей жилы. В этой конструкции для уменьшения веса относительно длины, предпочтительно, две соответствующие расположенные последовательно центральные части могут быть соединены с возможностью пространственного отклонения посредством одного или более собственно звеньев цепи, которые предусмотрены в качестве промежуточных элементов (без внешней части). Эти промежуточные звенья могут представлять собой, например, обычные металлические звенья круглозвенной цепи, который связаны вместе с помощью расположенных противоположно удерживающих проушин центральной части.
В дополнительном варианте осуществления изобретения несущая жила может быть выполнена в виде «жемчужного ожерелья» с неподвижными в продольном направлении несущей жилы несущими элементами, к которым прикрепляются с силовым замыканием центральные части посредством подходящего соответствующего крепежного устройства.
Независимо от выбранного типа крепления центральные части предпочтительно прикреплены к несущей жиле жестко и без возможности вращения, в частности, устойчивым к кручению способом. В частности, это легко может быть выполнено посредством зажима с силовым замыканием с несущей жилой.
В состоянии готовности к работе внешняя часть, предпочтительно, образует границу, которая замкнута в периферийном направлении, или которая проходит полностью вокруг центральной оси направляющего элемента таким образом, что все линии надежно удерживаются в соответствующей приемной области в плоскости, перпендикулярной несущей жиле. В предпочтительном варианте усовершенствования внешняя часть каждого направляющего элемента имеет два периферийных элемента, которые соответственно соединены с центральной частью с возможностью перемещения или поворотного открытия посредством поворотного шарнира, шарнирного сочленения, шарнирной ленты или т.п. для вставки линий в приемную область или их извлечения из нее. Однако периферийные элементы также могут быть выполнены с возможностью открытия различным способом, например, с возможностью извлечения. Последнее рассматривается, в частности, тогда, когда сервисный контур в случае повреждения линии удаляют полностью или как пакет со всеми линиями, а замена линии не должна происходить на буровой установке.
Предпочтительно, периферийные элементы выполнены в виде полукольца. Кроме того, предпочтительно, для уменьшения количества частей периферийные элементы могут представлять собой идентичные части, то есть оба являться идентичными.
Все или существенные компоненты центральной части и внешней части, в частности, периферийные элементы могут быть выполнены из пластмассы, в частности, при помощи литья под давлением.
Предпочтительно, упругий буфер выполнен из эластомера, например, синтетического каучука или т.п. и, например, может быть выполнен в виде резинового буфера. Буфер является более упругим, чем другие компоненты направляющего элемента. Предпочтительно, буфер имеет кольцеобразную или, соответственно, тороидальную конфигурацию. Буфер должен охватывать преобладающую часть периферии. Особенно предпочтительно, буфер окружает периферийный элемент или элементы по всей периферии, например, в виде замкнутого или замыкаемого кольца. В то же время буфер может представлять закрепление или замыкание перемещаемого периферийного элемента или элементов и, например, может служить в качестве удерживающего кольца, которое может передвигаться в осевом направлении. Буфер также может быть выполнен в виде разомкнутого кольца, которое замыкается вместе с периферийными элементами.
Предпочтительно, все направляющие элементы имеют буфер, причем каждый буфер предпочтительно выступает в осевом направлении относительно периферийного элемента или элементов или расположен в осевом направлении заподлицо с ними таким образом, что буферы смежных направляющих элементов упираются друг в друга для ограничения максимального угла пространственного отклонения этих направляющих элементов относительно друг друга, действуя в качестве упоров. Износ уменьшается посредством применения буферов в качестве приспособления, ограничивающего отклонение, причем среди прочего снижается создание шума. Буферы могут удерживаться, например, посредством каждого периферийного элемента на его наружной стороне, имеющей удерживающую канавку, которая проходит в периферийном направлении, и с которой взаимодействует с геометрическим замыканием кольцеобразный буфер для обеспечения удерживающего воздействия в осевом направлении или наоборот.
В предпочтительном варианте осуществления несущая жила на своих обоих концах имеет соответствующее соединительное устройство для разъемного прикрепления устройства для прокладки линий к установке, подлежащей снабжению, например, к буровой установке. Это облегчает замену устройства для прокладки линий. При использовании троса в качестве несущей жилы могут рассматриваться все современные тросовые концевые соединители или тросовые концевые соединительные устройства, например, сращенные или прессованные проушины, прессованные или сращенные коуши, прессованные хомуты или литая резьбовая арматура или т.п. и т.д. В случае использования звеньевой цепи в качестве несущей жилы также могут рассматриваться все современные отделяемые концевые соединения, такие как серьги, крюки, винтовые соединения, проушины и т.д.
Особенно предпочтительно, в каждом соединительном устройстве предусмотрено крепежное устройство для снятия с линии растягивающего напряжения, в частности, посредством так называемых кабельных чулков для снятия растягивающего напряжения (называемых сетчатыми кабельными захватами), предпочтительно с петлей/коушем или удерживающей проушиной. Для этой цели каждое соединительное устройство предпочтительно снабжено по меньшей мере двумя противоположными по горизонтали удерживающими рычагами, которые прикреплены к соединительному устройству с несением нагрузки, и к которым для снятия растягивающего напряжения могут быть прикреплены направляемые линии, например, посредством серег, каждая из которых удерживает с возможностью отсоединения чулок для снятия растягивающего напряжения. Благодаря такой конфигурации упрощается полная замена устройства для прокладки линий, включая линии, поскольку необходимо только отсоединение этих двух соединительных устройств.
Внешняя часть может иметь точно один периферийный элемент с большой периферией, в частности, с угловой протяженностью более 300°. Однако предпочтительно, внешняя часть представляет собой состоящую из множества частей конфигурацию с множеством периферийных элементов. В поперечном сечении внешняя часть может иметь приблизительно круглую форму, то есть периферийные элементы предпочтительно могут иметь форму дуги окружности, причем внешняя часть может быть выполнена, в частности, с двумя соответствующими полукруглыми элементами. Также возможны другие формы поперечного сечения, например, многоугольная форма.
Предпочтительно, для приема соответствующих линий внешняя часть должна предусматривать достаточный внутренний диаметр или диаметр приемной области. Для того, чтобы обеспечивать возможность направления линий снабжения в предназначенных применениях диаметр приемной области должен быть заметно больше 100 мм, в частности по меньшей мере 125 мм.
В варианте осуществления центральная часть может иметь две шарнирных области, которые выступают в осевом направлении относительно периферийных элементов и расположены противоположно друг другу относительно оси. При этом шарнирные области выполнены сопрягаемыми таким образом, что одна шарнирная область первого направляющего элемента может быть в осевом направлении введена с возможностью отсоединения в сопрягаемую другую шарнирную область смежного второго направляющего элемента, то есть эти направляющие элементы могут быть вставлены друг в друга в осевом направлении. Разъемное в осевом направлении выполнение шарнирных областей значительно упрощает монтаж, поскольку направляющие элементы должны быть только посажены на несущую жилу, или несущая жила должна быть только пропущена через центральные части, а затем они должны быть «вставлены» друг в друга. Соответственно, такое опциональное шарнирное соединение расположенных последовательно направляющих элементов предпочтительно является свободным в осевом направлении, при этом оно по меньшей мере может быть легко отсоединяемым или, соответственно, вставным в осевом направлении.
Благодаря несущей жиле в подвесных применениях в принципе не требуется обеспечение прочности на растяжение в опциональном шарнирном соединении между направляющими элементами, в частности, смежными шарнирными областями. В предпочтительном варианте осуществления шарнирные области могут образовывать шарнирное соединение наподобие шарового шарнира для пространственного отклонения смежных направляющих элементов. Вставное шарнирное соединение может быть реализовано частично сферической шарнирной головкой и приблизительно полусферическим шарнирным гнездом и/или с шарнирной головкой/гнездом, которые благодаря увеличению гнезда и/или сжатию головки могут быть совмещены по оси. В другом варианте осуществления направляющие элементы закрепляются на несущей жиле на расстоянии друг от друга в осевом направлении посредством своих крепежных устройств, что уменьшает количество содержащегося материала и вес.
Проходное отверстие в центральной части может иметь предпочтительно противоположные расположенные по оси области горловины, которые расширяются радиально наружу для уменьшения износа центральной части и/или несущей жилы.
В особенно предпочтительном варианте осуществления центральная часть каждого направляющего элемента имеет два однокомпонентных несущих рычага, каждый из которых имеет внутреннюю зажимную оболочку и радиальную перегородку. При этом зажимные оболочки могут быть соединены вместе с образованием между ними проходного отверстия для несущей жилы, в частности, в качестве зажимного устройства. Центральная часть по существу может содержать этих два несущих рычага. Перегородки несущих рычагов предпочтительно имеют внешнюю концевую область, к которой присоединена внешняя часть, в частности, оба периферийных элемента. Таким образом, перегородки удерживают периферийный элемент или элементы и, тем самым, закрепляют линии (радиально) на несущей жиле, к которой прикреплены зажимные оболочки. Эти периферийные элементы или каждый периферийный элемент может быть при необходимости соединены за одно целое с перегородками и, например, может упруго открываться поворотом. Предпочтительно, каждый периферийный элемент в качестве отдельной части присоединен к перегородкам посредством шарнира.
Кроме того, для осевого прикрепления к несущей жиле центральная часть с внутренней стороны на проходном отверстии может иметь зажимные зубцы, проходящие поперечно относительно центральной оси.
В частности, несущая жила может представлять собой несущий трос, который имеет хорошую прочность на растяжение, например, из высокопрочной пластмассы. В настоящем случае прочность на растяжение означает, что несущая жила или несущий трос имеет достаточную прочность на растяжение для того, чтобы нести общий вес устройства для прокладки линий, содержащего все линии, то есть представляемый конечный вес, который соответствует общему весу устройства для прокладки линий со всеми линиями. Требуемая несущая способность по нагрузке несущей жилы зависит от рассматриваемого применения, но обычно составляет >>1000 кг.
2
В качестве несущей жилы также рассматривается проволочный трос с отдельными тросовыми проволоками, предпочтительно, с номинальной прочностью материала проволоки >900 Н/мм. Дополнительно или альтернативно, к тросам из пластмассовых проволок также могут рассматриваться тросы из стали, возможно, с сердечником из пластмассы. Несущая жила или несущий трос должен иметь как можно менее растяжимой. В качестве альтернативы несущему тросу, например, также возможно использование в качестве несущей жилы звеньевой цепи, например, содержащей стальные звенья.
Однако предпочтительно используют несущий трос из высокопрочной пластмассы в сочетании с направляющими элементами, которые по меньшей мере в основном выполнены из пластмассы. Таким образом, можно достичь сравнительно небольшого веса по отношению к длине < 40 кг/м для устройства для прокладки линий самого по себе (без направляемых линий) даже при сравнительно большой приемной способности в отношении направляющих элементов или большого внутреннего диаметра, например >> 200 мм, и соответствующего несущего усилия. По сравнению со звеньевыми цепями уровень шумового излучения также заметно ниже.
Для предполагаемых применений, в частности, в буровых установках, несущая жила предпочтительно имеет длину по меньшей мере 5 м, в частности по меньшей мере 10 м. При этом несущая жила предпочтительно является полностью непрерывной и имеет более высокий уровень прочности на разрыв и прочности на растяжение, чем направляемые линии.
В подвесных применениях устройство для прокладки линий имеет, в частности, первый свисающий продольный участок, имеющий первый конец, соединенный с потребителем, второй свисающий продольный участок, имеющий второй конец, соединенный с компонентом питающей установки/машины, и петлю, соединяющую эти два свисающих продольных участка. В этой конструкции свисающие продольные участки проходят в первом приближении по существу вертикально в первой частичной области, начинающейся с концов, строго говоря математически, или, в зависимости от соответствующего горизонтального расстояния между этими концами, по кривизне троса или цепи, то есть по катеноиду (называемому цепной линией), соответствующему функции гиперболического косинуса (или, соответственно, ch).
При этом для облегчения грузоподъемного прикрепления несущей жилы или, соответственно, несущего троса эта несущая жила или несущий трос выходит за пределы обоих концов, то есть проходит по требуемой длине устройства для прокладки линий и выступает на концах за направляющие элементы.
В качестве независимого аспекта настоящего изобретения также заявлен отдельный направляющий элемент для устройства для прокладки линий в соответствии с одним из изложенных выше вариантов осуществления.
В соответствии с основной идеей направляющий элемент имеет центральную часть, имеющую осевое проходное отверстие, которое образует центральную ось, и через которое может проходить несущая жила, и внешнюю часть, имеющую по меньшей мере один периферийный элемент. Указанный периферийный элемент ограничивает приемную область для линий, которая открыта наружу в осевом направлении, и для этого удерживается на центральной части.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения периферийный элемент соединен с центральной частью с возможностью перемещения или, соответственно, возможностью поворотного открытия.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения в центральной части для неподвижного прикрепления центральной части на несущей жиле предусмотрено крепежное устройство.
В соответствии с дополнительным аспектом в соответствии с настоящим изобретением с наружной стороны периферийного элемента предусмотрен упругий буфер для амортизации ударов, для амортизации, в частности, радиальных ударов и/или действия в качестве упора для направляющих элементов по отношению друг к другу.
Преимущественно, направляющий элемент может иметь один или более из дополнительных признаков, описанных выше в качестве преимущественных, в любой комбинации с одним из изложенных выше аспектов.
Настоящее изобретение также относится к буровой установке, имеющей ротационную силовую головку, содержащую расположенное подвесным образом устройство для прокладки линий в соответствии с одним из изложенных выше вариантов осуществления для снабжения ротационной силовой головки.
Устройство для прокладки линий подходит, в частности, для использования в наземных и морских буровых установках в качестве замены обычного сервисного контура, в качестве первоначально устанавливаемого оборудовании или в качестве замены. В зависимости от соответствующих требований дополнительно может быть предусмотрена тонкая гибкая защитная оболочка без несущей функции, которая, однако, должна быть выполнена с возможностью открытия.
Дополнительные детали, признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из дальнейшего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления, приведенных в качестве примера со ссылкой на сопутствующие чертежи. На чертежах:
На фиг. 1А-1В показан первый вариант осуществления устройства для прокладки линий в подвесной конструкции для питания вертикально перемещаемого потребителя на виде сбоку (фиг. 1А) и перспективный укрупненный вид нижней части или, соответственно, петли с изменением направления (фиг. В).
На фиг. 2А-2С показаны осевое сечение/продольное сечение (фиг. 2А), радиальное сечение/поперечное сечение (фиг. 2В) и перспективный вид (фиг. 2С) направляющего элемента устройства для прокладки линий по фиг. 1А-1В.
На фиг. 3 показано радиальное сечение/поперечное сечение второго варианта осуществления направляющего элемента.
На фиг. 4 в качестве примера применения настоящего изобретения показана буровая установка с ротационной силовой головкой, которую снабжают с помощью по существу известного сервисного контура (уровень техники), подлежащего замене на устройство для прокладки линий.
На фиг. 5А-5В показан предпочтительный третий вариант осуществления направляющих элементов в модифицированной конфигурации (фиг. 2А-2С).
На фиг. 6 показан дополнительный вариант осуществления устройства для прокладки линий, в котором несущая жила выполнена в виде звеньевой цепи.
На фиг. 7 показан дополнительный вариант осуществления устройства для прокладки линий, в котором несущая жила имеет несущие элементы для прикрепления с геометрическим замыканием направляющих элементов.
На фиг. 8 показано схематичное поперечное сечение, выполненное через соединительное устройство для прикрепления конца несущего троса к тросовой муфте и удерживающим рычагам для снятия растягивающего напряжения линий, и
на фиг. 9 показана линия с чулком для снятия растягивающего напряжения и крепление к соединительному устройству, например по фиг. 8.
На фиг. 1А-1В показан первый пример устройства 10 для прокладки линий в соответствии с настоящим изобретением в подвесной конструкции, содержащего первый вертикальный продольный участок 12А, который имеет первый конец 12С, второй вертикальный продольный участок 12В, который имеет второй конец 12D. Первый конец 12С присоединен к компоненту М машины, который в этом примере перемещается вертикально вверх и вниз, например, к ротационной силовой головке 3 (см. фиг. 4) буровой вышки. Второй продольный участок 12В, в свою очередь, на своем конце 12D прикреплен к каркасной конструкции или неподвижной части F машины. Петля 13 образует участок изменения направления, который соединяет два по существу вертикально свисающих продольных участка 12А, 12В.
Устройство 10 для прокладки линий имеет гибкий несущий трос 11 из высокопрочных пластмассовых волокон, например, высокомодульного полиэтилена или высокомодульного полиамида, который в качестве несущей жилы несет весовую нагрузку устройства 10 для прокладки линий. Для этой цели свободные концевые участки 11А, 11В несущего троса 11, выступающие на обеих его сторонах, соответствующим образом прикреплены к перемещаемой части М машины и неподвижной части F машины (схематично показаны на фиг. 1А). В качестве второго существенного компонента устройство 10 для прокладки линий имеет множество кольцеобразных замкнутых направляющих элементов 14, проходящих последовательно в продольном направлении несущей жилы 11 (фиг. 1В). Направляющие элементы 14 расположены в ряд на несущем тросе 11 и удерживаются им. Таким образом, несущий трос 11 несет по меньшей мере весь вес всех направляющих элементов 14.
Как показано на фиг. 1В, петля 13 между продольными участками 12А, 12В образует относительно небольшой радиус, то есть продольные участки 12А, 12В могут проходить на небольшом горизонтальном расстоянии друг от друга. Этот небольшой радиус возможен среди прочего благодаря тому факту, что смежные направляющие элементы 14 могут быть расположены под большим углом друг относительно друга. Каждый из направляющих элементов 14 выполнен с возможностью пространственного перемещения относительно друг друга, как показано на фиг. 1В. Однако расстояние между продольными участками 12А, 12В также может быть заметно больше в зависимости от соответствующего применения, при этом они необязательно должны свисать вертикально. В зависимости от соответствующего применения устройство 10 для прокладки линий, например, также может проходить аналогично висячему мосту.
На фиг. 2А-2В показан первый вариант осуществления направляющего элемента 14 для устройства 10 для прокладки линий. Внутри каждого направляющего элемента 14 расположена центральная часть 15А, имеющая центральную ось А и соосное с ней проходное отверстие 16 для прохода через него несущей жилы 11 (фиг. 1А), при этом снаружи его расположена внешняя часть 15В, имеющая два периферийных элемента 17, выполненных в форме дуги окружности, в данном случае длина дуги составляет приблизительно 160° - 180°, для удержания линий. Каждый периферийный элемент 17 ограничивает радиально снаружи приемную область L для линий (не показаны), которая открыта в осевом направлении.
Центральная часть 15А содержит крепежное устройство 18 для неподвижного крепления направляющего элемента 14 по оси на несущем тросе 11. На фиг. 2А-2В оно выполнено в виде винтового зажимного устройства 18 наподобие шарнирного зажимного хомута. Для этой цели центральная часть 15А имеет два цельных несущих рычага 20А, 20В, каждый из которых выполнен за одно целое из пластмассы и имеет внутреннюю зажимную оболочку 21А, 21В. Благодаря своей сопряженной конфигурации зажимные оболочки 21А, 21В образуют на одной стороне шарнироподобное соединение 24 (см. фиг. 3), которое соединяет с возможностью поворота зажимные оболочки 21А, 21В. На противоположной стороне зажимные оболочки 21А, 21В имеют винтовые отверстия для зажимных винтов 25 для скрепления U-образных зажимных оболочек 21А, 21В друг с другом. Альтернативно, также могут рассматриваться быстросъемные зажимные устройства или т.п. Зажимные оболочки 21А, 21В дополнительно образуют в центре две приблизительно полуцилиндрические внутренние поверхности проходного отверстия 16. Благодаря затягиванию зажимных оболочек 21А, 21В центральная часть 15А, то есть направляющий элемент 14, прикрепляется к несущему тросу 11 для прикрепления внутренней поверхности проходного отверстия 16 к несущей жиле 11 с силовым замыканием. Для обеспечения лучшей осевой фиксации на внутренних поверхностях двух зажимных оболочек 21А, 21В предусмотрены зажимные зубцы 28, проходящие поперечно к центральной оси А.
Как показано на фиг. 2В, каждый несущий рычаг 20А, 20В содержит выполненную за одно целое с соответствующей зажимной оболочкой 21А, 21В радиальную перегородку 22А, 22В, к внешней концевой области которой шарнирно, в данном случае посредством поворотного шарнира, присоединена внешняя часть 15В, то есть два периферийных элемента 17. Таким образом, два периферийных элемента 17, соответственно, присоединены к одной перегородке 22А центральной части 15А с возможностью поворота посредством соответствующего поворотного шарнира 23, например, шарнира, выполненного с возможностью поворота между закрытым положением, показанным на фиг. 2В, и открытым положением (не показано). Таким образом, облегчается вставка линий в одну из приемных областей L или извлечения линий из нее. Здесь периферийные элементы 17 представляют собой идентичные части, выполненные в виде полукольца и изготовленные, например, в виде пластмассовых деталей или из металлического листа. Периферийные элементы 17 образуют отделяемые проушины для поворотного шарнира 23, который, как и в случае трубных зажимов, установлен с возможностью вращения на опорном штифте или, соответственно, валу на одной перегородке 22А. На противоположном конце периферийные элементы 17 и другая перегородка 22В имеют проходящие через них винтовые отверстия для фиксирующего винта 29 с крепежной гайкой или т.п. Таким образом, периферийные элементы 17 прикрепляются к другой перегородке 22В в закрытом положении (фиг. 2В). Заданный таким образом внутренний диаметр приемных областей L, измеряемый радиально между периферийными элементами 17, приблизительно составляет по меньшей мере от 150 мм до 300 мм или более. Приемная способность задана посредством подходящих размеров периферийных элементов 17 и, при необходимости, перегородок 22А, 22В.
На фиг. 2А также показаны две центральных выступающих по оси шарнирных области 26А, 26В центральной части 15А. Они служат для заданного относительного перемещения с низким износом смежных направляющих элементов 14 без поперечных смещений относительно друг друга вне выдвинутого положения продольных участков 12А, 12В в полностью повернутое положение на вершине петли 13 (внизу на фиг. 1В) и обратно. Для этой цели каждая центральная часть 15А имеет две шарнирные области 26А, 26В, расположенные взаимно противоположно на торцах и соосно с центральной осью 16. Противоположные шарнирные области 26А, 26В выполнены сопрягаемыми или попарными, так что одна шарнирная область 26А может быть вставлена соосно в осевом направлении с возможностью отсоединения в соответствующую сопрягаемую другую шарнирную область 26В смежного шарнирного элемента с применением небольшого усилия или без усилия, в частности, без потребности в инструменте. Шарнирные области 26А, 26В могут образовывать шарнирное соединение наподобие шарового шарнира для пространственного отклонения смежных направляющих элементов 14 относительно любых двух осей. Для этой цели одна шарнирная область 26А выполнена в виде соединительной головки 27А с внешней поверхностью шарового кольца (ср. фиг. 2С) (частично сферической), а соответствующая сопряженная шарнирная область 26В выполнена в виде соединительного гнезда 27В с приблизительно полусферической внутренней поверхностью (ср. фиг. 2А).
На фиг. 2А-2С также показан кольцевой упругий буфер 19, содержащий эластомер и окружающий периферийные элементы 17 по существу по всей периферии. Буфер может быть закруглен на участке перехода между осевым концом и периферийной поверхностью и служит, с одной стороны, в качестве углового упора для ограничения минимального радиуса изменения направления петли 13 (внизу на фиг. 1В) и, с другой стороны, для амортизации радиальных ударов, например, при соударении с установкой/машиной или при транспортировке.
Каждый буфер 19 выполнен в виде открытого кольца с зазором для монтажа на внешнюю часть 15В и замыкается с помощью фиксирующего винта 29. В показанном примере буфер 19 не выступает по оси за периферийные элементы 17 и выполнен заподлицо в осевом направлении с осевым концом периферийных элементов 17, но также возможна выступающая конфигурация. Для целей осевого крепления буферы 19 радиально взаимодействуют с периферийной удерживающей канавкой или приемными средствами, расположенными на наружной части периферийных элементов 17. Однако, например, для дополнительного закрепления периферийных элементов 17 также возможно размещение замкнутых по периферии буферов 19 (без зазора) с плотной посадкой подобно шине колеса. Упругие амортизирующие удары буферы 19 могут представлять собой твердые тела или, в зависимости от используемого конструктивного размера, для экономии веса они могут быть выполнены в виде полых тел.
На фиг. 3 показан второй вариант осуществления направляющего элемента 34 для устройства 10 для прокладки линий. Направляющий элемент 34 отличается от показанного на фиг. 2А-2В в частности тем, что не имеет каких-либо явно выраженных шарнирных областей 26А, 26В. Направляющий элемент 34 предназначен для монтажа в ряд на несущем тросе 11 с разнесением по оси смежных направляющих элементов 34. В направляющем элементе 34, показанном на фиг. 3, предусмотрены взаимно противоположные воронкообразные зеркально симметричные области 36 горловины. Области 36 горловины увеличиваются или, соответственно, расширяются радиально наружу для уменьшения износа при трении с несущим тросом 11при повороте. Таким образом, при необходимости также возможно получение по-прежнему небольшого радиуса петли 13 (фиг. 1В). Во всех других отношениях одинаковые ссылочные обозначения на фиг. 3 обозначают те же части, что и на фиг. 2А-2С. Однако на фиг. 2A-2C также может быть предусмотрено большее увеличение проходного отверстия 16.
На фиг. 4 показан пример использования устройства 10 для прокладки линий, показанного на фиг. 1-3, в буровой вышке 1. При этом устройство 10 для прокладки линий может служить в качестве замены обычного сервисного контура 6, который снабжает ротационную силовую головку 3.
На фиг. 5А-5В показан вариант, изображенный на фиг. 2А-2С, с направляющими элементами 54. Различие заключается в том, что несущие рычаги на обеих перегородках 52А, 52В в области вокруг зажимного винта 25 имеют утолщения 52С, 52D материала для защиты линий.
Кроме того, перегородка 52А, на которой для поворота в открытое положение периферийных элементов 57 предусмотрены поворотные шарниры 53, образует дополнительные утолщения 52Е, 52F материала для выступа линий относительно поворотных шарниров 53 и для механического усиления поворотных шарниров 53. На фиг. 5А-5В на периферийных элементах 57 предусмотрены шарнирные пальцы, которые установлены с возможностью поворота на перегородке 52А. В отношении других существенных признаков эти направляющие элементы идентичны показанным на фиг. 2А-2С. В частности, как на фиг. 2А-2С, центральная часть, а также внешняя часть могут быть выполнены по меньшей мере в основном из пластмассовых формованных изделий, изготовленных литьем под давлением.
На фиг. 6 показан перспективный вид короткого продольного участка альтернативного варианта осуществления, в котором несущая жила 11 (см. фиг. 1А) выполнена не в виде несущего троса, а в виде звеньевой цепи. Для этой цели отдельные направляющие элементы 64, соответственно, имеют расположенные противоположно в осевом направлении удерживающие проушины 63, с которыми они могут быть связаны в продольном направлении посредством промежуточных звеньев 62, например, имеющих конструкцию обычных звеньев круглозвенной цепи, и могут отклоняться относительно друг друга. Таким образом, центральные части 65А, показанные на фиг. 6, представляют собой несущие нагрузку цельные компонентные части несущей жилы в виде цепи. При этом каждая центральная часть 65А каждого направляющего элемента 64 также имеет два диаметрально противоположных несущих рычага 60А, 60В, к которым прикрепляется внешняя часть 65В. Дополнительное различие в отношении фиг. 2А-2С и фиг. 5А-5В заключается в том, что внешняя часть 65В здесь имеет два неподвижных неотделяемых периферийных элемента 67А в форме дуги окружности, которые, например, выполнены за одно целое с несущими рычагами 60А, 60В. Два отделяемых периферийных элемента 67В в форме дуги окружности прикреплены с возможностью отсоединения к неотделяемым периферийным элементам 67А внешней части 65В, например, при помощи винтового соединения, как показано на разнесенном виде на фиг. 6 в отношении верхнего направляющего элемента 64.
На фиг. 7 показан частичный перспективный вид продольной части дополнительного альтернативного варианта осуществления, в котором несущая жила выполнена в виде несущего троса 71. Блочные несущие элементы 72 неподвижно установлены на несущем тросе 71 с равными интервалами. Несущие элементы 72 могут быть прижаты в положении и/или прикреплены к несущему тросу в продольном направлении посредством связующего. Такая конструкция обеспечивает возможность соединения с геометрическим замыканием для центральных частей 75А для прикрепления в положении на несущем тросе 71. Для этой цели каждая из центральных частей 75А на фиг. 7 имеет приемные средства 77, которые образованы на несущих рычагах 76А, 76В, соответственно, и выполнены соответствующим образом с возможностью зацепления с геометрическим замыканием с несущими элементами 72. Приемные средства 77 установлены аналогично удерживающим средствам с геометрическим замыканием на несущих элементах 72 и прочно соединены вместе, например, посредством свинчивания. Внешние части (в целях упрощения чертеже на фиг. 7 не показаны) при этом имеют конструкцию, соответствующую фиг. 5А-5В или также фиг. 6. В примере, показанном на фиг. 7, центральные части 75А, в частности, несущие рычаги 76А, 76В и приемные средства также могут быть выполнены за одно целое из пластмассы в виде формованных изделий, изготовленных литьем под давлением.
На фиг. 8 и 9 показано соединительное устройство 80, к которому могут быть прикреплены с возможностью отсоединения концевые участки 11А, 11В несущего троса 11 (фиг. 1) в соединительных точках установки. Соединительное устройство 80, показанное на фиг. 8, содержит основной корпус, например, выполненный при помощи металлообработки в виде металлического компонента, с тросовой муфтой в нижней области, которая содержит соосные приемные средства 83, в которых соответствующий концевой участок 11А, 11В несущего троса 11 (фиг. 1) размещается и прикрепляется устойчивым к растяжению способом посредством опрессовки и/или литья с помощью литьевого материала (соединение посредством связующего). На противоположном конце предусмотрен резьбовой выступ 84 с внутренней или внешней резьбой, к которому для обеспечения возможности легкого монтажа/демонтажа привинчивают предпочтительно серьгу, нагрузочную проушину, нагрузочный крюк или т.п. (не показаны). Кроме того, соединительное устройство 80 содержит по меньшей мере два расположенных противоположно радиальных удерживающих рычага 85А, 85В, имеющих поперечные отверстия 86 для прикрепления соответствующей отдельной линии непосредственно к соединительному устройству 80 и, таким образом, также к несущему тросу 11. Благодаря отверстиям 86 чулки 90 для снятия растягивающего напряжения (фиг. 9) могут быть подвешены со снятием растягивающего напряжения с помощью петли/коуша 92 посредством серег на удерживающих рычагах 85А, 85В.
Список ссылочных обозначений
Фиг. 1А-1В
10 устройство для прокладки линий
10 несущий трос (несущая жила)
11А, 11В концевой участок (несущая жила)
12А,12В подвесной продольный участок
12С, 12D концы (устройство для прокладки линий)
13  петля
14  направляющий элемент
М перемещаемая часть машины
F неподвижная часть машины
Фиг. 2А-2В
14 направляющий элемент
15А центральная часть (направляющего элемента)
15В внешняя часть (направляющего элемента)
16 проходное отверстие
17 периферийный элемент
18 крепежное устройство
19 буфер
20А, 20В несущий рычаг (на центральной части)
21А, 21В зажимная оболочка (на центральной части)
22А, 22В перегородка (на центральной части)
23 поворотный шарнир (между периферийным элементом и несущим рычагом)
24 шарнирное сочленение (на зажимных оболочках)
25 зажимной винт
26А, 26В шарнирные области (на центральной части 15А)
27А шарнирная головка
27В шарнирное гнездо
28 зажимные зубцы
29 фиксирующий винт
А центральная ось
L приемная область
Фиг. 3
34 направляющий элемент
15А центральная часть (направляющего элемента)
15В внешняя часть (направляющего элемента)
17 периферийный элемент
19 буфер
21А, 21В зажимная оболочка (на центральной части)
36 область горловины (на центральной часть 15А)
Фиг. 4 (уровень техники)
1 буровая вышка
2 подъемное устройство
3 ротационная силовая головка (верхний привод)
5 линии
6 сервисный контур (уровень техники)
Фиг. 5А-5В
19 буфер
25 зажимной винт
29 фиксирующий винт
52А, 52В перегородка (на центральной части)
52C, 52D; 52E, 52F утолщение материала
53 поворотный шарнир (между периферийным элементом и несущим рычагом)
54 направляющий элемент
57 периферийный элемент
Фиг. 6
60А, 60В несущий рычаг (на центральной части)
62 промежуточное звено
63 удерживающая проушина
64 направляющий элемент
65А центральная часть (направляющего элемента)
65В внешняя часть (направляющего элемента)
66 проходное отверстие
67А периферийный элемент (неподвижный)
67В периферийный элемент (отсоединяемый)
69 буфер
Фиг. 7
71 несущий трос
72 несущий элемент
75А центральные части
76А, 76В несущий рычаг (на центральной части)
77 приемные средства
Фиг. 8
80  соединительное устройство
82 тросовая муфта
83 приемные средства
84 резьбовой выступ
85А, 85В удерживающие рычаги
86 поперечные отверстия
Фиг. 9
90 чулки для снятия растягивающего напряжения
92 петля/коуш
93 линия (кабель).