УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЖИМА И ВРАЩЕНИЯ ТРУБНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Устройство полезной модели относится к нефтедобывающей отрасли, в именно, к технологическому оборудованию Суровых установок, оснащенных ключами свинчивания-развинчивания резьбовых соединений бурильных и обсадных труб.
Известны конструкции трубозажимных устройств, в которых челюстеобразные механизмы основаны на радиальном перемещении к центру зажимных колодок путем поворота рычажных челюстей и заклинивания их на копирных профильных поверхностях, как правило, закрепленных на корпусе устройства. Челюсти, в этих механизмах устанавливаются на поворотных элементах, например на приводных роторных шестернях (1, 2, 3, 4, 5 и 6). Недостатками указанных конструкций являются:
- наличие трудоемких в изготовлении и сборке копиров с различными профилями обкатываемых поверхностей;
- ограничение применения таких механизмов для бурильных и обсадных труб, требующих широкого диапазона захвата по диаметру;
- сложность конструкции, обусловленная многозвенной системой рычагов челюсте держателей и копиров требующих точности изготовления сложных профилей и идеальных условий эксплуатации;
- низкий коэффициент надежности, и эффективности зажима труб из-за наличия большего числа шарнирных соединений и поверхностей трения;
- необходимость оснащения нерационально мощным приводам для зажима труб, связанных с преодолением потерь на трение в шарнирах и с кинематикой распределения усилий;
- повышенная трудоемкость выполнения работ по замене деталей и узлов при переходе с одного типоразмера труб на другой, применяемых в процессе бурения скважин.
Известна конструкция трубозажиммого устройства для свинчивания-развинчивания бурильных и обсадных труб, в которой трубозажимное устройство выполнено в виде быстросъемной кассеты (7) (устройство принято за прототип).
Устройство, содержащее верхние и нижние диски, снабжено местью захватными устройствами со встроенными в них плашками из твердого сплава.
Захватные устройства выполнены в виде отдельных узлов содержащие шестеренчатые сегменты с приставными к ним двухплечными сменными рычагами, снабженные плашками из твердого сплава.
Захватные устройства равномерно размещены по окружности и шарнирно соединены осями проходящими через шестеренчатые сегменты, верхние и нижние диски челюстедержателей таким образам, что зубья местеренных сегментов сопряжены с зубчатым венцам
приборных роторных шестерен, а плашки, встроенные в двуплечные рычаги, обращены к осям труб и размещены двумя ярусами под определенными для каждого типоразмера труб радиальными углами. Диски нижнего устройства (стопорного ключа) жестко закреплены с корпусом, а диски верхнего устройства (вращателя труб) жестко закреплены с подвижными дисками фрикционного тормоза, усилие зажатия которых определяется определенным моментом сопротивления. При повороте приводных роторных шестерен происходит поворот местеренных сегментов относительно собственных осей и вместе с ними производится поворот двуплечных рычагов и схождение плашек к трубе, производя зажим нижней трубы и вращение верхней. Несмотря на преимущество этой конструкции перед вышеуказанными, прототип также обладает недостатками, а именно:
- имеет более сложную конструкцию рычагов и зубчатых секторов, требующих точного изготовления;
- для обеспечения при свинчивании-развинчивании труб с широким диапазоном захвата по диаметрам требуется большое количество сменных рычагов;
- схождение плашек к трубе производится при повороте рычагов относительно осей зубчатых секторов под разными углами к касательным, что ограничивает величину радиального хода плашек
и требует соблюдения точности кинематики установки плашек в рычагах.
Указанные проблемы стимулировали поиск новых технических решений. Предложенное устройство полезной модели направлено на решение задач по созданию быстросъемного взаимозаменяемого зажимного механизма бурового ключа соответствующего типоразмерам свинчиваемых труб и с одновременным обеспечением надежности узла при увеличении нагрузок на замковое соединение труб. Эта задача решается упрощением кинематики силового механизма зажима труб. сокращением числа элементов участвующих в силовых контактах с сопрягаемыми деталями и модульным исполнением группы челюстедержателей для применяемых типоразмеров труб с унификацией их установочных размеров и посадочных мест. Для этого устройство для зажима труб, включающее вращатель труб и стопорный, ключ, снабжено приводными роторными шестернями выполненные с разъемам, имеют с внутренний, стороны пятигранные поверхности со встроенными в них кассетами, содержащие верхние и нижние диски, с радиально размещенными между ними четырьмя зажимными устройствами, выполненные в виде челночных механизмов, состоящие из корпусов со встроенными с одной стороны роликовой опорой и приставленными к корпусу челюстями с плашками из твердого сплава с другой стороны.
При этом роликовые опоры сопряжены с поверхностями пятигранника, а корпуса зажимных устройств встроены в направляющие кассеты, верхние и нижние виски которой выполнены с разъемом и имеют возможность раздельного перемещения при повороте роторных шестерен. При этом, в корпус зажимного устройства встроены выдвижные штыри, выступающие концы которых сопряжены с выступами стаканов установленных между дисками кассеты и снабженные пружинами возврата челюсти с плашкой при возвращении роторной шестерни в исходное положение.
В свою очередь, челюсть с плашкой соединена с корпусом осью, при отсоединении которой, обеспечивается съем челюсти и создается возможность отвода штырей от контакта со стаканами и последующим выводом корпуса с роликовой опорой из направляющих кассеты. Технический результат при осуществлении устройства полезной модели выражается в применении в конструкции устройства быстросъемных челюстей с плашками из твердого сплава и корпусов с роликовыми опорами при сохранении положения кассет и устройства в корпусах вращателя труб и стопорного ключа, что позволяет производить как быструю замену плашек при их износе, так и переход на другой типоразмер но диаметру скважинных труб. Сведения подтверждающие возможность осуществления устройства полезной модели поясняются чертежами,
где:
на фиг.1 представлен общим вид устройства вид в плане;
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1,
на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2.
Устройство для зажима и вращения трубчатых элементов состоит из приводной роторной шестерни 1 снабженной разъемом и устройства 2, выполненного в виде быстросъемной кассеты также имеющей разъем.
Роторная шестерня 1 снабжена внешним зубчатым венцом 3, посредством которого шестерня 1 находится в зацеплении с приводной шестерней 4 привода поворота (вращения).
С внутренней стороны роторная шестерня 1 имеет пятигранную поверхность 5.
Устройство 2 состоит из нижнего 6 и верхнего 7 дисков между которыми на равных расстояниях друг от друга, по окружности размещены и жестко скреплены с дисками 6 и 7 направляющие 8.
Диски 6 и 7 скреплены между собой стяжками 9.
В направляющие 8 установлены корпуса 10 имеющие с одной стороны вилку 11, в которую через ось 12 встроен ролик 13, а с другой стороны обработанную площадку 14 выполненную в виде вилки, в которую через ось 15 установлена челюсть 16 с плашкой 17 из твердого сплава.
Ролики 13 находятся в контакте с плоскостями пятигранника 5.
Корпус 10 имеет, поперечную цилиндрическую расточку 28 со встроенным в ней штырем 19 и продольную расточку 20 с установленным в ней штырем 21. Штырь 21 скреплен со штырем 19.
Диски 6 и 7 имеют по четыре поперечных росточек 22, в которые встроены направляющие 8, и продольные между ними расточки 23.
Направляющая 8 имеет окно 24 для пропуска в него штыря 19.
В продольные расточки 23 установлены четыре стакана 25, которые снабжены пружиной 26 и выступом 27.
Диски, 6 и 7 снабжены дюбелями 28, с помощью которых кассета жестко скреплена либо с корпусом у стопорного ключа, либо со шкивом тормозного устройства у вращателя труб.
Упомянутая деталь, стопорный ключ и шкив тормоза на чертежах не указаны.
Челюсть 16 с плашкой 17 имеют свои типоразмер для каждой, трубы.
Корпус 10 используется на нескольких типоразмеров труб.
Устройство работает следующим образам:
При включении привода поворота 4 (вращения) роторная шестерня 1 поворачивается, ее внутренние пятигранные плоскости 5 поворачиваясь воздействуют на ролики 13, а через них на корпуса 10, которые перемещаясь в радиальном направлении в направляющих 8, выводят челюсти 16 с плашками 17 к трубе 29 замыкаясь на ней с усилием. При этом выступающие концы штырей 19 воздействуют на выступы 27 стаканов 25, перемещают их, сжимая пружины 26.
При отключении привода и возвращении роторных шестерен 1 в исходное положение, пружины 26 расжимаются перемещая корпуса 10 вместе с роликами 13 и плашками 17 в исходное положение, образуя диаметральный зазор между трубой 29 и плашками 17. В случае перехода на другой типоразмер труб или замене плашки 17 ось 15 вынимается из корпуса 10, челюсть 16 с плашкой 17 выводится из вилки корпуса 10, открывая доступ к штырю 21 и при отводе его в сторону, штырь 19 выводимся из окна 24 направляющей 8, обеспечивая возможность корпусу 10 вместе с роликом 13 свободный вывод из направляющих 8 дисков 6 и 7.
Установка замененного корпуса 10 с роликом 13, челюстей 16 с плашкой 17 производится в обратной последовательности.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Авторское свидетельство №1355688 А1 МКИ Е 21 В 19/16, В 25 опубл. 30.11.87 г. Бюл. №44.
2. Авторское свидетельство №1585492 А1 МКИ Е 21 В 19/16 опубл. 15.08.90 г. бюл. №30.
3. Авторское свидетельство №1668626 А1 МКИ Е 21 В 19/16 опубл. 02.03.91 г. бюл. №29.
4. Патент США №4688453 от 0.01.88 Е 21 В «Устройство для резьбового соединения трубчатых элементов».
5. Патент США №4404826 Е 21 В «Трубозахватное устройство вращения».
6. Ключ буровой гидравлический КБГ-2 конструкции ВНИИНефтемата.
7. Патент №2078900 от 10.05.97 г. Е 21 В 19/16 «Трубозажимное устройство для резьбового соединения трубчатых элементов».