АВТОМАТИЧЕСКИЙ ТРУБНЫЙ КЛЮЧ

Полезная модель относится к технике для бурения нефтяных и газовых скважин и представляет собой автоматический трубный ключ, который может быть использован для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений бурильных, обсадных и насосно-компресорных труб.
Известен автоматический стационарный буровой ключ (см. патент РФ на изобретение №2188297, МПК Е21В 19/16, 2000 г.), который содержит корпус, смонтированные в нем верхнее, и нижнее трубозажимные устройства, редуктор, приводной двигатель, планетарный редуктор и моментомер. Коробка передач расположена над редуктором, а соосно с тихоходным валом коробки передач смонтирован планетарный редуктор, корпус которого выполнен плавающим относительно оси тихоходного вала. Моментомер ключа имеет рычажный механизм, передвижной упор настройки крутящего момента и систему клапанов для автоматического отключения приводного двигателя после достижения установленного значения крутящего момента свинчивания.
Недостатками приведенного технического решения являются:
- для обеспечения необходимой точности показаний крутящего момента к рычажному механизму и передвижному упору предъявляются высокие требования по их взаимному расположению. Это требует либо точного изготовления, либо предварительной настройки на стенде;
- отсутствует предохранительное устройство на корпусе ключа, которое необходимо для снижения действия динамических нагрузок на корпус при достижении максимального значения крутящего момента.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является автоматический трубный ключ (см. патент на изобретение №2317397, МПК Е21В 19/16, 2008 г.), содержащий корпус, верхнее и нижнее трубозажимные устройства, коробку передач, моментомер и пульт управления с манометром. Коробка передач выполнена в виде находящихся в цилиндрическом корпусе и установленных соосно дифференциального редуктора и переключателя скоростей. Переключатель скоростей состоит из зубчатых полумуфт быстрой и медленной скорости, связанных соответственно с быстроходным и тихоходным валами дифференциального редуктора. Моментомер состоит из датчиков, установленных на неподвижный корпус коробки передач, а взаимодействующие с ними упоры установлены на подвижный опорный диск.
К недостаткам известного технического решения относится отсутствие механизма, автоматически останавливающего приводной двигатель при достижении необходимой величины крутящего момента, вследствие чего возможна поломка бурового инструмента и оборудования. Другим недостатком является недостаточная точность работы моментомера, обусловленная отсутствием устройства заправки и автоматической прокачки гидросистемы от воздуха. Кроме того, недостатком является также действие динамических нагрузок на корпус ключа при достижении максимального значения крутящего момента в виду отсутствия предохранительного устройства на корпусе ключа.
Технической задачей заявляемой полезной модели является обеспечение более высокого качества работ, улучшение потребительских свойств и сокращение времени на техническое обслуживание, повышение безопасности при проведении буровых работ.
Согласно данной полезной модели решение технической задачи достигается тем, что в автоматическом трубном ключе, содержащем корпус редуктора, смонтированные на нем верхнее и нижнее трубозажимные устройства, приводной двигатель, коробку передач, моментомер, включающий упор, датчик в виде гидроцилиндра, установленный на корпусе коробки передач и пульт управления с манометром, - гидроцилиндр снабжен емкостью для рабочей жидкости, которая установлена на его корпусе и сообщена с полостью гидроцилиндра посредством двух отверстий для протока жидкости, а в пульте управления размещен механизм отключения приводного двигателя. При этом механизм отключения приводного двигателя включает в себя гидроцилиндр, регулировочную гайку, пружину, шток и два клапана. Кроме того, на передней части корпуса редуктора установлен предохранительный замок.
Технический результат обеспечивается конструктивными особенностями предлагаемой полезной модели, т.е. наличием емкости для рабочей жидкости и двух отверстий для сообщения с полостью гидроцилиндра, благодаря которым происходит самопрокачивание гидросистемы, т.е. из гидросистемы при каждом цикле работы удаляется воздух. Таким образом, исключается необходимость периодической проверки гидросистемы на наличие воздуха в ней. Использование механизма отключения приводного двигателя позволяет отключать приводной двигатель по достижении заданного значения крутящего момента, а размещение его на пульте управления обеспечивает удобство работы оператора и в результате чего сокращается время на техобслуживание. Благодаря установке предохранительного замка на передней части корпуса редуктора обеспечивается снижение действия динамических нагрузок на корпус при достижении максимального значения крутящего момента и одновременно повышается безопасность проведения буровых работ.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами:
Фиг.1 - автоматический трубный ключ;
Фиг.2 - моментомер ключа;
Фиг.3 - гидроцилиндр;
На фиг.1 изображен автоматический трубный ключ, содержащий корпус редуктора 1 с установленным предохранительным замком 2, верхнее 3 и нижнее 4 трубозажимные устройства, коробку передач 5, приводной двигатель 6, моментомер 7 и пневматическое тормозное устройство 8. Корпус коробки передач 5 смонтирован на корпусе редуктора 1 неподвижно. На верхней крышке коробки передач 5 расположена опора планетарного редуктора 9. На опоре имеется подшипник 10, на котором устанавливается корпус планетарного редуктора 11.
На фиг.2 показан моментомер 7, составные части которого размещены на кронштейне 12, коробке передач 5, фланце планетарного редуктора 13 и в пульте управления 14. Моментомер состоит из упора 15, гидроцилиндра 16, гидравлических трубок 17, манометра 18 с дополнительной шкалой 19, механизма отключения приводного двигателя 20, который состоит из корпуса 21 с дополнительной шкалой 22, подвижной гайки 23, пружины 24, штока 25, гидроцилиндра 26 и системы из 2-х клапанов: отсекающего клапана 27 и сигнального клапана 28. Пульт управления 14 снабжен рукоятками управления 29 (на фиг.2 не показаны).
В состав гидроцилиндра 16, показанного на фиг.3, входит толкатель 30, поршень 31, пружина 32, емкость для рабочей жидкости 33, перепускное 34 и компенсационное 35 отверстия.
Работа автоматического трубного ключа осуществляется следующим образом. Для свинчивания резьбового соединения сначала вращением гайки 23 механизма отключения 20 по дополнительной шкале 22 на корпусе механизма отключения 21 выставляется необходимая величина крутящего момента свинчивания. Открывается предохранительный замок 2, установленный на передней части корпуса редуктора 1. Затем корпус ключа надвигается прорезью в трубозажимных устройствах на резьбовой стык свинчиваемых труб, при этом предохранительный замок 2 закрывается автоматически (дальнейшее открытие и закрытие замка также происходит автоматически). Замок служит для предотвращения деформации ключа при достижении максимального крутящего момента и повышает безопасность работ. Нижнее трубозажимное устройство 4 захватывает нижнюю трубу. Включается приводной двигатель 6 и благодаря затормаживанию верхнего трубозажимного устройства 3 осуществляется захват и последующее вращение верхней трубы на быстрой скорости. Момент, развиваемый ключом на быстрой скорости, незначителен и не требует ограничения. При остановке вращения трубы вследствие возросшего момента сопротивления в резьбе оператор переключает коробку передач 5 на медленную скорость. При этом давление подается в пневматическое тормозное устройство 8 и усилие, с которым верхнее трубозажимное устройство 3 удерживает трубу, возрастает. Одновременно давление подается в сигнальный клапан 28, но клапан закрыт для прохода воздуха. Ключ вращает трубу на медленной скорости и происходит докрепление резьбы. При этом момент сопротивления в резьбе и момент, развиваемый приводным двигателем 6, возрастают. Соответственно возрастает и реактивный момент на корпусе планетарного редуктора 11 и фланце планетарного редуктора 13, который может свободно поворачиваться вокруг своей оси под действием реактивного момента на подшипнике 10 в опоре планетарного редуктора 9. Реактивный момент посредством упора 15 передается на толкатель 30 гидроцилиндра 16, давление жидкости в гидросистеме возрастает и, как следствие, возрастает усилие на шток 25 механизма отключения 20.
Когда момент, развиваемый ключом, достигнет величины, установленной гайкой 23 по дополнительной шкале 22 на корпусе 21 механизма отключения 20, шток 25, преодолевая силу пружины 24, откроет сигнальный клапан 28 для прохода воздуха на отсекающий клапан 27. Отсекающий клапан 27 перекрывает подачу воздуха на свинчивание приводного двигателя 6 и приводной двигатель 6 останавливается. Давление жидкости, возникающее в гидросистеме моментомера 7, пропорционально величине крутящего момента, развиваемого ключом и отображается на манометре 18, вторая шкала 19 которого отображает значение текущего крутящего момента, развиваемого ключом.
При снятии усилия с рукоятки управления 29 и реверсе приводного двигателя 6 корпус планетарного редуктора 11, а с ним и упор 15 резко возвращаются в исходное положение. При этом жидкость, вытесняемая из гидросистемы в гидроцилиндр 16 по трубкам 17, не успевает заполнить освобожденное поршнем 31 пространство и в гидроцилиндре 16 перед головкой поршня 31 создается разряжение. Под его действием жидкость из емкости 33 через перепускное отверстие 34 в головке поршня 31 проходит в полость перед головкой поршня 31. В дальнейшем эта избыточная жидкость вытесняется через компенсационное отверстие 35 обратно в емкость для рабочей жидкости 33. Пружина 32 постоянно отжимает поршень 31 в крайнее заднее положение до упора. Так происходит самопрокачивание гидросистемы, благодаря которой из системы при каждом цикле работы удаляется воздух.
Процесс развинчивания происходит в обратном порядке. Сначала подачей давления с пульта управления 14 включается пневматическое тормозное устройство 8 и медленная передача. Включается приводной двигатель 6. Так как вращение приводного двигателя 6 теперь направлено в противоположную сторону, то и реактивный момент направлен в противоположную сторону, поэтому упор 15 не давит на толкатель 30 гидроцилиндра 16 и давление в гидросистеме не возникает. При снятии натяга резьбы, когда труба начинает отвинчиваться и сопротивление в резьбе падает, оператор переключает коробку передач 5 на быструю скорость и осуществляет отвинчивание.
Таким образом, ключ предложенной конструкции обладает высокой надежностью, позволяет быстрее и качественнее выполнять работы по свинчиванию-развинчиванию резьбовых соединений. Также позволяет осуществить более точное и надежное отключение приводного двигателя и, за счет установки предохранительного замка, повысить безопасность проведения буровых работ.