ТЕРМОКЛЮЧ С ГАЗОВЫМ НАГРЕВОМ

Изобретение - полезная модель относится к ручному инструменту и может быть использовано для свинчивания и развинчивания крупногабаритных резьбовых соединений, преимущественно в нефтедобывающей промышленности при разборке и сборке крупногабаритных насосов, используемых для поддержания пластового давления.
Ключи с пневмо-, гидро- или электроприводом для сборки и разборки крупногабаритных резьбовых соединений известны, например, гайковерт с пневматическим приводом [1] (аналог), содержащий обойму (корпус), имеющий воздухоподводящий канал, размещенный в обойме с возможностью вращения, пневмодвигатель с магистралью, периодически сообщающейся с воздухоподводящим каналом, пружину, один конец которой закреплен на пневмодвигателе, а второй - в обойме, и воздухоподводящую магистраль. На наружной поверхности корпуса пневмодвигателя выполнена кольцевая канавка и канал, соединяющий последнюю с магистралью; в обойме также выполнен канал, соединенный с воздухоподводящей магистралью и расположенный напротив кольцевой канавки, а привод снабжен запорным клапаном золотникового типа, подпружиненным в осевом направлении и встроенным в воздухоподводящую магистраль, при этом надклапанная полость золотника сообщена с воздухоподводящим каналом. Как указано в аналоге, предложенная конструкция привода гайковерта повышает стабильность момента затяжки резьбового соединения.
Недостатки аналога следующие. Помимо сложности конструкции, он не в состоянии обеспечить стабильность момента затяжки при затягивании нескольких шпилек (у крупногабаритных насосов - 6...8 штук) вследствие нестабильности сил трения. У крупных шпилек (М72×4) угол подъема
резьбы всегда меньше угла трения, поэтому после достижения некоторого усилия затяжки, разного у различных шпилек, гайки уже не перемещаются по шпилькам в осевом направлении, а скручивают их. Усилие же затяжки при этом не меняется и остается тем, которое было до момента перехода от затяжки шпилек к их скручиванию.
В качестве прототипа взят гидравлический моментный ключ [2], содержащий корпус, заполненный жидкостью и сообщающийся с измерительным прибором, рукоятку, шарнирно закрепленную на корпусе, гаечную вставку с упором, соединенную с корпусом и взаимодействующий с последним основной плунжер, размещенный внутри основного плунжера, который установлен коаксиально основному и взаимодействующий с упором.
Недостатки прототипа те же, что и аналога: сложность конструкции и невозможность обеспечить заданное усилие стягивания секций насоса, так как по мере увеличения крутящего момента на гайках все большая часть его, вследствие увеличения силы трения в контактных зонах (фланец - шайба - гайка - шпилька) затрачивается на скручивание шпилек, а не на увеличение их растягивающего усилия.
Целью изобретения является создание гарантированного и стабильного на всех резьбовых соединениях собираемой сборки усилия затяжки.
Цель достигается тем, что термоключ с газовым нагревом выполнен из двух полуцилиндров, охватывающих шпильку и стягиваемых, например, болтами через проушины, прикрепленных к полуцилиндрам; в середине одного из полуцилиндров выполнено тангенциальное, по отношению к полуцилиндру, отверстие с патрубком, в средней части которого расположена на оси поворотная заслонка, а торцевые части полуцилиндров выполнены в виде конусов с криволинейной образующей, при этом наружная поверхность полуцилиндров и патрубка покрыта теплоизоляцией.
На фигуре показана схема термоключа с газовым нагревом. Термоключ с газовым нагревом включает в себя корпус, состоящий из полуцилиндров 1, которые по торцам заканчиваются раструбами 2. Полуцилиндры 1 стягиваются болтами (на фигуре не показаны) через проушины 3. В средней части верхнего полуцилиндра вырезано тангенциальное отверстие, к которому приварен патрубок 4, внутри которого размещена поворотная заслонка 5, прикрепленная к оси 6, вращаемая вручную маховичком 7. Наружная поверхность полуцилиндров 1 и патрубка 4 покрыта теплоизоляцией 8 с отражающим слоем, в качестве которого используется алюминиевая фольга. Полуцилиндры полностью охватываю шпильку 9, которая через опорные шайбы 10 стягивается гайками 11. Величина теплового расширения шпильки 9 контролируется индикаторами часового типа 12. Базирование полуцилиндров 1 на шпильку 9 осуществляется с помощью штырей 13, по два с каждой стороны полуцилиндров 1.
Термоключ с газовым нагревом работает следующим образом. Корпус, состоящий из двух полуцилиндров 1, надевается на шпильку 9, полуцилиндры 1 базируются на шпильке 9 штырями 3, после чего полуцилиндры 1 стягиваются болтами (на фигуре не показаны), которые вставляются в проушины 3. По торцам шпильки 1 на магнитных стойках устанавливаются индикаторы часового типа 12. Зажигается пропановая горелка (на фигуре не показана) и горячие газы направляют в патрубок 4 как показано стрелкой В на фигуре. Поворачивая заслонку 5 в ту или иную сторону, добиваются одинакового расширения шпильки в обе стороны. Величина расширения контролируется индикаторами часового типа 12. Ось заслонки 5 одновременно выполняет функцию рассекателя пламени пропановой горелки, что позволяет выровнять температуру газов по сечению патрубка 4. Так как патрубок 4 вварен тангенциально по отношению к полуцилиндру 1, поток горячих газов вращается вокруг шпильки 9 и, двигаясь по винтовой линии, выходит наружу из кольцевого канала, образованного
полуцилиндрами 1 и шпилькой 9. Криволинейная поверхность 2, выполненная по концам полуцилиндров 1, совместно с вихревым движением горячих газов обеспечивает прилипание потока горячих газов к этой поверхности (2) вследствие эффекта Коанда и способствует отводу горячих газов от шпильки в окружающее пространство, что уменьшает нагрев периферийных концов шпильки 9. После достижения определенного расширения шпильки 9 в осевом направлении и ослабления затяжки гаек 11 они скручиваются ключом с ручным приводом.
Проведенный эксперимент показал, что после нагрева в течение 4,5 минут шпилька М72×4 с общей длиной L=1600 мм, длина нагрева 960 мм, стягивающие секции насоса УНС63 для поддержания пластового давления в зоне нефтедобычи, термическое расширение на одном конце шпильки было равно 0,82 мм, на другом 0,63 мм и гайка свинтилась при приложении крутящего момента 52 кгс·м (ключ с длиной рукоятки 1,2 м, на конце которого был навешен груз 43 кг). Применяемый для этой цели гидроключ свинчивал эти гайки при приложении момента равного 737 кгс·м.
Расчетная температура нагрева не превышала 150° и определялась по формуле
Δl=αlΔt
-6
α=12,2·10 1/град для стали 40х (материал шпильки).
При этой температуре нагрева структура стали не изменяется и таким образом прочность шпильки остаются неизменными.
Предложенный термоключ с газовым нагревом конструктивно прост, не имеет подвижных деталей, а его стоимость на один - два порядка меньше известных ключей с гидроприводом.