Механический ключ для развертывания и свертывания бурильных и обсадных труб

 

Класс 5а, 33„ № 80677

СС< 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБ1 ЧТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

P. П. Райгородский и Н. В. Судницын

МЕХАНИЧЕСКИЙ КЛЮЧ ДЛЯ РАЗВЕРТЫВАНИЯ

И СВЕРТЫВАНИЯ БУРИЛЬНЫХ И ОБСАДНЫХ ТРУБ

Заявлено 17 Февраля 1949 г. за Л 392060 в Комитет но наовретениям и открытиям при Совете Министров СС:СР

Известны механические ключи для развертывания и свертывания бурильных и обсадных труб, состоящие из двух трубозажимных усгройств, располо>кенных одно над дру им в одном блоке, который установлен на специальной колонне. Недостаток этих ключей в необходимости точной регулировки взаимного расположения деталей и механизмов.

В предлагаемом ключе этот недостаток устранен наличием автоматического контроля процесса свинчивания и развинчивания при по мощи начинающегося статора двигателя. служащего для привода ключа.

На фиг. 1 и 2 схематически показан ключ в двух проекциях; на фиг. 3 — разрез по Л-А и по В-В; на фиг. 4 — — вид по стрелке и разрез по Б-Б; на фиг. 5 — видоизмененный боковой вид и план ключа; на фиг. 6 — схема двухступенчатой коробки скоростей; на фиг. 7 — продольныи разрез видоизмененного ключа с приводом от ротора; на фиг. 8 — разрезы видоизмененного ключа.

Механический ключ состоит из двух трубозажимных устройств ниж пего и верхнего 2 (фиг. 2). Нижнее трубозажимное устройство предназначено для стопорения нижней трубы, верхнее — для вращения верхней трубы. Нижнее трубозажимное устройство укреплено на консольной балке 8, которая может подниматься и опускаться вдоль колонны ог специального привода. Верхнее труоозажимное усгройство 2 вместе со своим рычагом 5 установлено на широкой опоре и может поворачиваться относительно нижнего трубозажимного устройства !. Путем поворота верхнего трубозажимного устройства относительно нижнего осуществляется раскрепление труб и окончательное закрепление их. Свинчивание и развинчивание труб осуществляется вращением вращателя б верхнего трубоза>кимного устройства. Электродвигатель 7 приводит во № 80677 подшипниках 42 (фиг. 5), закрепленных на рычагах ключа. Корпус статора может вращаться вокруг вала ротора благодаря наличию двух подшипников 43. К корпусу статора прикреплен хвостовик 44 (фиг, о), притягиваемый двумя пружинами 45 и 46 и передвигающий при повороте корпуса ползун 47, который включает электрические кнопки 48, 19 и 50.

Процесс работы механизмом ключа протекает таким образом.

Включают электродвигатель 27. Так как в коробке скоростей благодаря натяжению пружины 89 постоянно включена быстрая передач», то мощность двигателя оказывается недостаточной для открепления трубы. Под действием реактивного момента статор мотора начнет поворачиваться, передвинет ползун 47, который нажмет на кнопку 48, включающую электромагнитную катушку 40. При этом автоматически включится медленная передача коробки скоростей, а быстрая передача выкл ючится.

По мере отвертывания трубы, когда крутящий момент, развиваемый двигателем, начнет падать, статор повернется в обратном направлении, ползун 47 освободит кнопку 48, которая выключит катушку 40.

В результате натяжения пружины 39 автоматически выключится фрикцион медленной скорости и включится фрикцион быстрой скорости.

Развинчивание труб будет продолжаться на быстрой скорости.

Видоизмененный механический ключ по второму варианту состоит из двух траверс (фиг. 7), которые могут перемещаться в вертикальном направлении относительно закрепленных на фундаменте колонн 51 и 52.

В траверсах установлены верхние и нижние трубозажимные устройства

58 и 54. Корпуса трубозажимных устройств 55 и 56 выполнены в виде шестерен с наружными зубьями. В нижней траверсе помещены шестерни 57, 58, 59 и 60, свободно вращающиеся на своих осях. В верхней траверсе помещены шестерни 61, 62, 63 и 64, также свободно вращающиеся на своих осях. Кулачковая муфта 65 может соединять между собой или отключать шестерни 59 и 62. Кулачковая муфта 66 может соединять между собой или отключать шестерни 60 и 64. При вращении ротором колонны верхняя труба начинает вращаться в ту же сторону со скоростью, зависящей от того, какая из кулач ковых муфт включена.

Соотношения зубьев шестерен подобраны таким образом, что при включенной муфте 65 верхняя труба вращается со скоростью меньшей, чем скорость вращения колонны. Таким образом, происходит отворачивание труб со скоростью, равной разности скоростей вращения колонны и верхней трубы. В случае включения муфты 66, верхняя труба начинает вращаться со скоростью большей. чем скорость вращения колонны и производит заворачивание трубы.

Трубозажимное устройство механического ключа выполнено следующим образом.

В корпусе (фиг. 8) помещен свободно поворачивающийся нижний держатель 67, имеющий три квадратных окна, в которых помещены кулачки 68, снабженные клиньями 69, Тыльная часть кулачков входит в прорезь в корпусе 70, вертикальные стенки которого выполнены в виде трех пар симметричных кривых поверхностей. Штифты 74а при упоре в них кулачков 68 ограничивают поворот держателя 67 относительно корпуса 70 На нижней плоскости прорези корпуса вырезаны кривые канавки 72, в которые с некоторым зазором входит зуб кулачка 68. Верхний корпус 78 посажен на нижний корпус на шлицах и может перемсщаться в вертикальном положении. Пружины 74 подпирают корпус 78 и держат его в верхнем положении. В верхнем корпусе свободно вращается вращатель 75, который приводится от какого-либо двигателя. Во № 80677 вращение. вращатель верхнего трубозажимного устройства. Вал якоря (ротора) покоится на двух шариковых подшипниках 9 (фиг. 4), уста новленных на рычаге ключа. Корпус статора может свободно качаться вокруг вала ротора благодаря наличию двух подшипников 8. Ограничением поворота статора от реактивного момента в одну сторону (при развинчивании труб) служит упор 10, а в другую сторону (при свинчивании труб) — — пружина 11 (фиг. 4), натяжение которой регулируется

wHToi s 12. Регулировка пружины проводится TaKHiil ооразом, iITo Bo Bp2мя свинчивания труб, в момент, когда крутящий момент двигателя достигает максимума, статор поворачивается настолько, что нажимает кнопку И . При этом происходит автоматическое выключение двигателя 7 (фиг. 2) и включение электродвигателя 18 (фиг. 1), который вращает. винт 14 этнос|ительно гайки 15 (фиг. 3), поворачивает верхний ключ относи рльно нижнего и производит окончательное закрепление .r Ф,"1.трубы.

Вал.,якеф| .двигателя И (фиг. 1) покоится на двух шариковых под шипниках 16 (фиг. 3), установленных на рычаге ключа. Корпус статора может свободно качаться вокруг вала ротора, благодаря наличию двух подшипнйков 17. К статору прикреплен хвостовик 18, который оттягивается пружиной 19, регулируемой винтом 20. При закреплении труб по мере возрастания крутящего момента, создаваемого двигателем, хвостовик 18, поворачиваясь, сжимает пружину 21 до тех пор, пока стержень

22 не нажмет кнопку 28 и не отключит электродвигатель 18. Процесс открепления и развинчивания труб протекает следующим образом.

Лвигатель 18 включается ручной кнопкой 24. Так как в первый период открепления крутящий момент, создаваемый двигателем, будет максимальным, то статор резко поворачивается, натягивая пружину 19, хвостовик 18 упирается в упор 25, одновременно нажимая кнопку 26.

Последняя автоматически вторично подключает тот же электродвигатель И к источнику тока.

Таким- образом-,-котда отпускают ручную кнопку †, электродвигатель 18 продолжает питаться током через кнопку 26. По мере раскрепления труб крутящий момент, создаваемый двигателем, падает, пружина 19 оттягивает хвостовик 18, который отпускает кнопку 26. При этом автоматически отключается двигатель 18 и включается двигатель 7, который и производит развинчивание раскрепленных труб. Возвращение винта 14 в исходное положение после совершения операции закрепления или открепления трубы производится путем обратного вращения электродвигателя 18 в то время, когда ключ опущен в нижнее положение Видоизмененный механический ключ (фиг. 5 и 6) также состоит из двух трубозажимных устройств. Электродвигатель 27 через коробку скоростей 28 и червячную передачу 29 приводит во вращение вращатель верхнего трубозажимного устройства. Двухступенчатая коробка скоростей (фиг. 6) дает возможность получить на ведомом валу медленную скорость для открепления и закрепления труб и быструю скорость —для свинчивания и развинчивания их.

На ведущем валу 80 коробки скоростей, соединенном с валом электродвигателя, посажены ведущие шестерни 81 и 82, которые могут включаться фрикционными муфтами 88 и 34. На ведомом валу 85 закреплены ведомые шестерни 86, 87 и червяк 88. Пружина 89, нажимая на параллелограммный механизм, включает муфту 88 быстрой скорости и выключает муфту 84 медленной скорости. Электромагнитная катушка 40 при подключении ее к электросети притягивает тарелку 41 и, преодолевая сопротивление пружины 39, выключает муфту 33 и включает муф ту 84. Вал ротора электродвигателя 27 покоится на двух шариковых № 80б77 кулачка при торможении, либо при принудителбном повороте держателя относительно корпуса посредством фрикционного соединения, причем, для отвода кулачков они снабжены зубцами, которые входят в канавки корпуса. № 80б77 вращателе помещен верхний держатель 76, имеющий три квадратных окна, в которых помещены кулачки 77, снабженные клиньями 78. Тыльная часть кулачков входит в прорези во вращателе 75, которые выполнены в полном соответствии с прорезями в корпусе 70. Держатель 76 в ни>кней своей части оканчивается фланцем. на котором свободно вращается диск, соединенный фрикционной накладкой 81. На вращателе 75 и верхнем держателе 76 установлены клапаны 82. которые пружинами прижимаются к фрикционной накладке 81. В исходном положении ключ спускается вдоль колонны 88 и в нижнее положение, а кулачки 68 и 77 находятся в разведенном состоянии таким образом, что через них свободно проходят замки бурильных труб. Клинья 69 и 78 под действием силы собственного веса находятся в нижнем положении относительно кулачков 68 и 77.

Ниже приводится процесс» отворачивания и заворачивания труб.

Вся система поднимается вдоль колонки 88 и становится на уровне замков труб. Включают вращатель 75. Вместе с ним начинает также поворачиваться держатель 76 и вследствие того, что клапаны 82 прижимаются к накладке 81, они увлекают за собой фланец 80 и нижний держатель 67.

При повороте нижнего держателя относительно корпуса 70 кулачки 68 выдвигаются и зажимают замок нижней трубы. При этом поворот держателя 67 останавливается. Вместе с ним останавливается поворот фланца 80 и верхнего держателя 76 Вращатель 75 продолжает поворачиваться благодаря пробуксовке его клапанов относительно накладки

81 и выдвигает кулачки 77, которые зажимают замок верхней трубы.

При дальнейшем повороте вращателя 75 происходит заворачивание или отворачивание труб.

Предмет изобретения

1. Механический ключ для развертывания и свертывания бурильных и обсадных труб, состоящий из двух расположенных друг над другом трубозажимных устройств с неразъемными корпусами, с приводом or двух двигателей, из которых один служит для развертывания и свертывания труб, а другой для раскрепления и закрепления их резьбы, î гл и ч а ю шийся тем, что один из двигателей вращает верхнее трубозажимное устройство, а другой может поворачивать верхнее трубозажимное устройство на некоторый угол относительно нижнего, причем, с целью автоматического переключения двигателей, их статоры в зависимости от нагрузки поворачиваются вокруг своей оси и хвостовиком. укрепленным на статоре, воздействуют на приборы управления электродвигателями.

2. Видоизменение ключа по п. 1, отл и ч а ю щееся тем, что для осуществления привода ключа от одного двигателя с качающимся статором привод его осуществляется через двухскоростную коробку передач.

3, Видоизменение ключа по пп. 1, 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью осуществления привода ключа от ротора, привод верхнего трубозажимного устройства производится от нижнего трубозажимного устройства при помощи двухскоростной шестеренчатой передачи.

4. Форма выполнения трубоза>кимного устройства для ключа по пп. 1, 2, 3, отличающаяся тем, что, с целью подвода помещенных в прорези держателя зажимных кулачков к трубе, в корпусе устройств» имеются кривые поверхности для перемещения по ним тыльной стороны