Результат интеллектуальной деятельности: УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПОДВЕСНОЙ ТРУБНЫЙ КЛЮЧ

Изобретение относится к устройствам для свинчивания и развинчивания обсадных труб нефтяного сортамента в процессе спуско-подъемных операций при обустройстве нефтяных и газовых скважин обсадными и кондукторными колоннами.

Известны трубные ключи для свинчивания-развинчивания резьбовых соединений труб нефтяного сортамента, содержащие корпус с откидывающимися створками, вращательное зажимное устройство, расположенное в корпусе и состоящее из ротора и челюстей, при этом ротор состоит из трех секторов с возможностью закрываться и открываться одновременно с движением створок, и механизм запирания створок (см. патенты США №3023651, №3147652).

В описании к патенту №3023651 США приведена работа силового ролика, приводящего в движение челюсти для захвата трубы, а также работа управляемого плунжера, замыкающего сектора ротора в начале вращения последнего. В случае незахвата трубы челюстями в начале движения при прохождении ротора через исходное положение произойдет самопроизвольное размыкание секторов, смещение отверстий плунжера друг относительно друга и дальнейшее развитие аварийной ситуации по ходу вращения ротора.

В описании к патенту №3147652 США приведена работа магнитного захватывающего устройства (тормозное устройство для челюстей, обеспечивающее захват трубы). Появлению отказа механизма (нарушению работоспособности) способствует ненадежная работа магнитного захватывающего устройства, т.е. простое разрушение постоянных магнитов.

Известен также гидромеханический трубный ключ для свинчивания-развинчивания резьбовых соединений, содержащий корпус с раскрываемыми створками, механизм запирания, ротор, содержащий центральный и боковые сектора, тормозное устройство, гидромотор, зубчатые передачи с сателлитами, механическое рычажное устройство управления плунжером (см. патент США №4442736 - прототип).

Хотя известное техническое решение частично устраняет указанные недостатки за счет введения механического рычажного устройства управления плунжером, но не учитывает, что взаимное смещение секторов ротора может также происходить уже в начальный момент закрытия створок. В этой ситуации плунжер под действием кулачка не войдет в направляющие втулки секторов ротора, и замок не закроется.

Недостатком известного технического решения, а также вышеописанных решений является их низкая эксплуатационная надежность.

Задачей предложенного технического решения является повышение эксплуатационной надежности универсального гидроприводного подвесного трубного ключа за счет изменения кинематической схемы механизма.

Поставленная задача решается с помощью того, что в универсальном гидроприводном подвесном трубном ключе для свинчивания и развинчивания обсадных труб, содержащем корпус с раскрываемыми створками с механизмом запирания, раскрываемый вращающийся ротор с челюстями, состоящий из центрального и двух боковых секторов, тормозное устройство для автоматического захвата трубы, гидромотор и зубчатые передачи с сателлитами, в торце одного из боковых секторов ротора выполнено резьбовое отверстие под регулятор взаимного положения секторов, выполненный в виде сферического резьбового упора, сферическая часть которого взаимодействует с торцевой частью центрального сектора ротора, при этом перпендикулярно оси сферического резьбового упора в боковом секторе выполнена прорезь с отверстием под болт для стопорения сферического резьбового упора после его регулировки, причем в корпусе ключа установлено устройство для выставки межосевого расстояния между ротором и сателлитами в виде трех цилиндрических пальцев с коническими направляющими, взаимодействующие с базовой поверхностью ротора, которые установлены в резьбовые отверстия, выполненные в корпусе ключа по его продольной оси и в каждой его раскрываемой створке под углом к продольной оси.

Заявленная конструкция поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид универсального гидравлического подвесного ключа.

На фиг.2 изображен общий вид ротора.

На фиг.3 изображена кинематическая схема ключа.

На фиг.4 изображен регулятор взаимного положения секторов (вид В на фиг.2).

На фиг.5 изображен цилиндрический палец с конической направляющей (сечение Д-Д на фиг.3).

Универсальный гидравлический подвесной трубный ключ содержит корпус 1 (фиг.1) с раскрываемыми створками 2 с механизмом запирания с защелкой 3, раскрываемый вращающийся ротор 4 с челюстями для захвата трубы, тормозное устройство 5 для автоматического захвата трубы, гидромотор 6 и зубчатые передачи с сателлитами 7 (фиг.3).

Ротор 4 ключа (см. фиг.2) состоит из трех секторов: сектор центральный 8 и два боковых сектора 9, 10. Сектор центральный 8 соединен с боковыми секторами 9, 10 с помощью цилиндрических осей 11.

В одном из боковых секторов 10 ротора 4 в его верхнем торце выполнено резьбовое отверстие под регулятор взаимного положения 12 секторов 8, 9, 10 (см. фиг.2), выполненный в виде сферического резьбового упора 13 (фиг.4) с мелким шагом резьбы, сферическая часть которого взаимодействует с торцевой частью центрального сектора 8 ротора 4. Сферический резьбовой упор 13 после регулировки стопорится болтом 14, установленным в прорези 15, выполненной в боковом секторе перпендикулярно оси сферического резьбового упора 13.

Корпус ключа 1 и створки 2 имеют устройство для выставки межосевого расстояния «А» между ротором 4 и сателлитами зубчатых передач 7 (фиг.3) в виде трех цилиндрических пальцев 16 с коническими направляющими, которые взаимодействуют с базовой поверхностью «Б» ротора 4 (фиг.5) и установлены в резьбовые отверстия 17, выполненные в корпусе 1 ключа по его продольной оси и в каждой его раскрываемой створке 2 под углом к продольной оси. В боковом секторе 9 ротора 4 монтируется цилиндрический плунжер 18 (фиг.3), который взаимодействует с направляющей 19 корпуса 1 (фиг.1).

На фиг.3 приведена кинематическая схема механизма универсального гидравлического подвесного трубного ключа, в которой основной элемент ключа - ротор 4 представляет собой простую кинематическую цепь, состоящую из трех звеньев: сектор центральный 8 и боковые сектора 9, 10, при этом сектора соединены кинематическими парами второго рода, две из которых стационарные - цилиндрические оси 11, а третья в виде цилиндрического плунжера 18 - подвижная. По условиям работы со значительными нагрузками трехзвенный механизм ротора 4 в замкнутом состоянии представляет собой единый замкнутый контур, исключающий какие-либо перемещения звеньев друг относительно друга (за исключением упругих деформаций под действием нагрузок).

В открытом состоянии боковые сектора 9, 10 ротора 4 получают возможность вращательного движения относительно своих цилиндрических осей 11 в направлениях: «на открытие» (δ_от.) и «на закрытие» (δ_зк). Для создания условий свободного замыкания ротора 4 плунжером 18, который движется поступательно, вышеуказанные вращательные движения секторов в исходном состоянии должны быть ликвидированы введением в кинематическую цепь дополнительных пассивных связей. Если для частичного ограничения движения секторов «на открытие» служат направляющие ролики 20, положение которых относительно ротора 4 регулируется за счет эксцентричных осей, то в направлении «на закрытие» каких-либо механизмов или способов в известных технических решениях не предусмотрено.

С другой стороны, ротор 4 является последним звеном цилиндрического зубчатого редуктора, передающего вращающий момент гидромотора 6 на свинчиваемую или развинчиваемую трубу. Как видно из схемы (фиг.3), главным параметром цилиндрической зубчатой передачи является межосевое расстояние «А» между ротором 4 и сателлитами зубчатой передачи 7. Компоновочные возможности ротора 4 весьма ограничены и сводятся к обеспечению совпадения геометрической оси ротора 4 с геометрическим центром вращения трубы. В противном случае произойдет неравномерное распределение нагрузок в зубчатых зацеплениях ротора 4 с сателлитами зубчатой передачи 7 с последующей поломкой зубьев - наиболее опасным нарушением работоспособности механизма.

Универсальный гидравлический подвесной трубный ключ работает следующим образом:

Ротор 4 в замкнутом состоянии с цилиндрическим плунжером 18, который опущен в нижнее положение и застопорен технологическим штифтом, устанавливается в корпус 1 ключа на предварительно отведенные от центра направляющие ролики 20. В резьбовые отверстия 17 корпуса 1 и створок 2 в закрытом состоянии ключа ввинчиваются три цилиндрических пальца 16 с коническими направляющими (фиг.5), которые, взаимодействуя с базовой поверхностью «Б» ротора 4, совмещают геометрическую ось ротора 4 с центром «О», обеспечивая межосевое расстояние «А» между ротором 4 и сателлитами зубчатой передачи 7. Производится регулировка положения направляющих роликов 20 и предварительная регулировка сферического резьбового упора 13.

После удаления технологического штифта из цилиндрического плунжера 18 (фиг.3) и установки направляющей 19 корпуса 1 (фиг.1) производится окончательная регулировка сферического резьбового упора 13 со стопорением последнего болтом 14, а также подрегулировка защелки механизма запирания 3.

Следует учитывать, что сферический резьбовой упор 13 является эффективным регулятором, влияющим не только на взаимное положение секторов ротора 4, но и на рабочие радиальные зазоры подшипниковых узлов направляющих роликов 20, створок 2 и защелки механизма запирания 3. Поэтому, после окончательной регулировки сферического резьбового упора 13 должны быть получены следующие результаты:

- плунжер ротора должен без заеданий под действием руки в исходном состоянии ключа замыкать сектора ротора и подниматься вверх под действием пружины;

- створки ключа должны открываться и закрываться вместе с секторами ротора плавно, без заеданий с минимальным и стабильным ударным усилием;

- ротор должен плавно вращаться от руки при выключенной коробке передач.

Таким образом, предложенное техническое решение позволит повысить эксплуатационную надежность универсального гидравлического подвесного трубного ключа за счет введения регулятора взаимного положения секторов и устройства для выставки межосевого расстояния между ротором и сателлитами, что исключает опасное нарушение работоспособности ключа.