Результат интеллектуальной деятельности: Складная буровая вышка с открытой передней гранью

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к буровым установкам для эксплуатационного и разведочного бурения нефтяных и газовых скважин.

Известна буровая вышка с открытой передней гранью, содержащая двухопорную А-образную вышку, распорные балки и ферму, соединяющие ноги вышки, наголовник и шарнирные узлы для соединения с порталами механизма подъема вышки, навесные секции лестниц (см.: Каталог продукции. Волгоградский завод буровой техники. Буровые установки БУ4200/250ЭЧК-БМ и БУ4500/270ЭЧК-БМ, с. 8-9).

Выполнение ног вышки в виде плоских ферм от кронблочной площадки до шарнирных узлов для соединения с порталами позволяет исключить возникновение изгибающих напряжений в металлоконструкции.

Недостатками известного устройства являются ограниченный запас продольной устойчивости ног вышки и распорных балок, а также значительная трудоемкость монтажа и транспортирования.

Известна буровая вышка с открытой передней гранью, содержащая двухопорную А-образную вышку, включающую ноги, наголовник, ноги имеют возможность ограниченного углового перемещения относительно шарнирных узлов наголовника, распорные балки, соединяющие ноги вышки, шарнирные узлы для соединения с порталами механизма подъема вышки, навесные секции лестниц (см.: Патент №2420646 на изобретение, МПК Е21В 7/02, 2009.), которая принята за прототип.

Шарнирное соединение ног вышки с наголовником позволяет существенно снизить трудоемкость монтажа и демонтажа. Кроме того, выполнение ног вышки в виде плоских ферм от наголовника до опор вышки позволяет исключить возникновение изгибающих напряжений в металлоконструкции.

Недостатками известного устройства являются ограниченный запас продольной устойчивости ног вышки и распорных балок, а также недостаточная монтажеспособность вышки.

Целью предлагаемого технического решения является повышение нагрузочной способности и монтажеспособости, снижение трудоемкости монтажа и транспортирования.

Указанная цель достигается тем, что в буровой вышке с открытой передней гранью, включающей две ноги, соединенные с наголовником с возможностью ограниченного поворота относительно него, жесткие вставки, соединяющие ноги сзади вышки, ноги состоят из шарнирно соединенных между собой, с основанием и с наголовником секций, согласно техническому решению, поперечное сечение секций ног в плане имеет Г-образную форму и состоят из двух взаимно перпендикулярных ферм, при этом в сдвинутом положении вышка имеет П-образную форму.

Суммарная площадь сечения задних продольных балок секций равна площади сечения передней балки.

В сдвинутом положении ног разность ширин оснований смежных секций больше суммарной ширины передних продольных стержней секций.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема вышки (виды спереди, сбоку и сверху);

На фиг. 2 - поперечное сечение металлоконструкции вышки, без лестничных секций (сечение Б-Б на фиг. 1);

На рис. 3 - схема металлоконструкции вышки (перед подъемом);

На фиг. 4 - схема металлоконструкции вышки со сдвинутыми ногами и без задних ферм;

На фиг. 5 - схема металлоконструкции вышки со сдвинутыми ногами и закрепленными задними фермами;

На фиг. 6 - нижняя, средняя и верхняя секция вышки;

На фиг. 7 - транспортное положение металлоконструкции вышки единым блоком;

На фиг. 8 - поперечное сечение собранного в единый блок метллоконструкции вышки (сечение В-В на фиг. 7).

Буровая вышка содержит ноги 1 и 2 (фиг. 1), шарнирно соединенные с наголовником 3. Ноги 1 и 2 вышки представляют собой жестко соединенные между собой под прямым углом две фермы, поперечное сечение которых имеет Г-образную форму (фиг. 2 и 3). В собранном положении задние фермы ног 1 и 2 соединены с фермами 4 и 5, и включают нижние 6 и 7, средние 8 и 9 и верхние 10 и 11 секции.

Секции 6-11 включат по три продольные стержни: переднюю 12, задние наружную 13 и внутреннюю 14, оси которых лежат на вершинах прямоугольного треугольника. Площадь сечения стержня 12 больше площади сечения стержней 13 и 14. Продольные стержни 12-14 секций одной ноги, за исключением нижних стержней ног, лежат на одной прямой.

Секции 6-11 ног 1 и 2 содержат, например, навесные секции 15-20 лестниц, при этом секции 6-11 соединены между собой посредством шарниров 21, верхние секции 10 и 11 с наголовником 3 - при помощи шарниров 22, а нижние 6 и 7, средние 8 и 9 секции и фермы 4 и 5 - посредством шарниров 23. Шарнирные узлы 21 и 22 установлены с обеспечением образования прямой линии продольными стержнями.

В горизонтальном положении (фиг. 3-4) металлоконструкция ног 1 и 2 вышки (без полатей и секций лестниц), соединенная посредством проушин 24 и 25 к основанию вышечно-лебедочного блока (на фиг. не указан), установлена, например, на двух опорах 26 и 27, размещенных под средними 8, 9 секциями и под наголовником 3.

Опора 26 включает, например, горизонтальную ось 28, на которую с возможностью осевого перемещения установлены две втулки 29 и 30, взаимодействующие с металлоконструкцией ног 1 и 2.

Вышка снабжена, например, устройством 31 (фиг. 3) для подъема и его опускания, при этом на ногах 1 и 2 вышки предусмотрены шарнирные узлы 32 для соединения с порталами (на фиг. не указаны) устройства для подъема.

Для сдвига ног 1 и 2 вышки предусмотрена направляющая 33 (фиг. 4), соединенная с проушинами 24 и 25 ног, при этом в средней части направляющая 33 снабжена шарнирным узлом 34. Сдвиг ног 1 и 2 осуществляется при снятых осях (на фиг. не показаны) внутренних шарниров 22 путем поворота ног вышки вовнутрь относительно крайних шарниров 22.

Перед транспортированием вышки металлоконструкции секций 6. 7 и 8, 9 соединяются между собой фермами 35 и 36 (фиг. 5), а верхние секции 10 и 11 могут соединяться вставкой 37. При этом для крепления сдвинутых ног вышки могут использоваться повернутые на 90 градусов задние фермы 4 и 5. Сечение металлоконструкции вышки со сдвинутыми ногами 1 и 2 имеет П-образную форму.

С целью снижения габаритов и массы, нижние 6-7, средние 8-9 секции, а также верхние секции 10-11 с наголовником 3 могут быть отделены друг от друга по шарнирным узлам 21 с образованием отдельных укрупненных секций 38, 39 и 40 (фиг. 6).

Для дальнейшего снижения габаритов и количества транспортных единиц секции 40, 39 и 38 (фиг. 7-8) могут быть размещены друг под другом с образованием одной транспортной единицы.

Монтаж, транспортирование, демонтаж, работа буровой вышки осуществляется следующим образом.

Монтаж. При транспортировании вышки одной транспортной единицей (фиг. 7), расположенная сверху секция 38 снимается с секций 39 и 40 (фиг. 6), а затем секция 39 снимается с секции 40. Далее на опорах 26 и 27 секции 38, 39 и 40 (фиг. 5) посредством шарнирных узлов 21 соединяются между собой. Вышка подводится к основанию вышечно-лебедочного блока, в нижние шарнирные опоры ног вышки устанавливается направляющая 33 (фиг. 4), которая соединяется с неподвижными проушинами 24 и 25. Демонтируются фермы 35, 36, снимаются вставка 37 и ось (на фиг. не показана) внутренних шарнирных узлов 22.

С обеспечением скольжения нижних шарнирных опор ног вышки по направляющей 33, ноги 1 и 2 поворачиваются наружу относительно крайних шарниров 22, соединяющих верхние секции 10, 11 и наголовник 3. Далее устанавливаются задние фермы 4 и 5, ось во внутренние шарниры 22. После монтажа секций 15-20 лестниц, полати (на фиг. не показан) вышка готова к подъему в вертикальное рабочее положение.

Г-образное поперечное сечение вышки позволяет существенно увеличить жесткость ног относительно обеих осей, и как следствие, продольную устойчивость и нагрузочную способность. При равенстве суммарной площади сечения двух задних продольных балок и площади сечения передней балки секций 6-11 достигается максимальная жесткость ног вышки, т.к. центр тяжести поперечного сечения ног будет находиться посередине сечения.

При транспортировании мелкими блоками, нижние 6-7, средние 8-9 секции, а также верхние секции 10-11 с наголовником 3 (фиг. 6) снимаются с транспортного средства (на фиг. не показано) и на опорах 26 и 27 соединяются между собой посредством шарниров 21 (фиг. 4).

Демонтаж вышки после ее опускания в горизонтальное положение на опоры 26 и 27 производится в обратной последовательности. В нижние шарнирные опоры ног 1 и 2 вышки устанавливается направляющая 33 (фиг. 4), которая соединяется с неподвижными шарнирами (проушинами) 24 и 25. Демонтируются секции 15-20 лестниц (фиг. 1-3), полати (на фиг. не показан), снимаются фермы 4 и 5, а также оси внутренних шарниров 22, соединяющих верхние секции 10 и 11 с наголовником 3. Далее ноги 1 и 2 относительно крайних шарниров 22 поворачиваются вовнутрь. Секции попарно соединяются фермами 35, 36 и вставкой 37. Устанавливаются оси во внутренние шарнирные узлы 22. Для крепления нижних и средних секций вместо ферм 35 и 36 могут быть использованы фермы 4 и 5, повернутые на 90 градусов. Затем по шарнирным узлам 21 вышка разъединяется на укрупненные секции 38, 39 и 40. Возможно транспортирование укрупненных секций 38-40 отдельно.

Для дальнейшего уменьшения транспортных единиц секции 38-40 могут собираться как "матрешки", путем установки верху на секцию 40 секции 39, а сверху - секции 38.

Работа вышки. В рабочем положении (на фиг. не показан) вертикальная нагрузка воспринимается всеми тремя продольными балками секций 6-11 ног вышки. Расположение продольных балок секций на одной линии исключает возникновение изгибающих нагрузок и напряжений. При равенстве суммарной площади сечения двух задних продольных балок и площади сечения передней балки секций 6-11 достигается максимальный момент инерции, момент сопротивления сечения и максимальная жесткость ног вышки, т.к. центр тяжести поперечного сечения ног будет находиться посередине сечения.

Таким образом, выполнение ног вышки из Г-образных секций с возможностью поворота ног относительно шарниров, соединяющих верхние секции ног с наголовником, позволяет существенно уменьшить габариты вышки, а также секций, Кроме того, установка разъединенных П-образных секций одна на другую позволяет образовать одну транспортную единицу.