Патент на изобретение №2268984

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЖИМА ТРУБНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

(57) Реферат:

Устройство для зажима трубных элементов относится к области машиностроения, а именно к буровым ключам, и может быть использовано в буровой технике для соединения бурильных и обсадных труб. Технический результат – обеспечение надежности узла при увеличении нагрузок на замковое соединение труб. Устройство содержит роторную шестерню с разъемом, имеющую с внутренней стороны пятигранную обработку, в которую встроена кассета. Кассета содержит верхний и нижний диски с радиально размещенными между ними четырьмя зажимными устройствами, которые выполнены в виде челночных механизмов, состоящие из корпусов и челюстей с плашкой из твердого сплава. При этом корпуса встроены в направляющие кассеты и имеют возможность радиального перемещения при повороте роторных шестерен. В корпус зажимного устройства встроены выдвижные штыри, выступающие концы которых сопряжены с выступами стаканов, установленных между дисками кассеты, и снабжены пружиной. Челюсть с плашкой соединена с корпусом осью, при отсоединении которой обеспечивается возможность вывода корпуса из направляющих кассеты. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли, а именно к техническому оборудованию буровых установок, оснащенных ключами свинчивания-развинчивания резьбовых соединений бурильных и обсадных труб. Известны конструкции трубозажимных устройств, в которых челюстеобразные механизмы основаны на радиальном перемещении к центру зажимных колодок путем поворота рычажных челюстей и заклинивания их на копирных профильных поверхностях, как правило, закрепленных на корпусе устройства. Челюсти в этих механизмах устанавливаются на поворотных элементах, например на приводных роторных шестернях (1-6).

Недостатками указанных конструкций являются:

– наличие трудоемких в изготовлении и сборке копиров с различными профилями обкатываемых поверхностей;

– ограничение применения таких механизмов для бурильных и обсадных труб, требующих широкого диапазона захвата по диаметру;

– сложность конструкции, обусловленная многозвенной системой рычагов челюстедержателей и копиров, требующих точности изготовления сложных профилей и идеальных условий эксплуатации;

– низкий коэффициент надежности и эффективности зажима труб из-за наличия большого числа шарнирных соединений и поверхностей трения;

– необходимость оснащения нерационально мощным приводом для зажима труб, связанных с преодолением потерь на трение в шарнирах и с кинематикой распределения усилий;

– повышенная трудоемкость выполнения работ по замене деталей и узлов при переходе с одного типоразмера труб на другой, применяемых в процессе бурения скважин.

Известна конструкция трубозажимного устройства для свинчивания-развинчиваня бурильных и обсадных труб, в которых трубозажимное устройство выполнено в виде изогнутых рычагов с установленными в них челюстями и плашками (7) (устройство принято за прототип).

Устройство содержит корпус, размещенный в нем привод и рабочую головку с захватом. Захват выполнен в виде трех кинематически связанных с приводом изогнутых рычагов с пальцами, подпружиненных к рычагам челюстей со штифтами и отверстиями для установки на пальцы и подпружиненных к челюстям плашек, установленных на штифтах. При повороте ведомого венца привода изогнутый рычаг с роликовой опорой перемещается по эксцентриковой поверхности зубчатого венца поворачивается вокруг оси, закрепленной с корпусом, приводит челюсть с плашкой к зажимаемой трубе, при этом челюсть с плашкой самоустанавливаются в рычаге. Прототип обладает теми же недостатками, указанными выше, и, кроме перечисленных, не может быть применен с установкой его на ведомую шестерню, имеющих разъем, а также в конструкциях механических ключей, где требуются значительные радиальные перемещения с повышенными усилиями зажима.

Указанные проблемы стимулировали поиск новых технических решений.

Предложенное изобретение направлено на решение задач по созданию быстросъемного взаимозаменяемого зажимного механизма бурового ключа, соответствующего типоразмерам свинчиваемых (развинчиваемых) труб и с одновременным обеспечением надежности узла при увеличении нагрузок на замковое соединение труб. Эта задача решается путем упрощения кинематики силового механизма зажима труб, сокращением числа элементов, участвующих в силовых контактах, с сопрягаемыми деталями и модульным исполнением группы челюстедержателей для применяемых типоразмеров труб с унификацией их установочных размеров и посадочных мест. Для этого устройство для зажима труб снабжено приводной роторной шестерней, выполненной с разъемом и имеющая внутреннюю профилированную поверхность в виде пятигранной обработки, в которую встроена съемная имеющая разъем кассета, содержащая верхний и нижний диски с размещенными между ними четырьмя зажимными устройствами, каждый из которых состоит из корпуса, связанного, с одной стороны, с роликовой опорой, а с другой, – с челюстью, при этом каждый корпус встроен в направляющие кассеты и имеет возможность радиального перемещения при повороте роторной шестерни, при этом в корпус зажимного устройства встроен выдвижной штырь, выступающий конец которого сопряжен с выступом стакана, установленного между дисками кассеты и снабженного пружиной возврата плашки. В свою очередь, челюсть с плашкой соединена с корпусом осью, при отсоединении которой обеспечивается съем челюсти и создается возможность отвода штыря от контакта со стаканом и последующим выводом корпуса с роликовой опорой из направляющих кассеты.

Технический результат при осуществлении изобретения выражается в применении в конструкции устройства быстросъемных челюстей с плашками из твердого сплава и корпусов с роликовыми опорами при сохранении положения кассеты в корпусе, что позволяет производить как быструю замену плашек при их износе, так и переход на другой типоразмер по диаметру скважинных труб.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, поясняются чертежами, где:

на фиг.1 представлен общий вид устройства, вид в плане;

на фиг.2 – сечение А-А на фиг.1;

на фиг.3 – сечение Б-Б на фиг.2.

Устройство для зажима трубных элементов состоит из приводной роторной шестерни 1, снабженной разъемом, и устройства 2, выполненного в виде съемной кассеты, также имеющей разъем. Роторная шестерня 1 снабжена зубчатым венцом 3, посредством которого шестерня 1 находится в зацеплении с приводной шестерней 4 привода поворота. С внутренней стороны роторная шестерня 1 имеет профилированную поверхность в виде пятигранной обработки 5.

Устройство 2 состоит из нижнего 6 и верхнего 7 дисков, между которыми на равных расстояниях друг от друга, по окружности размещены и жестко скреплены с дисками 6 и 7 направляющие 8. Диски 6 и 7 скреплены между собой стяжками 9.

В направляющие 8 установлены корпуса 10, имеющие с одной стороны вилку 11, в которую через ось 12 встроена роликовая опора 13, а с другой стороны обработанную площадку 14, выполненную в виде вилки, в которую через ось 15 установлена челюсть 16 с плашкой 17 из твердого сплава.

Роликовая опора 13 находится в контакте с плоскостями пятигранной обработки 5.

Корпус 10 имеет поперечную цилиндрическую расточку 18 со встроенным в ней штырем 19 и продольную расточку 20 с установленным в ней штырем 21. Штырь 21 скреплен со штырем 19. Диски 6 и 7 имеют по четыре поперечных расточек 22, в которые встроены направляющие 8, и продольные между ними расточки 23.

Направляющая 8 имеет окно 24 для пропуска в него штыря 19. В продольные расточки 23 установлены четыре стакана 25, которые снабжены пружиной 26 и выступом 27.

Диски 6 и 7 снабжены дюбелями 28, с помощью которых съемная кассета жестко скреплена с корпусом устройства. Упомянутый корпус устройства на чертеже не указан.

Челюсть 16 с плашкой 17 имеют свой типоразмер для каждой трубы.

Корпус 10 используется на нескольких типоразмеров труб.

Устройство работает следующим образом.

При включении привода поворота 4 роторная шестерня 1 поворачивается, ее пятигранная обработка 5, поворачиваясь, воздействует на роликовые опоры 13, а через них на корпуса 10, которые, перемещаясь, в радиальном направлении в направляющих 8, выводят челюсти 16 с плашками 17 к трубе 29, замыкаясь на ней с усилием. При этом выступающие концы штырей 19 воздействуют на выступы 27 стаканов 25, перемещают их сжимая пружины 26. При отключении привода и возвращении роторной шестерни 1 в исходное положение пружины 26 разжимаются, перемещая корпуса 10 вместе с роликовыми опорами 13 и плашками 17 в исходное положение, образуя диаметральный зазор между трубой 29 и плашками 17.

В случае перехода на другой типоразмер труб или замене плашки 17 ось 15 вынимается из корпуса 10, челюсть 16 с плашкой 17 выводится из вилки корпуса 10, открывая доступ к штырю 21 и при отводе его в сторону, штырь 19 выводится из окна 24 направляющей 8, обеспечивая возможность корпусу 10 вместе с роликовой опорой 13 свободный вывод из направляющих 8 дисков 6 и 7. Установка замененного корпуса 10 с роликовой опорой 13, челюсти 16 с плашкой 17 производится в обратной последовательности.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авторское свидетельство № 1585492 А1 МКИ Е 21 В 19/16, опубл. 15.08.90. Бюл. № 30.

2. Авторское свидетельство № 1668626 А1 МКИ Е 21 В 19/16, опубл. 02.03.91. Бюл. № 29.

3. Патент США № 4688453 от 03.01.88. Е 21 В “Устройство для резьбового соединения трубчатых элементов”.

4. Патент США № 4404826 Е 21 В «Трубозажимное устройство вращения».

5. Ключ буровой гидравлический КГБ-2 конструкции ВНИИНефтемаша.

6. Патент № 2078900 от 10.05.97 г. Е 21 В 19/16 «Трубозажимное устройство для резьбового соединения трубчатых элементов».

7. Авторское свидетельство № 1355688 А1 МКИ Е 21/16, В 25, опубл. 30.11.87. Бюл. № 44 (прототип).

Формула изобретения

1. Устройство для зажима трубных элементов, преимущественно бурильных и обсадных труб, включающее приводную роторную шестерню, имеющую внутреннюю профилированную поверхность с радиально размещенными по окружности зажимными устройствами, каждое из которых имеет встроенную роликовую опору, сопряженную с внутренней профилированной поверхностью роторной шестерни, челюсть с плашкой из твердого сплава и пружину возврата плашки, отличающееся тем, что приводная роторная шестерня выполнена с разъемом, ее внутренняя профилированная поверхность имеет пятигранную обработку, в которую встроена съемная имеющая разъем кассета, содержащая верхний и нижний диски с размещенными между ними четырьмя зажимными устройствами, каждый из которых состоит из корпуса, связанного с одной стороны с роликовой опорой, а с другой – с челюстью, при этом каждый корпус встроен в направляющие кассеты и имеет возможность радиального перемещения при повороте роторной шестерни, при этом в корпус зажимного устройства встроен выдвижной штырь, выступающий конец которого сопряжен с выступами стакана, установленного между дисками кассеты и снабженного пружиной возврата плашки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что челюсть с плашкой соединена с корпусом осью, при отсоединении которой обеспечивается съем челюсти и создается возможность отвода штыря от контакта со стаканом с последующим выводом корпуса с роликовой опорой из направляющих кассеты.

РИСУНКИ