5. Техническое решение

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано на буровых установках для механизации спускоподъемных операций при сборке или разборке бурильных и обсадных колонн.

Цель изобретения - увеличение функциональных возможностей работы ключа, сокращение времени замены захватных элементов верхних и нижних рабочих органов ключа и элементов тормозной системы с одновременным обеспечением надежности узлов при увеличении нагрузок на замковые соединения труб.

Ключ разделен на отдельные самостоятельные технологические узлы, содержит верхний и нижний корпуса, имеющие разъемы в передних частях и со встроенными в них зубчатыми роторными колесами, в которых размещены трубозажимные устройства; блоки зубчатых и промежуточных шестерен, общий привод для вращения и стопорения труб, содержащий дифференциальный и быстроходный редукторы с гидромоторами.

Наиболее распространенными ключами для свинчивания или развинчивания бурильных труб является автоматический буровой ключ типа АКБ с открытым зевом, оснащенный пневматическими приводами вращения верхней трубы и стопорения нижней трубы.

К недостаткам этих ключей следует отнести:

- ограниченную возможность применения труб по диаметрам;

- ограниченную возможность по величине передачи трубам крутящего момента при свинчивании или развинчивании;

- обязательное наличие жестких направляющих потребных для гашения реактивных моментов при работе с раздельными приводами вращения и стопорения труб;

- сложность конструкции, выраженная наличием приводов с многоступенчатой системой механической настройки крутящих моментов и частот вращения;

- повышенные контактные и изгибающие напряжения на зубчатые элементы при передаче им высоких крутящих моментов, что приводит к увеличению габаритов, массы и уменьшению надежности работы ключа;

- повышенная трудоемкость по обслуживанию ключа при замене захватных органов при переходе от одного диаметра труб на другой;

- ограниченная возможность применения ключей на буровых установках, оснащенных автоматической системой подачи труб (АСП);

- ограниченная возможность использования ключей при сборке компоновок и свечей.

Указанные проблемы стимулировали поиск новых технических решений.

Предложенное изобретение направлено: на исключение передачи реактивных моментов на внешние конструкции буровой установки; на увеличение функциональных возможностей работы ключа; на сокращение времени замены захватных элементов верхних и нижних рабочих органов ключа и элементов тормозной системы с одновременным обеспечением надежности узлов при увеличении нагрузок на замковые соединения труб.

Эта задача решается путем разделения на отдельные самостоятельные технологические узлы и включает:

- верхний корпус со встроенным в нем устройством докрепления-раскрепления резьб, трубозажимным устройством, тормозным устройством и комплектом промежуточных зубчатых колес;

- нижний корпус со встроенным в нем устройством докрепления-раскрепления резьб, трубозажимным устройством и комплектом промежуточных зубчатых колес;

- привод вращения труб выполнен в виде общего для вращения и стопорения труб приводного блока, содержащего дифференциальный и быстроходный редукторы с гидромоторами;

- позиционер, который выполнен с механизмами горизонтального и вертикального перемещения ключа;

- механизм подачи смазки на резьбовую часть ниппеля навинчиваемой трубы.

При этом верхний корпус выполнен с возможностью его поворота относительно оси трубозажимного устройства и его подъема или опускания относительно нижнего корпуса, механизм вертикального перемещения позиционера ключа выполнен в виде двух самостоятельных узлов, включающий стол и нижнее основание, связанное со столом подвижной колонной со встроенным гидроцилиндром подъема стола, а нижний корпус, в свою очередь, снабжен выдвижными упорами для фиксации верхнего корпуса, двумя кронштейнами и четырьмя стяжками, скрепленными с двумя реечными скалками механизма горизонтального перемещения ключа позиционера, которые связаны через шестеренные блоки с гидроцилиндрами горизонтального перемещения, встроенными в корпус стола.

В свою очередь, тормозное устройство верхнего корпуса содержит шкив, четыре тормозные колодки и скобообразную обойму с размещенными в ней гидроцилиндрами прижима колодок к шкиву; при этом обойма в центральной части имеет зубчатый сектор, находящийся во взаимодействии через рейки и зубчатую шестерню с гидроцилиндрами докрепления-раскрепления резьб, от взаимодействия которых обратные реакции от привода вращения взаимно уничтожаются, а обойма, и через нее тормозной шкив, и трубозажимное устройство получают дополнительный крутящий момент, при этом ключ снабжен дополнительным механизмом докрепления-раскрепления резьб в нижнем корпусе, состоящим из двух гидроцилиндров, связанных штоками с роторным колесом, а корпусами через шарниры с нижним корпусом ключа, а реактивные моменты от приводного блока и действия гидроцилиндров направлены друг к другу с противоположными знаками. Дополнительно на тормозное устройство верхнего корпуса установлен механизм подачи технологической смазки на резьбовую часть ниппеля навинчиваемой трубы, который содержит основание с радиально размещенными пазами, в которые встроены корпуса блоков с форсунками, имеющие возможность радиального перемещения, при этом каждый корпус выполнен с цилиндрической расточкой, в которую встроен шприцевый механизм, состоящий из золотника с поршнем и пружины.

Технический результат при осуществлении изобретения выражается в использовании в конструкции ключа блочной системы отдельных узлов, оснащенных соответствующими механизмами, при взаимодействии которых выполняются операции:

- по свинчиванию-развичиванию замковых соединенных труб с высокими моментами кручения и стопорения труб с гашением реактивных моментов внутри собственного корпуса ключа и существенного уменьшения нагрузок на зубчатые элементы вращателя и стопорного ключа, обеспечивая надежность срабатывания замковых элементов трубозажимных устройств;

- быстрой замены трубозажимных устройств или их элементов при износе или переходе на другой типоразмер по диаметру скваженных труб за счет использования быстросъемного верхнего корпуса и блочных узлов трубозажимных элементов;

- быстрой замены элементов тормоза при их износе за счет применения сборочных узлов, не связанных с общей разборкой ключа.

Другими факторами, обеспечивающими технический результат, являются:

- увеличение функциональных возможностей в части расширения диапазона диаметров применяемых труб, повышения крутящих моментов, возможности осуществления установки ключа в подвесном варианте, работы ключа как с ручной расстановкой труб, так и с установкой оснащенной АСП;

- применение отдельного механизма подачи смазки на резьбовую часть ниппеля навинчиваемой трубы;

- простота конструкции, ее обслуживание, сборка, наладка и разборка отдельных узлов за счет использования блочных элементов;

- высокая взаимозаменяемость рабочих органов верхнего и нижнего трубозажимных устройств;

- высокая технологичность и сравнительно низкая себестоимость изготовления.

Это позволяет сделать вывод о применении нетрадиционных решений при разработке ключа, о его новизне, высоком уровне конструкции, а возможность изготовления ключа в условиях машиностроительного предприятия не вызывает сомнения.

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

на Рис.5.1 - общий вид ключа в продольном разрезе;

на Рис.5.2 - вид нижнего корпуса по разрезу А-А;

на Рис.5.3 - вид верхнего корпуса по разрезу Б-Б

Рисунок 5.1 - общий вид ключа в продольном разрезе: 7 - стакан; 10 - нижний опорный лист; 11 - верхний опорный лист; 13 - опоры; 16 - трубозажимное устройство; 21 - дюбель; 36 - опорные ролики; 37 - роторное колесо; 38 - шкив; 39 - тормозное устройство; 54 - зубчатая шестерня; 55 - цементирующий клапан; 56 - дифференциальный редуктор; 57 - быстроходный редуктор; 58 - гидромотор; 59 - корпус стола; 62 - гидроцилиндр; 65 - шестеренные блоки; 75 - муфта трубы; 76 - верхняя труба.

Рисунок 5.2 - вид нижнего корпуса по разрезу А-А: 9 - рама; 10 - нижний опорный лист; 12 - боковой лист; 14 - роторное колесо; 15 - копирная поверхность; 17 - обойма; 19 - роликовая опора; 20 - челюсть с плашкой; 21- дюбель; 22 - промежуточный блок; 23 - приводная шестерня; 25 - гидроцилиндр; 26 - скоба; 27 - раскрепление резьбы; 28 - площадка; 31 - кронштейн.

Рисунок 5.3 - вид верхнего корпуса по разрезу Б-Б: 6 - боковая откидная направляющая; 8 - выдвижной упор; 15 - копирная поверхность; 16 - трубозажимное устройство; 20 - челюсть с плашкой; 21 - дюбель; 24 - стакан; 26 - скоба; 32 - сварная рама; 33 - нижний опорный лист; 34 - верхний опорный лист; 35 - боковой лист; 37 - роторное колесо; 40 - промежуточный блок; 41 - промежуточный блок; 42 - приводная шестерня; 43 - скобообразная обойма; 44 - гидроцилиндр; 45 - тормозная колодка; 46,47 - выступы; 49 - механизм докрепления-раскрепления резьб; 50,51 - гидроцилиндры; 52,53 - рейки.