Механический ключ для развертывания и свертывания бурильных и обсадных труб

фЫОдЗ:,рЮПВ.о.1 ЕВ 9,д 11БЙЮ ф)ф,ф,Р. П. Райгородский и Н. В. Судницын МЕХАНИЧЕСКИЙ КЛЮЧ ДЛЯ РАЗВЕРТЫВАНИЯ И СВЕРТЫВАНИЯ БУРИЛЬНЫХ И ОБСАДНЫХ ТРУБЗаявлено 17 Февраля 1949 г. аа Л 0 392060 в Ьоиитет но наопретенияги и открытиям при Совете Министров СС:СРИзвестны механические ключи для развертывания и свертывания бурильных и обсадных труб, состоящие из двух трубозажимных усгройств, расположенных одно над дружк и.н в одном блоке, который уста. новлен 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 моши 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 - про дольныи разрез видоизмененного ключа с приводом от ротора; на фиг, 8 - разрезы видоизмененного ключа.Механический ключ состоит из двух трубозажимных устройств ниж пегои верхнего 2 (фиг. 2). Нижнее трубозажимное устройство предназначено для стопорения нижней трубы, верхнее - для вращения верхней трубы. Нижнее трубозажимное устройство укреплено на консольной балке о, 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 врашателя б верхнего трубозажимного устройства. Электродвигатель 7 приводит воподшипниках 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 39 постоянно включена быстрая передача, то мощность двигателя оказывается недостаточной для открепления трубы. Под действием реактивного момента статор мотора начнет поворачиваться, передвинет ползун 47, который нажмет на кнопку 48, вклю. чающую 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 53 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 кулачковых 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 74 а 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 73 посажен на нижний корпус на шлицах и может перемсщаться в вертикальном положении. Пружины 74 подпирают корпус 73 и держат его в верхнем положении. В верхнем корпусе свободно вращается вращатель 75, который приводится от какого-либо двигателя. ВоВращение Вращатель Верхнего труоозажимного устройстВЯ. Вал якопя (ротора) покоится ня двух шариковых подшипниках 9 (фиг. 4), уста новленных на рычаге ключа. Корпус статора может свободно качаться вокруг вала ротора благодаря наличию двух подшипников 8. Ограни. чением поворота статоря от реактивного момента в одну сторону (при развинчивании труб) служит упор 10, а в другую сторону (при свинчивании труб) -- пружина 1( (фиг. 4), натяжение которой регулируется Винтом 12. РегулирОВкя пружины проВодится таким Оорязом, что ВО время 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 13 (фиг, 1), который вращает. винт 14"относителыо гайки 15 (фиг, 3), поворачивает верхний ключ относирльно ниэкнего и производит окончательное закреплениеФтрубы.Вал.,якефдвигателя И (фиг. 1) покоится на двух шариковых подшипниках 1 б (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 23 и не отключит электродвигатель 13, Процесс открепления и развинчивания труб протекает следующим образом,Лвигатель 13 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 2 б. Последняя автоматически вторично подключает тот же электродвигатель И к источнику тока.Таким образоът;-котда-отпускают ручную кнопку в , электродвигатель 13 продолжает питаться током через кнопку 2 б. По мере раскреп. ления труб крутящий момент, создаваемый двигателем, падает, пружи. на 19 оттягивает хвостовик 18, который отпускает кнопку 2 б. При этом автоматически отключается двигатель 13 и включается двигатель 7, который и производит развинчивание раскрепленных труб. Возвращение винта 14 в исходное положение после совершения операции закрепле. ния или открепления трубы производится путем обратного вращения электродвигателя 13 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 30 коробки скоростей, соединенном с валом электродвигателя, посажены ведущие шестерни 31 и 32, которые могут включаться фрикционными муфтами 33 и 34, На ведомом валу 35 закреплены ведомые шестерни 3 б, 37 и червяк 38. Пружина 39, нажимая на параллелограммный механизм, включает муфту 33 быстрой скорости и выключает муфту 34 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 34. Вал ротора электродвигателя 27 покоится на двух шариковых80 б 77 кулачка при торможении, либо при принудительном повороте держателя относительно корпуса посредством фрикционного соединения, причем, для отвода кулачков они снабжены зубцами, которые входят в канавки корпуса.фиг. I80 б 77вращателе 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 никней 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 прижи. ма 1 отся 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 изобретен и я1. Механический ключ для развертывания и свертывания бурильных и обсадных труб, состоящий из двух расположенных друг над другом трубозажимных устройств с неразъемными корпусами, с приводом ог двух двигателей, из которых один служит для развертывания и свертывания труб, а другой для раскрепления и закрепления их резьбы, о тл и ч а ю щ и й с я 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 трубозакимного устройства для ключа по пп. 1, 2, 3, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью подвода помещенных в прорези держателя зажимных кулачков к трубе, в корпусе устройства имеются кривые поверхности для перемещения по ним тыльной стороны