Способ определения рациональных параметров трубных ключей

(51)5 Е 21 В 19/16 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) АНИЕ ИЗОБРЕТЕ РСКОМ ИДЕТЕЛ ЬСТ 2 61/039093. Бююзный инс,МЗнефтяной тут по тех учно-исслед ке безопасн иршлов А,фтяныхс,109ебеня податехиз подземного реБаку: Аз,гос,изование и инстонта скважин. -Техника скважин. - рис.35 и 36 .Л, Оборуд много рем ат, 1963,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРУБНЫХ КЛЮЧЕЙ(57) Использование: нефтяная прность, в частности техника спуных операций, а именно расчеключей для свинчивания-развинчиванияСущность изобретения; существующий омышленско-подъемты трубных Изобретение относится к промышленности, в частности спуско-подъемных операций, а трубным ключам для свинчиван чивания.Известен трубный ключ КТН для ручной работы. Ключ состоит ки длиной " 650 мм с сухарем, н установлен подпружиненный зе сухарем,Недостатком ключа является не рассчитан для работы с автом ханизированного свинчивания-ра ния,нефтяной к технике именно к я-р вин 11/ 2 - 2из рукоята которойв также с о, что он тами ме- винчива(21) 48682 (22) 21.09. (46) 23,01. (71) Всесо вательски сти (72) Б,А,К (56) Хали монта не дат 1974Лангл румент дл Л,: Гостоп Я 2 1789650 А 1 ключ с укороченной рукояткой наращивают дополнительной приставкой по длине плеча для обеспечения передачи необходимого крутящего момента и фиксируют ее шплинтом, пропущенным в отверстия рукоятки и приставки, При этом приводят в лабораторных условиях дополнительный графоаналитический расчет определения силовых параметров ключа и если нужно корректируют угол а наклона рукоятки к трубе с тем, чтобы обеспечивать надежность захвата ключом трубы для получения угла у отклонения силы реакции Р 1, со стороны сухаря от нормали М к трубе равного или меньшего угла трения р. Параметры ключа Р 1, Р 2, у 1, Р 1, у 2, Р и Р 2 меняются в зависимости от изменения точек приложения силы Р к рукоятке ключа, т.е, от ее длины, а технический расчет ключа производится исходя из максимальных сил, действующих на него при ручной и механизированной работе. 5 ил,Известен трубный ключ КТА для работы с автоматами свинчивания-развинчивания типа АПРВБ, состоящий из подпружиненной рукоятки длиной 180 - 190 мм по величине отстояния водила автомата от центра 170 мм, с сухарем, монтируемой в разъемном корпусе, одеваемом на тело трубы, Ключ не предназначен для работы вручную из-за малости рукоятки и кинематически не- рассчитанности его для этого,Известен способ расчета ключа, включающий в себя графаналитическое определение силовых параметров ключа в опытном производстве для работы от водила автома 1789650та АПРВБ. Недостатком способа является то, что он не предназначен для наращива-. ния ключа приставкой по длине плеча для надежного обеспечения передачи необходимого крутящего момента при ручном свинчивании-развинчивании.Цель изобретения состоит в обеспечении универсальности и надежности работы ключа как при ручном, так и при механизированном свинчивании в эксплуатационных условиях,Цель достигается тем, что наращивают рукоятку ключа дополнительной приставкой по длине плеча для обеспечения передачи необходимого крутящего момента при ручном свинчивании и фиксируют ее. В лабораторных условиях для этого случая дополнительно производят графоаналитическое определение силовых параметров ключа с необходимой корректировкой угла а наклона рукоятки ключа к трубе для получения угла у отклонения силы реакции Р 1 со стороны сухаря от нормали й к трубе в данной точке касания равного или меньшего угла трения р, при этом проверяют гарантию передачи момента и при механизированном свинчивании до тех пор, пока в обеих случаях не будут обеспечены гарантированные условия передачи крутящего момента при минимальных нагрузках на сам ключ.При этом исходят из оптимального угла трения р также определяемого экспериментально графоаналитическим путем.На фиг,1 показано отклонение силы со стороны сухаря наращенной рукоятки ключа (угол у) от нормали-линия оа (нормальной силы 0) в точке его касания с трубой, согласно которой определяется коэффициент треР ния (сцепления), равный отношению - где Р - сдвигающая сила; на фиг.2 - . схема действия сил в ключе КТА; на фиг.З - изменение угла а отклонения силы, действующей на сухарь от угла у оси рукоятки ключа КТА; на фиг.4 - показаны функциональные зависимости изменения параметров ключа от длины его рукоятки (плечо Е приложения силы) для ключа КТА 1/2" (передаваемый момент М=1000 Нм); на фиг.5 - тоже для ключа КТА" (передаваемый момент М=4500 Нм).Для осуществления способа предварител ьного графоаналитическим исследованием для нескольких положений угла а, была установлена зависимость изменения угла у от угла а где а - угол наклона насеченной поверхности сухарей 1 к плоскости перпендикулярной оси рычага рукоятки 2. Расчет проводится на ключе КТА. Исследования проводились к получению переменного угла у путем изменения угла а.Передаваемый автоматом для свинчивания-развинчивания момент М=Рд брался из паспорта автомата, Зная М, можноопределить силу, действующую на рукояткуМРд= - ,1Положение(а= а 1)Рассматриваем условие равновесия рукоятки; на нее действуют три силы - со стороны трубы 3 - Р 1 водила автомат Рд и осиповорота Р 2.Имея величину и направление силы Рд,"5 задаваясь углом у(в первом приближении)получаем направление силы Р; пересечение сил Рд и Р 1 дает нам точку 01, проведяпрямую через О и центр оси поворота рукоятки 02 имеем направление силы Р 2 такимобразом, можно определить величину Рг(сила трения в оси поворота из-за малостине учитывается),Рассматриваем равновесие оставшейсячасти ключа (т,е. без учета рукоятки: одинкорпус 4 со створкой). На нее действует силасо стороны оси рукоятки Рг: - со стороныторца ключа по величине Р 2 по направлению 0102Для того, чтобы определить правильноЗ 0 ли выбран уголу можем произвести проверку по вращающему моменту.М= - (Р+Рг),О2(1)Для этого раскладываем силу Р 2 на М 2 иР 2: где Г 2=Р 219 р 2, р 2 - угол трения гладкихповерхностей, в данном случае стали по стали, вполне определенный и известный из литературных источников (не уточняется).Если равенства (1) не получилось, зна 40 чит угол а выбран неправильно: в случаеесли М - (Р 1+Р 2), то значит у надо увелиОчить и наоборот.Задаваясь близлежащим у (во втором45 приближении) делаем новое построение,начиная с величины силы Р и т.д, до тех порпока не будет удовлетворено выражение равенства моментов (1).Для облегчения построений можно исходить из того, что сила Р 2, точка приложения которой к тыльной части ключа намнеизвестна, лежит на прямой касательной ктолько одной окружности, проведенной изцентра ключа. Последняя может быть по 55 строена как касательная к любой прямой,отклоненной от поверхности торца ключа навеличину угла рг,Таким образом, сила Рг должна бытькасательна к вышеуказанной окружности и1789650 40 проходить через точку 02. Из различныхзначений, при котором вышеуказанное условие будет удовлетворено, таким образом .на графике у =1( а ) и для него, получаемточку с координатами ап у. 5Положение 11,Меняя угол а ( ап) согласно вышеуказанному способу можно получить к т.е,точку графика (ап, у).Положение 111, 10Затем для ап находим уп 1 т.е. получаем третью точку (ап; уп) и так далееПо найденным точкам строится криваяграфика (рис,3),Однако получив семейство значений угла у - у; уп; у 1 п". уп еще необходимо установить какое из них равно коэффициентусцепления что и делается ниже,Проведенные опытные исследования в 20 НПУ Орджоникидзнефть и 26-ти Бакинских комиссаров при переменном угле а 1, а следовательно, и у так например брались а=0,385 рад (22) и до а 2 = 0,29 рад (1630) соответственно у 1=0,41 рад(24 ) и у 2=0,325 рад (18 30). Установлено; при у 2=0,325 рад (18 30) обеспечивается выражение у р при этом проскальзывания ключа на трубе не наблюдалось, а при большем у 1 (24) в некоторых случаях наблюдалось у р (в зависимости от поверхности трубы; коррозия шероховатость и т.д,), при этом в некоторых случаях ключ проскальзывал на трубе, Т.е, р =1830.35 Формула изобретения Способ определения рациональных параметров трубных ключей, включающий графоаналитическое определение силовых параметров ключа в опытном производстве, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения универсальности и надежности в работе ключа как при ручном, так и при механизированном свинчивании в эксплуатационных условиях, наращивают рукоятку ключа дополнительной приставкой по длине плеча для обеспечения передачи необходимого крутящего момента при ручном свинчивании и фиксируют ее, в лабораторных условиях для этого случая доП р и м е р 1. Свинчивание-развинчивание осуществлялось укороченной рукояткой с помощью АПРВБ,Выбирают угол ап вариант наклона рукоятки 2 ключа при котором угол у варианта равен углу трения (сцепления) - 1830, строят графоаналитическим способом схему распределения сил согласно предыдущему рассуждению и проверяют на обеспечение вращения по формуле (1), которая должна обеспечить равенство моментов,П р и м е р 2. Свинчивание производится вручную наращенной рукояткой дополнительной приставкой 6 с фиксацией ее шплинтом 7, пропущенным в отверстие рукоятки и приставки.При угле а варианта производят графоаналитический пересчет из условия нового приложения сил. Так как согласно фиг.4 и 5 с изменением длины рукоятки силовые параметры ключа изменяются, то возможно, что угол у варианта будет больше угла трения (сцепления), тогда корректируя угол а, добиваются, чтобы и для второго случая угол у был бы углутрения.Производят также проверку 1-го примера на новый угол а и т.д, Все это производится в условиях опытно-экспериментального производства на заводе или стенде,Таким образом обеспечивается работа одним типоразмером ключа как при механизированном свинчивании-развинчивании, так и при ручном в эксплуатационных условиях,. полнительно производят графоаналитическое определение силовых параметров ключа с необходимостью корректировкой угла анаклона рукоятки ключа к трубе для получения угла у отклонения силы реакции со стороны сухаря от нормали М к трубе в данной точке касания, равного или меньшего угла трения р, при этом проверяют гарантию передачи момента и при механизированном свинчивании до тех пор пока в обеих случаях не будут обеспечены гарантирован н ые условия передачи крутя щего момента при минимальных нагрузках на сам ключ.7 ЮООО 7 гИЮ 7 ООИО Й 7 ОО ИО Ждй РР ,ю Фиг 5оставитель Б Киршехред М.Моргентал едактор Т. Иванова ректор С. Пе к аз 333 ТиражВНИИПИ Государственного комите113035, Москва роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 Р Н шоов ИМбМ дОО Ждй ИЮО 2 ИЮ ЕЫЮ ЙВЮ ЮЮО 7 бОООО Подписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ СССР