-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft Haltezangen des Typs, die zum Festhalten eines Rohres gegen axiale Drehung als Reaktion auf die Drehung eines anderen Rohres mittels einer Rohrdrehvorrichtung, wie z. B. mittels einer Antriebszange, verwendet werden. Insbesondere betrifft diese Erfindung eine Haltezange mit einem linksseitigen und einem rechtsseitigen Kopf, jeweils auf einem Schwingarm für eine reduzierte Markierung des Rohres.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Verschiedene Arten von Haltezangen wurden über die letzten 50 Jahre erdacht, einschließlich sowohl manuell betätigter als auch kraftbetätigter Haltezangen. Das
U.S. Patent 4,574,664 A offenbart eine hydraulisch angetriebene Haltezange mit einem Paar hydraulischer Zylinder, welche die Käfigplatte schwenken, um ein Paar von Köpfen in einen Klemmeingriff mit dem Rohr zu bringen. Das
U.S. Patent 5,778,742 A offenbart ei- ne weitere Version einer Haltezange mit einem Paar hydraulischer Zylinder, welche ein Paar von Armen in einen und aus einem Klemmeingriff mit dem Rohr schwenken. Eine weitere Haltezange für Bohrgestänge ist aus dem
U.S. Patent US 4,402,239 A bekannt. Gegenüberliegende Greifbacken sind jeweils mittels zweiter Hydraulikzylinder auf das Rohrstück zu und von diesem weg beweglich, wobei die Greifbacken auf ihrem Verschiebeweg entlang einer radial verlaufenden Linie geführt sind.
-
Viele Haltezangen weisen eine Geometrie auf, welche nur die Einführung eines kleinen Satzes von Rohrdurchmessern in das offene Maul der Haltezange erlauben. Weitere Haltezangen stellen eine um den Umfang kombinierte Abdeckung der Backen, welche das Rohr klemmen, welche erheblich eingeschränkt ist, bereit und neigen dadurch dazu, das Rohr bei der Klemmung zu quetschen und auch die Reibungsoberfläche für die Drehmomentbeständigkeit zu reduzieren, was zur Markierung des Rohrs führen kann. Backen, welche schwenken, konzentrieren die Reaktivkräfte auf den Schwenkzapfen und verteilen die Kräfte nicht gleichmäßig auf alle Backen. Schwenkköpfe oder Backen neigen auch dazu, Ausrichtungsprobleme mit dem vollständigen Bereich der durch die Köpfe oder Backen zu klemmenden Rohre aufzuweisen.
-
Weitere Haltezangen haben eine Konstruktion, welche einen relativ langen Hub für die Hydraulikzylinder verwendet, und dadurch die Gesamtgröße der Haltezange vergrößert. Einige Haltezangen verwenden einen Verriegelungsmechanismus, um das offene Maul zu schließen, welcher komplex und teuer herzustellen und schwierig für den Betreiber zu nutzen ist.
-
Diese Nachteile des Stands der Technik werden durch die vorliegende Erfindung überwunden und es wird eine verbesserte Haltezange und ein Verfahren zum Befestigen eines Rohres gegenüber eine axiale Drehung hierin nachstehend offenbart.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Es wird eine Haltezange zur Sicherung eines Rohres gegen radiale Drehung als Reaktion auf eine Drehung eines Gegenrohres durch eine Antriebszange oder eine andere Rohrdrehvorrichtung bereitgestellt. Die Haltezange enthält eine Zangenplatte, die einen linksseitigen hydraulischen Zylinder und einen rechtsseitigen hydraulischen Zylinder und auch einen Klemmkopf, der im Wesentlichen entlang der Mittellinie der Haltezangenplatte in Abstand für das Klemmen des Rohres angeordnet ist, trägt. Ein linksseitiger Schwingarm und ein rechtsseitiger Schwingarm sind schwenkbar mit dem entsprechenden linksseitigen hydraulischen Zylinder und dem rechtsseitigen hydraulischen Zylinder verbunden. Eine linksseitige Nockenscheibe und eine rechtsseitige Nockenscheibe sind jeweils entweder auf der Haltezangenplatte oder einem entsprechenden Schwingarm gelagert, während ein linksseitiger Nockenhebel und ein rechtsseitiger Nockenhebel jeweils auf der anderen von der Haltezangenplatte und dem Schwingarm zur Zusammenarbeit mit der linksseitigen Nockenscheibe und der rechtsseitigen Nockenscheibe gelagert sind. Ein Klemmkopf ist an einem vorderen Ende jedes Schwingarms zum Klemmen des Rohres vorgesehen.
-
Gemäß dem Verfahren der Erfindung sind der linksseitige hydraulische Zylinder und der rechtsseitige hydraulische Zylinder jeweils auf der Haltezangenplatte gelagert, welche auch einen Klemmkopf lagert, der im Wesentlichen entlang einer Mittellinie der Haltezangenplatte in Abstand zum Klemmen des Rohres angeordnet ist. Das Verfahren beinhaltet eine Schwenkverbindung des linksseitigen Schwingarmes und des rechtsseitigen Schwingarmes mit dem entsprechenden linksseitigen hydraulischen Zylinder und rechtsseitigem hydraulischen Zylinder. Die linksseitige Nockenscheibe und die rechtsseitige Nockenscheibe sind jeweils entweder auf der Haltezange oder einem entsprechenden Schwingarm gelagert, und ein linksseitiger Nockenhebel und ein rechtsseitiger Nockenhebel sind jeweils auf der anderen Haltezangenplatte und dem Schwingarm zur Zusammenarbeit mit der linksseitigen Nockenscheibe und der rechtsseitigen Nockenscheibe gelagert. Der Klemmkopf ist an einem vorderen Ende sowohl des linksseitigen Schwingarms als auch des rechtsseitigen Schwingarms innerhalb des Rohres positioniert.
-
Es ist ein Merkmal der Erfindung, dass die Haltezangenplatte sowohl eine obere Haltezangenplatte als auch eine untere Haltezangenplatte aufweist, wobei sowohl der linksseitige Zylinder als auch der rechtsseitige Zylinder zwischen der oberen Haltezangenplatte und der unteren Haltezangenplatte angeordnet ist.
-
Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, dass der linksseitige Schwingarm und der rechtsseitige Schwingarm jeweils einen oberen Schwingarm aufweisen, der über der Haltezangenplatte und der unteren Schwingarmposition unterhalb der Haltezangenplatte angeordnet ist.
-
Noch ein weiteres Merkmal der Erfindung ist ein zusätzlicher Verriegelungsarm, der schwenkbar mit der Haltezangenplatte und einem der Schwingarme verbunden ist, wobei eine Klinke schwenkbar mit dem Verriegelungsarm und dem Schwingarm verbunden ist und zum Öffnen und Schließen des Raums zwischen dem linksseitigen Schwingarm und dem rechtsseitigen Schwingarm als Reaktion auf die Betätigung der Zylinder bewegbar ist.
-
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Klemmköpfe sowohl auf der Haltezangenplatte als auch dem linksseitigen und rechtsseitigen Schwingarm mit Aluminiumbacken ausgebildet sind, welche bevorzugt eine geriffelte Oberfläche aufweisen. Dieses reduziert erheblich die Markierung des Rohres. Die Backen umfassen das Rohr bevorzugt über eine Umfangslänge von wenigstens 340°.
-
Noch ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die rechtsseitige Nockenscheibe und die linksseitige Nockenscheibe sich mit ihrem entsprechenden Nockenhebel in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der Mittellinie der Haltezange bewegen, während sie mit den Klemmköpfen des Rohres im Eingriff stehen.
-
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, und es wird Bezug auf die Figuren in den beigefügten Zeichnungen genommen.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 stellt eine Draufsicht auf eine Haltezangenplatte gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
-
2 stellt eine Draufsicht sowohl auf den linksseitigen Schwingarm als auch den rechtsseitigen Schwingarm gemäß der Erfindung dar.
-
3 stellt die Schwingarme auf der Haltezangenplatte positioniert dar, wobei die Schwingarme für die Aufnahme eines Rohres offen sind.
-
4 stellt die Haltezange gemäß Darstellung in 3 dar, wobei die Zylinder aktiviert sind, um teilweise das offene Maul der Zange zu schließen.
-
5 stellt die Haltezange mit geschlossenem Maul dar.
-
6 stellt eine Haltezange mit den Backen in einen Klemmeingriff mit dem Rohr dar.
-
7 stellt eine Seitenansicht der Haltezange dar.
-
8 stellt eine Vorderendenansicht der Haltezange dar.
-
9 stellt eine schematische Ansicht der Haltezange dar.
-
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
-
1 stellt die Haltezangenplatte 20 für eine geeignete Ausführungsform der Erfindung dar, wobei die Haltezangenplatte eine Mittellinie 22 aufweist, die zur Mittellinie des zu klemmenden Rohres ausgerichtet ist. Die linke Seite der Haltezangenplatte enthält eine Durchtrittsöffnung 24 auf einem Ohr 25, das sich seitlich von der Mittellinie 22 der Haltezangenplatte nach außen erstreckt, und eine ähnliche Öffnung 26 und ein Ohr 27, das sich rechts von der Mittellinie 22 erstreckt. Jede von den Öffnungen 24 und 26 kann einen sich nach unten erstreckenden Pfosten oder irgendeine andere geeignete Struktur aufnehmen, die an einer Antriebszange befestigt ist, um dadurch die Haltezange gegenüber der Antriebszange ohne Drehung einzuschränken, zu befestigen. Ein Einsteckarm 28 ist an der Haltezangenplatte 20 befestigt und kann mit einer geeigneten Lastmesszelle zusammenarbeiten, um ein durch die Antriebszange ausgeübtes Drehmoment zu messen, wie der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen wird. Die Haltezangenplatte enthält einen zentralen Kopf 30 mit einer Aluminiumbacke für einen Klemmeingriff mit dem Rohr. Der Kopf 30 und somit die Backe darauf ist starr auf der Platte 20 befestigt und arbeitet mit anderen Backen, wie es anschließend erläutert wird zum Klemmen des Rohres zusammen. Die Umfangslänge der Backen 30 für die Klemmung des Rohres ist bevorzugt wenigstens 160° und ist in vielen Fallen wenigstens 170°.
-
Ein Paar fluidbetätigter Zylinder, wie z. B. hydraulische Zylinder 32 und 34, sind auf der Zangenplatte 20 befestigt, wobei die Bewegung der Zylinderstangen bevorzugt durch eine geeignete Zylinderstangenlagerung 36, 38 gesteuert wird, die für einen gleitenden Engriff mit den Zylinderstangen vorgesehen ist. Jede Zylinderstange endet in einer rückwärtigen Stangenöse 40, 42, welche schwenkbar mit einem entsprechenden Schwingarm verbunden ist, wie es nachstehend erläutert wird. Eine Nockenscheibe 40, 46 ist auf der linken Seite und der rechten Seite der Haltezangenplatte 20 angebracht, und der Zweck der Nockenscheiben wird ebenfalls anschließend diskutiert. Obwohl Öl das bevorzugte Fluid für den Antrieb der Zylinder ist, können andere Ausführungsformen pneumatisch betrieben werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Paar im Wesentlichen identischer oberer und unterer Zangenplatten 20 vorgesehen, wobei jeder von den Zylindern 32 und 34 zwischen der oberen Haltezangenplatte und der unteren Haltezangenplatte angeordnet ist. Der Klemmkopf 30 kann somit sowohl an der oberen Haltezangenplatte als auch an der unteren Haltezangenplatte für eine starrere Verbindung der Zangenplatten befestigt sein.
-
2 stellt ein Paar von Schwingarmen 50, 52 dar, welche bevorzugt Spiegelbilder zueinander sind. Eine Stange 54, 56 auf dem hinteren Ende jedes Schwingarms kann innerhalb der Öffnung in der Stangenöse 40, 42 positioniert sein, und dadurch das Stangenende jedes Zylinders schwenkbar mit dem Schwingarm verbinden. Der Schwingarm 50 unterstützt ferner einen Klemmkopf 62 an der Vorderseite oder dem vorderen Ende des Schwingarms und der Schwingarm 52 unterstützt einen ähnlichen Klemmkopf 64. Jeder von den Klemmköpfen 62, 64 weist in gleicher Weise Aluminiumbacken mit einer geriffelten Oberfläche auf, und jeder Klemmkopf 62, 64 besitzt bevorzugt einen Umfang von wenigstens 80° zum Erfassen des Rohres. Aluminium ist ein relativ preiswertes Material zum Herstellen der Backen und die Riffelung der Klemmoberfläche erzeugt kleine Vertiefungen in der Klemmoberfläche, welche nicht zu eine Markierung des zu klemmenden Rohr führen, sondern eine effektive Klemmoberfläche produzieren, um eine Drehung zwischen dem Rohr und der Backe zu verhindern.
-
2 stellt auch Befestigungsbolzen 58, 60 dar, welche die Lage der anschließend zu beschreibenden Nockenhebel darstellen, und einen Schwenkriegel 66, der auf dem Schwingarm 50 für einen Eingriff mit dem Verriegelungsblock 68 montiert ist, um das offene Maul der Haltezange zu schließen, wenn diese mit dem Rohr in Eingriff steht.
-
Nur ein Paar von Schwingarmen, die mit den entsprechenden fluidbetätigten Zylindern verbunden sind, kann für einige Anwendungen ausreichend arbeiten, aber eine bevorzugte Ausführungsform einer Haltezange für viele Anwendungen enthält eine Kombination von oberen und unteren linksseitigen und rechtsseitigen Schwingarmen, so dass vier Schwingarme, mit zwei über der Haltezangenplatte und zwei unter der Haltezangenplatte vorgesehen sind. Ferner sind für die Ausführungsform, in welcher sowohl eine obere Haltezangenplatte als auch eine untere Haltezangenplatte vorgesehen sind, die oberen Schwingarme über der oberen Haltezangenplatte, und die unteren Schwingarme unter der unteren Haltezangenplatte vorgesehen
-
3 stellt eine vollständige Haltezange 10 gemäß der vorliegenden Erfindung mit den Schwingarmen 50, 52 an ihren entsprechenden hinteren Enden an den Stangenösen 40, 42 an dem Stangenende der hydraulischen Zylinder befestigt dar. 3 stellt die Zange in einer vollständig offenen Position mit einem sehr breiten Maul für die Aufnahme von Rohren mit großem Durchmesser und mit aufgeschwungener Riegel 66 dar. Insbesondere ist ein Verriegelungsarm 70 bei 71 mit dem Schwingarm 50 verbunden, und ist über einen Zapfen 65 mit dem Riegel 66 verbunden. Sobald die Zylinder die Schwingarme entlang der Mittellinie der Haltezangen bewegen, schwenkt der Verriegelungsarm, um das Maul zwischen den Schwingarmen zu verbinden, wie es in den 4 bis 6 dargestellt ist. Ein Verriegelungsblock arbeitet so, dass er den Riegel 66 aufnimmt, indem dieser innerhalb eines seitlichen Schlitzes in dem Verriegelungsblock sitzt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die linksseitigen und rechtsseitigen Nockenscheiben 44, 46 jeweils auf der Zangenplatte befestigt und haben darin einen Schlitz und eine Nut zur Aufnahme eines entsprechend angetriebenen Nockens 76, 78, der auf dem entsprechenden Schwingarm befestigt ist. 3 stellt somit die Nockenhebel 76, 78 jeweils an dem Ende der Schlitze 72, 74 in den Nockenscheiben 44, 46 dar.
-
Für die dargestellte Ausführungsform sind die Nockenscheiben jeweils auf der Haltezangenplatte befestigt und die Nockenhebel sind jeweils auf den Schwingarmen befestigt. In anderen Ausführungsformen können diese Komponenten umgekehrt angeordnet sein, so dass die linksseitige Nockenscheibe und die rechtsseitige Nockenscheibe jeweils auf einem linksseitigen und rechtsseitigen Schwingarm gelagert sind und ein Nockenhebel dann auf der Haltezangenplatte befestigt ist.
-
In der Ausführungsform von 4 sind die Zylinder betätigt worden, um sich teilweise zurückzuziehen, um dadurch den Riegel 66 in eine teilweise geschlossene Position zu schwenken, und um die Nockenhebel entlang ihrer entsprechenden Schlitze in den Nockenscheiben zu bewegen. Jeder Schlitz in den Nockenscheiben 44, 46 enthält somit einen angewinkelten Abschnitt 80, in welchem sich der Nockenhebel zwischen einer vollständig geöffneten Position des Mauls und einer im Allgemeinen geschlossenen Position des Mauls bewegt, und einen geraden Abschnitt 82, welcher sich im Allgemeinen parallel zu der Mittellinie 22 der Haltezange erstreckt, und in welchem sich der Nockenhebel in eine vollständig geschlossene Position bewegt. 5 stellt somit den Nockenhebel 76, 78 an dem Schnittpunkt des abgewinkelten Schlitzes 80 und des geraden Schlitzes 82 dar, wobei die Zange im Wesentlichen vollständig geschlossen und die Verriegelung 76 im Wesentlichen geschlossen ist. In der Ausführungsform von 6 wird jeder von den Nockenhebeln 76, 78 weiter in den geraden Abschnitt des Schlitzes bewegt und die Backen dann in einen vollen Klemmeingriff mit dem Rohr gebracht.
-
Die Klemmköpfe 62, 64 sind somit an dem vorderen Ende sowohl von dem linksseitigen Arm als auch dem rechtsseitigen Schwingarm angebracht, während der Kopf 30 entlang der Mittellinie 22 der Haltezangenplatte befestigt ist. Die Kombination des Klemmkopfes auf der Haltezange und der Klemmköpfe auf den linksseitigen und rechtsseitigen Schwingarmen umfassen bevorzugt das Rohr über eine Umfangslänge von wenigstens 340° und bevorzugt über eine Umfangslänge von 350° oder mehr. Der Klemmkopf auf der Haltezangenplatte umfasst bevorzugt das Rohr über eine Umfangslänge von wenigstens 160°, und jeder Klemmkopf auf dem vorderen Ende jedes Schwingarmes umfasst das Rohr bevorzugt über eine Umfangslänge von wenigstens 80°. Jeder von den Klemmköpfen 62, 64 ist somit fest an dem vorderen Ende des entsprechenden linksseitigen Schwingarmes und rechtsseitigen Schwingarmes gelagert, während der Kopf 30 in ähnlicher Weise fest auf einer oder mehreren von den Haltezangenplatten gelagert ist.
-
7 stellt eine Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform einer Haltezange dar und stellt deutlicher eine obere linksseitige Schwingarmplatte 50 und eine untere linksseitige Schwingarme 50 dar, und stellt auch den Zylinder 32 zwischen der oberen Zangenplatte 20 und der unteren Zangenplatte 21 dar. Das Zylinderstangenlager 36 ist sowohl an den oberen als auch unteren Zangenplatten 20, 21 befestigt dargestellt und führt das Stangenende des Zylinders, welches in der Stangenöse 40 endet. 7 stellt ebenfalls eine Verriegelungsverbindungselement 70 dar, welches schwenkbar mit dem Riegel 66 verbunden ist, welcher sich wiederum schwenkbar als Reaktion auf die Betätigung der Zylinder 32, 34 öffnet und schließt.
-
8 ist eine Endansicht der Haltezange und stellt deutlicher eine geeignete Abmessung für die obere Haltezangenplatte 20 in Bezug auf die untere Haltezangenplatte 21 dar, und stellt auch sowohl die linksseitigen als auch rechtsseitigen und die oberen und unteren Schwingarme 50, 51, 52 und 53 dar. Das Verriegelungsverbindungselement 70 ist schwenkbar mit dem Verriegelungsarm 66 verbunden dargestellt, welcher mit einem oberen und unteren Verriegelungsblock 68 zusammenarbeitet, um eine feststehende Verbindungsoberfläche für einen Eingriff der Verriegelung und zum Verhindern einer Öffnung oder Spreizung der vorderen Enden der Schwingarme bereitzustellen.
-
9 stellt eine zusammengebaute Haltezange gemäß der vorliegenden Erfindung dar und zeigt deutlicher die oberen linksseitigen und rechtsseitigen Schwingplatten 50, 52 in der geschlossenen Position. Die Schwenkverbindung zwischen dem Verriegelungsverbindungselement 70 und dem Stift 71 ist und zwischen dem Verriegelungsverbindungselement 70 und dem Riegel 66 ebenfalls dargestellt.
-
Die Geometrie der Haltezange mit den Schwingarmen erlaubt eine breitere Öffnung eines Mauls für die Aufnahme von Rohren mit verschiedenen Durchmessern und erlaubt auch eine Kombination von Backen, welche einen größeren Umfangsprozentsatz des Rohres abdecken. Eine größere Umfangsabdeckung des Rohres trägt zur Verhinderung einer Beschädigung des Rohres bei und erhöht auch die Reibungsoberfläche für eine größere Drehmomentbeständigkeit ohne Markierung des Rohres.
-
Indem die vorderen Backen in das Rohr gezogen werden, wenn die Nockenhebel sich in dem geraden Abschnitt 82 nach hinten bewegen, werden die von den Zylindern ausgeübten Reaktionskräfte auf der hinteren Backe 30 konzentriert. Dieses erzeugt effektiv eine aktive hintere Backe anstelle einer passiven Backe, wie sie in Konstruktionen üblich ist, welche Schwenkköpfe verwenden. Die Bewegung der Backen zum Klemmen des Rohres beseitigt auch Ausrichtungsprobleme, wie sie üblicherweise bei Haltekonstruktionen anzutreffen sind, welche Schwenkköpfe zum Erfassen von Rohren mit kleinen Durchmessern verwenden.
-
Es können Zylinder mit kürzerem Hub verwendet werden, da die Bewegung der Backen zwischen den Klemmpositionen mit dem Rohr und der Freigabeposition sehr klein ist, da die Nockenhebel sich in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der Mittellinie der Haltezangen bewegen.
-
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail dargestellt wurden, ist es offensichtlich, dass weitere Modifikationen und Anpassungen der bevorzugten Ausführungsform für den Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich sind. Es dürfte sich jedoch ausdrücklich verstehen, dass derartige Modifikationen und Anpassungen innerhalb des Erfindungsgedankens und Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen, welcher in den nachstehenden Ansprüchen definiert ist.
