DE1901459B2

DE1901459B2 - Drehmomentanzeigegerat fur Futterrohr zangen

Info

Publication number: DE1901459B2
Application number: DE19691901459
Authority: DE
Inventors: loan Cimpina Nicolau (Rumänien) E21b33 14
Original assignee: Institutul de Cercetan pentru foraj si extractie, Cimpina (Rumänien)
Priority date: 1968-01-13
Filing date: 1969-01-13
Publication date: 1971-03-11
Also published as: DE1901459A1; US3589179A; GB1251125A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehmoment- an, ohne daß sie genauen Aufschluß über das wirklich

anzeigegerät für Futterrohrzangen mit einer an der aufgebrachte Drehmoment geben können, sofern nicht

Zange ortsfest angeordneten Druckmeßdose, die sich stets der gleiche Winkel zwischen Seil und Zangenhebel

mit der einen, zum Zangenhebel senkrechten Stütz- eingehalten wird.

fläche an einem Stützkörper des Zangenhebels und mit 5 Aufgabe der Erfindung ist es, ein Drehmomentder anderen Stützfläche an einem Stützelement ab- anzeigegerät der eingangs beschriebenen Gattung zu stützt, das der Einwirkung eines Zugseils ausgesetzt schaffen, das an den üblich vorhandenen Zangenist, hebeln angebracht werden kann und das die Meßdose

Es ist ein Drehmomentanzeigegerät dieser Gattung vor unmittelbaren Einwirkungen von Zugseilstößen

bekannt, bei dem das Seil nahe den Zangenklauen am io besser schützt.

Zangenhebel verankert und entlang dem Zangenhebel Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß der Stützzum Ende geführt und dort über eine Umlenkrolle im körper von einem in der Zangenhebelöse gestützten rechten Winkel abgebogen ist, wobei auf der Seil- und entgegengesetzt zur Arbeitsrichtung des ziehenden strecke zwischen Befestigung und Umlenkung die Seils angeordneten U-Stützkörper gebildet und die Druckmeßdose angeordnet ist, auf die das Seil un- 15 Druckmeßdose zwischen dem Steg des U-Stützkörpers mittelbar wirkt, das in diesem Bereich zur Erzielung und einem Joch eingeklemmt ist, das mit zwei im einer auf die Meßdose wirkenden Druckkraft durch Abstand stehenden Endstücken entweder in dem die Meßdose ausgelenkt wird. Diese Ausgestaltung U-Stützkörper oder außen an dem U-Stützkörper erfordert eine konstruktive Änderung des üblichen gegen den Meßdosenwiderstand axial geführt und Bohrzangenhebels und ist daher nur begrenzt anwend- 20 zwischen Meßdose und Zangenhebelende mit einem bar. Darüber hinaus werden die häufig im Zugseil zur Aufnahme der Endschlinge des Zugseils dienenden auftretenden Stöße unmittelbar auf die Druckmeß- Bolzen versehen ist. Hierbei ist das durch die Zangendose übertragen, wodurch Störungen in der Anzeige hebelöse um den Bolzen geführte Seil entsprechend auftreten können (USA.-Patentschrift 2 281 226). Es dem zwischen Zangenende und Seil auftretenden ist ferner ein Anzeigegerät bekannt (USA.-Patent- 25 Winkel geknickt und die Seilknickstrecke auf den schrift 2 527 456), das nach dem Hebelprinzip wirkt Endstücken des Jochs bzw. auf dem U-Stützkörper und an das Ende des Zangenhebels angelenkt ist, abgestützt.

wofür in das Zangenhebelende ein gesonderter Bolzen Dieser Drehmomentanzeiger kann als fertige Einheit einzusetzen ist und darüber hinaus am Zangenhebel mit Hilfe eines U-Stützkörpers an den üblichen ein Stützwulst anzuordnen ist. Dieses bekannte Gerät 30 Zangenhebeln befestigt werden, indem der U-Stützerfordert nicht nur Änderungen an den Zangen, körper in die üblicherweise vorhandene Zangenhebelsondern ist darüber hinaus durch zahlreiche Gelenke öse eingesetzt und dort mit dem ebenfalls üblicherweise außerordentlich kompliziert, wobei durch die gelenkige vorgesehenen Bolzen gesichert wird, der sonst für das Verbindung mit dem Zangenhebel bei Stößen am Anhängen des Zugseils dient. Es sind somit keine Zangenhebel oder am Zugseil durch schlagartiges 35 Änderungen an der Bohrzange selbst notwendig, und Schwingen des Geräts um die Anlenkung am Zangen- es ist eine einfache Montage und Demontage des hebel und Anschlagen am anderen Stützende erheb- Anzeigegeräts möglich. Die Lasteintragung in die liehe Stoßbelastungen auf die Meßdose einwirken Meßdose erfolgt im übrigen nicht mehr unmittelbar, können. Im übrigen ergibt sich durch die Ausbildung wobei durch die Einspannung der Meßdose zwischen des Anzeigegeräts als Hebel eine sehr ungünstige Be- 40 U-Stützkörper und einem Joch ein weitgehender lastung, da sowohl das Anzeigegerät zwischen seiner Schutz der Meßdose erreicht und darüber hinaus die Anlenkung und Stützung als auch das Zangenhebel- Vereinigung zu einer kompakten Einheit gewährleistet ende in diesem Bereich erheblich auf Biegung bean- ist. Schließlich werden bei dem erfindungsgemäßen sprucht werden. Schließlich führt dieses bekannte Anzeigegerät Meßfehler vermieden, da die Druck-Anzeigegerät zu einer Verlängerung der ganzen Zange, 45 meßdose ortsfest am Zangenhebel gestützt und nicht wodurch eine Veränderung der normalen Arbeitslage unmittelbar durch das Zugseil beansprucht wird und des Seils bewirkt und der Arbeitsraum in der Bohr- dadurch den gewählten Anschluß des Zugseils unabzangenumgebung vermindert wird. Es sind weitere hängig vom Winkel zwischen Zugseil und Zangen-Anzeigegeräte bekannt (»Erdöl und Kohle«, Mai 1955, hebel stets die im rechten Winkel auf den Zangenhebel S. 355; »The Oil and Gas Journal«, 21. Oktober 1957, 50 wirksame Kraftkomponente die Meßdose beansprucht, S. 127 bis 131), bei denen die Drehmomentanzeiger so daß diese unmittelbar in mkg geeicht werden kann eine Verlängerung des Zugseils bilden und über ein und jeglichen Meßfehler infolge Winkeländerung Kabelstück mit dem vorhandenen Bolzen in der Öse zwischen Zugseil und Zangenhebel ausschaltet,
des Zangenhebels verbunden sind. Abgesehen davon, Die Erfindung wird im folgenden an Hand schemadaß hierdurch der Drehmomentanzeiger unmittelbaren 55 tischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbei-Stößen bei plötzlichen Schwingungen des Windenseils spielen näher erläutert. Es zeigt
ausgesetzt ist, besteht die Gefahr, daß sich die An- F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungszeiger verdrehen, da das einem Zug ausgesetzte Zugseil gemäßen Drehmomentanzeiger, der die normal zum eine Neigung zum Verdrehen hat, wodurch beispiels- Zangenhebel wirkende Kraft mißt und auf dem Zanweise der Verbindungsschlauch zum Anzeigemano- tio genende gelagert und mit Öse und Bolzen zum biegmeter beschädigt werden kann oder wodurch die samen Anschluß an das Spillbockseil versehen ist,
Beobachtung des Meßgeräts erschwert wird. Im F i g. 2 das Arbeitsprinzipschema des Drehmomentübrigen haben diese bekannten Anzeigegeräte, die anzeigers nach F i g. 1,

zwischen Zugseil und Zangenhebelende zwischenge- F i g. 3 ein Diagramm des auf den Drehmomentschaltet sind, den Nachteil, daß Fehler bei der Messung 65 anzeiger nach F i g. 1 wirkenden Kraftsystems,
des Drehmoments auftreten, sofern sich der Winkel F i g. 4 einen Längsschnitt durch eine Variante des zwischen dem Seil und dem Zangenhebel ändert, denn erfindungsgemäßen Drehmomentanzeigers, der die diese Anzeigegeräte zeigen nur die effektive Zugkraft Seilzugkraft mißt,

F i g. 5 das Arbeitsprinzipschema des Drehmomentanzeigers nach F i g. 4 und

F i g. 6 ein Diagramm des auf den Drehmomentanzeiger nach F i g. 4 wirkenden Kraftsystems.

Der erfindungsgemäße Drehmomentanzeiger besteht im wesentlichen, wie aus F i g. 1 bis 3 ersichtlich ist, aus einer Membrandruckmeßdose 1, die mit einer Anzeige- und Registriervorrichtung 1 α ausgestattet ist. Die Meßdose 1 ist mit einer Stützfläche an einem U-StützkÖrper 3 befestigt, wobei der U-Stützkörper entweder in den Bügel 5 des Zangenendes eingespannt oder mittels Bolzen 6 im Bügel 5 senkrecht zum Zangenende verankert ist. Die andere Stützfläche der Meßdose 1 ist mit der Einstellschraube 8 an einem Joch 7 festgeklemmt, die zur »Null«-Einstellung dient. Das Joch ist mit einem Bolzen 9 versehen, der frei durch zwei Ovallöcher 10 des U-Stützkörpers 3 hindurchgeht. Das Joch 7 ist ferner mit zwei in den U-Stützkörper 3 eingebauten Endstücken 11 ausgerüstet, die mit zwei Durchgangsbüchsen 12 versehen sind. Die Durchgangsbüchsen gestatten das Herausnehmen des Bolzens 9, um die Endschlinge 13 des vom Spillbock 15 gezogenen Seils 14 aufzulegen. Beim Herausnehmen des Bolzens 9 bleibt das Joch 7 mit dem U-Stützkörper 3 über die Durchgangsbüchsen 12 verbunden; die Aufstellung der Meßdose 1 und die »Null«-Einstellung bleiben beim wiederholten Auflegen und Wegnehmen der Schlinge 13 daher unverändert. Die Ovalform der Löcher 10 ermöglicht die Verformung der Meßdose unter Last durch Verkürzung (im Falle einer falsch mit Flüssigkeit gefüllten hydraulischen Meßdose, wenn Lufteinschlüsse auftreten, oder bei Benutzung von Federkraftmeßdosen).

Die Endschlinge 13 des ziehenden Seils 14 wird am Bolzen 9 festgemacht, wodurch die ständige Führung des Seils 14 senkrecht zum Zangenende bis zur Achse des Bolzens 6 möglich wird, wo entsprechend der jeweiligen Lage der Zange 4 die Knickung des Seils unter einem Winkel χ erfolgt. Die Knickung unter einem Winkel λ des Seils 14 gegenüber dem Bolzen 6 erfolgt durch das Aufstützen des Seils auf die Endstücke 11 des Joches 7.

Wenn die Seilsteifheit, die Reibung usw. vernachlässigt werden, wird deutlich, daß die Seilkraft F₀ als solche an den Bolzen 9 übertragen wird.

Die Reaktion R zerlegt sich, gemäß F i g. 3, in zwei Komponenten: eine Tangentialkomponente Rt — in Richtung der Achse des Zangenhebelendes — und eine Komponente R_r normal zur Achse des Zangenhebelendes; dabei gelten folgende Beziehungen:

R = 2 · F₀ · sin —,

Rt = R · sin — = 2 · F₀ ■ sin² —,

R_r = R- cos — = 2 · F_n ■ sin — · cos —.

2 2 2

Die Komponente R_t wirkt auf die Endstücke 11 des Joches 7 und damit auf den mit dem Joch 7 verbundenen Bolzen 9. Gegenüber dem Bolzen 9 gilt die Gleichgewichtsbedingung:

Ft = F₀ — Rt = F₀ · cos κ.

Infolge der Wirkung der Kraft R_t auf das Joch 7 wird auf die Meßdose 1 die Differenz zwischen den Kräften F₀ und Rt ausgeübt, d. h. die Kraft Ft = F₀ — Rt, welche beim Auftreten des Winkels χ zwischen dem Seil und dem Zangenende die normal zum Zangenhebelende gerichtete Komponente der Kraft F₀ des ziehenden Seils 14 ist; hierdurch wird unabhängig vom Winkel « das jeweilige Drehmoment gemessen:

— I' F_t = I · F₀ · COS <X .

Ist die Länge / des Zangenhebelendes bekannt, so kann die Anzeige- und Registrierapparatur direkt in Drehmomenteinheiten (kg · m) geeicht werden, was

is die Bohrzange funktionsmäßig in einen dynamometrischen Schlüssel verwandelt.

Wie aus F i g. 4 bis 6 ersichtlich ist, sind bei einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Gerätes die Endstücke 11 des Joches 7 außen auf dem U-Stützkörper 3 gelagert. Die Knickung des Seils unter einem Winkel λ gegenüber dem Bolzen 6 erfolgt durch das Aufstützen des Seils auf dem U-Stützkörper 3. Werden Seilsteifheit, Reibung usw. vernachlässigt, so ergibt sich auch in diesem Fall, daß die Kraft F₀ als solche an den Bolzen 9 übertragen wird.

Wie aus F i g. 6 ersichtlich ist, zerlegt sich die gegenüber dem Knickpunkt auftretende Reaktion R in dieselben Komponenten Rt und R_r wie bei der ersten Ausführung; dabei sind dieselben Beziehungen gültig.

Die Komponente R_r wird ebenfalls an das Zangenende in axialer Richtung übertragen, ohne dabei auf den Drehmomentanzeiger zu wirken.

Die Komponente Rt wird auf den U-Stützkörper 3 und damit über den Bolzen 6 auf das Zangenende übertragen. Gegenüber dem Bolzen 6 gilt die Gleichgewichtsbedingung :

F₁ = F₀ - Rt = F₀ (1 — 2 sin² — j = F₀ · cos χ ,
weil:

cos χ = 1 — 2 sin² —.

Gleichzeitig aber ist Ft, die normal zum Zangenhebel 4 stehende Komponente Ft der Seilkraft F₀ gleich F₀ · cos «, wenn der Winkel « zwischen dem Seil und dem Zangenhebel auftritt. Da die Kraft R_t unmittelbar auf den Zangenhebel 4 ausgeübt wird, wirkt auf die Meßdose 1 immer die Seilkraft F₀, und zwar unabhängig vom Winkel«, so daß hierbei das theoretische Drehmoment

Md=I-F₀

gemessen wird.

Der Meßfehler gegenüber dem tatsächlichen Drehmoment hängt daher vom cos χ ab.

Das erfindungsgemäße Gerät weist folgende Vorteile auf:
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Ausschalten des Meßfehlers, der durch die Winkelabweichung des Zangenhebels von seiner theoretischen Lage beim An- oder Abschrauben von Bohrgestängen und Futterrohren gegenüber der Seilrichtung verursacht wird;

Erhöhung der Meßgenauigkeit und Betriebssicherheit durch die Verwendung der hydraulischen Membrandruckmeßdose;

das Manometer kann unmittelbar an die Meßdose angeschlossen werden, und zwar ohne Verbindungsschlauch, der beim Handhaben der Zange zerquetscht werden könnte;

die Meßdose ist gegen Stöße geschützt, indem die Kraftübertragung über das Joch erfolgt und das Joch ortsfest auf dem Zangenhebel gelagert ist;
es ist möglich, Spezialbohrzangen mit eingebautem Drehmomentanzeiger zu erzielen, oder es kann das Gerät unmittelbar an der Zange angebracht werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Drehmomentanzeigegerät für Futterrohrzangen mit einer an der Zange ortsfest angeordneten Druckmeßdose, die sich mit der einen, zum Zangenhebel senkrechten Stützfläche an einem Stützkörper des Zangenhebels und mit der anderen Stützfläche an einem Stützelement abstützt, das der Einwirkung eines Zugseils ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper von einem in der Zangenhebelöse (5) gestützten und entgegengesetzt zur Arbeitsrichtung des ziehenden Seils (14) angeordneten U-Stützkörper (3) gebildet und die Druckmeßdose (2) zwischen dem Steg des U-Stützkörpers (3) und einem Joch (7) eingeklemmt ist, das mit zwei im Abstand stehenden Endstücken (11) in dem U-Stützkörper gegen den Meßdosenwiderstand axial geführt und zwischen Meßdose (1) und Zangenhebelende mit einem zur Aufnahme der Endschlinge (13) des Zugseils dienenden Bolzen (9) versehen ist.

2. Drehmomentanzeigegerät für Futterrohrzangen mit einer an der Zange ortsfest angeordneten Druckmeßdose, die sich mit der einen, zum Zangenhebel senkrechten Stützfläche an einem Stützkörper des Zangenhebels und mit der anderen Stützfläche an einem Stützelement abstützt, das der Einwirkung eines Zugseils ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper von einem in der Zangenhebelöse (5) gestützten und entgegengesetzt der Arbeitsrichtung des ziehenden Seils (14) angeordneten U-Stützkörper (3) gebildet und die Druckmeßdose (1) zwischen dem Steg des U-Stützkörpers (3) und einem Joch (7) eingeklemmt ist, das mit zwei im Abstand stehenden Endstücken (11) außen an den U-Stützkörper axial gegen den Meßdosenwiderstand geführt und zwischen Meßdose (1) und Zangenhebelende mit einem zur Aufnahme der Endschlinge (13) des Zugseils dienenden Bolzen (9) versehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen