-
Einrichtung zur Betätigung von Gestänge zangen für schweres Bohrgestänge
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Betätigung von Gestängezangen zum Zusammen-
und Auseinanderschrauben von schwerem Bohrgestänge wie es z.B. bei Schachtbohranlagen
zum Einsatz kommt.
-
Für das Zusammenschrauben wie für das Auseinanderschrauben werden
in bekannter Weise Gestängezangen im Wechsel zum Schrauben und Gegenhalten eingesetzt.
Sie sind an Seilen im Bohrturm aufgehängt und werden von Hand angesetzt und festgezogen.
Das Schraubmoment wird durch Spills erzeugt und über Seile oder Ketten auf den Gestängezangenhebel
übertragen.
-
Gestängezangen für derartig große Schraubmomente sind wegen ihrer
großen Masse nur unter größtem körperlichen KraftauS-wand zu bewegen und können
auch von Hand nicht so fest am Gestänge angesetzt und festgezogen werden, daß der
nötige Reibungsschluß bei ihrer Betätigung sofort erfolgt.
-
Daraus ergibt sich der Nachteil, daß das Bohrgestänge auf Grund des
noch nicht erfolgten Reibungsschlusses durch die Greifmesser zerspant und der für
die-Schraubarbeit nutzbare Schwenkbereich äe Hub verringert wird. (ir diese Art
der Betätigung der Gestänge zangen bei Verwendung schweren Bohrgestänges wären zur
Erzielung von Schraubmomenten, die beim Kontern wie beim Brechen über 10 Mpm liegen,
sehr große Spillausrüstungen erforderlich, die schwerste körperliche Arbeit nicht
vermeiden.
-
Erfahrungsgemäß kann bei derartigen Spillanlagen die Unfallgefahr
auch durch erhöhten technischen Aufwand nur eingeschränkt werden.
-
Es wurden auch schon pneumatlsche oder hydraulische Schraubvorrichtungen
vorgeschlagen, die jedoch den Anforderungen,
bezogen auf den sofortigen
Reibungsschluß für derartig große Verschraubmomente, nicht genügen und so den gleichen
Mangel wie schon obenstehend dargelegt, nämlich Zerspanung des Gestänges und Verringerung
des Schwenkbereiches aufweisen.
-
Diese Einrichtungen würden auch auf Grund der für diese Kräfte benötigten
Dimensionen die Freiheit um das Bohrloch bzw. den Drehtisch stark einengen.
-
Es ist der Zweck der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und bei
Verwendung schweren Bohrgestänges die Verschraubarbeit durch Mechanisierung der
Arbeitsgänge zu erleichtern und dabei die Sicherheit und Beistungsfähigkeit zu erhöhen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Verwendung der bekannten
Gestängezangen, eine Einrichtung zu schaffen, mit der schwere Bohrgestängestücke
mit einem genau festgelegten Schraubmoment zusammen- und auseinandergeschraubt werder
können und die es ermöglicht, bei Vermeidung von Bohrgestängezerspanung durch einen
sofort wirksamen Reibungsschluß am Ansatzpunkt, den Gestängezangenschwenkbereich
voll auszunutzen, wobei die Mechanisierung die Arbeitsbedingungen sicherheitstechnisch
verbessert, die Zeit für Bohrnebenarbeiten verringert und schwere körperliche Arbeit
entfallen läßt.
-
Erfindungsgemäß sind zur Lösung der Aufgabe an zwei starren im Fundament
verankerten Führungssäulen in Gleitringen zwei durch eine entsprechende Seilaufhängung
in horizontaler-Lage gehaltene Zangenhubzylinder angeordnet, deren sollen stangen
an den Hebeln von zwei bekannten Gestängezangen angreifen. Die Gestängezangen sind
über die Zangenhubzylinder in entsprechender Weise an Gelenkteilen gelagert, daß
ihr Eigengewicht abgefangen wird ohne die notwendige Freiheit für die Zangenbewegung
zu beeinträchtigen. ;m Gestängezangenmaul ist ein Hydraulikzylinder angebracht,
der die Greifmesser der Gestängezangen vor dem Einleiten den Schraubkraft auf den
Gestängezangenhebel fest an die Gestängeverbinder
anlegt, einen
sicheren Reibungsschluß gewährleistet und nach Abschluß eines Zangenhubes die Greifmesser
wieder vom Verbinder lost.
-
Die obere Gestängezange fülirt den jeweiligen Schraubvorgang, d.h.
das Zusammen- oder Auseinanderschrauben aus, während die untere Gestängezange zum
Gegenhalten vorgesehen ist.
-
Sie werden beim jeweils umgekehrten Schraubsinn untereinander ausgetauscht,
was durch einen weiteren an den Gleitringen angreifenden Hydraulikzylinder erfolgt.
-
Die Hydraulik gestattet eine exakte Begrenzung der jeweils erforderlichen
Schraubkräfte.
-
Die elektrohydraulische Steuerung ist so ausgeführt, daß wahlweise
der ßciiraubvorgang nach einem Programm abläuft, aber auch jederzeit unterbrochen
werden kann und zuläßt, alle Bewegungsablätife einzeln zu steuern.
-
Das Bohrgestänge und die Führungssäulen, an denen die Zangenhubzylinder
angebracht sind, erfahren beim Schraubhub eine erhebliche Beanspruchung durch die
Reaktionskräfte.
-
Diese Kräfte, die zu einer beträchtlichen Biegebeanspruchung des Bohrgestänges
und der Säulen fuhren würden, werden durch eine Verspannung der i?ülirungssäulen
mit dem Bohrgestänge zum größten Teil aufgenommen. Diese Verspannung besteht aus
einem Seil, das an einer Ruhrungssäule mittels einer lösbaren Seilhalterung angeschlagen
ist, um das Bohrgestänge zur zweiten Führungssäule geführt wird und mit einem an
der Fälirungssäule angeordneten Hydraulikzylinder verbunden ist, so daß Bohrgestänge
und Führungssäulen dreieckförmig verspannt werden können. Die Spannkraft des Seiles
wird durch einen Kraftausgleichzylinder erzeugt, der dazu mit den Zangenhubzylindern
gekoppelt ist, wobei die Zugbelastung des Seiles beim Schrauben der aufgegebenen
Belastung durch den aktiven Zangenhubzylinder voll entspricht. Somit wird eine Reaktionskraft
auf das Bohrgestänge in unmittelbarer Nähe der Zangenangriffspunkte eingeleitet,
die das Bohrgestänge wie die Säulen von hohen Biegebeanspruchungen befreit.
-
Da der Kraftausgleichzylinder ansfahrseitig stets mit dem Abflußdruck
des Hydrauliksystemns beaufschlagt wird, entspannt sich das Seil beim Abschalten
des aktiven Zangenhub-Zylinders selbsttätig und kann leicht ausgehangen werden.
-
Zur Verbesserung der Sicherheit ist das Seil mit entsprechend dünneren
Fangseilschlaufen besetzt, die sich in ihren Befestigungen überschneiden, so daß
ein Reißen des Seiles an beliebiger Stelle keine Unfallquelie darstellt.
-
Obwohl dies durch die exakte Festlegung der Schraubkräfte nicht zu
erwarten ist, werden Bohrgestänge und Führungssäulen zusätzlich durch den Kraftausgleichzylinder
vor Überlastung geschützt, da dieser, mit dem jeweils aktiven Zangenhubzylinder
gekoppelt wie ein Speicher wirkt und den Öldruck sofort abfallen läßt. Erreicht
der Kolben des ICraftausgleicL zylinders nach einem Seilriß die Endstellung, wird
das II;ydrauliksystem durch ein zweckmäßigerweise vorgesehenes Sicherheitselement
stillgesetzt.
-
Gegenüber dem Stand der Technik führt die erfindungsgemäße Lösung
zur Befreiung von körperlich schwerer Arbeit bei gleichzeitiger Verbesserung und
Beschleunigung des Arbeitsablaufes der Verschraubarbeiten, verkürzt die Dauer von
Bohrnebenarbeiten, vermindert die Gefalir von Havarien, erhöht die Sicherheit der
Bedienungsmannschaft und gestattet ohne besondere Meßeinrichtung die Kontrolle der
entsprechend benötigten Schraubmomente beim Kontern der Gestängeverbindung.
-
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Fig. 1 die Seitenansicht der
Verschraubeinrichtung Fig. 2 die Draufsicht nach Fig. P Die einzelnen Bohrgestängestücke
1 werden an den Gewindeverbinderteilen 2; 3 verschraubt. Dazu wird das' Verbinderteil
durch einen Rohrelevator 4 abgefangen, der auf der Bohrlochabdeckung 5 aufliegt.
An den starren im Fundament
verankerten Führungssäulen 6; 7 sind
in horizontaler Lage die Zangenhubzylinder 8; 9 angeordnet, deren Kolbenstangen
10; 11 über Kreuzgelenke 12; 13 an den Hebeln der bekannten Gestängezangen 14; 15
angeschlagen sind. Die Gestängezangen selbst sind an den Gelenkteilen 16; 17 so
aufgehängt, daß damit sowohl das Eigengewicht der Zangen über die Gelenkteile 18;
19 von den Trägern 20; 21 abgefangen werden kann, als auch die erforderliche Freiheit
der Zangenbewegung ermöglicht wird. Die Träger 20; 21 sind mit speziellen Anschlagvorrichzungen
22; 23, die eine Verschiebung und somit Anpassung des Aufhängepunktes gestatten,
an Haltseilen 24; 25 befestigt.
-
Ein Zangenschließzylinder 26 dient zum Öffnen und Schließen des Zangenmaules.
Er hat im besonderen die Aufgabe, die Greifmesser der Gestänge zangen vor Einleitung
des Schraubvorganges fest an den Gestängeverbinder anzulegen. Nach Abschluß eines
Zangenhubes werden die Greifmesser wieder durch Öffnen des Zangenmaules von Verbinder
abgehoben.
-
Der jeweils erforderliche Schraubvorgang (An- oder Losschrauben) wird
vorbereitet, indem die unten befindliche Gestängezange 14 zum Zweck des Gegenhaltens
in die dafür vorgesehene Stell'ing manövriert wird. Das geschieht bei einer beispielsweise
elektrohydraulischen Steuerung des Hydrauliksystems von einem Schaltpult 37 aus.
Nach Erreichen der Stellung zum Gegenhalten, die der in Fig. 1 und 2 gezeigten Stellung
der Gestängezange 14 entspricht, bringt der am Zangenmaul befindliche Zangenschließzylinder
26 die Greifmesser zum Schließen.
-
Die Ausgangsstellung der in Fig. 1 und 2 aktiven Gestängezange 15,
die zum Losschrauben eines Gestängestückes dient, wird ebenso durch Manävrieren
mit dem Zangenhubzylinder 9 erreicht.
-
Um beim Brechen der Gewindeverbindung das durch einen einstellbaren
Grenzwert im fTydrauliksystem maximal mögliche Brechmoment erzeugen zu können, muß
die in Fig. 1 und 2 als tive Gestängezange 15 in eine Stellung gebracht werden,
bei der der Zangenhubzylinder 9 mit hinreichender Genauigkeit
senkrecht
zum Gestängezangenhebel steht. In dieser Stellung wird der Zangenschließzylinder
26, gesenlossen, so daß die Greifmesser der Gestänge zange 15 in der bereits beschriebenen
Weise fest anliegen. In diesem Zustand wird der Schraubvorgang durch Betätigung
des Zangenhubzylinders 9 ausgelöst.
-
Im Gegensatz zum Losschrauben (Lösen) der Gestängeverbindung wird
beim Zusammenschrauben der Gestängenverbinderteile 2; 3 den Gestängezangen 14; 15
dadurch eine andere Funktion zugeordne-t, indem die Gestängezangen in ihrer Höhenlage
vertauscht werden. Das geschieht niit HilSe des Zylinders 27. Die Halteseile 24;
25 verbinden über Seilrollen, die in der Turmkonstruktion liegen, die Seilanschlagvorrichtungen
22 und 23 (Seil 24) und 28 und 29 (Seil 25) so miteinander, daß keine Relativbewegungen
zwischen den Halteseilen 24 rund 25 auftreten. Der Zylinder 27 hat durch das bestehende
Gleichgewicht lediglich die Summe aller Reibungswiderstände beim Vertauschen der
Höhenlage beider Gestängezangen 14; 15 einschließlich der Vorrichtungen zu überwinden.
-
Die beim Lossclwauben der Gestängeverbindung als Halte zange Sungierende
Gestängezange 14 wirkt nun als Anschraubzange.
-
Die zuerst als Losschraubzange wirkende aktive Gestängezange 15 dient
nun zum Gegenhalten am Gestängeverbinderteil 3.
-
Im Hinblick auf die Kinematik des Schraubvorganges für An- bzw. Losschrauben
ergeben sic zwischen den Anschlagpunkten der Gestängezylinder 8; 9 an den Hebeln
der Gestängezangen 14; 15 und den Befestigungspunkten 30; 31 der Gestängezangenaufhängung
an den Gelenkteilen 16; 17 Unterschiede in den Bewegungsbahnen während der Zangenbewegung.
-
Die Bahn der Kreuzgelenke 12; 13, die Gestängezange und Gestängezangenhubzylinder
8; 9 verbinden, ist eine Kreisbahn.
-
Durch sie wird die Stellung der Zangenhubzylinder 8; 9 bestimmt. Die
Stellung der Gelenkteile 16; 17; 18; 19 wird hingegen durch die kleinere ifreisbahn
der Befestigungspunkte 30; 31 um die Bohrlochachse gegeben. Die Wegdifferenzen werden
durch die Gelenkteile 16; 18 bzw. 17; 19 ausgeglichen.
-
Die Gelenkteile 18; 19 sind in den Trägern 20; 21 gelagerte
welche
mit den Zangenhubzylindern 8; 9 formschlüssig verbunden sind.
-
Da sich entsprechend der vorliegenden Steigung im Gewinde der Gestängeverbinder
2; 3 während eines Schraubvorganges die Höhenlage der aktiven Ge-stängezangen 8;
9 verändert -sie durchlaufen dabei einen Teil einer schraubenförmigen Bahn, die
der Schraubenlinie des Gewindes entspricht -sind die Befestigungspunkte 30; 31 als
in senkrechter Wirkungsrichtung nachgebende Halterung ausgeführt.
-
Beim Verschrauben der Gestängestücke 1 wirken - insbesondere bei Beginn
des Auseinanderschraubens und am Ende des Zusammenschraubens - große Kräfte auf
Bohrgestänge 1 und Führungssäulen e; 7. Die innerhalb der Einrichtung wirksamen
Aktions- und Reaktionskräfte, die von aktiven Zangenhubzylinder 8 oder 9 hervorgerufen
werden, führen zu Biegemomenten auf Gestänge 1. und Führungssäulen 6; 7.
-
Das Seil 32 hat in Verbindung mit dem Kraftausgleichzylinder 33 die
Aufgabe, diese hohen kräfte von Bohrgestänge 1 und Führungssäulen 6; 7 in erheblichem
Maße fernzuhalten.
-
Das Seil 32 wird von der festen Halterung 34, die an der Kolbenstange
des Zylinders 33 sitzt, um das Verbinderteil 3 oberhalb der Gestängezange 14; 15
herumgeführt und mit Hilfe der lösbaren Seilhalterung 35 an den Gleitring 36 der
Füiirungssäule 6 angeschlagen.
-
Um dem Seil 32 eine optimale Funktion zuordnen zu können, soll seine
Vorspannung der Belastung von Bohrgestänge und Führungssäulen in selbsttätiger Weise
angepaßt werden.
-
Der Kraftausgleichzylinder 33 ist mit dem entsprechenden Druckraum
eines der beiden Zangenhubzylinder 8; 9 so verbunden, daß zwischen beiden Zylindern
ein vollständiger Druckausgleich beim Schraubhub erfolgen kann, Damit ist der Druckverlauf
im Kraftausgleichzylinder 33 synchron zum Druckverlauf im jeweiligen aktiven Zangenhubzylinder
8 oder 9. Das Seil 32 wird somit genau in dem Maße während der Schraubarbeit gespannt,
wie es die Aktionskräfte erfordern.
-
Die Seilausgleichskraft wird in unmittelbarer Nähe der Zangenhubzylinder
8; 9 in die Führungssäulen 6; 7 eingeleitet,
so daß sich nur eine
relativ geringe Belastung von Gestänge 1 und Führungssäulen 6; 7 ergibt.
-
Um das Seil 32 aus seiner lösbaren Seilhalterung 35 heben zu können,
muß es entlastet werden können. Das geschieht selbsttätig dadurch, daß die größere
Kolbenfläche des Kraftausgleichzylinders 35 ständig mit einer der hydraulischen
Abflußleitungen zum Hydrauliksystem verbunden ist. In den Abflußleitungen herrscht
immer ein Druck. Wenn der mit 33 verbundene Zylinder 8 oder 9 ebenso in liulls-tellung
des Wegeventils, das ihn betätigt, mit der Abfiußleitung verbunden wird, ist der
Krafi-ausgleichzylinder 33, der in einen Nebenzweig zum Zangenhubzylinder 8 oder
9 liegt, mit dem Abflußdruck hydraulisch eingespannt Auf Grund der größeren Kolbenfläche
entsteht jedoch eine Schleichbewegung der Kolbenstange des Kraftausgleichzylinders
33, die das Seil 32 entspannt.
-
Beim Ein- bzw. Ausbau von Bohrwerkzeugen wird die Einrichtung durch
Drehung um die Führungssäulen 6; 7 aus dem Bereich des Großbohrloches geschwenkt.
-
Um beim-Reißen des Seiles 32 zu verhindern, daß die im Seil gespeicherte
Federenergie zu einer großen Unfallgefahr für die am Bohrlochkopf Tätigen wird,
sind einige dünnere Fangseile in losen Schlaufen so überkreuzend am Seil 32 angelegt,
daß sich die Trennstellen des Seiles 32 bei einem Bruch nur kurz voneinander entfernen
können. Durch die Anordnung der einzelnen dünnen Fangseile it gewährleistet, daß
das Seil 32 an jeder beliebigen Stelle bei-einem freilbruch unter Last gefangen
wird.