DE2618877C3

DE2618877C3 - Vorrichtung zum Kontern und Brechen der Gewindeverbindungen zwischen Rohrkörpern

Info

Publication number: DE2618877C3
Application number: DE19762618877
Authority: DE
Inventors: Alfred 3100 Celle Ostertag
Original assignee: Christensen Inc
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 1976-04-29
Filing date: 1976-04-29
Publication date: 1981-04-30
Also published as: FR2349724B1; GB1522778A; DE2618877B2; CA1051861A; FR2349724A1; DE2618877A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kontern und Brechen der Gewindeverbindungen zwischen Rohrl.örpern von Rohr· und Bohrsträngen sowie Bohrwerkzeugen für Tiefbohrungen der im Oberbegriff des Anspruchs I beschriebenen Art.

Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung (US-PS 80 412), die zum Kontern und Brechen der Gewindeverbindungen auf Bohrtürn en et«·, zur Erstellung von Tiefbohrungen Anwendung findet, sind die beiden druckmittelbetäügten und eine mit der vertikalen Rohrstrangachse zusammenfallende Vorrichtungshauptachse definierenden Spannfutter auf den einander gegenüberliegenden Seiten einer Montageplatte befestiet. die mitsanrit den beiden Spannfuttern am Mast des Bohrturms auf- und abbewegbar ist. Die beiden Spannfutter sind hierbei in einem unveränderlichen gegenseitigen axialen Absland festgelegt. Die Spannzylinder der Spanneinheiten der Spannfutter sind bei dieser bekannten Ausgestaltung in den jeweiligen Ringkörper mit innerhalb des Umfangs liegenden Druckmittelräumen beidseits der Spannkolben einbezogen, wodurch deren Hublänge entsprechend begrenzt ist. Der Drehmomenterzeuger umfaßt bei der bekannten Vorrichtung nur einen einzigen druckmittelbetätigten Drehantriebszylinder zum Drehen des drehbaren Spannfutters gegenüber dem verdrehfesten Spannfutter während deren Spanneingriffs mit den Rohrkörpern. Durch eine solche einseitige Krafteinleitung besteht die Gefahr von Verwindungen insbesondere dünnwandiger Rohrkörper durch das Brechen und Kontern de"" Gewindeverbindungen. Schließlich ist bei der bekannten Anordnung die Kolbenfläche des Drehantriebszylinders des Drehmomenterzeugers größer als de Kolbenfläche der Spannzylinder der Spanneinheiten der beiden Spannfutter ausgebildet, womit die Gefahr von Verformungen insbesondere bei dünnwandigen Rohrkörpern im Hinblick auf die hohen zum Kontern und Brechen der Gewindeverbindungen erforderlichen Drücke einhergeht.

Es ist ferner eine Vorrichtung zum Herstellen und Lösen von Gewindeverbindungen bekannt (US-PS 28 78 026), bei der das drehbare Spannfutter in einem ortsfest an einem Ende eines Von ichtungsgestells abgestützten Lagerbock gelagert, das verdrehfeste Spannfutter an einem auf den ortsfesten Lagerbock zu und von diesem hinweg parallelverschieblichen, längs des Vorrichtungsgestells geführten Stützbock angeordnet und das Vorrichtungsgestell von einem langge-

j5 streckten, parallel zur Vorrichtungshauptachse ausgerichteten und dem Stützbock seine Bewegungsbahn vorgebenden verwindungssteifen Widerlagerbaiken gebildet ist, jedoch ist diese bekannte Vorrichtung nicht für das Lösen und Anziehen von Gewindeverbindungen an ganzen Bohrrohrlängen ausgebildet, sondern nur speziell für das Lösen und Anbringen von Gewindestükken von bzw. an rohr- oder schlauchförmigen Körpern, insbesondere Hochdruckschläuchen, bestimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art zu schaffen, mit der nicht nur die Gewindeverbindungen an ganzen Bohrrohrlängen gekontert und gebrochen, sondern auch vollkommen losgeschraubt und sodann die Rohrkörper zur Durchführung von Wartungsarbeiten im Gewindebereich im eingespannt gehaltenen Zustand auseinandergefahren werden können und bei der außerdem ein großer Durchmesserbereich von Rohrkörpern gehandhabt werden kann, ein Verwinden insbesondere dünnwandiger Rohrkörper vermieden und ferner gewährleistet ist, daß solche dünnwandigen Rohrkörper bei hohen zum Kontern und Brechen der Gewindeverbindungen aufbringbaren Drücken nicht verformt bzw. singebeult werden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale a bis d des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Bei dieser Ausgestaltung ermöglicht es das Merkmal a nicht nur, daß der das verdrehfeste Spannfutter enthaltende verschiebliche Stützbock in bezufe auf den am Ende des Vorrichtungsgestells ortsfest abgestützten und das drehbare Spannfutter enthaltenden Lagerbock jeweils in eine Stellung gebracht werden kann, die für ein Brechen oder

Kontern der Gewindeverbindungen von Rohrkörpern od. dgl. optimal gewählt werden kann, sondern erlaubt darüber hinaus ein völliges Losschrauben nach Lösen des Spanneingriffs des drehbaren Spannfutters mit dem von ihm aufgenommenen Rohrkörper und eine vom ^r> ortsfesten Lagerbock hinweg gerichtete Verschiebung des Stützbockes mitsamt dem von ihm aufgenommenen und gehallenden Rohrkörper. Auf diese Weise kann zwischen den cndseiligcn Gewindebereichen der beiden Rohrkörper ein Abstand geschaffen werden, der eine unmittelbare Wartung der beiden Rohrkörper, z. B. der freigelegten Gewindebereiche oder der von diesen umschlossenen Teile, unter Verbleib in der Vorrichtung ermöglicht. Zum Verschrauben von Rohrkörpern und Konlern deren Gewindeverbindung kann der Stützbock entsprechend in Richtung auf den ortsfesten Lagerbock zu verschoben werden, um einen anfänglichen Gewindeeingriff zwischen den beiden Rohrkörpern herbeizuführen und ein Verschrauben z. B. von Hand durch Drehen an den außer Spanneingriff mil dem drehbaren Spannfutter gehaltenen Rohrkörper zu ermöglichen, wonach dann nach Herstellen des Spanneingriffs des drehbaren Spannfutters mit dem dieses durchsetzenden Rohrkörper das Konlern durch Betätigung des Drehmomenterzeugers erfolgen kann. Der das Vorrichtungs- 2^r> gestell bildende verwindungssleife Widerlagerbalken, der dem Stützbock seine Bewegungsbahn, z. B. in einer Länge von etwa 3 m. vorgibt, gewährleistet bei Betätigung des Drehmomenterzeugers sowohl zum Brechen als auch zum Kontern einer Gewindeverbin- 3» dung im Verein mit dem Stüt/bock und dem Lagerbock, daß die Rohrkörper frei von Quer- und Verwindungskräften bleiben, wobei ferner nach außen wirkende resultierende Kräfte vermieden sind. Das Merkmal b ermöglicht es hierbei, die Spannfutter ohne weiteres als S5 den gesamten Durchmesserbereich von bei der F.mchtung von Tiefbohrungen zum Einsatz kommenden Rohrkörpern und Gestängeteilen erfassend auszulegen, da die Ausgestaltung der Spannzylinder als gesonderte Baueinheiten mit einem sich nach außen erstreckenden. die Druckmittelräume beidseits des Spannkolbens umschließenden Außenbereich einen entsprechend langen Hub der Spannkolben ermöglicht. Das Merkmal c gestattet in diesem Zusammenhang ein verwindungsfreies Arbeiten an insbesondere dünnwandigen Rohrkörpern aufgrund einer gleichmäßig verteilten Krafteinleitung zum Drehen des drehbaren Spannfutters durch die beiden diametral zur Vorrichtungshauptachse angeordneten Drehantriebszylinder des Drehmomenterzeugers. Das Merkmal d schließlich gewährlei- "><> stet, daß insbesondere dünnwandige Rohrkörper bei den hohen zum Konlern und Brechen der Gewindeverbindungen erforderlichen Drücken nichi verformt bzw. eingebeult werden, weil durch die definierte größere Bemessung der Kolbenfläche der Spannzylinder der v> Spanneinheiten gegenüber der der Drehantriebszylinder des Drehmomenterzeugers sichergestellt ist, daß die Spannkraft einer Spannbacke in einem Verhältnis zum jeweiligen Drehmoment steht, welches von den Rohrwandungen der eingespannten Rohrkörper ohne "'> Verformungen aufgenommen werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Widerlagerbalken als Hohlprofilkörper rechteckigen Querschnitts ausgebildet und mittels endseitiger Stützen im Abstand über und vor einer Tragfläche angeordnet ·■ · sein. Eine Anordnung des Widerlagerbalkens mittels endseitiger Stützen im Abstand über einer Tragfläche ist durch die oben erwähnte US-PS 28 78 026 an sich bekannt.

Die Drehantriebszylinder können in an sich aus der US-PS 36 80412 bekannter Weise derart angeordnet sein, daß sie bei Druckmittelbeaufschlagung für ein Ausfahren ihrer Kolbenstangen dem im Spannfutter des Lagerbockes eingespannten Rohrkörper eine Drehbewegung im Sinne eines Brechens der Gewindeverbindung erteilen. Wie ferner an sich aus der US-PS 36 80 412 bekannt ist, können die Zylinderräume für den Spannhub der Spannzylinder der Spanneinheiten eines jeden Spannfutters über eine Ringleitung hintereinander geschaltet sein, wobei die Zulaufleitung von der Druckmiitelquelle in die Ringleitung zwischen den dem Widerlagerbalken abgewandten Spanneinheilen einmündet.

Zahlreiche weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen; in der nachstehenden Beschreibung ist in Verbindung mit der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung veranschaulicht. In der Zeichnung zeigt

Kig. 1 eine perspektivische Prinzipdarslellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

F i g. 3 eine Slirnansicht der Vorrichtung nach F i g. 2 in Richtung des Pfeils III,

F i g. 4 eine perspektivische Darstellung des Stützbokkes,

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Spanneinheit der Spannfutter,

F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie Vl-Vl in F i g. 5,

F i g. 7 eine vergrößerte, teilweise geschnittene Darstellung einer der 1 ührungs- und Tragrollen des Stützbockes und

Fig. 8 einen Hydraulik-Schaltplan /um Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung.

Wie sich zunächst aus der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 ergibt, umfaßt die Vorrichtung zum Kontern und Brechen der Gewindeverbindung zwischen zwei Rohrkörpern 1 und 2 einen verwindungssteifen Widerlagerbalken 3. der als Hohlprofilkörper rechteckigen Querschnitt ausgebildet und mittels endseitiger Stützen 4 im Abstand über einer Tragfläche angeordnet ist. die bei der dargestellten bevorzugten horizontalen Aufstellung der Vorrichtung auf dem Boden von der Bodenfläche gebildet ist. Statt dessen ist grundsätzlich auch eine vertikale Anordnung der Vorrichtung möglich, wobei an die Stelle der Stützen 4 Konsolen oder dgl. Befestigungsglieder zur Befestigung der Vorrichtung an einer senkrechten Wandfläche treten, die sodann ihrerseits eine Tragfläche bildet, vor der der Widerlagerbalken 3 mit Abstand angeordnet ist. ■In beiden Fällen kann eine Schwenkbarkeit der Vorrichtung um eine Längsachse vorgesehen sein, um die Vorrichtung in einen Arbeitsbereich einführen oder aus diesem herausbewegen zu können.

Bei 5 ist schematisch ein im Bereich einer Durchgangsöffnung 6 für den Rohrkörper 1 ein verdrehfestes Spannfutter enthaltender Stützbock dargestellt, der in seinem unteren Bereich eine den Widerlagerbalken 3 aufnehmende und an dessen Außenumfang mit engem Bewegungsspiel angepaßte rechteckige Durchgangsöffnung 7 aufweist. Der Stützbock 5 ist entlang dem z. B. eine Länge von etwa 3 m aufweisenden Widerlagerbalken 3 auf ein dem Stützbock 5 gegenüberliegend in einem Endbereich des Widerlagerbalkens 3 in bezug auf eine Translationsbewegung ortsfestes, jedoch drehbares, lediglich durch

einen Ringkörper 8 versinnbildlichtes Spannfutter 9 zu und von diesem hinweg verschieblieh.

Für ein Drehen des drehbaren Spannfutters 9 gegenüber dem verdrehfesten Spannfutter des Stützbocks 5, die gemeinsam eine Vorrichtungshauptachse 10 definieren, mit der die Achsen der Rohrkörper 1 und 2 im in die Vorrichtung eingespannten Zustand zusammenfallen, ist ein Drehmomenterzeuger Ii vorgesehen. Der Drehmomenterzeuger 11 ist von einem Paar diametral zur Vorrichtungshauptachse 10 angeordneter, jeweils mittels eines Druckmittels gleichsinnig betätigbarer doppeltwirkender Drehantriebszylinder 12 gebildet, die gemäß der Darstellung in Fig. 1 am Widerlagerbalken 3 gelenkig abgestützt sind, während ihre Kolbenstangen 13 gelenkig am Ringkörper 8 des Spannfutters 9 abgestützt sind.

in Tig. i sind die Drchamricbszyündcr !2 des Drehmomenterzeugers 11 in einer Stellung für ein Brechen der gestrichelt bei 14 angedeuteten, z. B. konischen Gewindeverbindung zwischen den Rohrkörpern 1 und 2 dargestellt, in der durch das Druckmittel wegen des erhöhten Kraftbedarfs beim Brechen die volle Kolbenfläche der Drehantriebszylinder 12 beaufschlagt wird, während zum Kontern der Gewindeverbindung 14 nach Umsteuern der Drehantriebszylinder 12 die um den Kolbenstangendurchmesser verringerte Kolbenfläche bei gleichen Druckwerten des Druckmittels ausreicht. Die Betätigung des Drehmomenterzeugers 11 zum Kontern oder Brechen einer Gewindeverbindung erfolgt bei in .Spanneingriff mit den Rohrkörpern 1, 2 befindlichen Spannfuttern, wobei sich der Stützbock 5 zu seiner festen Abstützung am Widerlagerbalken mit den Rändern seiner Durchgangsöffnung 7 an den Widerlagerbalken 3 anlegt und durch die gleichsinnige Drehung des Ringkörpers 8 des Spannfuiters 9 das Auftreten von Querkräften oder sonstigen nach außen wirkenden resultierenden Kräften, die zu einer Verwindung der Rohrkörper 1, 2 führen könnten, vermieden sind, wie es insgesamt durch die in F ι g. 1 eingetragenen Kraftpfeile veranschaulicht ist. Hierdurch ist auch eine Verankerung des Widerlagerbalkens 3 im Boden entbehrlich.

In F ι g. 4 ist cmc Ausführungsform des Stützbockes 5 als geschweißte Stahlblech-Rahmenkonstruktion dargestellt. Hiernach umfaßt der Slützbock 5 eine die Durchgangsöffnung 6 für Rohrkörper enthaltende Slützwange 15. mit der ein Ringkörper 16 fest verbunden ist. der einen Bestandteil des als Ganzes mit 17 bezeichneten verdrehfesten Spannfutters des Stützbockes 5 bildet und eine Durchgangsöffnung 18 aufweist die mn der Durchgangsöffnung 6 fluchtet und wie diese koaxial zur Vorrichtungshauptachse 10 angeordnet ist. Die Ringkörper 16 ist an seiner Unterseite durch ein senkrechtes Knotenblech 19 abgestützt, das seinerseits an einem von vier parallel zur Vorrichtungshauptachse 10 verlaufenden U-profilförmigen Streben 20 abgestützt ist. die ein rechteckiges Rahmenteil 21 mit der Stützwange 15 verbinden. Der den Widerlagerbalken 3 aufnehmenden Durchgangsöffnung 7 in der Stützwange 15 entspricht eine ihrerseits den Widerlagerbalken 3 aufnehmende Durchgangsöffnung T im Rahmenteil 21.

Gegenüber dem Widerlagerbalken 3 ist der Stützbock 5 über Führungs- und Tragrollen abgestützt, von denen in F i g. 4 am Rahmenteil 21 eine obere Führungsund Tragrolle 22 mit horizontaler Drehachse und eine seitliche Führungs- und Tragrolle 23 mit vertikaler Achse dargestellt sind Bei 23a sind die Befestigungsstel-

len für eine weitere Führungs- und Tragrolle entsprechend der Rolle 23 dargestellt. Weitere Führungs- und Tragrollen 22, 23 sind an der Stützwange 15 an deren dem drehbaren Spannfutter 9 zugewandten Seite befestigt (Fig.2). Die Rollen 22 stehen mit der Oberfläche 24 und die Rollen 23 mit den Seitenflächen 25 des Widerlagerbalkens 3 für ein Verschieben des Stützbockes 5 in Rolleneingriff, während sie bei Überschreiten einer Belastungsgrenze, d. h. bei Betätigung des Drehmomenterzeugers 11 zum Kontern oder Brechen einer Gewindeverbindung, für ein unmittelbares Anlegen von Randbereichen der Durchgangsöffnung 7 im Stützbock 5 am Widerlagerbalken 3 ausschwenkbar sind, wie anhand der Fig. 7 noch im einzelnen erläutert wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Ringkörper 16 des verdrehtesten Spannfutters 17 von einer Ringscheibe 26 und dem dieser gegenüberliegenden ringförmigen Bereich der Stützwange 15 gebildet, wobei sich zwischen diesen Segmente 27 erstrecken, die zwischen sich radiale Durchgangsöffnungen 28 zur Aufnahme und Festlegung von druckm ttelbetätigten Spanneinheiten 29 (Fig. 2) des Spannfutters 17 aufweisen. Hierbei sind eine Mehrzahl, vorzugsweise sechs Spanneinheiten 29 vorgesehen, die gleichmäßig um die Vorrichtungshauptachse 10 herum verteilt sind.

Aus den Fig. 2 und 3 ist ein das gegenüber dem verdrehfesten Spannfutter 17 drehbare Spannfutter 9 lagernder Lagerbock 30 ersichtlich, der zwei im Abstand zueinander angeordnete, parallele Stützwangen 31 und 32 aufweist, die zwischen sich das drehbare Spannfutter 9 lagern und je eine mit diesem fluchtende, zur Vorrichtungshauptachse 10 koaxiale Durchgangsöffnung 33 für in den Fig. 2 und 3 strichpunktiert angedeuiete Rohrkörper besitzen. Die beiden Stützwangen 31, 32 sind am Ende des Widerlagerbalkens 3 befestigt, so daß der Stützbock 30 ortsfest angeordnet ist. Während der Ringkörper 16 des verdrehfesten Spannfutters 17 an der Stützwange 15 des Stülzbockes 5 festgelegt ist. umfaßt das drehbare Spannfutter 9 einen Ringkörper 34. der an den beiden Stützwangen 31, 32 des Lagerbocks 30 schwenkbar gelagert ist. Hierzu besitzt der Ringkörper 34 zwei zwischen sich die anhand der Fig. 4 beschriebenen Segmente 27 enthaltende Ringscheibe 35, die mit Führungsstücken 36 versehen sind, welche den Ringkörper 34 in axialer Richtung festlegen und für eine Schwenkbewegung um die Vorrichtungshauptachse 10 in den Stützwangen 31, 32 führen. Das drehbare Spannfutter 9 umfaßt im übrigen wie das verdrehfeste Spannfutter 17 sechs gleichmäßig um die Vorrichtungshauptachse 10 herum verteilte ,Spanneinheiten 29'. die in gleicher Weise wie die Spanneinheiten 29 ausgebildet und in gleicher Weise, wie diese in den Ringkörper 16, in ihren Ringkörper 34 eingesetzt sind, aus welchem Grunde diese Anordnung im einzelnen lediglich anhand des Spannfutters 17 in Verbindung mit den Fig.4, 5 und 6 im folgenden beschrieben wird.

Jede Spanneinheit 29, 29' umfaßt einen doppeltwirkenden Spannzylinder 37, der in einem außerhalb des Ringkörpers 16 gelegenen Außenbereich 42 einen Spannkolben 38 führt sowie die Druckmittelräume beidseitig des Kolbens 38 umschließt. In seinem zwischen den Segmenten 27 in den Ringkörper 16 eingreifenden Innenbereich bildet der Spannzylinder 37 eine verdrehfeste Führung 39 für eine am inneren Ende der Kolbenstange 40 befestigte Spannbacke 41. Während der Außenbereich 42 des Spannzylinders 37

zylindrisch ausgebildet ist, besitzt hierbei der die Führung 39 bildende Innenbereich einen rechteckigen Querschnitt entsprechend der radialen Durchgangsöffnung 28 zwischen den Segmenten 27 des Ringkörpers 16. Die Segmente 27 sind von axialen Seitenblechen 43, die zur Ausbildung der radialen Durchgangsöffnungen 28 gegeneinander schräggestellt sind, und von äußeren Unifangsblechen 44 gebildet, die mit den Seitenblechen 43 verschweißt sind. Die Seitenbleche 43 sind ihrerseits mit dem Ringkörper 16 verschraubt und an der Stützwange 15 festgelegt.

Die Festlegung des Spannzylinders 37 in seiner radialen Durchgangsöffnung 28 erfolgt durch Keile 44', die in die Seitenbleche 43 und in die Führung 39 des Spannzylinders 37 eingreifen. Die Keile 44' sind stirnseitig durch Verschraubungen 45 in im Ringkörper 16 bzw. der Stützwange 15 belassenen Durchgangsöffnungen 46 gesichert, so daß nach Lösen der Verschraubungen 45 und Ziehen der Keile 44' der jeweilige Spannzylinder 37 in kürzester Zeit ausgewechselt werden kann. Das mit dem jeweiligen Rohrkörper in Eingriff bnngbare freie innere Ende der Spannbacke 41 ist mit einer auswechselbaren Klemmeingriffsleiste 47 versehen, deren Eingriffsfläche geriffelt und deren Kugelrast-Befestigung an der Spannbacke 41 bei 48 veranschaulicht ist.

Für eine Zentrierung der in die Vorrichtung einzuspannenden Rohrkörper ist dem Stützbock 5 und dem Lagerbock 30 an ihren einander abgewandten Stirnseiten je ein verstellbares Zentrierauflager 49 zugeordnet. Die Zentrierauflager 49 bestehen jeweils aus einem Paar in einer Querebene symmetrisch zur Vorrichtungshauptachse 10 in einem Rahmen 50 nebeneinander gelagerter Auflagerollen 51 und sind mittels einer Stellvorrichtung 52 quer zur Vorrichtungshauptachse 10 höhenverstellbar am Stützbock 5 bzw. Lagerbock 30 abgestützt. Ferner ist zwischen dem Stützbock 5 und dem Lagerbock 30 ein längs des Widerlagerbalkens 3 verschiebbares Zwischenauflager 53 für Rohrkörper vorgesehen, das seinerseits von zwei Rollen entsprechend den Auflagerollen 51 gebildet sein kann und mittels einer geeigneten Stelleinrichtung höhenverstellbar am Widerlagerbalken 3 abgestützt ist.

Der Lagerbock 30 ist ferner mit einem gegen einen ihn durchquerenden Rohrkörper cinrückbaren Schnellschraubwerkzeug 54 versehen, das zum schnellen Losschrauben einer gebrochenen Gewindeverbindung bzw. zum schnellen Einschrauben vor dem Kontern der Gewindeverbindung dient. Das Schnellschraubwerkzeug 54 umfaßt eine von einem druckmittelbetätigten Motor 55 mit verhältnismäßig hoher Drehzahl antreibbare Rolle 56 mit einer aufgerauhten, z. B. geriffelten. Lauffläche fur einen Eingriff mit dem Außenumfang eines Rohrkörpers. Die Rolle 56 ist in einem Rahmen 57 drehbar gelagert, der seinerseits bei 58 schwenkbar an der Stützwange 32 des Lagerbocks 30 befestigt ist Mit dem von der Rolle 56 abgewandten Ende des Rahmens 57 ist das Ende der Kolbenstange eines druckmittelbetätigten Stellzylinders 59 gelenkig verbunden, der seinerseits mit der Stützwange 32 gelenkig verbunden ist Mittels des doppeltwirkend ausgebildeten Stellzylinders 59 ist die Rolle 56 des Schnellschraubwerkzeugs 54 aus der in den Fig.2 und 3 veranschaulichten Ruhestellung in eine Eingriffsstellung mit dem strichpunktiert angedeuteten Rohrkörper und in die Ruhesteilung zurück verschwenkbar. In der Eingriffsstellung des Schnellschraubwerkzeugs 56 mit dem Rohrkörper befindet sich das drehbare Spannfutter 9 außer Eingriff mit dem Rohrkörper, während der Spanneingriff des verdrehfesten Spannfutters 17 mit dem Rohrkörper aufrechterhalten wird.

Der Drehmomenterzeuger 11 ist, wie dem in den Fig. 2 und 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel zu entnehmen ist, von einem Paar diametral zur Vorrichtungshauptachse 10 angeordneter, jeweils mittels eines Druckmittels gleichsinnig betätigbarer doppeltwirkender Drehantriebszylinder 60 gebildet, deren Kolbenstangen 61 gelenkig an der Stützwange 32 des Lagerbocks 30 angreifen und deren Zylinder 62 gelenkig zwischen Laschen 63 abgestützt sind, die fest mit Ansätzen 64 des Ringkörpers 34 verbunden sind. Die Drehantriebszylinder 60 sind hierbei analog den anhand der Fig. 1 beschriebenen Drehantriebszylindern 12 derart angeordnet, daß sie bei Druckmittelbeaufschlagung für ein Ausfahren ihrer Kolbenstangen 61 dem im Spannfutter 9 des Lagerbocks 30 eingespannten Rchrkörper eine Drehbewegung im Sinne eines Brechens der Gewindeverbindung erteilen. In Fig. 3 sind die Drehantriebszylinder 60 in vollen Linien in ihrer Ausgangsstellung für ein Kontern einer Gewindeverbindung unter Beaufschlagung der Differenzkolbenfläche und in strichpunktierten Umrißlinien in ihrer Ausgangsstellung für ein Brechen einer Gewindeverbindung unter Beaufschlagung der vollen Kolbenfläche dargestellt.

F ig. 7 zeigt eine der Führungs- und Tragrollen 22 in gegenüber Fig. 2 vergrößertem Maßstab in einer Stellung für ein Verschieben des Stützbockes 5 von Hand. Die Rolle 22 ist in Wangen 65 drehbar gelagert, die bei 66 schwenkbar mit einem an der Stützwange 15 befestigten Halter 67 \erbunden sind. Die Wangen 65 tragen ein Federgehäuse 68, das fellerfedern 69 enthält, die mittels eines Druckstücks 70 über eine auf einen Bolzen 71 geschraubte Kontermutter 72 zur Ausübung eines regulierbaren Druckes komprimiert sind, der ausreicht, die Randbereiche der Durchgangsöffnung 7 gegenüber der über eine Anschlagmutter 73 an der Stützwange 15 abgestürzten Rolle 22 anzuheben, wie es für ein Verschieben des Sützbockes 5 erforderlich ist. Bei Betätigung des Drehmomenterzeugers 11 wird jedoch der Druck der Tellerfedern 69 überwunden, was zu einem Anlegen der Randbereiche der Durchgangsöffnung 7 an den Widerlagerbalken 3 bzw. einem entsprechenden Ausschwenken der Rolle 22 um die Achse 66 führt Bei einer Verschiebung des Stützbockes 5 mittels zwischen diesem und dem Lagerbock 30 gespannter doppeltwirkender Druckmittelzylinder können die Rollen 22 und 23 entfallen.

In Fig.8 ist ein Hydraulik-Schaltplan zum Betrieb der Vorrichtung veranschaulicht Bei 74 ist eine zweistufige Druckmitteipumpe ais Druckmiueiqueiie veranschaulicht welche einen Niederdruckteil 75 und einen zu- und abschaltbaren Hochdruckteil 76 aufweist Der Hochdruckteil 76 wird während des eigentlichen Konter- bzw. Brechvorgangs über einen automatischen Umschalter 77 mit Oberdruckventil zu- und dann wieder abgeschaltet Bei 78 ist die Hauptzulaufleitung und bei 79 die Hauptrücklaufleitung dargestellt von denen entsprechende Zulaufleitungen 80 und Rücklaufleitungen 81 zu den Spannfuttern 9 und 17, dem Drehmomenterzeuger 11 und dem Schnellschraubwerkzeug 54 hin- bzw. zurücklaufen. Zwischen den Zulaufleitungen 78,80 und Rücklaufleitungen 79, 81 sind Umschaltventile 82 zur Umkehrung der Beaufschlagung vorgesehen. Bei 84 ist ein Stell- und Oberdruckventil dargestellt das eine Regulierung des Druckes für das jeweils zum Brechen

bzw. Kontern aufzubringende Drehmoment ermöglicht. Ferner sind zur Sicherung der Anlage fest eingestellte Überdruckventile 85 für einzelne Kreise der Hydraulik vorgesehen. Durch eine geeignete Programmsteuerung wird der Drehmomenterzeuger 11 erst dann wirksam, wenn sich das Spannfutter 9 mit einem Rohrkörper in Spanneingriff befindet, wobei das Spannfutter 17 handschaltbar ausgestaltet ist.

Die Zylinderräume für den Spannhub der Spannzylinder 37 der Spanneinheiten 29, 29' der Spannfutter 9, 17 sind über eine Ringleitung 86 hintereinander geschaltet, wobei die Zulaufleitung 80 in die Ringleitung 86 zwischen den dem Widerlagerbalken 3 abgewandten Spanneinheiten 29, 29' einmündet. Auf diese Weise fahren bei in Zentrierstellung gebrachten Zentrierauflagern 49 zuerst die diesen gegenüberliegenden Spannbacken 41 der Spanneinheiten 29, 29' aus und gelangen mit dem Rohrkörper in Spanneingriff, was die Aufrechterhaltung der eingestellten Rohrkörperzentrierung gewährleistet.

Auch die Zylinderräume für den Rückhub der Spannzylinder 37 der Spanneinheiten 29, 29' sind über eine Ringleitung 87 hintereinander geschaltet, wobei die Ringleitung 87 mit der Rücklaufleitung 81, 79 zur Druckmittelquelle 74 in Verbindung steht.

Die Kolbenfläche der Spannzylinder 37 ist größer bemessen als die der Drehantriebszylinder 60, und zwar derart, daß bei gleichem Druck im Druckmittel ein Durchrutschen der Spannbacken 41 am Rohrkörpcrumfang während des Konterns oder Brechens vermieden ist. Dem Verhältnis der Kolbenflächen kann dabei eine Reibungszahl μ von etwa 0,5 zwischen der Oberfläche der einzuspannenden Rohrkörper und der Spanneingriffsfläche der Spannbacken 41 als Berechnungsfaktor zugrundegelegt sein. Dies sichert, daß die Spannkraft einer Spannbacke in einem Verhältnis zum jeweiligen Drehmoment steht, welches von den Rohrleitungen der eingespannten Rohrkörper ohne Verformungen aufgenommen werden kann.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Kontern und Brechen der Gewindeverbindungen zwischen Rohrkörpern von Rohr- und Bohrsträngen sowie Bohrwerkzeugen für Tiefbohrungen, bestehend aus einem drehbaren und einem verdrehfesten, gemeinsam eine Vorrichtungshauptachse definierenden, sich jeweils an einem gemeinsamen Träger abstützenden druckmittelbetätigten Spannfutter zur Aufnahme je eines von zwei Rohrkörpern mit einander zugewandten endseitigen Gewindebereichen und aus einem einen druckmittelbetätigten, doppeltwirkenden Drehantriebszylinder umfassenden Drehmomenterzeuger für ein Drehen des drehbaren Spannfutters gegenüber dem verdrehfesten Spannfutter während deren Spanneingriffs mit den Rohrkörpern, wobei die beiden Spannfutter je einen Ringkörper mit radialen Durchgangsöffnungen zur Aufnahme und Festlegung einer Mehrzahl von gleichmäßig um die Vorrichtungshauptachse herum verteilten Spanneinheiten aufweisen, von denen jede einen Spannzylinder mit einem in diesem geführten Spannkolben sowie eine verdrehfest geführte, dem einzuspannenden Rohrkörper zugewandte Kolbenstange umfaßt, und wobei für den Antrieb der beiden Spannfutter und des Drehmomenterzeugers eine gemeinsame Druckmittelquelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das drehbare Spannfutter (9) in einem ortsfest an einem Ende eines Vorrichtungsgestells abgestützten Lagerbock (30) gelagert, das verdrehfeste Spannfutter (17) an einem auf den ^ ortsfesten Lagerbock zu und von diesem hinweg parallelverschieblichen, längs des Vorrichtungsgestells geführten Stützbock (5) angeordnet und das Vorrichtungsgestell von einem langgestreckten, parallel zur Vorrichtungshauptachse (10) ausgerichteten und dem Stützbock seine Bewegungsbahn vorgebenden verwindungssteifen Widerlagerbalken (3) gebildet ist,

b) die Spannzylinder (37) der Spanneinheiten (29, 29') als doppeltwirkende, gesonderte Baueinheiten ausgebildet sind, die jeweils einen sich vom Ringkörper (16, 34) nach außen erstreckenden, die Druckmiltelräume beidseits des Spannkolbens (38) umschließenden Außenbereich (42) _5(J aufweisen,

c) der Drehmomenterzeuger (11) von einem Paar von diametral zur Vorrichtungshauptachse angeordneten, gleichsinnig betätigbaren Drehantriebszylindern (60) gebildet ist und

d) die Kolbenflächen der Spannzylinder (37) um ein vom Reibfaktor zwischen der Klemmeingriffsfläche an Spannbacken (41) der Kolbenstangen (40) und der Außenfläche der Rohrkörper abhängiges Maß größer als die Kolbenflächen der Drehantriebszylinder bemessen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Stützbock (5) vom Widerlagerbalken (3) vorgegebene Bewegungsbahn eine Länge von etwa 2 bis 10 m aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerlagerbalken (3) als Hohlprofilkörper rechteckigen Querschnitts ausge-

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65 bildet und mittels endseitiger Stützen (4) im Abstand über oder vor einer Tragfläche angeordnet isL

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützbuck (5) eine den Widerlagerbalken (3) aufnehmende und an dessen Außenumfang mit engem Bewegungsspiel angepaßte Durchgangsöffnung (7, T) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützbock (5) als geschweißte Rahmenkonstruktion ausgeführt ist und eine das verdrehfeste Spannfutter (17) tragende Stützwange (15) umffßt, die eine mit diesem fluchtende, koaxial zur Vorrichtungshauptachse (10) angeordnete Durchgangsöffnung (6) für Rohrkörper aufweist

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützbock (5) gegenüber dem Widerlagerbalken (3) über Führungs- und Tragrollen (22, 23) abgestützt ist, die bei Überschreiten einer Belastungsgrenze für ein unmittelbares Anlegen von Randbereichen der Durchgangsöffnung (7) im Stützbock (5) am Widerlagerbalken (3) ausschwenkbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stützbock (5) und dem Lagerbock (30) ein längs des Widerlagerbalkens (3) verschiebbares Zwischenauflager/53) für Rohrkörper vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenauflager (53) höhenverstellbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerbock (30) zwei mit Abstand zueinander angeordnete, parallele Stützwangen (31, 32) aufweist, die zwischen sich das drehbare Spannfutter (9) lagern und je eine mit diesem fluchtende, zur Vorrichtungshauptachse (10) koaxiale Durchgangsöffnung (33) für Rohrkörper besitzen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stützbock (5) und dem Lagerbock (30) an ihren einander abgewandten Stirnseiten je ein verstellbares Zentrierauflager (49) für Rohrkörper zugeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierauflager (49) jeweils aus einem Paar in eine- Querebene symmetrisch zur Vorrichlungshauptachse (10) in einem Rahmen (50) nebeneinander gelagerter Auflagerollen (51) bestehen und mittels einer Stellvorrichtung (52) quer zur Vorrichtungshauptachse (10) höhenverstellbar abgestützt sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Lagerbock (30) ein gegen einen ihn durchquerenden Rohrkörper einrückbares Schnellschraubwerkzeug (54) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (34) des drehbaren Spannfutters (9) an den beiden Stützwangen (31, 32) des Lagerbocks (30) um die Vorrichtungshauplachse (10) schwenkbar gelagert und der Ringkörper (16) des verdrehfesten Spannfutters (17) an der Stützwange (15) des Stützbockes (5) festgelegt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinheiten (29, 29') einen in den Ringkörper (16, 34)

eingreifenden und in diesem festgelegten Innenbereich aufweisen, der eine verdreiifeste Führung (39) für die am inneren Ende der Kolbenstange (40) befestigte Spannbacke (41) bildet.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einem Rohrkörper in Eingriff bringbare freie innere Ende der Spannbacken (41) mit einer auswechselbaren Klemmeingriffsleiste (47) versehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen (61) der Drehantriebszylinder (60) gelenkig an einer Stützwange (32) des Lagerbockes (30) angreifen und ihre Zylinder (62) gelenkig zwischen Laschen (63) abgestützt sand, die fest mit dem Ringkörper (34) der Spanneinheiten (29') verbunden sind.

17. Vorri'chtung nach einem der Ansprüche 1 bis

16, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehantriebszylinder (6l]i) derart angeordnet sind, daß sie bei Druckmittelbeaufschlagung für ein Ausiahren ihrer Kolbenstangen (61) dem im Spannfutter (9) des Lagerbockes (30) eingespannten Rohrkörper eine Drehbewegung im Sinne eines Brechens der Gewindeverbindung erteilen.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderräume für den Spannhub der Spannzylinder (37) der Spanneinheiten (29, 29') eines jeden Spannfutters (17, 9) über eine Ringleitung (86) hintereinander geschaltet sind und die Zulaufleilung (78,80) von der Druckmittelquelle in die Ringleitung zwischen den dem Widerlagerbalken (3) abgewandten Spanneinheiten (29,29') einmündet.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderräume für den Riickhub der Spannzylinder (37) der Spanneinheiten (29, 29') über eine Ringleitung (87) hintereinander geschaltet sind, die mit einer gemeinsamen Rücklaufleitung (81, 79) zur Druckmittelquelle in Verbindung steht.

20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 18 und 19, gekennzeichnet durch Umschaltventile (82) zwischen der Zulauf- und der Rücklaufleitung zur Umkehrung der Beaufschlagung.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche ') bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmittelquelle eine zweistufige Druckmittelpumpe (74) mit einem Niederdruckteil (75) und einem zu- und abschaltbaren Hochdruckteil (76) vorgesehen ist.