DE3048522A1

DE3048522A1 - "rohrspannkopf"

Info

Publication number: DE3048522A1
Application number: DE19803048522
Authority: DE
Inventors: Faustyn C. Georgetown Tex. Langowski
Original assignee: BJ Hughes Inc
Current assignee: BJ Hughes Inc
Priority date: 1980-03-17
Filing date: 1980-12-22
Publication date: 1981-09-24
Also published as: CA1147719A; DE3048522C2; NO155983C; NO155983B; US4304433A; NO803629L

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Erdbohrarbeiten und betrifft insbesondere einen Kopf, der zum Ergreifen und Handhaben von Rohren benutzt wird.

Bei Erdbohrarbeiten wird es bisweilen erforderlich, Rohrsätze, die Gestängerohre und Schwerstangen umfassen, zwischen dem Drehtisch und dem Rückstell- oder Abstapelbereich zu übergeben. Wegen des großen Gewichtes von Rohrsätzen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, mechanische Vorrichtungen zur Rohrübergabe zwischen dem Drehtisch und dem Abstapelbereich zu benutzen. Mechanische Systeme werden außerdem benutzt, um MeeresSteigrohre, die beim Bohren und Herstellen von Offshore-Bohrlöchern benutzt werden, zu handhaben und abzustapeln. Mechanische Systeme sind sicherer, verringern die Ermüdung der Mannschaft und gestatten eine sicherere Kontrolle. Darüberhinaus kann die Übergabezeit verringert werden, wodurch die Abschaltzeit verringert und die Leistungsfähigkeit er-

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höht wird. Infolgedessen stehen Rohr h andhabungs sy sterne mit Spannköpfen seit einer Anzahl von Jahren zur Verfugung.

Die US-PS 3 561 811 beschreibt eine Rohrhandhabungsausrüstung, die einen Haken oder eine Klaue sowie einen Tragschieber aufweist, welche zum Erfassen eines Gestängerohres durch Fluiddruck betätigt werden.

Die US-PS 4 030 746 zeigt einen Kopf, der zum Ergreifen und Führen eines Rohrstückes benutzt wird. Eine hydraulische Kolben/Zylinder-Anordnung dient zum öffnen und Schließen des Kopfes.

In einer Patentanmeldung, für die die Priorität der US-Patentanmeldung von Paul S. Putnam, Serial No. 833 145, vom 14. September 1977 in Anspruch genommen worden ist, ist ein Rohrspannkopf an einem Arm gezeigt, der durch Gestänge, Zahnräder, Zylinder und Kombinationen derselben angetrieben wird.

Insgesamt ist es Aufgabe der Erfindung, einen Rohrspannkopf zu schaffen, der einfach und zuverlässig ist und in einer verriegelten Stellung bleibt, wenn der Fluiddruck ausfällt.

Weiter soll zum Betätigen des Kopfes nur ein einzelner Druckluft- oder Hydraulikzylinder (d.h. allgemein ein Fluidzylinder) benutzt werden, um dadurch die Zuverlässigkeit zu erhöhen und die erforderliche Wartung zu verringern.

Weiter soll Fluiddruck benutzt werden, um die Backen des Spannkopfes zu entriegeln, nicht aber um die Spannkraft zu erzeugen, wenn die Backen an einem Rohr geschlossen werden.

Außerdem soll ein Kopf zweckmäßiger Größe geschaffen werden, der in enge Räume paßt.

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Der Rohrspannkopf nach der Erfindung hat einen Rahmen, der an einer Rohrhandhabungsvorrichtung befestigbar ist, und zwei entgegengesetzte Arme, von denen jeder drehbar an dem Rahmen befestigt ist. Backenvorrichtungen an einem Ende der Arme erfassen das Rohr und spannen es fest. Ein Betätigungsgestänge ist mit jedem Arm an dem zu den Backen entgegengesetzten Ende verbunden. Eine Vorspannvorrichtung ist mit dem Betätigungsgestänge verbunden, um es zwischen einer verriegelten Stellung zum Schließen der Backen an dem Rohr und einer entriegelten Stellung zum öffnen der Backen zu verstellen.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Vorspannvorrichtung einen einzelnen Fluidzylinder, der ein Gehäuse hat, welches durch den Rahmen gehaltert ist, und eine ausfahrbare Kolbenstange. Eine Verbindungsschiene ist an der Kolbenstange des Fluidzylinders befestigt und mit dem Betätigungsgestänge gelenkig verbunden, um das Betätigungsgestänge starr in einer Linie auszurichten und die Backenvorrichtungen zu schließen, wenn die Kolbenstange Lngefahren wird, und um eine Zugkraft auf das Betätigungsgestänge und die Arme auszuüben und die Backenvorrichtungen zu öffnen, wenn die Kolbenstange ausgefahren wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in Draufsicht den Rohrspannkopf nach der Erfindung in der geschlossenen Stellung, wobei e.in Teil des Rahmens an der Oberseite weggeschnitten ist,

Fig. 2 in Draufsicht den Röhrspannkopf von Fig. 1

in der geöffneten Stellung un«3

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Fig. 3 eine Seitenansicht des Rohrspannkopfes/

welche die Backen in Anlage an einem Rohrabschnitt zeigt.

Der Rohrspannkopf 11 nach der Erfindung hat einen Rahmen 13, der zur Befestigung an einer Rohrhandhabungsvorrichtung vorgesehen ist. Der Rahmen kann ein kastenartiges Gebilde wie in Fig. 1 sein, mit einem offenen Ende 15 und einem geschlossenen Ende 17. Das geschlossene Ende 17 ist mit irgendeiner bekannten und vorhandenen Rohrhandhabungsvorrichtung verbunden, die nicht Teil der Erfindung ist. Eine geeignete Vorrichtung ist, beispielsweise, in der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung beschrieben, für die die Priorität der US-Patentanmeldung, Serial No. 130 762, vom 17. März 1980 in Anspruch genommen worden ist und auf die hier Bezug genommen wird. Befestigungselemente, in diesem Fall Schrauben 19, 19', verbinden den Rahmen 13 mit der Rohrhandhabungsvorrichtung, öffnungen 21, 23 sind in der Rahmenoberfläche zur leichteren Wartung vorgesehen. Zwei entgegengesetzte Arme 25, 25' sind jeweils gelenkig an dem Rahmen befestigt, vorzugsweise in einem Zwischengebiet 28, 28'. Das wird durch geeignetes Anbringen von vier Büchsen 29, 29', 30, 30' innerhalb des Rahmens 13 erreicht, wobei die Anordnung so getroffen wird, daß sich die beiden einander gegenüberliegenden Arme 25, 25' jeweils zwischen zwei Büchsen 29, 29' bzw. 30, 30' befinden, und daß dann Drehzapfen 31, 31' zwischen einander gegenüberliegenden Büchsen durch jeden der beiden einander gegenüberliegenden Arme hindurchgeschoben werden.

Die einander gegenüberliegenden Arme 25, 25¹, die jeweils Backenvorrichtungen mit Backenenden 32, 32* und mit einer Spannflache 33, 33' haben, bilden einen konkaven Bogen in bezug auf die gleiche Fläche an dem gegenüberliegenden Arm. Lösbare Einsätze 35, 35', die in Fig. 2 gezeigt sind,

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werden an den Spannflächen 33, 33' befestigt, damit Rohre unterschiedlichen Durchmessers gespannt werden können.

Eine Betätigungsgestängevorrichtung weist zwei Betätigungsglieder 39, 39' auf, die jeweils mit einem Ende gelenkig an einem der beiden einander gegenüberliegenden Arme 25, 25' an dessen zu der Backerivorrichtung entgegengesetzten Ende durch einen Gelenkzapfen 47, 47' befestigt sind. Vorspannvorrichtungen sind vorgesehen, um die Betätigungsglieder 39, 39' zu bewegen. Sie umfassen einen Fluidzylinder 41 mit einer Kolbenstange 43 und einer Verbindungsschiene 45. Der Fluidzylinder 41 ist ein doppelwirkender, pneumatisch oder hydraulisch betätigter Zylinder, der durch ein geeignetes Gehäuse nahe dem geschlossenen Ende 17 des Rahmens 13 befestigt, ist. Der Zylinder 41 ist so angeordnet, daß die Kolbenstange 43 um eine kleine Strecke aus dem von dem geschlossenen Rahmenende 17 entfernten Zylinderende vorsteht, wenn sie, wie in Fig. 1 gezeigt, eingefahren ist, und sich in einer Richtung weg von dem geschlossenen Rahmenende 17 und rechtwinkelig zu diesem erstreckt, wenn der Zylinder 41 betätigt ist, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.

Die Verbindungsschiene 45 ist an der Kolbenstange 43 in der Nähe von deren von dem Zylinder 41 abgewandten Ende befestigt. Die Längsachse der Verbindungsschiene 45 ist zu der Längsachse der Kolbenstange 43 rechtwinkelig. Jedes Ende der Verbindungsschiene 45 ist mit dem benachbarten Ende eines der Betätigungsglieder 39, 39" durch Gelenkzapfen 49, 49' verbunden. Die Gelenkzapfen 47, 47* und 49, 49' sind an den Betätigungsgliedern 39 bzw. 39" starr befestigt, aber in bezug auf den zugeordneten Arm 25 bzw. 25' oder die Verbindungsschiene 45 frei drehbar.

Im Betrieb wird der Zylinder 41 betätigt, beispielsweise durch Öffnen eines Ventils (nicht gezeigt), und Druck bewirkt, daß die Kolbenstange 43 voll ausgefahren wird, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn die Kolbenstange 43 ausge-

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fahren wird, werden die Verbindungsschiene 45 und somit die Enden der Betätigungsglieder 39, 39', die an ihr befestigt sind, zu dem offenen Ende 15 des Rahmens 13 hin gedrückt. Die entgegengesetzten Enden der Betätigungsglieder bewegen sich zwangsläufig auf einem Bogen um die Drehzapfen 31, 31' der einander gegenüberliegenden Arme 25, 25' und zwingen somit letztere, sich um die Drehzapfen 31, 31" zu drehen. Die Drehbewegung bewirkt, daß die Backenenden 32, 32' zur Aufnahme eines Rohres geöffnet werden.

Umgekehrt bewirkt ein umgekehrter Druck in dem Zylinder 41, daß die Kolbenstange 43 voll eingefahren wird. Die Verbindungsschiene 4 5 und die daran befestigten Enden der Betätigungsglieder 39, 39' werden zu dem geschlossenen Ende 17 des Rahmens 13 bewegt. Weil sich die entgegengesetzten Enden der Betätigungsglieder 39, 39' zwangsläufig auf einem Bogen um die Drehzapfen 31, 31' der einander gegenüberliegenden Arme bewegen, werden die Enden der einander gegenüberliegenden Arme innerhalb des Rahmens 13 gezwungen, sich im Uhrzeigersinn um die Drehzapfen 31, 31' zu drehen. Das hat zur Folge, daß sich die Backenenden 32, 32' um das Rohr 51 schliessen (vgl. Fig. 1 und 3).

Wenn die Kolbenstange 43 voll eingefahren ist, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Betätigungsglieder 39, 39' und die Verbindungsschiene 45 starr in einer Linie ausgerichtet, was zum Verriegeln der Backenenden 32, 32" an dem Rohr dient. Die Verriegelungswirkung wird dadurch erreicht, daß die Mittelpunkte der Gelenkzapfen 49, 49" gegenüber einer zwischen den Mittelpunkten der Gelenkzapfen 47, 47' gezogenen Mittellinie zu dem geschlossenen Ende des Rahmens 13 hin versetzt werden. In Fig. 1 ist der Grad der Versetzung durch den Winkel et angegeben, der größer als null ist und vorzugsweise etwa 2-5° beträgt.

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Der Rohrspannkopf kann so bemessen sein, daß er bequem in den Raum zwischen benachbarten Rohren in dem Abziehbereich paßt und somit gestattet, Rohre zu irgendeinem Punkt innerhalb des Gestängerechens zu bringen oder von dort wieder zu entnehmen.

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Claims

Long Beach, CA 90801, V.St.A. Patentansprüche :

1. Rohrspannkopf, der insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit einer Rohrhandhabungsvorrichtung auf Bohr- und Überarbeitungstürmen in der Ölindustrie geeignet ist, gekennzeichnet durch einen Rahmen (13), der zur Befestigung an einer Rohrhandhabungsvorrichtung vorgesehen ist; durch zwei einander gegenüberliegende Rohrspannarme (25, 25'), die an dem Rahmen jeweils gelenkig befestigt sind; durch eine Backenvorrichtung (32, 32', 33, 33') an einem Ende jedes Rohrspannarms zum Erfassen und Pestspannen eines Rohres (51) ;

durch eine Betätigungsgestängevorrichtung (39, 39', 47, 47', 49, 49') , die mit jedem Arm verbunden ist; durch eine Fluidvorspannvorrichtung (41), die mit der Betätigungsgestängevorrichtung verbunden ist, um die Betätigungsgestängevorrichtung und die Backenvorrichtungen aus einer geschlossenen Stellung in eine offene Stellung zu bewegen;

wobei die Betätigungsgestängevorrichtung so ausgebildet ist, daß sie die Backenvorrichtungen mechanisch verriegelt, wenn

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diese in der geschlossenen Stellung sind, um ein unbeabsichtigtes Öffnen zu verhindern, wenn der Druck in der Fluidvorspannvorrichtung abfällt.

2. Rohrspannkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einander gegenüberliegenden Rohrspannarme (25, 25') jeweils einen Zwischenbereich (28, 28') haben, der an dem Rahmen (13) gelenkig befestigt ist, und daß die Betätigungsgestängevorrichtung (39, 39', 47, 47', 49, 49') mit jedem Arm (25, 25') an dem von den Backenvorrichtungen (32, 32', 33, 33') abgewandten Ende verbunden ist.

3. Rohrspannkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einander gegenüberliegenden Rohrspannarme (25, 25') jeweils einen Zwischenbereich (28, 28') haben, der gelenkig an dem Rahmen (13) befestigt ist, daß die Betätigungsgestängevorrichtung (39, 39", 47, 47', 49, 49') zwei Betätigungsglieder (39, 39') aufweist, von denen jedes mit einem Ende an einem Arm an dem von den Backenvorrichtungen (32, 32', 33, 33") abgewandten Ende gelenkig verbunden ist, und daß die Fluidvorspannvorrxchtung einen Fluidzylinder (41) aufweist, der an dem Rahmen angebracht ist und eine Kolbenstange (43) aufweist.

4. Rohrspannkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß' die Kolbenstange (43) mit einander gegenüberliegenden Enden der Betätigungsglieder (39, 39') verbunden ist und die Betätigungsglieder und die an ihnen befestigten Arme (25, 25') zwischen einer geschlossenen Stellung (Fig. 1) und einer offenen Stellung (Fig. 2) bewegt.

5. Rohrspannkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungsschiene (45) an der Kolbenstange (43) des Fluidzylinders (41) befestigt ist und daß die einander gegenüberliegenden Enden der Betätigungsglieder (39, 39') mit der Verbindungsschiene gelenkig verbunden

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sind, so daß sie durch die Bewegung der Kolbenstange des Fluidzylinders betätigt werden können.

6. Rohrspannkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidzylinder (41) ein Gehäuse hat, das an dem Rahmen (13) angebracht ist, und daß die einander gegenüberliegenden Enden der Betätigungsglieder (39, 39') mit der Verbindungsschiene (45) gelenkig verbunden sind, damit die Betätigungsglieder starr in eine Linie gebracht und die Backenvorrichtungen (32, 32", 33, 33') geschlossen werden, wenn die Kolbenstange (43) eingefahren wird, und damit eine Zugkraft auf die Betätigungsglieder und die Arme (25, 25') ausgeübt wird, um die Backenvorrichtungen zu öffnen, wenn die Kolbenstange (43) ausgefahren wird.

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