DE4333513C2 - Fangvorrichtung an einem Bohrturm für den Ein- und Ausbau rohrförmiger Elemente, insbesondere für Futter- und Förderrohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fangvorrichtung an einem Bohrturm für den Ein- und Ausbau rohrförmiger Elemente, insbesondere Futter- und Förderrohre, bestehend aus einem massiven Außen­ körper mit einer Kegelbohrung und mehreren in der Kegelbohrung verteilt angeordneten fangkeilen mit gleichen Kegelwinkeln, deren den rohrförmigen Elementen zugewandte Flächen mit Halte­ elementen bestückt und zwischen den zusammenwirkenden Keil­ flächen reibungsmindernde Elemente angeordnet sind.

Beim Ein- oder Ausbau von Rohren am Bohrturm werden Keilfang­ vorrichtungen zum Halten des gesamten, aus einzelnen Rohren zusammengesetzten Rohrstranges eingesetzt. Die notwendige Haltekraft wird durch Messer aufgebracht, die mit Hilfe von Keilen am Umfang eines Rohrelementes infolge dessen Gewich­ tes eingedrückt werden. Die Kraftübertragung erfolgt im we­ sentlichen über den sich bildenden Formschluß der Messer mit der Rohrwand. Beschädigungen der Rohraußenhaut sind bei die­ ser Fangmethode nicht zu vermeiden. Da die Rohre einer kom­ plexen Belastung unterliegen und zum Teil für aggressive Me­ dien eingesetzt werden, können Beschädigungen der Rohraußen­ haut zum Ausfall der Rohre führen oder zumindest die Rohrle­ bensdauer erheblich verringern. Besonders gefährdet sind Roh­ re aus nicht rostenden Chromlegierungen. Eine Zerstörung der zu schützenden Außenhaut muß deshalb verhindert werden.

Die DE-Patentschrift 806 426 zeigt beispielsweise eine mit Messern bestückte Fangvorrichtung, deren die Messerkanten auf­ weisenden Segmente elastisch gelagert sind, um ein gleich­ mäßigeres Tragbild zu schaffen und dadurch die Gefahr von Be­ schädigungen zu verringern. Die vorstehend genannten Nachteile allgemein sind dadurch jedoch nicht behebbar.

Eine Fangvorrichtung der einleitend genannten Gattung zeigt die DE-PS 9 24 501. Es werden Abfangkeile verwendet, deren der Rohroberfläche zugekehrten Flächen mit Zähnen bestückt sind. Durch die Herabsetzung des Reibungswertes der miteinander zu­ sammenwirkenden Keilflächen soll ein sicheres Eindringen der Verzahnung in die Oberfläche des Rohrgutes erreicht werden, die dadurch jedoch verletzt wird.

Durch die SU-PS 898 039 ist es zwar bekannt, zur Erzeugung einer Klemmkraft reibungsmindernde Wälzkörper zu verwenden, an welchen keilförmige flächen entlanggleiten. Das bekannte Gerät, in welchem sich diese Wälzkörper befinden, ist jedoch keine Abfangvorrichtung für Rohre und Rohrstränge, die Ge­ wichte von einigen hundert Tonnen aufweisen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Fangvorrich­ tung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die das Ab­ fangen von Rohrelementen, beispielsweise Futter- und Förder­ rohre und auch Bohrgestänge, ohne den Einsatz von Haltemessern oder messerförmig wirkenden, verzahnten Fangkeilen ermöglicht. Die Erfindung als Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß die Halteelemente als reibschlüssige Kraftübertragungsteile ausge­ bildet und zwischen den zusammenwirkenden Keilflächen rollen­ förmige Wälzkörper eingesetzt sind. Es sind sehr hohe Radial­ kräfte (Klemmkräfte) erreichbar, so daß auch sehr große Massen längerer Rohrstränge reibschlüssig abgefangen werden können.

Vorzugsweise werden als Wälzkörper handelsübliche Rollen­ leisten mit Käfigen verwendet. Eine weitere Steigerung der Kraftübertragung oder Erhöhung der Klemmkräfte wird durch eine geteilte Anordnung der Fangkeile erreicht. Hierbei ist vorgesehen, daß die Fangkeile aus ineinanderruhenden Teilen bestehen, deren Trennflächen keilförmig ausgebildet sind und die reibungsmindernden Elemente aufweisen. Dadurch ist es mög­ lich, die Neigung der Kegelbohrung und die der Trennflächen zwischen den Teilen der Fangkeile unterschiedlich und dadurch noch wirksamer zu gestalten. So ist es beispielsweise möglich, den durch die Teilung gebildeten Keilflächenwinkel zwischen den Außen- und Innenkeilen kleiner zu halten als den Neigungs­ winkel zwischen den Außenkeilen und dem Außenkörper. Zur Über­ tragung der hohen Klemmkräfte haben sich Halteelemente aus einem duktilen Material, wie Aluminium und Bronze als ge­ eignet erwiesen. Außerdem kann Bremsbelagmaterial zur An­ wendung gelangen.

Neben einer überwiegenden Kraftübertragung durch Reibschluß ist es möglich, Fang- oder Druckelemente mit einer gemischten Kraftübertragung, bestehend aus Reib- und Formschluß, zu ver­ wenden. Diese Halteelemente besitzen eine Oberflächenstruktur aus einer Vielzahl von halbkugelförmigen Erhebungen oder eine Oberflächenstruktur mit einer rauhen Oberfläche mit nicht geo­ metrisch genau definierter Struktur. Die Oberflächenstruktur kann durch mechanische Prägung oder durch Flammspritzung ei­ nes harten oder härtbaren Materials hergestellt werden. Infolge der hohen Klemmkräfte wird die Struktur der Oberfläche der Halteelemente in die Rohrwand gedrückt, ohne daß dabei ein Aufbrechen der Rohraußenhaut erfolgt. Dieser Prägevor­ gang führt vielmehr zu einer Kaltverfestigung und Druckeigen­ spannung am Rohr, wodurch eine Dauerfestigkeitserhöhung er­ reicht wird. Korrosive Medien können somit nicht durch die Rohrhaut in das Rohrmaterial eindringen.

Durch die duktilen Werkstoffe passen sich die Halteelemente bei jedem Spannvorgang der Rohroberfläche an und zwar auch den kleinsten Unebenheiten der Rohroberflächenstruktur. Das Material kann in kleine Oberflächenporen der Rohrelemente gedrückt werden. Der resultierende Reibwert umfaßt sowohl die Festkörperreibung als auch diesen Mikroformschluß.

Hervorzuheben ist, daß die erreichbaren Klemmkräfte so hoch sind, daß sie ausreichen, um sicher auch ein mit Öl benetztes Rohr zu halten und nicht durchrutschen zu lassen.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Fangvorrichtung mit einem ungeteilten Fangkeil,

Fig. 2 eine Fangvorrichtung mit einer Unterteilung des Fang­ keils in einen Innenkeil und einen Außenkeil,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Fangvorrichtung gemäß Fig. 2 z. T. im Schnitt,

Fig. 4 einen Fangkeil mit einem Zentralelastomerkörper für die Verbindung der einzelnen Elastomerkörper der Halteelemente untereinander und

Fig. 5 die Draufsicht auf ein Halteelement mit einer Halbkugeln aufweisenden Oberflächenstruktur.

Die Fangvorrichtung gemäß Fig. 1 besteht aus einem Außen­ körper 1 mit einer Kegelbohrung 2. Die Neigung der Wand­ fläche der Bohrung ist mit α bezeichnet. In die Kegelboh­ rung sind Fangkeile 3 eingesetzt. Es könnten drei oder mehr Keile zur Anwendung gelangen. Die Außenflächen der Kei­ le sind entsprechend dem Kegelwinkel α geneigt. Zwischen den Gleitflächen 4 und 5 von Außenkörper und Fangkeilen sind Wälzkörper in form von Kugeln 6 als reibungsmindernde Ele­ mente eingesetzt. Sie sind in handelsüblichen Käfigen 7 ge­ halten.

Die Fangkeile sind an ihren nach innen weisenden zylindri­ schen Flächen, mit denen sie sich an rohrförmige Elemente 8 legen, mit Halte- oder Druckelementen 9 ausgerüstet. Diese sind in segmentförmigen Taschen 10 gelagert. Für eine gleich­ mäßige Kräfteverteilung der Halteelemente sorgen Lagerkörper 11 aus einem elastomeren Material in den Taschen 10. Statt eines Elastomers kann auch ein inkompressibles Medium ver­ wendet werden. Die Fangkeile und Wälzkörperkäfige sind in geeigneter Weise zum Außenkörper zu führen. Dies kann z. ß. durch Federn 12 und 13 erfolgen.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 2, mit gleichen Bezugsziffern für gleiche Teile, sind die Fangkeile in Innenkeile 3a und Außenkeile 3b geteilt. Dadurch ergeben sich weitere Keil­ flächen mit dem Keil- oder Neigungswinkel β. Er kann sich vom Neigungswinkel α unterscheiden, vorzugsweise ist er klei­ ner gehalten.

Zwischen den Innen- und Außenkeilen sind als reibungsmindern­ de Wälzkörper handelsübliche Rollenleisten 15 mit Käfig ver­ wendet. In der Setzposition werden die Außenkeile 3b mit Hil­ fe von Riegeln 16 verriegelt (Fig. 3).

Um eine noch gleichmäßigere Kraftverteilung der duktilen Hal­ teelemente am Rohr und eine entsprechend gleichmäßige Be­ lastung der Wälzkörper zu erreichen, können alle elastomeren Lagerkörper 11 untereinander durch ein Zentralelastomer 17 verbunden sein (Fig. 4). Durch die sehr gleichmäßige Druckverteilung wird das Rohr allseitig von einem nahezu konstanten Außen­ druck beaufschlagt. Dies kommt den Erdölfeldrohren entgegen, da sie sehr druckfest sind.

Ein Halteelement für eine gemischte Kraftübertragung aus Reib- und Formschluß ist in Fig. 5 dargestellt und mit 9a bezeichnet. Die innere, am Rohr anliegende Oberflächenstruk­ tur zeigt eine Vielzahl von Halbkugeln 7b.

Soll ein Rohr abgefangen werden, so wird es zunächst durch den Außenkörper 1 geführt. Die Fangkeile 3 bzw. 3a und 3b werden abgesenkt. Das Absenken der Keile erfolgt in der Regel mit Pneumatik- oder Hydraulikhilfszylindern. Auf eine Dar­ stellung dieser Zylinder wurde aus Gründen der übersichtlich­ keit verzichtet. Das Absenken ist beendet, sobald die Keile mit der Kegelbohrung 2 des Außenkörpers 1 in Kontakt gelangen und die Halte- oder Druckelemente 9 sich an das Rohr gelegt haben. In dieser Setzposition werden die Außenkeile 3b gegen den Außenkörper mit Hilfe der Riegel 16 verriegelt.

Wird nun das Rohrelement herabgelassen, so bewirken die Setz­ kräfte an den Halteelementen 9 eine Mitnahme der Keile 3 oder der Innenkeile 3a nach unten. Bei der Abwärtsbewegung ver­ keilt sich der Keil in erhöhtem Maße, da die Gegenlagerung als Wälzlagerung ausgeführt ist und nur eine Rollreibung be­ steht. Ferner kann der Keilwinkel zwischen den ungeteilten Keilen 3 und dem Außenkörper bzw. zwischen den Innen- und Außenkeilen 3a und 3b sehr klein gehalten werden. Dadurch sind äußerst hohe Radialkräfte (Klemmkräfte) erreichbar.

Infolge der hohen Klemmkräfte können Halteelemente mit den vorstehend erläuterten unterschiedlichen Arten von Ober­ flächenstrukturen eingesetzt werden.

Der Einsatz der Erfindung beschränkt sich nicht nur auf Neu­ konstruktionen von Fangvorrichtungen, sondern auch bereits in Betrieb befindliche Ausführungen können nachträglich er­ findungsgemäß ausgerüstet werden.

Claims (13)

1. Fangvorrichtung an einem Bohrturm für den Ein- und Ausbau rohrförmiger Elemente (8), insbesondere für zu einem Rohrstrang zusammenfügbare Futter- und Förderrohre, bestehend aus einem massiven Außenkörper (1) mit einer Kegelbohrung (2) und mehreren in der Kegelbohrung verteilt angeordneten Fangkeilen (3; 3a, 3b) mit gleichen Kegelwinkeln, deren den rohrförmigen Elementen zugewandte Flächen mit Halteelementen (9) bestückt und zwischen den zusammenwirkenden Keilflächen reibungsmin­ dernde Elemente angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente als reibschlüssige Kraftübertragungsteile (9) ausgebildet und zwischen den zusammenwirkenden Keilflächen (4, 5; 20, 21) rollenförmige Wälzkörper (6, 15) eingesetzt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangkeile aus konzentrisch ineinanderruhenden Teilen (3a, 3b) bestehen, deren Trennflächen (20, 21) keilförmig ausgebil­ det sind, zwischen welchen sich Wälzkörper (15) befinden.

3. Fangvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel (α, β) der Kegelbohrung und der Trenn­ flächen zwischen den Teilen 3a, 3b der Fangkeile unterschied­ lich sind.

4. Fangvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Wälzkörper handelsübliche Rollenleisten mit Käfigen (6, 7) verwendet werden.

5. Fangvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Halteelemente aus einem duktilen Material bestehen.

6. Fangvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Halteelemente aus einem Bremsbelagmaterial oder einem der Materialien Aluminium und Bronze bestehen.

7. Fangvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente für eine gemischte Reib- und Formschlußkraftübertragung ausgebildet sind.

8. Fangvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente eine geometrisch regelmäßige Oberflächen­ struktur mit zahlreichen halbkugelförmigen Ausbuchtungen (7b) aufweisen.

9. Fangvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Halteelemente eine geometrisch unre­ gelmäßige, rauhe Struktur haben.

10. Fangvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenstruktur der Halteelemente durch mechanische Prägung gebildet ist.

11. Fangvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Halteelemente zur Auftragung eines gehärteten oder härtbaren Materials und zur Ausbildung der Struktur flammgespritzt sind.

12. Fangvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Halteelemente mit Hilfe elasto­ merer Lagerkörper (11) gleichmäßig belastbar sind.

13. Fangvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomeren Lagerkörper durch einen gemeinsamen oder zentralen Elastomerkörper (17) miteinander in Verbindung stehen.