ITTO970340A1

ITTO970340A1 - Dispositivo di bloccaggio per la manovra di caricamento ed avvitamento di una batteria di aste e tubazioni di rivestimento per l'uso in impia

Info

Publication number: ITTO970340A1
Application number: IT97TO000340A
Authority: IT
Inventors: Giovanni Riva
Original assignee: Soilmec Spa
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 1998-10-22
Also published as: DE69811551T2; EP0874129A2; EP0874129B2; EP0874129A3; US6102116A; EP0874129B1; ITTO970340A0; DE69811551T3; ES2195218T3; IT1292266B1; DE69811551D1; ES2195218T5

Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: Dispositivo di bloccaggio per la manovra di caricamento ed avvitamento di una batteria di aste e tubazioni di rivestimento per l'uso in impianti di trivellazione del sottosuolo.

DESCRIZIONE

Campo dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce in generale al settore degli impianti per la trivellazione del suolo, per la realizzazione di pozzi ed opere analoghe, dove si fa uso di batterie di aste di trivellazione ad accoppiamento filettato e/o di tubi filettati per il rivestimento interno di un foro di scavo. In particolare, l'invenzione riguarda un dispositivo di bloccaggio per la manovra di caricamento ed avvitamento di una batteria di aste e tubazioni di rivestimento.

Descrizione dello stato della tecnica

Una delle problematiche maggiori relative agli impianti di perforazione di pozzi e quella relativa al caricamento delle aste di trivellazione e dei tubi di rivestimento; particolarmente critico è l'accoppiamento delle aste, solitamente effettuato da giunti filettati. L'accoppiamento deve essere corretto dal punto di vista dell'allineamento assiale e calibrato per quanto riguarda il momento torcente di avvitamento che viene applicato in tale operazione.

Si può comprendere che é rischioso lasciare spazio a metodi grossolani ed empirici di caricamento/avvitamento delle batterie di perforazione, demandando il sollevamento a mezzi ausiliari non appropriati, oppure affidare alla sensibilità dell'operatore la forza di serraggio da applicare utilizzando chiavi meccanico/manuali o a catena, o compiere questa operazione per mezzo della testa motrice stessa in presa diretta. In tal modo si corre il rischio di ottenere accoppiamenti non corretti e alterare le filettature degli elementi, siano essi aste di perforazione o tubi dì rivestimento.

É noto dalla domanda italiana di brevetto per Invenzione n. TO94A00Q489 un dispositivo per il caricamento ed avvitamento di aste componenti una batterìa di aste di trivellazione ad accoppiamento filettato e di tubi filettati per il rivestimento interno di un foro di scavo, per l'uso in impianti di perforazione comprendenti una testa rotativa atta ad imprimere a detta batteria un movimento combinato di rotazione attorno ad un asse sostanzialmente verticale e di scorrimento lungo tale asse. Detto dispositivo comprende dei mezzi di attrito per lo svitamento e l'avvitamento di aste e tubi filettati. Tali mezzi sono costituiti da un disco verticalmente mobile mediante pistoni idraulici che può ruotare solidalmente alla testa rotativa, il disco è dotato di un cuscino di usura di materiale ad alto coefficiente di attrito che viene calato verticalmente contro l'estremo superiore dell'ultimo elemento della batteria trasmettendo a questo una coppia di avvitamento o svitamento, a seconda del senso di rotazione impresso.

Gli accoppiamenti per attrito hanno dei limiti in quanto consentono l'applicazione di coppie di serraggio limitate, il cui valore si può conoscere solo approssimativamente; inoltre, i dispositivi ad attrito di questo tipo non trattengono l'asta o tubo in modo sicuro nel dispositivo di avvitamento.

Sintesi dell'invenzione

Scopo della presente invenzione é quello di realizzare un dispositivo che, ovviando agli inconvenienti sopra citati, assicuri un collegamento corretto tra gli elementi filettati costituenti la batteria e permetta di applicare in condizioni di sicurezza una coppia di serraggio predeterminata ed adeguata sui filetti.

Per questo e per altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio nel seguito della presente descrizione, l'invenzione si propone di realizzare un dispositivo di bloccaggio per l'avvitamento e lo svitamento di elementi ad accoppiamento filettato componenti una batteria di aste di trivellazione o di tubi per il rivestimento interno di un foro di scavo, per l'uso in impianti di perforazione comprendenti una testa rotativa atta ad imprimere a detta batteria un movimento combinato di rotazione attorno ad un asse sostanzialmente verticale e di scorrimento lungo tale asse, caratterizzato dal fatto di comprendere una sede inferiore concava per accogliere e trattenere l'estremo superiore di un elemento da avvitare o svitare rispetto alla batteria nel foro di scavo; detta sede concava forma un inviluppo di superfici divergenti verso il basso e verso l'esterno per lo scorrimento di un pluralità di blocchi aventi ciascuno una superficie esterna di scorrimento, parallela e collaborante con detto inviluppo di superfici ed una superficie interna atta ad impegnarsi con l'elemento da trattenere; i blocchi sono montati in modo scorrevole lungo detto inviluppo di superfici per assumere due configurazioni alternative: una prima configurazione libera, a dispositivo di bloccaggio sollevato, in cui i blocchi sono spinti da mezzi elastici verso la parte bassa ed esterna di detto Inviluppo di superfici, ed una seconda configurazione di trattenimento, a dispositivo di bloccaggio calato sull'elemento da trattenere, in cui i blocchi sono serrati radialmente contro l'estremo superiore di detto elemento.

Breve descrizione del disegni

Le caratteristiche strutturali e funzionali di una forma di attuazione preferita, ma non per questo limitativa, del dispositivo secondo l'invenzione verranno ora descritte facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:

la F16. 1 é una vista laterale d'insieme di un'attrezzatura di perforazione dotata del dispositivo secondo la presente invenzione, in una fase di caricamento ed avvitamento di aste di perforazione o tubi per il rivestimento interno del foro di scavo;

la FIG. 2 è una vista in sezione parziale e in scala ingrandita del dispositivo dell'invenzione; le FIGG. 3 e 4 sono due rispettive viste in sezione assiale del dispositivo dell'invenzione in due configurazioni di esercizio distinte; e la FIG. 5 è una vista parziale in sezione assiale ed in scala ingrandita di alcuni dettagli del dispositivo secondo l'invenzione

Descrizione di una forma di realizzazione preferita Facendo inizialmente riferimento alle FIGG. 1 e 2, con il numero 10 è indicato nel suo insieme un dispositivo di bloccaggio secondo la presente invenzione. Il dispositivo di bloccaggio 10 è collegato in modo nonrotazionale alla testa rotativa 11 di un impianto di perforazione di tipo tradizionale che imprime alla batteria di aste o tubi di rivestimento (casing) 12 un movimento combinato di rotazione intorno ad un asse sostanzialmente verticale (l'asse della perforazione) e di scorrimento lungo tale asse.

Il dispositivo di bloccaggio 10 serve per bloccare in modo svincolabile un elemento 12 ad accoppiamento filettato (asta dì perforazione o tubo di rivestimento) che deve essere avvitato al resto della batteria o svitato da essa, a seconda della fase operativa in atto. Il dispositivo di bloccaggio 10, bloccando l'elemento superiore 12 e ruotando con la testa rotativa 11, lo avvita o lo svita rispetto alla parte di batteria già nell'impianto, a seconda del senso di rotazione ricevuto dalla testa rotativa 11.

Come illustrato in FIG. 5, il dispositivo di avvitamento 10 è scomposto in due porzioni 10a, 10b, di cui quella superiore 10a è fissata direttamente o indirettamente alla testa rotativa mediante bulloni 13 con interposizione di rondelle elastiche 14; la parte inferiore 10b forma inferiormente una sede concava di imbocco 15 (FIG. 3) atta ad accogliere e trattenere l'estremo superiore 12a (o manicotto) dell'elemento 12 da avvitare o svitare. Le due porzioni 10a e 10b sono tra di loro snodate mediante un accoppiamento sferico 10c per consentire movimenti angolari della parte inferiore rispetto a quella superiore al fine di facilitare l'inserimento dell'elemento 12 nella sede 15 e consentire inoltre che l'avvitamento o lo svitamento abbiano luogo mediante un movimento snodato anche in presenza di limitate deviazioni angolari tra l'asse verticale della rotativa e quello della batteria di aste.

Come mostrato nelle FIGG. 3-5, il corpo della porzione inferiore 10b forma una superficie interna conica 16, divergente verso il basso. Lungo la superficie conica 16 ed all'interno di essa è montata in modo scorrevole una pluralità di blocchi cuneiformi 17 adiacenti in senso circonferenziale ed aventi ciascuno una superficie laterale esterna 18 di forma conica, congruente alla superficie conica 16, ed una superficie interna 19 di forma cilindrica congruente alla superficie cilindrica laterale della testa 12a degli elementi 12 della batteria. I blocchi cuneiformi 17 formano inoltre una superficie orizzontale radiale 20 atta ad essere spinta a battuta contro il bordo superiore 12b dell'asta o tubo 12, come sarà descritto meglio in seguito.

Nella parte inferiore della superficie conica esterna 18 di ciascun blocco cuneiforme è ricavata una guida o scanalatura 21 disposta parallelamente alle superilei coniche accoppiate 16 e 18. Ciascuna guida 21 scorre su una corrispondente chiavetta o fermo 22 solidale alla parte inferiore del corpo 10b. Le chiavette 22 sono montate in modo svlncolabile all'imbocco della superficie conica 16 in modo da sporgere radialmente all'interno dell'apertura definita da tale superficie. Le chiavette 22 presentano ciascuna una superficie laterale interna 23 inclinata parallelamente alle guide o scanalature 21 dei blocchi 17.

Ciascun blocco cuneiforme 17 è accoppiato ad un elemento elastico, indicato nel suo insieme con 24, che tende a spingere il blocco cuneiforme verso il basso e l'esterno lungo la superficie conica 16 del corpo inferiore 10b. Gli elementi elastici 24 comprendono un pistone 25, accolto in modo scorrevole in una corrispondente cavità 26 ottenuta nel corpo inferiore 10b, e spinto verso il basso da una molla 27 facente contrasto contro il corpo 10b. La parte inferiore 28 del pistone 25 è vincolata, preferibilmente mediante un accoppiamento filettato, in una sede 29 del rispettivo blocco cuneiforme 17.

Il funzionamento del dispositivo è il seguente: come illustrato in FIG. 3, nella configurazione libera o sollevata, cioè prima di calare la testa rotativa sull'elemento 12 da avvitare o svitare, i pistoni degli elementi elastici 24 per effetto delle molle 27 spingono i blocchi cuneiformi 17 verso il basso e l'esterno lungo la superficie conica 16 del corpo inferiore 10b. Le chiavette 22, oltre a guidare i blocchi, agiscono anche da elementi di arresto che determinano il fondo corsa inferiore di tali blocchi. In tale configurazione sollevata, 1 blocchi sono equidistanziati un senso circonferenziale lungo la superficie conica 23.

Quando occorre avvitare o svitare l'elemento superiore 12 della batteria, si cala verticalmente il dispositivo di avvitamento 10 sull'estremo superiore 12a di tale elemento, imboccandolo nella cavità 15 tra i blocchi 17. Nel suo movimento di discesa, il corpo 10b porta dapprima le superfici orizzontali radiali 20 dei blocchi a contatto con il bordo superiore 12b dell'asta o tubo 12; proseguendo nel movimento di discesa, l'accoppiamento conico individuato dalle superfici coniche collaboranti 18 (dei blocchi 17) e 16 (del corpo 10b) spinge progressivamente i blocchi 17 radialmente verso l'asse centrale, facendoli scorrere sul bordo superiore 12b dell'asta o tubo 12. I blocchi si stringono centralmente sulla parte superiore 12a dell'elemento 12 fino a bloccarsi su di esso. Una volta raggiunta questa configurazione di bloccaggio (FIGG. 4 e 5), una ulteriore spinta verso il basso esercitata dal dispositivo 10 stringe l'elemento 12 mediante 1 blocchi 17 con una forza di compressione radiale diretta centralmente e sostanzialmente proporzionale alla spinta stessa, Raggiunta la pressione radiale richiesta per l'avvitamento o svitamento, si mette in rotazione la rotativa per trasmettere all'asta o tubo la coppia di avvitamento o svitamento necessaria.

Come si potrà apprezzare, la pressione di bloccaggio impressa viene dosata con precisione regolando la spinta o l'entità del movimento verso il basso della rotativa. È possibile trasmettere coppie di serraggio più elevate rispetto al passato, tenendo l'asta bloccata in modo sicuro nel dispositivo di avvitamento. La coppia di serraggio trasmessa dalla testa rotativa viene così dosata con precisione.

Si intende che l'invenzione non è limitata alla forma di realizzazione qui descritta ed illustrata, che è da considerarsi come un esempio di attuazione del dispositivo, che è invece suscettibile di modifiche relatlve a forma e disposizioni di parti, dettagli costruttivi e di funzionamento. Ad esempio, la superficie conica 16 potrà essere sostituita da una pluralità di superiici piane adiacenti, formanti un inviluppo di superfici secondo uno schema a tronco di piramide, equivalente alla superficie conica delle FIGG. 3-5, ottenendo risultati equivalenti a quelli sopra descritti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di bloccaggio (10) per l'avvitamento e lo svitamento di elementi (12) ad accoppiamento filettato componenti una batteria di aste di trivellazione o di tubi per il rivestimento interno di un foro di scavo, per l'uso in impianti di perforazione comprendenti una testa rotativa (11) atta ad imprimere a detta batteria un movimento combinato di rotazione attorno ad un asse sostanzialmente verticale e di scorrimento lungo tale asse, caratterizzato dal fatto di comprendere una sede inferiore concava (15) per accogliere e trattenere l'estremo superiore (12a) di un elemento (12) da avvitare o svitare rispetto alla batteria nel foro di scavo, dove detta sede concava (15) forma un inviluppo di superfici (16) divergenti verso il basso e verso l'esterno per lo scorrimento di una pluralità di blocchi (17) aventi ciascuno una superficie esterna (18) di scorrimento, parallela e collaborante con detto inviluppo di superfici (16) ed una superficie interna (19, 20) atta ad impegnarsi con l'elemento (12) da trattenere; i blocchi (17) sono montati in modo scorrevole lungo detto inviluppo di superfici (16) per assumere due configurazioni alternative: una prima configurazione libera, a dispositivo di bloccaggio (10) sollevato, in cui i blocchi sono spinti da mezzi elastici (24) verso la parte bassa ed esterna di detto inviluppo di superfici (16), ed una seconda configurazione di trattenimento, a dispositivo di bloccaggio (10) calato sull'elemento da trattenere (12), in cui i blocchi (17) sono serrati radialmente contro l'estremo superiore (12a) di detto elemento (12).
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto inviluppo di superfici è costituito da una superficie conica (16).
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta superficie esterna (18) di scorrimento dei blocchi (17) ha forma congruente a detta superficie conica (16).
4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta superficie interna comprende una superficie (19) di forma cilindrica congruente alla superficie cilindrica laterale della testa (12a) degli elementi (12) della batteria, ed una superfìcie orizzontale radiale (20) atta ad essere spinta a battuta contro il bordo superiore (12b) di detta testa (12a).
5. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di essere montato in modo nonrotazionale alla testa rotativa (11).
6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto di essere scomposto in due porzioni (10a, 10b), tra di loro snodate mediante un accoppiamento sferico (10c), la porzione superiore (IOa) è collegata a detta testa rotativa (11).
7. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti blocchi (17) è accoppiato ad un rispettivo mezzo elastico (24) comprendente un pistone (25)/ accolto in modo scorrevole in una corrispondente cavità (26) ottenuta nel corpo del dispositivo (10).
8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che ciascun pistone (25) è vincolato nella propria parte inferiore al rispettivo blocco (17) mediante un accoppiamento filettato.
9. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette superfici esterne (18) dei blocchi (17) forma una guida (21) disposta parallelamente a detto inviluppo di superfici (16), nella quale guida è scorrevole un corrispondente fermo (22) solidale al corpo (10) del dispositivo.
10. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detti fermi (22) costituiscono elementi di arresto inferiori per i blocchi scorrevoli (17).