KR20140077905A

KR20140077905A - 유전에서의 이용을 위한 토크 장치 및 그 작동 방법

Info

Publication number: KR20140077905A
Application number: KR20147009137A
Authority: KR
Inventors: 조나단 개릭 웹; 트론드 웨너 모엔; 데이비드 앨런 힐
Original assignee: 내쇼날 오일웰 파르코 노르웨이 에이에스
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2014-06-24
Also published as: WO2013036135A3; EP2753784A2; PL2753785T3; EP2753782B1; WO2013036134A3; PL2753781T3; WO2013036141A2; US20200115971A1; KR101907118B1; WO2013036139A3; WO2013036141A3; EP2753783B1; BR112014005432A2; WO2013036134A4; EP2753784B1; EP2753785B1; WO2013036136A3; EP2753782A2; WO2013036137A2; SG11201400115QA

Abstract

회전 작동 축(34)을 가지는 제 1 토크 장치 부재(10)를 포함하는 유전에서의 이용을 위한 토크 장치(1) 및 작동 방법으로서, 제 1 토크 액추에이터(42)가 상기 제 1 토크 장치 부재(10)의 중심선(48)으로부터 제 1 방사상 거리(46)에서 상기 제 1 토크 장치 부재(10)에 피봇식으로 연결되고, 막대(50) 또는 제 2 토크 액추에이터(66)가 상기 중심선(48)으로부터 제 1 방사상 거리에 대해서 반대되는 방향을 따라서 연장하는 제 2 방사상 거리(54)에서 제 1 토크 장치 부재(10)에 피봇식으로 연결되고, 그리고 상기 제 1 토크 액추에이터(42)가 액추에이터 지지부(58)의 제 1 부분(56)에 피봇식으로 연결되고, 그리고, 상기 막대(50), 대안으로서 상기 제 2 토크 액추에이터(66)가 상기 액추에이터 지지부(58)의 제 2 부분(60)에 피봇식으로 연결되고, 그리고 상기 액추에이터 지지부(58)는 상기 작동 축(34)에 대해서 방사상으로 이동가능하나, 상기 작동 축(34)에 대해서 수직인 평면(XY) 내에서 회전이 제한된다.

Description

유전에서의 이용을 위한 토크 장치 및 그 작동 방법{A TORQUE DEVICE FOR OIL FIELD USE AND METHOD OF OPERATION FOR SAME}

유전에서의 이용을 위한 토크 장치 및 그 작동 방법이 제공된다. 보다 구체적으로, 유전에서의 이용을 위한 토크 장치 및 그 작동 방법이 제공되고, 상기 토크 장치가 작동 회전 축을 가지는 제 1 토크 장치 부재를 포함하고, 그리고 제 1 토크 액추에이터가 제 1 토크 장치 부재의 중심선으로부터 제 1 방사상 거리에서 상기 제 1 토크 장치 부재에 피봇식으로 연결된다. 또한, 유전에서의 이용을 위한 토크 장치의 작동을 위한 방법이 제공된다.

육상(onshore) 및 해상 유전 장비 및 방법과 관련된 본원 명세서에서, 파이프라는 단어는 일반적으로 세장형 요소를 설명하기 위해서 사용된다. 관련된 작동 에 따라서, 세장형 요소가 튜브형 또는 비-튜브형의 툴(tool) 또는 툴 조인트와 연관된 임의의 관련된 물품일 수 있을 것이다.

유전-관련 적용예에서 파이프 연결을 구축(make up)하기 위해서 또는 파이프 연결을 단절(break out)시키기 위해서 이용되는 전형적인 파워공급형(powered) 토크 장치가, 여기에서 "제 1 토크 장치 부재" 및 "제 2 토크 장치 부재"로서 지칭되나, 종종 "파워 집게(tong)" 및 "백업(backup) 집게"로 지칭되는, 토크 장치 부재들의 쌍을 포함한다. 사용시에, 파워 집게는, 백업 집게가 제 2 파이프를 상대적으로 정지상태로 유지하는 동안, 제 1 파이프를 제 2 파이프에 대해서 회전시킨다. 이러한 집게들의 각각이 그 각각의 파이프를 수용하기 위한 슬롯을 가진다. 전형적으로, 이러한 집게들의 각각은, 파이프가 집게 슬롯 내에 수용될 때 파이프와 결합하기 위한 클램프 다이를 일반적으로 포함하는 클램프 본체들의 세트를 가진다.

일부 파워공급형 토크 장치에서, 파워 집게에 의해서 제 1 파이프로 인가되는 토크는 밀어냄-당김(push-pull) 수압식 액추에이터들의 쌍으로부터 제공된다. 이러한 파워공급형 토크 장치들은, 밀어냄-당김 수압식 액추에이터들의 고유의 밀어냄-당김 힘 불균형 그리고 집게 클램핑 오류에 의해서 유발되는 백업 집게 및 파워 집게의 편심성의 결과로서, 전형적으로 상당한 전단 로드(loads)를 파이프 연결부 상으로 부여한다. 이러한 전단 로드가 파이프 연결부들의 부적절한 구축에 기여할 수 있다. 이러한 파워공급형 토크 장치들에서, 파이프 연결부의 나사산들에 대한 측방향 로드가 파이프 연결부 내의 마찰을 변화시킬 수 있고 그리고 어느 정도의 토크 차단(masking)을 유발할 수 있다. 여기에서, "토크 차단"이라는 용어는, 파워공급형 토크 장치로부터의 토크 판독 값(reading)과 파이프 연결부가 받는 실제 토크가 달라지게 하는 임의의 것을 지칭한다.

일부 파워공급형 토크 장치들에서, 파워 집게가 회전하는 동안 백업 집게 및 파워 집게가 공통의 파이프 회전 축을 가지도록 보장하기 위해서, 기계적인 안내부가 백업 집게와 파워 집게 사이에서 이용된다. 전형적으로, 그러한 안내부는 이론적인 파이프 축에 대해서 동심적인 그리고 백업 집게와 파워 집게 사이에 및/또는 파워 집게와 외부 구조물 사이에 배열된 안내 링들로 이루어진 시스템의 형태를 취한다. 현재-기술의 안내 시스템은 전형적으로, 백업 집게 및 파워 집게 모두가 파이프들에 대해서 클램핑될 때의 토크 인가 중에 그리고 파워 집게가 파이프에 대해서 클램핑되지 않은 때의 비-토크 회전 중에, 작용할 것이다. 이러한 파워공급형 토크 장치들에서, 파워 집게와 백업 집게 사이의 클램프 중심 편차가 토크 차단을 유발할 수 있다. 구체적으로, 만약 클램핑된 중심 편차가 안내 링 간극(clearance)을 초과한다면, 클램핑 힘의 일부 부분이 안내 링 표면들 상으로 전달될 것이다. 이어서, 파워 집게의 회전 중의 결과적인 마찰은 실제 토크 보다 큰 겉보기(apparent) 토크를 초래하는 드럼 브레이크로서 기능할 것이다.

토크 판독 값에서의 오류는, 특히 파이프 연결부들이 좁은 토크 밴드폭(bandwidth) 내의 토크로 구축되는 적용예들에서, 파이프 연결부를 정확하게 구축하기 어렵게 만들 수 있다.

발명의 목적은 종래 기술의 단점들 중 적어도 하나를 해소 또는 감소시키는 것이다.

그러한 목적은, 이하의 설명에서 그리고 후속하는 청구항들에서 개시된 특징들에 의해서, 발명에 따라 달성된다.

발명의 제 1 양태에 따라서, 작동 회전 축을 가지는 제 1 토크 장치 부재를 포함하는 유전에서의 이용을 위한 토크 장치가 제공되고, 제 1 토크 액추에이터가 상기 제 1 토크 장치 부재의 중심선으로부터 제 1 방사상 거리에서 상기 제 1 토크 장치 부재에 피봇식으로 연결되고, 막대(rod) 또는 제 2 토크 액추에이터가 상기 중심선으로부터 제 1 방사상 거리에 대해서 반대되는 방향을 따라서 연장하는 제 2 방사상 거리에서 제 1 토크 장치 부재에 피봇식으로 연결되고, 그리고 상기 제 1 토크 액추에이터가 액추에이터 지지부의 제 1 부분에 피봇식으로 연결되고, 그리고, 상기 막대, 대안으로서 상기 제 2 토크 액추에이터가, 액추에이터 지지부의 제 2 부분에 피봇식으로 연결되고, 그리고 상기 액추에이터 지지부는 작동 축에 대해서 방사상으로 이동가능하나, 상기 작동 축에 대해서 수직인 평면 내에서 회전하는 것이 제한된다.

토크 장치의 현수(suspension)는, 제 1 토크 장치 부재가 상기 작동 축에 대해서 수직인 평면 내에서 실질적으로 자유롭게 슬라이딩할 수 있게 한다.

상기 방사상 방향으로 고정된 파이프에 부착될 때, 상기 작동 축이 파이프의 길이방향 축과 일치된다. 제 1 토크 장치 부재가 파이프와 함께 회전한다. 만약 토크 장치가 제 1 토크 액추에이터 및 막대를 구비한다면, 액추에이터 지지부는, 제 1 토크 장치 부재가 파이프와 함께 피봇하는 동안, 상기 작동 축을 향해서 또는 작동 축으로부터 멀리 이동한다.

만약 토크 장치가 제 1 토크 액추에이터 및 제 2 토크 액추에이터를 가지고, 이때 제 1 토크 장치 부재의 피봇팅 중에 상기 토크 액추에이터들 중 하나가 연장하는 한편 다른 하나는 대략적으로 동일한 속도로 후퇴한다면, 상기 액추에이터 지지부가 실질적으로 정지상태가 될 수 있을 것이다. 2개의 토크 액추에이터들 사이의 속도 차이는 작동 축을 향한 또는 작동 축으로부터 멀어지는 액추에이터 지지부의 운동을 초래한다.

액추에이터들은 수압, 공압 및 전기와 같은 임의의 유용한 형태일 수 있을 것이다.

상기 제 1 토크 액추에이터 및, 상기 제 2 토크 액추에이터 대신의, 상기 막대가, 액추에이터 지지부의 각각의 제 1 부분과 제 2 부분에서, 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분을 결합시키는 지지 축 주위의 상기 액추에이터 지지부에 피봇식으로 연결될 수 있을 것이다.

비록 제 1 토크 장치 부재의 단지 적은(minor) 이동들만이 작동 축을 따라서 예상되지만, 그에 따라 토크 액추에이터들 및 막대가 제 1 부분과 제 2 부분을 결합시키는 지지 축 주위로 자유롭게 틸팅된다.

제 1 토크 장치 부재가 작동 축을 공유하는 제 2 토크 장치 부재에 연결될 수 있을 것이다. 제 1 토크 장치 부재가 파워 집게일 수 있는 한편, 제 2 토크 장치 부재가 백업 집게일 수 있을 것이다.

액추에이터 지지부가 제 2 토크 장치 부재에 연결될 수 있을 것이다.

액추에이터 지지부는, 액추에이터 지지부가 작동 축으로 그리고 작동 축으로부터 피봇될 수 있게 허용하는 방향을 가지는 피봇 축 주위의 상기 제 2 토크 장치 부재에 피봇식으로 연결될 수 있을 것이다.

그에 따라, 제 2 토크 장치 부재가 액추에이터 지지부를 위한 그에 따라 제 1 토크 장치 부재를 위한 베이스를 형성함에 따라, 2개의 토크 장치 부재가 쌍으로서 작동할 수 있을 것이다.

제 1 토크 액추에이터가 제 1 액추에이터 고정구(fixture)에 의해서 상기 제 1 토크 부재의 토크 장치 부재 본체에 연결될 수 있을 것이다.

상기 막대, 대안으로서 제 2 토크 액추에이터가 제 2 액추에이터 고정구에 의해서 상기 제 1 토크 부재의 토크 장치 부재 본체에 연결될 수 있을 것이다.

액추에이터 고정구들의 길이는 액추에이터들의 길이에 대해서 그리고 액추에이터 지지부의 제 1 및 제 2 부분 사이의 길이에 대해서 맞춰져야 한다.

액추에이터 지지부의 제 1 및 부분 및 제 2 부분이 상기 작동 축의 방향을 따라서 동일한 높이에 배치될 수 있을 것이다.

제 1 토크 액추에이터가, 적어도 그 작업 범위의 일부에 걸쳐서, 상기 막대, 대안으로서 제 2 토크 액추에이터 대신와 평행할 수 있을 것이다.

발명의 제 2 양태에 따라서, 작동 회전 축을 가지는 제 1 토크 장치 부재를 포함하는 유전에서의 이용을 위한 토크 장치의 작동 방법이 제공되고, 제 1 토크 액추에이터가 상기 제 1 토크 장치 부재의 중심선으로부터 제 1 방사상 거리에서 상기 제 1 토크 장치 부재에 피봇식으로 연결되고, 상기 방법이:

- 상기 중심선으로부터 상기 제 1 방사상 거리에 대해서 반대되는 방향을 따라서 연장하는 제 2 방사상 거리에서 막대 또는 제 2 토크 액추에이터를 제 1 토크 장치 부재에 연결하는 단계;

- 상기 제 1 토크 액추에이터를 상기 액추에이터 지지부의 제 1 부분에 피봇식으로 연결하는 단계;

- 상기 막대, 대안으로서 상기 제 2 토크 액추에이터를 상기 액추에이터 지지부의 제 2 부분에 피봇식으로 연결하는 단계; 및

- 상기 액추에이터 지지부가 작동 축에 대해서 방사상으로 이동가능하나, 상기 액추에이터 지지부가 상기 작동 축에 대해서 수직인 평면 내에서 회전하는 것이 제한되게 하는 단계를 더 포함한다.

상기 방법은 상기 제 1 토크 액추에이터를 상기 액추에이터 지지부의 제 1 부분에 그리고, 상기 막대, 대안으로서 상기 제 2 토크 액추에이터를 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분을 결합시키는 지지 축 주위의 액추에이터 지지부의 제 2 부분에 피봇식으로 연결하는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다.

상기 방법은, 작동 축을 공유하는 제 2 토크 장치 부재에 대해서 상기 제 1 토크 장치 부재를 연결시키는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다.

상기 방법은 상기 액추에이터 지지부를 상기 제 2 토크 장치 부재에 연결시키는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다.

상기 방법은, 액추에이터 지지부가 상기 작동 축으로 그리고 상기 작동 축으로부터 피봇될 수 있게 하는 방향을 가지는 피봇 축 주위의 상기 제 2 토크 장치 부재에 대해서 상기 액추에이터 지지부를 피봇식으로 연결하는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다.

상기 방법은 상기 작동 축에 대해서 동일한 높이에 상기 액추에이터 지지부의 제 1 부분 및 제 2 부분을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다.

발명에 따른 장치 및 방법은, 측방향 힘을 유발하지 않고, 제 1 파이프에 토크를 부여할 수 있게 한다. 측방향으로 고정된 연결들로 인해서 종래 기술에 의해서 유발되는 측방향 힘들은 나사산들(threads) 내에서 부가적인 마찰력들을 발생시키는 경향이 있고, 그에 따라 나사산형 툴 조인트 연결에 대한 토크 판독값들을 차단하거나 방해하는 경향이 있다.

이하에서, 바람직한 장치 및 방법의 예가 첨부 도면들을 참조하여 설명된다.
도 1은 발명에 따른 토크 장치의 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1의 단면 I-I을 도시한다.
도 3은 도 2의 단면 II-II을 도시한다.
도 4는 상이한 실시예에서의 토크 장치의 사시도를 도시한다.
도 5는 지지 패드의 측면도를 도시한다.
도 6은 상이한 자유도들이 표시된, 도 4의 토크 장치의 사시도를 도시한다.
도 7은 토크 장치를 위한 수압 제어 회로를 도시한다.
도 8은 정상(normal) 토크 구축 모드에서 도 7의 제어 회로를 도시한다.
도 9는 높은 토크 구축 모드에서 도 7의 제어 회로를 도시한다.
도 10은 토크 장치의 측면도를 도시한다.
도 11은 도 1과 동일한, 그러나 제 1 토크 장치 부재 및 토크 액추에이터들을 제거하여 도시한 도면이다.
도 12는 제 1 토크 장치 부재의 하부 측부로부터의 사시도를 도시한다.
도 13은 도 10의 단면 X-X을 도시한다.
도 14는 도 13과 동일한, 그러나 클램프 본체들이 활성화된 것을 도시한 도면이다.
도 15는 도 13과 동일한, 그러나 상이한 회전 각도에서 제 1 토크 장치 부재를 도시한 도면이다.
도 16은 유연한 다이 유지부(comliant die retainer)를 가지는 제 1 클램프 본체의 사시도를 도시한다.
도 17은 다른 실시예에서의 유연한 다이 유지부 시스템의 단면도를 도시한다.
도 18은 다이 유지부의 사시도를 도시한다.
도 19는 또 다른 실시예의 다이 유지부 시스템에서 도 18의 다이 유지부의 단면을 도시한다.
도 20은 제 1 파이프와 오프셋 결합된 클램프 다이를 도시한다.
도 21은 제 1 토크 장치 부재에 대한 상이한 위치들에서 제 1 파이프의 개략도를 도시한다.
도 22는 상이한 클램프 본체 이동 거리들의 비율의 그래프를 도시한다.
도 23은 단순화된 속도 제어 도표를 도시한다.
도 24는 비활성적 보상(passive compensation)의 결과로서의 제 1 클램프 장치 부재 내의 상이한 파이프들의 결과적인 위치들의 개략도를 도시한다.
도 25는 클램프 핀 배열체(arrangement)의 사시도를 확대하여 도시한 도면이다.
도 26은 활성적(active) 결합 위치에서의 클램프 본체들과 함께, 도 2와 동일한 것을 도시한 도면이다.
도 27은 토크 장치의 회전 각도에 대해서 플롯팅된(plotted) 토크 변화를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 28은 제 1 및 제 2 파이프와 관련된 상세 부분들을 도시한 도면이다.
도 29는 툴 조인트 탐색기(finder)의 원리도를 도시한다.
도 30은 선단부 위치가 축방향 거리에 대해서 플로팅된 그래프를 도시한다.
도 31은 다른 실시예에서의 툴 조인트 탐색기의 원리도를 도시한다.
도 32는 또 다른 실시예에서의 툴 조인트 탐색기의 원리도를 도시한다.
도 33은 파이프 계산(tally) 시스템과 관련된 블록도를 도시한다.

발명에 따른 특징들을 보다 잘 설명하기 위해서, 도면들이 대체적으로 개시 내용에 필수적인 특징들만을 도시하고 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 이는, 고정구들, 파워 공급부들, 제어 케이블들 및 장비와 같은 많은 수의 필수적인 물품들을 도시하지 않았다는 것을 의미한다. 그러나, 이러한 물품들 및 그 기능들은 당업자에게 공지되어 있다.

도면들에서, 참조 번호 '1'은 제 1 파이프(4)와 제 2 파이프(6) 사이의 연결 툴 조인트(2)를 구축하거나 단절시키기 위한 파워공급형 토크 장치를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 토크 장치(1)는, 토크 장치 부재 본체(12)를 가지는 제 1 토크 장치 부재(10)를 포함한다.

토크 장치 부재 본체(12)는, 이러한 실시예에서, 상부 파트(14) 및 하부 파트(16)로 만들어지고, 상기 양 파트들(14, 16)은 제 1 파이프(4)를 위치시키기 위한 "U"자 형상 슬롯들(18)을 가진다. 상부 파트(14) 및 하부 파트(16)가 이격되고 그리고 측부 파트들(20)에 의해서 결합된다. 상부 및 하부는 토크 장치(1)의 작동 위치들을 지칭한다.

제 1 토크 장치 부재(10)는, 클램프 본체들(22, 24, 26)이 제 1 파이프(4)로부터 분리되는 후퇴된 비활성적 위치와, 클램프 본체들(22, 24, 26)이 제 1 파이프(4)와 접촉하는 활성적 연장 위치 사이에서 이동하도록 디자인된 3개의 클램프 본체들(22, 24, 26)을 가진다. 이러한 클램프 본체들(22, 24, 26) 중에서, 제 1 클램프 본체(22)는, 도 2를 참조할 수 있는 바와 같이, 제 1 클램프 핀(28) 상에서 힌지 작용하는 클램프 아암 연장부(27)를 포함하고, 상기 제 2 클램프 본체(24)는 제 2 클램프 핀(30) 상에서 힌지 작용하는 클램프 아암 연장부(29)를 포함하는 한편, 상기 제 3 클램프 본체(26)는, 도 3을 참조할 수 있는 바와 같이, 안내부(32) 내에서 선형적으로 이동될 수 있다. 이러한 실시예에서, 클램프 핀들(28, 30)은 토크 장치 부재 본체(12)에 고정된다.

좌표(XYZ) 시스템이 도 1에 도시되어 있다. Z-축이 XY 평면에 직교한다. 토크 장치(1)는, Z 방향으로 연장하는 작동 회전 축(34)을 가진다. 토크 장치(1)가 제 1 파이프(4) 상으로 클램핑될 때, 상기 작동 축(34)이 일반적으로 제 1 파이프(4)의 중심 축과 일치된다.

도시되지 않은 구조물에 의해서 지지되는 제 1 토크 장치 부재 본체(12)는 XY 평면 내에서 실질적으로 자유롭게 슬라이딩되거나 또는 슬라이딩될 수 있다.

도 2를 참조하면, "U"자 형상 슬롯(18)에 대한 반대 측부로부터 볼 때, 제 1 클램프 본체(22)가 작동 축(34)의 좌측 측부 상에 배치되고, 제 2 클램프 본체(24)는 작동 축(34)의 우측 측부 상에 배치되는 한편, 제 3 클램프 본체(26)는 상기 제 1 및 제 2 클램프 본체들(22, 24) 사이에 배치된다. 여기에서, 클램프 본체들(22, 24, 26)은 XY 평면에 평행한 방향으로 토크 장치 부재 본체(12) 내부에서 이동가능하다.

제 1, 제 2 및 제 3 클램프 본체들(22, 24, 26)은 각각 제 1 클램프 액추에이터(36), 제 2 클램프 액추에이터(38), 및 제 3 클램프 액추에이터(40)에 커플링되고 그리고 그러한 액추에이터들 각각에 의해서 이동된다. 상기 클램프 액추에이터들(36, 38, 40)은 토크 장치 부재 본체(12)의 측부 부분(20)에 피팅되고 그리고 중간 스트럿들(43)에 의해서 그들의 각각의 클램프 본체들(22, 24, 26)에 연결된다.

제 1 토크 액추에이터(42)는 상기 제 1 토크 장치 부재(10)의 중심선(48)으로부터 제 1 방사상 거리(46)에서 그리고 제 1 액추에이터 고정구(44)에서 상기 제 1 토크 장치 부재(10)에 피봇식으로 연결된다. 상기 제 1 토크 장치 부재(10)가 그 중간 위치에 있을 때, 중심선(48)이 X 방향과 평행하게 위치된다. 막대(50)가 중심선(48)으로부터 제 2 방사상 거리(54)에서 제 2 액추에이터 고정구(52)에서 제 1 토크 장치 부재(10)에 피봇식으로 연결된다. 제 1 및 제 2 방사상 거리들(46, 54)이 중심선(48)에 대해서 대향하는 측부들 상에 위치된다. 제 1 액추에이터 고정구(44) 및 제 2 액추에이터 고정구(52) 각각에서의 제 1 토크 액추에이터(42) 및 막대(50)의 연결부들이 액추에이터들 상에서 종종 이용되는 바와 같은 볼 타입 연결부들의 형태일 수 있을 것이다.

제 1 액추에이터(42)가 또한 액추에이터 지지부(58)의 제 1 부분에 피봇식으로 연결되는 한편, 막대(50)가 액추에이터 지지부(58)의 제 2 부분(60)에 피봇식으로 연결된다. 액추에이터 지지부(58)의 제 1 및 제 2 부분들(56, 60)이 여기에서 포크(fork)로 형성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제 3 클램프 액추에이터(40)와 액추에이터 지지부(58) 사이에 가변적인 간극(62)이 존재한다.

액추에이터 지지부(58)는, 제 1 토크 장치 부재(10)의 작동 축(34)에 대해서 방사상 방향인 X 방향으로 이동가능하다. 그러나, 액추에이터 지지부(58)는 작동 축(34)에 대해서 수직인 XY 평면 내에서 회전하지 않도록 제한된다.

도 1에서, 액추에이터 지지부(58)는 도시되지 않은 구조물에 고정되는 안내 부재(64) 내에서 이동가능한 것으로 도시되어 있다.

정상 작동들 중에, 중심선(48)은 작동 축(34)에 대해서 수직이다. 제 1 토크 장치 부재(10)에 대한 제 1 파이프(4)의 발생가능한 불완전한 클램핑 위치로 인해서, 작동 축(34)이 중심선(48)을 차단(intercept)할 수 있거나 차단하지 않을 수 있을 것이다.

토크를 제 1 파이프(4)로 인가하고자 할 때, 제 1 파이프(4)가 제 1 토크 장치 부재(10)의 "U"자 형상 슬롯(18) 내에 배치된다. 클램프 본체들(22, 24, 26)이 그들의 각각의 클램프 액추에이터들(36, 38, 40)에 의해서 그들의 활성적 위치들로 이동되어 제 1 파이프(4)와 결합한다. 제 1 토크 장치 부재(10)가, 제 1 파이프(4)에 클램핑되기에 앞서서, XY 평면 내에서 이동이 자유로움에 따라, 제 1 토크 장치 부재(10)는, 클램프 본체들(22, 24, 26)이 제 1 파이프(4)와 결합할 때, 제 1 파이프(4) 상에서 자체적으로 위치결정될 것이고, 그에 따라 제 1 파이프(4)의 중심 축이 토크 장치(1)의 작동 축(34)이 될 것이다.

도 1에 도시된 실시예에서, 제 2 파이프(6)가, 적어도 작동 축(34)에 수직인 방향들을 따라서, 도시되지 않은 구조물에 고정된다. 제 1 액추에이터(42)가 연장하거나 후퇴됨에 따라서, 토크가 작동 축(34) 주위의 제 1 파이프(4)에서 셋업된다. 액추에이터 지지부(58)가 막대(50)에 의해서 X 방향으로 이동되고, 상기 X 방향은 작동 축(34)에 대해서 방사상 방향이며, 그에 따라 XY 평면 내의 제 1 파이프(4) 내에서 방사상 힘들을 유도하지 않고 제 1 파이프(4) 내의 토크를 셋업한다.

대안적인 실시예에서, 막대(50)가 도 4에 도시된 바와 같이 제 2 토크 액추에이터(66)로 교체될 수 있을 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 토크 장치(1)가 제 1 토크 장치 부재(10) 및 상기 제 1 토크 장치 부재(10)의 아래쪽에 위치된 제 2 토크 장치 부재(68)를 포함한다.

제 2 토크 장치 부재(68)가 제 1 토크 장치 부재(10)와 유사한 디자인이고 그리고 상부 파트(72)를 가지는 토크 장치 부재 본체(70)를 포함한다.

요크(74)가 제 2 토크 장치 부재(68)로부터 그리고 액추에이터 지지부(58)의 아래까지 X 방향으로 연장한다. 액추에이터 지지부(58)는, Y 방향에 평행한 피봇 축(77) 주위로 피봇팅하는 피봇 베어링(76)을 통해서 요크(74)에 연결된다. 상기 제 1 토크 장치 부재(10) 및 토크 액추에이터들(42, 66)이 도시되어 있지 않은 도 10 및 11을 참조할 수 있는 바와 같이, 액추에이터 지지부(58)는 제 1 토크 장치 부재(10)로 그리고 제 1 토크 장치 부재(10)로부터 방사상 방향으로 이동하도록 피봇 베어링(76) 내에서 자유롭게 피봇팅될 수 있을 것이다.

도 4에 도시된 실시예에서, 액추에이터 지지부(58)의 제 1 부분(56) 및 제 2 부분(60)이 액추에이터 지지부(58)에 피봇식으로 연결되고 그리고 제 1 및 제 2 부분들(56, 60) 사이에서 연장하는 지지 축(78) 주위로 피봇될 수 있을 것이다. 지지 축(78)은 Y 방향과 평행하다. 그에 따라, 액추에이터 지지부(58)가 피봇 베어링(76) 상에 피봇될 때, 제 1 및 제 2 부분들(56, 60)이 상기 지지 축(78) 주위로 자유롭게 피봇된다. 그 대신에, 제 1 및 제 2 부분들(56, 60)이, 도시되지 않은 카르단(cardan) 또는 짐벌(gimbal) 연결부들로서 형성될 수 있을 것이다.

도 1 및 4를 참조하면, 툴 조인트(2)를 구축하기 위해서 토크 장치(1)를 이용하고자 하는 경우에, 제 2 토크 장치 부재(68)가 제 2 파이프(6)에 클램핑되고, 그리고 제 1 토크 장치 부재(10)가 제 1 파이프(4)에 클램핑된다. 만약 제 2 토크 액추에이터(66)가 후퇴하는 것과 동일한 레이트(rate)로 제 1 액추에이터(42)가 연장한다면, 액추에이터 지지부(58)는 툴 조인트(2)로 토크를 인가하면서 정지 상태로 유지될 것이다. 2개의 토크 액추에이터들(42, 66) 사이의 이동 레이트의 임의 편차는, 각각의 피봇 베어링(76) 및 피봇 축(77)을 중심으로, 안내 부재(64) 내의 액추에이터 지지부(58)의 이동을 초래할 것이다. 그에 따라, 액추에이터 지지부(58)는 방사상 힘들이 파이프들(4, 6)로 인가되는 것을 방지하도록 이동가능하고, 그에 따라 토크만이 파이프들(4, 6)로 인가될 수 있게 한다.

도 5는 상부의 제 1 토크 장치 부재(10)가 하부의 제 2 토크 장치 부재(68)에 대해서 자유롭게 슬라이딩하는 것을 허용하도록 그리고, 파이프들(4, 6)이 상부의 제 1 토크 장치 부재(10)의 회전 각도를 통해서 함께 나사체결됨(screwed)에 따라, 제 1 및 제 2 토크 장치 부재들(10, 68)이 서로를 향해서 이동하는 것을 허용하도록 의도된 지지 패드(80)를 도시한다.

지지 패드(80)는 상단부 층(82) 및 하단부 층(84)을 포함한다. 상단부 층(82)은, 비제한적으로, 본딩과 같은 임의의 적합한 수단에 의해서 하단부 층(84)에 대해서 라미네이트될(laminated) 수 있을 것이다. 지지 패드(80)가 디스크 형상을 가질 수 있을 것이다. 상단부 층(82)은, 제 1 토크 장치 부재(10)와 접촉하는 층이다. 상단부 층(82)은 저마찰의, 내마모성 재료로 제조되고, 그러한 재료는 제 1 토크 장치 부재(10)가 제 2 토크 장치 부재(68)에 대해서 자유롭게 슬라이딩하는 것을 허용할 수 있을 것이다. 하단부 층(84)은 상기 제 2 토크 장치 부재 본체(70)의 상부 파트(72)와 접촉하는 층이다.

하단부 층(84)은 압축가능한, 스프링 재료로 제조되고, 상기 재료는 상기 제 1 토크 장치 부재(10)와 상기 제 2 토크 장치 부재(68) 사이의 작동 축(34)을 따른 상대적인 운동을 유지하기 위해서 영구적인 변형 없이 적은 양의 압축을 허용한다. 하단부 층(84)의 재료는, 연결 툴 조인트(2)를 구축하기 위해서 회전 각도를 통해서 회전되는 동안, 제 1 토크 장치 부재(10)의 중량에 의해서 그리고, 도시되지 않은, 물리적 거리를 이동하는 제 1 토크 장치 부재(10)에 의해서 제 2 토크 장치 부재(68)에 대해서 압축된다. 제 2 토크 장치 부재(68) 위로 충분한 거리에서 제 1 토크 장치 부재(10)를 지지하도록 그리고 연결 툴 조인트(2)를 구축하는 동안 작동 축(34)을 따라서 제 1 토크 장치 부재(10)가 충분히 이동하는 것을 허용하도록 하단부 층(84)의 재료의 압축성이 선택되고, 그에 의해서 제 1 토크 장치 부재(10)와 제 2 토크 장치 부재(68) 사이의 다른 물리적 접촉이 방지된다.

제 1 토크 장치 부재(10)의 가능한 이동들이 도 6에 표시되어 있다. 화살표는 작동 축(34) 주위의 제 1 토크 장치 부재(10)의 회전 위치(86)를 도시하고, 화살표들은 XY 평면 내의 제 1 토크 장치 부재(10)의 가능한 이동들(88)을 도시하고, 화살표들은 피봇 축(77) 주위의 액추에이터 지지부(58)의 가능한 액추에이터 지지부 이동(90)을 도시한다. 화살표들은 각각의 연결부들에서 토크 액추에이터들(42, 66) 피봇 이동들(92)을 도시한다.

토크 장치(1)가 도 7에 도시된 바와 같은 파워 회로(100)에 의해서 제어될 수 있을 것이다.

도 7에 도시된 제 1 토크 액추에이터(42)가 제 1 플러스(plus) 챔버(102) 및 제 1 마이너스(minus) 챔버(104)를 구비한다. 제 2 토크 액추에이터(66)가 제 2 플러스 챔버(106) 및 제 2 마이너스 챔버(108)를 가진다.

수압 유체가 플러스 챔버들(102, 106)로 공급될 때, 각각의 토크 액추에이터들(42, 66)이 연장하는 한편, 수압 유체가 마이너스 챔버들(104, 108)로 공급되는 경우에 토크 액추에이터들이 후퇴된다.

정상적인 방식에서, 가압된 수압 유체는 방향 밸브(110)의 펌프 포트(P)(P 포트)로 공급되고, 그리고 수압 유체는 배수 포트(T)(T 포트)를 통해서 방향 밸브(110)로부터 배수된다(drained). 제 1 플러스 라인(112)은 방향 밸브(110) 상의 구축 포트(make port)(M)(M 포트)를 제 1 플러스 챔버(102)로 그리고 제 1 폐쇄가능 밸브(114)로 연결한다. 제 2 플러스 라인(116)은 방향 밸브(110)의 브레이크 포트(B)(B 포트)를 제 2 플러스 챔버(106)로 그리고 제 2 폐쇄가능 밸브(118)로 연결한다. 제 1 마이너스 라인(120)은 제 1 마이너스 챔버(104)를 제 3 폐쇄가능 밸브(122) 및 제 2 폐쇄가능 밸브(118)와 연결한다. 제 2 마이너스 라인(124)은 제 2 마이너스 챔버(108)를 제 1 및 제 3 폐쇄가능 밸브들(114, 122)과 연결한다.

토크 장치(1)가 2가지 작동 모드: 즉 정상 모드 및 높은 토크 모드를 가진다. 도 8을 참조하면, 정상 모드에서 툴 조인트(2)를 구축할 때, 방향 밸브(110)가 활성화되어 가압된 수압 유체를 M 포트를 통해서 그리고 제 1 플러스 라인(112)을 통해서 제 1 토크 액추에이터(42)의 제 1 플러스 챔버(102)로 유동시킨다. 제 1 폐쇄가능 밸브(114)가 폐쇄된다. 제 1 토크 액추에이터(42)가 연장됨에 따라, 제 1 마이너스 챔버(104) 내에 존재하는 유체가 제 1 마이너스 라인(120), 제 3 폐쇄가능 밸브(122) 및 제 2 마이너스 라인(124)을 통해서 제 2 마이너스 챔버(108)로 유동한다. 제2 폐쇄가능 밸브(118)가 폐쇄된다.

제 1 마이너스 챔버(104)로부터 제 2 마이너스 챔버(108)로의 유동은, 제 2 토크 액추에이터(66)가 후퇴되게 한다. 제 2 토크 액추에이터(66)가 후퇴함에 따라, 제 2 플러스 챔버(106)로부터의 유체가 제 2 플러스 라인(116)을 통해서 B 포트로 유동하고 이어서 방향 밸브(110)의 T 포트로 유동한다.

일 실시예에서, 도 7을 참조하면, 방향 밸브(110)의 펌프 포트(T)가 압력 조절 밸브(126)로 연결된다.

큰 토크 모드로 툴 조인트(2)를 구축할 때, 도 9를 참조하면, 방향 밸브(110)가 활성화되어 가압된 수압 유체를 M 포트를 통해서 그리고 제 1 플러스 라인(112)을 통해서 제 1 토크 액추에이터(42)의 제 1 플러스 챔버(102)로 유동시킨다. 제 1 폐쇄가능 밸브(114)가 폐쇄된다. 제 1 토크 액추에이터(42)가 연장됨에 따라, 제 1 마이너스 챔버(104) 내에 존재하는 유체가 제 1 마이너스 라인(120), 제 2 폐쇄가능 밸브(118) 및 제 2 플러스 라인(116)을 통해서 B 포트로 그리고 이어서 방향 밸브(110)의 T 포트로 유동한다. 제 1 및 제 3 폐쇄가능 밸브들(114 및 122)이 폐쇄된다. 유체가 제 2 마이너스 챔버(108)로부터 유동하지 않을 수 있을 것이다. 그에 따라, 제 2 토크 액추에이터(66)가 연장되지 않는다.

툴 조인트(2)를 단절시킬 때의 정상 및 큰 토크 모드들은 툴 조인트를 구축하기 위한 전술한 모드들과 유사하다. 그러한 작동들은 토크 액추에이터들(42, 66)의 복귀 공회전(idle) 이동을 위해서도 이용될 수 있을 것이다. 표 1은 상이한 작동 모드들에서의 밸브 위치들을 나타낸다.

전술한 바와 같이, 제 1 토크 장치(10)가 XY 평면 내에서 자유롭게 슬라이딩하는 한편, 액추에이터 지지부(58)는, 도 6의 참조 번호(90)에 의해서 도시된 제한된 범위까지, 피봇 베어링(76) 주위로 자유롭게 이동할 수 있을 것이다. 이러한 이동의 적어도 성분이 X 방향을 따르고, 상기 X 방향을 작동 축(34)에 대한 방사상 방향이다.

정상 모드 및 큰 토크 모드 사이의 토크 차이를 설명하기 위해서, 툴 조인트(2)의 구축 작동이 선택된다. 도 1을 참조하면, 제 1 및 제 2 방사상 거리들(46, 54)이 균일한 길이(L)이다. 또한, 제 1 플러스 챔버(102)로 공급되는 특정 유체 압력에서, 제 1 토크 액추에이터(42)의 연장 방향으로 가해지는 힘이 F가 된다.

정상 모드에서, 제 1 토크 액추에이터(42)가 연장할 때, 유체가 제 1 토크 액추에이터(42)의 제 1 마이너스 챔버(104)로부터, 후퇴하는 제 2 토크 액추에이터(66)의 제 2 마이너스 챔버(108)로 유동한다. 2개의 토크 액추에이터들(42, 66) 내의 힘이 동일하나 반대 방향이 되며, 그에 따라 제 1 토크 액추에이터(42)로 그리고 그로부터 자유롭게 이동가능한 액추에이터 지지부(58)를 정지 상태로 유지한다. 2개의 토크 액추에이터들(42, 66)로부터의 힘들이 힘 커플을 형성한다. 수압 압력이 2개의 토크 액추에이터들(42, 66)에 의해서 공유된다. 동일한 그러나 반대 방향들로 작용하는 결과적인 힘들이 각각 f와 같다.

제 1 토크 액추에이터(42) 내의 결과적인 힘이 또한 F-f와 같다. 2개의 토크 액추에이터들(43, 66)의 치수들이 동일함에 따라서; 제 1 토크 액추에이터(42) 내의 힘은, 제 2 토크 액추에이터(66)로 전달된 것과 동일한 양 만큼 감소된다. 그에 따라, F-f=f 임에 따라, 정상 모드에서 각각의 토크 액추에이터(42, 66) 내에서 작용하는 힘이 큰 토크 모드에서 제 1 토크 액추에이터(42) 내에서 작용하는 힘의 절반이 된다.

구축(make up)의 정상 모드에서, 제 1 파이프(4) 상으로 가해지는 토크는, 제 1 방사상 거리(46)(L)를 곱한 제 1 토크 액추에이터(42)로부터의 힘(f=0.5F), 및 제 2 방사상 거리(54)(L)를 곱한 제 2 토크 액추에이터(66)로부터의 힘(f=0.5F)의 합계이다.

0.5F*L + 0.5F*L = FL

구축의 큰 토크 모드에서, 제 1 마이너스 챔버(102)가 T 포트로 배수된다. 제 1 토크 액추에이터(42)로부터의 힘이 F이다. 제 2 토크 액추에이터(66)는 이동되지 않게 제한되고 그리고 여기에서의 반력(reaction force)이 또한 F가 된다. 그에 따라, 큰 토크 모드에서 제 1 파이프(4) 상으로 가해지는 전체 토크는 다음과 같다.

F*L + F*L = 2FL

동일한 수압 유체 압력에서, 큰 토크 모드에서의 토크가 정상 모드에서의 2개가 된다.

그에 따라, 토크 장치(1)의 작동적인 "밴드 폭"은 제어 회로(100)의 이용에 의해서 증가된다.

큰 토크 구축 중에 연장되지 않게 제한되는 제 2 토크 액추에이터(66)는 큰 토크 작동 중에 액추에이터 지지부(58)를 소정 거리로 이동시킬 것이다.

파워공급형 토크 장치 기능	토크 모드	밸브(110)	밸브(114)	밸브(118)	밸브(122)
구축	정상 토크 모드	구축	폐쇄	폐쇄	개방
단절	정상 토크 모드	단절	폐쇄	폐쇄	개방
구축	큰 토크 모드	구축	폐쇄	개방	폐쇄
단절	큰 토크 모드	단절	개방	폐쇄	폐쇄

도 10을 참조하면, 토크 장치(1)는 제 1 토크 장치 부재(10)를 제 2 토크 장치 부재(68)에 대해서 정렬시키기 위한 안내 시스템(130)을 구비한다. 안내 시스템(130)은, 제 1 또는 제 2 토크 장치 부재들(10, 68) 중 하나에 대해서 고정된 안내 링(132)을 포함한다. 여기에서, 도 11을 참조하면, 안내 링(132)은 제 1 안내 링 섹션(134), 제 2 안내 링 섹션(136) 및 제 3 안내 링 섹션(138)으로 분할된다. 여기에서, 3개의 안내 링 섹션들(134, 136, 138)이 제 2 토크 장치 부재(68)의 상부 부분(72) 상에 위치되고 고정된다.

도 12를 참조하면, 안내 시스템(130)은 또한 제 1 안내 요소(140), 제 2 안내 요소(142), 및 제 3 안내 요소(144)를 포함하고 그리고 각각의 제 1 클램프 본체(22), 제 2 클램프 본체(24), 및 제 3 클램프 본체(26)와 함께 이동하고, 상기 안내 요소들은 제 1 또는 제 2 토크 장치 부재들(10, 68) 중 다른 것에, 여기에서는 제 1 토크 장치 부재(10)에 이동가능하게 연결된다. 제 3 안내 요소(144)가 토크 장치 부재 본체(12)의 하부 파트(16) 내의 세장형 슬롯(146)을 통해서 연장한다.

도 13에서, 클램프 본체들(22, 24, 26)이 그들의 후퇴된 위치들에 배치된다. 각각의 클램프 본체들(22, 24, 26)과 함께 이동하는 제 1, 제 2 및 제 3 안내 요소들(140, 142, 144)이 각각 제 1 안내 링 섹션(134), 제 2 안내 링 섹션(136), 및 제 3 안내 링 섹션(138)에 근접된다. 안내 요소들(140, 142, 144)은 그들의 각각의 안내 링 섹션들(134, 136, 138)과 동시에 접촉하기 위해서 충분히 후퇴되지 않는다. 안내 요소들(140, 142, 144)과 그들의 각각의 안내 링 섹션들(134, 136, 138) 사이에서 발생되는 과도한 마찰력을 피하기 위해서, 안내 요소들(140, 142, 144) 중 2개만이 그들의 안내 링 섹션들(134, 136, 138)과 항상(any time) 접촉한다. 도시되지 않은 회전의 중심이 대략적으로 안내 링(132)의 중심에 위치될 것이다.

도 14에서, 클램프 본체들(22, 24, 26)은 제 1 파이프(4)를 클램핑하는 그들의 활성적인 위치에 배치된다. 이러한 위치에서, 안내 요소들(140, 142, 144)이 안내 링 섹션들(134, 136, 138)로부터 멀리 이동된다. 클램프 본체들(22, 24, 26)이 작동 축(34) 상에서 클램핑되고 작동 축(34)을 따라서 정렬될 때, 안내 시스템(130) 내에서 마찰력들이 발생되지 않는다.

도 15를 참조하면, 클램프 본체들(22, 24, 26)이 그들의 후퇴된 위치에 있을 때, 제 1 토크 장치 부재(10)의 회전 위치(86)가 변경됨에 따른 제 1 및 제 2 토크 액추에이터들(42, 66)의 복귀 행정 중에, 안내 시스템(130)이 제 1 및 제 2 토크 장치 부재(10, 68)를 서로에 대해서 안내할 것이다.

도 11을 참조하면, 도 13, 14, 및 15에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2, 및 제 3 안내 링 섹션들(134, 136, 138)뿐만 아니라 지지 패드들(80)이 제 2 토크 장치 부재(68)에 고정되고, 그리고 도 13, 14, 및 15에 도시된 제 1 토크 장치 부재(10)에 대해서는 고정되지 않는다는 것을 주목하여야 한다.

제 1 토크 장치 부재(10)가 XY 평면 내에서 자유롭게 슬라이딩함에 따라서, 안내 시스템(130)은, 제 1 토크 장치 부재(10)가 제 1 파이프(4)로부터 클램핑되지 않았을 때, 제 1 토크 장치 부재(10)가 제 2 토크 장치 부재(68)와 대략적으로 정렬되는 것을 보존(safeguard)한다. 여전히, 제 1 토크 장치 부재(10)의 클램프 본체들(22, 24, 26)이 그들의 연장된 활성적 위치에 있을 때, 안내 시스템(130)은 결합되지 않는다.

유연한 다이 유지부(150)가 도 16에 도시되어 있다. 클램프 다이(152)가 축방향으로, 즉 일반적으로 Z 방향으로, 클램프 고정구(154) 내에서 이동가능하게 배치된다. 클램프 다이(152)를 클램프 고정구(154)에 대해서 유지하기 위해서 도브테일(dovetail) 연결부(156)가 종종 이용된다. 클램프 고정구(154)는 제 1 클램프 본체(22)의 파트이다. 다른 클램프 본체들(24, 26)이 또한 동일한 디자인을 가질 수 있을 것이다.

도 16에서, 본체 형태의 다이 유지부(158)는, 그 단부 표면(162)에서 클램프 다이(152)를 접촉지지하는(abutting) 제 1 표면(160)을 가진다. 다이 유지부(158) 내의 홈(166) 내에 배치된 밴드 형태의 탄성 본체(164)가 다이 유지부(158)를 클램프 다이(152)를 향해서 편향시킨다. 제 2 표면(168)은 다이 유지부(158)가 위치를 벗어나 이동하는 것을 방지한다. 클램프 다이(152)의 대향하는 단부 부분에 다이 유지부(158)가 또한 존재할 수 있을 것이다.

도 17에서, 다이 유지부(158)가 클램프 다이(152)의 각각의 단부에 배치된 다른 실시예에서 다이 유지부(158)가 도시되어 있다. 여기에서, 다이 유지부(158)는 루버(rubber) 또는 폴리우레탄과 같은 탄성 재료로 제조된다. 도 17에서, 다이 유지부(158)가 클램프 본체(22)와 클램프 다이(152) 사이에 위치된다.

다른 실시예에서, 도 18, 19를 참조하면, 다이 유지부(158)는 형성된 스프링 플레이트의 형태를 가진다. 홈 부분(170)이 제 1 벤딩된(bent) 부분(172)과 제 2 벤딩된 부분(174) 사이에 위치된다.

도 19에 도시된 바와 같이, 제 1 벤딩된 부분(172)이 클램프 다이(152)의 단부 표면(162)을 접촉지지하고 그리고 제 2 벤딩된 부분(174)이 클램프 고정구(154)뿐만 아니라 클램프 본체(22)의 하우징(176)을 접촉지지한다.

도 19에 도시된 바와 같은 다이 유지부(158)가 자체적으로 기능적이지만, 다이 유지부(158)가 제 위치에서 유지되는 것을 추가적으로 보장하기 위해서, 탄성 본체(164)가 홈 부분(170) 내에 배치될 수 있을 것이다.

클램프 고정구(154) 내의 클램프 다이(152)의 이동을 제한하기 위해서, 도시되지 않은 단부 정지부(stop)가 제공될 수 있을 것이다.

도 16에 도시된 바와 같이 힘이 클램프 다이(152)를 클램프 고정구(154) 내에서 이동시킬 때, 탄성 본체(164)가 약간 연신된다. 상기 힘이 제거될 때, 탄성 본체(164)가 클램프 다이(152)를 그 초기 위치로 복귀시킨다.

유사하게, 도 17을 참조하면, 클램프 다이(152)가 거리(178)로 이동될 때, 다이 유지부(158)의 재료가 압축된다. 클램프 다이(152)는, 오프로딩되었을(offloaded) 때, 다이 유지부(158)의 팽창에 의해서 그 초기 위치로 되돌아 간다.

도 19에 도시된 실시예에서 유사한 이동이 발생함에 따라, 다이 유지부(158)가 파선들에 의해서 표시된 바와 같이 벤딩된다. 클램프 다이(152)는, 오프로딩될 때, 다이 유지부(158) 및 탄성 본체(164)의 스프링 작용에 의해서 그 초기 위치로 되돌아 간다.

도 20에서, 클램프 다이(152)가 결합된, 제 1 파이프(4)에 대한 오프셋 위치에서 도시되어 있고, 이는 클램프 다이(152)의 중심선(182)과 제 1 파이프(4)의 작동 축(34) 사이의 오프셋 거리(180)를 초래한다.

도 21은, 도 2에 도시된 바와 같이, 클램프 아암 연장부(27)를 가지는 제 1 클램프 본체(22)가 제 1 클램프 핀(28) 주위로 힌지된 시스템의 개략도를 도시한다. 제 1 파이프(4)는, 큰 직경 파이프(186), 중간 직경 파이프(188), 및 작은 직경 파이프(190)와 같은, 3개의 상이한 치수들로 도시되어 있다.

클램프 작동 중에, 도 2를 참조하면, 제 1 클램프 본체(22) 및 제 2 클램프 본체(24)가 동일한 속도들로 제 1 파이프(4)의 대향 측부들로부터 이동한다. 그에 따라, 제 1 파이프(4)는, 클램핑될 때 그 직경과 관계없이, 중심선(48)에서 센터링된다. 클램프 본체들(22, 24, 26)은 클램프 다이(152)를 포함한다. 도 21에 도시된 제 1 클램프 본체(22)의 위치들은 또한 제 2 클램프 본체(24)에 대해서도 적용될 수 있다.

이러한 실시예에서 제 1 클램프 핀(28)의 위치가 제 1 토크 장치 부재(10)에 대해서 고정됨에 따라, 클램프 다이(152)의 중심선(182)이 큰 파이프 접선 위치(194)에서 큰 파이프 중심 위치(192)와, 중간 파이프 접선 위치(198)에서 중간 파이프 중심 위치(196), 및 작은 파이프 접선 위치(202)에서 작은 파이프 중심 위치(200)와 교차한다.

서로 상이한 중심 위치들(192, 198, 200)은 큰 직경 파이프(186), 중간 직경 파이프(188), 및 작은 직경 파이프(190) 각각에 대해서 작동 축(34)에 상응한다.

또한 도 2를 참조하면, 제 3 클램프 본체(24)가 큰 파이프 접촉 위치(204)에서 큰 직경 파이프(186)와, 중간 파이프 접촉 위치(206)에서 중간 직경 파이프(188)와, 그리고 작은 파이프 접촉 위치(208)에서 작은 직경 파이프(190)와 결합한다.

상이한 파이프들(186, 188, 190)의 정렬을 달성하기 위해서 제 1 및 제 2 클램프 본체들(22, 24)이 이동될 필요가 있는 거리(I, II)는 제 2 클램프 본체(26)가 반드시 이동하여야 하는 거리(III)와 상이하다. 동일한 거리들(I, II)과 거리(III) 사이의 관계는 선형적이 아니다. 그러나, 도 22에 도시된 바와 같은 1차 개산식(approximation)을 이용하는 것에 의해서, 오프셋 거리(180)가 보상되지 않은 시스템에 대비하여 실질적으로 감소되고; 말하자면 10 배(factor of ten)만큼 감소된다.

도 22에서, 제 3 클램프 본체(26)의 이동 거리(III)가 가로축을 따라서 시작되는 한편, 제 1 및 제 2 클램프 본체들(22, 24)의 상응하는 동일한 이동 거리들(I, II)이 세로축에 상응한다. 라인(210)은 이동 거리(I, II) 대 이동 거리(III) 사이의 관계를 보여준다. 제 3 클램프 본체(26)가 큰 파이프 접촉 위치(204)와 작은 파이프 접촉 위치(208) 사이의 제 3 거리(III)를 이동하는 것과 동시에 제 1 및 제 2 클램프 본체들(22, 24)이 큰 파이프 접선 위치(194)와 작은 파이프 접선 위치(202) 사이에서 제 1 및 제 2 이동 거리(I, II)를 이동하도록, 제 1 및 제 2 클램프 본체들(22, 24)의 이동 속도가 조정된다.

하나의 실시예에서 클램프 본체들(22, 24, 26)의 이동 속도가 일정함에 따라; 각각의 클램프 본체들(22, 24, 26)의 후퇴된 위치들이 각각 제 1 및 제 2 후퇴 위치(212) 및 제 3 후퇴 위치(214)에서 라인(210) 상에 위치된다. 위치들(212 및 214)이 또한 도 21에 도시되어 있다.

도 23은 클램핑 행정들의 이동 속도의 차이를 달성하기 위한 기본적인 수압 유닛을 도시한다. 도 2를 참조하면, 여기에서 수압 램들(rams)의 형태인 제 1, 제 2 및 제 3 클램프 액추에이터들(33, 38, 40)이 제 1 유동 제어 밸브(216), 제 2 유동 제어 밸브(218) 및 제 3 유동 제어 밸브(220) 각각에 연결된다. 유동 제어 밸브들(216, 218, 220)은 상이한 압력들의 범위에 걸쳐서 작동하도록 디자인된다. 이러한 범위 내에서 유동이 대략적으로 셋팅된 값으로 유지된다. 유동 제어 밸브들(216, 218)이 동일한 유동 값으로 교정되고(calibrated), 그리고 제 3 유동 제어 밸브(220)가 상기 제 1 및 제 2 유동 제어 밸브들(216, 218) 보다 낮은 유량으로 교정된다. 도 22를 참조하면, 제 3 액추에이터(40)에 대한 유동과 제 1 및 제 2 액추에이터들(36, 34) 내의 유동의 비율은, 클램핑 메커니즘의 기하형태에 의해서 결정되고 그리고 라인(210) 형태 및 경사에 의해서 주어진다. 유동 밸브들(216, 218, 220)이 일단 조정되면, 그 밸브들은 추가적인 임박한(impending) 조정을 필요로 하지 않는다.

전술한 바와 같이, 제 3 클램프 본체(26)는, 제 1 및 제 2 후퇴 위치(212)에 있는 제 1 및 제 2 클램프 본체들(22, 24) 보다 제 1 파이프(4)에 더 근접한 제 3 후퇴 위치(214)에서 시작하여야 한다.

압력 감소 밸브(224)를 통해서 유체를 수용하는 공급 라인(222)을 통해서 수압 유체가 유동 밸브들(216, 218, 220)로 공급된다. 압력 감소 밸브(224)를 통한 유동이 검출되지 않을 때, 클램핑 시퀀스가 종료된다. 감소 밸브(224)에서 셋팅되고 그리고 유동 제어 밸브들(216, 218, 220) 이후에 존재하는 압력이 희망하는 클램핑력과 균등해진다.

이는, 유동이 감소 밸브(224)를 통해서 여전히 이루어지는 경우를 검출할 수 있게 하고 그에 따라 클램핑이 종료되었는지 아닌지의 여부를 모니터링할 수 있게 한다. 클램프 본체들(22, 24, 26) 모두가 제 1 파이프(4)와 접촉할 때까지 클램프 본체들(22, 24, 26)이 계속적으로 이동할 것이기 때문에, 제 1 토크 장치 부재(10)에 대해서 오프셋될 때, 제 1 파이프(4)가 또한 클램핑될 것이다. 셋팅된 압력은, 유동 밸브들(216, 218, 220)이 작동 범위 내에 있게 허용할 수 있는 최소 값 보다 높아야 하는데; 만약 그렇지 않다면 클램프 본체들(22, 24, 26)이 예측불가능한 속도들로 이동할 수 있을 것이다.

도 24는 상이한 클램핑 행정 속도들을 이용하는 비활성적 파이프 중심 보상의 결과를 도시한다. 또한 도 1 및 2를 참조하면, 큰 파이프 중심(192)의 위치는 중간 파이프 중심(196) 보다 "U"자 형상 슬롯(18)의 하단부(226)로부터 더 멀리 위치된다. 따라서, 큰 파이프 중심(192)이 중간 파이프 중심(196)과 동일한 위치에 배치되어야 하는 것처럼, "U"자 형성 슬롯(18)의 하단부(226)로부터 동일한 양의 재료를 제거할 필요가 없다. 라인(228)은 보상되지 않은 시스템의 "U"자 형상 슬롯(18)의 하단부를 나타낸다.

시스템은 제 1 토크 장치 부재(10) 및 제 2 토크 장치 부재(68) 모두에 대해서 적용될 수 있다.

도 25에서, 조정가능한 클램프 핀 배열체가 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 클램프 핀 축(230)을 가지는 제 1 클램프 핀(28)이, 여기에서 디스크들의 형태인, 회전가능한 베어링들(232)을 통해서 제 1 토크 장치 부재 본체(12)에 커플링된다. 베어링들(232)은, 클램프 핀 축(230)에 대해서 편심적인 베어링 축(234)을 가진다.

하나의 실시예에서, 제 1 클램프 핀(28)은, 록 핀(238)을 포함하는 록(236)을 가진다. 상기 록 핀(238)은 상기 제 1 토크 장치 본체 부재(12) 내의 많은 수의 록 개구들(240) 중 임의의 개구 내로 삽입될 수 있을 것이다.

도 26을 참조하면, 제 1 토크 장치 부재 본체(12) 내에서 베어링들(232)로 클램프 핀(28)을 회전시키는 것에 의해서, 제 1 토크 장치 부재(10)에 대한 제 1 클램프 본체(22)의 위치가 조정될 수 있을 것이다.

도 26에서, 도 21 및 24의 작은 직경 파이프(190)에 상응하는 직경의 제 1 파이프(4)가 제 1 토크 장치 부재(10) 내에 배치된다.

제 2 클램프 본체(24) 내의 클램프 다이(152)의 중심선(182)은, 작동 축(34)에 상응하는 작은 파이프 중심 위치(200)에 대한 오프셋 거리(180)를 가진다.

도 26의 좌측 측부 상에 도시된 바와 같이 각도(242)를 통해서 제 1 클램프 핀(28)을 회전시키는 것에 의해서, 제 1 클램프 본체(22) 내의 클램프(152)의 중심선(182)이 작은 직경 파이프(190)의 중심(200)과 정렬된다.

화살표(244)는 제 1 클램프 핀(28)의 현재의(present) 상대적인 위치를 도시한다.

시스템은 제 1 토크 장치 부재(10) 및 제 2 토크 장치 부재(68) 모두에 적용될 수 있다.

도 6에 도시된 하나의 실시예에서, 제 1 토크 액추에이터(42)는, 제 1 토크 액추에이터(42)의 행정 위치를 반영하는 신호를 제공하도록 디자인된 제 1 위치 센서(250)를 구비한다. 제 2 토크 액추에이터(66)는 제 2 위치 센서(252)를 구비한다. 액추에이터 지지부(58)가 액추에이터 지지 위치 센서(254)를 가진다.

하나의 실시예에서, 위치 센서(255)가 제 1 토크 장치 부재(10)에 대해서 적게 접촉할 수 있을 것이다.

제 1 토크 액추에이터(42)는, 제 1 토크 액추에이터(42)에 의해서 가해지는 힘을 반영하는 신호를 제공하도록 디자인된 제 1 힘 센서(256)를 가진다. 제 1 토크 액추에이터가 편심적으로 구동되는 실시예에서, 제 1 힘 센서(256)가 액추에이터 지지부(58)의 제 1 부분(56)에 배치될 수 있고; 그 대신에 상기 센서가 파워를 측정할 수 있을 것이다. 제 1 토크 액추에이터(42)가 유체 구동되는 실시예에서, 제 1 힘 센서(256)가 유체 압력 센서의 형태일 수 있을 것이다. 이어서, 힘이 계산될 수 있을 것이다.

유사하게, 제 2 토크 액추에이터(66)가 제 2 힘 센서(258)를 가진다.

일 실시예에서, 토크가 액추에이터 지지부(58) 내에 위치된 제 3 힘 센서(259)의 이용에 의해서 측정될 수 있을 것이다.

센서들(250, 252, 254, 255, 256, 256, 258 및 259)은, 당업자에게 공지된 바와 같은, 임의의 적합한 디자인을 가질 수 있을 것이다.

센서들(250, 252, 254, 255, 256, 256, 258 및 259)은 와이어들(262)에 의해서 토크 제어 시스템(260)으로 연결된다.

토크 제어 시스템(260)은 토크 또는 토크-회전(turn) 데이터를 계산하도록 프로그래밍된다. 토크 값을 제 1 토크 장치 부재(10)의 실제 회전 위치에 관련시키는 것에 의해서 토크-회전 데이터가 결정된다. 따라서, 제 1 토크 장치 부재(10)에 의해서 제 1 파이프(4) 상으로 가해지는 실제 힘을 제 1 토크 장치 부재(10)의 실제 회전 위치(86)에 대해서 관련시키는 것이 가능해진다.

하나의 실시예에서, 토크 제어 시스템(260)이 적어도 상기 정보를 저장하기 위한 메모리(264)를 구비한다.

도 15를 참조하면, 제 1 토크 장치 부재(10)가 그 회전 위치(86)를 변경함에 따라, 제 1 및 제 2 액추에이터들(42, 66)의 중심선과 작동 축(34) 사이의 모멘트 아암(266)의 길이가 변화된다. 제 1 토크 장치(10)가 피봇됨에 따라, 모멘트 아암(266)의 길이가 도 27의 곡선(268)에 의해서 표시된 바와 같이 대체적으로 사인파형으로 변화된다. 도 27에서, 가로축은 제 1 토크 장치(10)의 회전 위치(86)를 나타내고 그리고 세로축은 보상되지 않은 토크를 백분율로 나타낸다. 토크 감소는 전형적으로 ±30도의 회전 위치(86)의 변동에 대해서 7%의 영역 이내이다.

모멘트 아암(266) 길이의 이러한 변화는 토크 액추에이터 힘의 변화에 의해서 보상될 수 있을 것이다.

유체 피동형(dirven) 제 1 및 제 2 토크 액추에이터들(42, 66)의 경우에, 유체 압력이 조정될 수 있을 것이다. 제 1 및 제 2 토크 액추에이터들(42, 66)을 위한 제어 회로(100)의 조정가능한 압력 조절 밸브(126)가 도 7에 도시되어 있다.

제 1 및 제 2 토크 액추에이터들(42, 66)이 전기적인 실시예에서, 제 1 토크 장치 부재(10)의 토크를 일정하게 또는 미리 셋팅된 토크-회전 곡선에 따라서 유지하기 위해서, 모멘트 아암(266)의 길이가 변화됨에 따라 공급 전류 및/또는 전압이 변경될 수 있을 것이다.

툴 조인트(2)의 전형적인 박스 연결부(270)가 도 28에 도시되어 있다. 정상적인 이용 중에 제 2 파이프(6)의 상단부에 위치되는 박스 연결부(270)는 연결부 업셋(upset)(276)에 인접한 소위 경질 밴드(274)를 가지는 직경(Φt)의 원통형 면(272)을 가진다. 제 1 파이프(4)가 그 하부 단부에 핀 연결부(278)를 가진다. 박스 연결부(270) 및 핀 연결부(270)는 함께 툴 조인트(2)를 형성한다. 상기 박스 연결부(270)가 박스 툴 조인트 쇼울더(280)를 가지고 그리고 상기 핀 연결부(278)가 핀 툴 조인트 쇼울더(282)를 가진다. 툴 조인트(2)의 구축시에, 쇼울더들(280, 282)이 서로 접촉지지된다.

도 26을 참조하면, 박스 연결부(270)가 파이프 형성됨(pipe formed)에 따라, 특히 박스 연결부(270)의 박스 툴 조인트 쇼울더(280)에 근접하여 그립핑되는(gripped) 경우에, 그러한 박스 연결부가 클램프 본체들(22, 24, 26)로부터의 변형에 노출된다. 그러한 변형은 툴 조인트(2)의 구축 및 단절 중에 토크 판독을 차단할 수 있을 것이다.

제 2 파이프(6)가 파이프 직경(Φp)을 가지는 한편, 전체적인 쇼울더 대 쇼울더 길이가 G가 된다. 박스 연결부(270)가 연결부 업셋 대 박스 툴 조인트 쇼울더 거리(A) 및 원통형 면 거리(B)를 가진다. 또한, 박스 연결부(270)가 베이스 경질밴드(hardband)(274) 대 박스 툴 조인트 쇼울더 거리(C) 및 상단부 경질밴드(274) 대 박스 툴 조인트 쇼울더 거리(D)를 가진다.

경질 밴드(274)가 비교적 마모되지 않는 재료로 제조된 돌출 링의 형태를 가진다. 토크 장치(1)의 클램프 다이(152)는 경질 밴드(274) 상으로 그립핑하지 않아야 하는데, 이는 그러한 그립핑에 의해서 클램프 다이(152)가 손상될 수 있기 때문이다. 전술한 변형을 방지하거나 감소시키기 위해서, 바람직하게, 클램프 다이(152)는 상기 경질 밴드(274)에 가능한 한 근접하여 그리고 상기 박스 조인트 쇼울더(280)로부터 가능한 한 멀리에서 박스 연결부(270)를 파지하여야 한다. 클램프 다이(152)가 도 20에 도시되어 있다.

도 29는 파이프들(4, 6)의 상대적인 표면 위치를 판독하기 위한 툴 조인트 탐색기(TJF)(290)라고 지칭되는 장치를 도시한다. TJF(290)는 측정 막대 형태의 안내부(296)를 통해서 선형 센서(294)에 연결되는 센서 선단부(292)를 포함한다. 선형 센서(294)로부터의 신호가 케이블(298)을 통해서 측정 제어 시스템(300)으로 전달되고, 상기 측정 제어 시스템은 적어도 선형 센서(294)로부터의 신호를 도 30에 도시된 판독가능한 그래프(302)로 변환시키도록 프로그래밍된다.

도 28의 박스 연결부(270)의 측정된 프로파일을 도시한 도 30에서, 가로축은 센서 선단부(292)의 위치를 도시하는 한편, 박스 연결부(270)의 축방향 거리가 세로축을 따라서 플로팅된다. 경질 밴드(274)의 윤곽을 곡선(302)에서 명확하게 확인할 수 있을 것이다.

일 실시예에서, 센서 선단부(292)가 선단부 액추에이터(304)에 의해서 제 1 파이프(4)에 대해서 편향되어 있으며, 상기 선단부 액추에이터는 여기에서 유체 피동형 램의 형태이다. 일 실시예에서, 상기 선단부 액추에이터(304)가 도 31에 도시된 바와 같이 선단부 스프링(306)을 통해서 측정 선단부(222)에 연결될 수 있을 것이다. TJF(290)를 활성화시킬 때, 상기 선단부 액추에이터(304)가 선단부 스프링(306)을 미리 결정된 위치로 또는 선형 센서(294)의 도움으로 결정된 위치로 이동시킨다. 측정 작동 중에 박스 연결부(270)에 대한 센서 선단부(292)의 방사상 이동이 선단부 스프링(206)에 의해서 취해진다(take up).

도 32에 도시된 바와 같은 일 실시예에서, 선단부 액추에이터(304)가 바람직하게 일정한 힘으로 제 1 파이프(4)의 박스 연결부(270)에 대해서 밀어낸다(pushing). 만약 외부 힘이 선단부 액추에이터(304)로부터의 힘을 초과한다면, 선단부 액추에이터(304)가 항복(yield)될 것이다.

도 32에서, 센서 선단부(292)가 지역적으로 전후로 이동할 수 있게 하는 힌지(308)에 의해서 센서 선단부(292)가 선단부 액추에이터(304)에 연결된 것으로 도시되어 있다.

선형 센서(294) 내의 센서 스프링(310)이 비교적 적은 힘으로 안내부(296)를 센서 선단부(292)를 향해서 편향시킨다. 그에 따라, 선형 센서(294)가 선단부 액추에이터(304)의 이동에 의해서 단지 조금의(marginally) 영향을 받는다.

일 실시예에서, TJF(290)는 토크 장치(1)의 토크 장치 부재들(10, 68) 중 하나 상에 위치된다. 토크 장치(1)가 툴 조인트(2)에 대해서 수직으로 이동됨에 따라, TJF(290)는 제 1 또는 제 2 파이프들(4, 6)의 적어도 일부의 표면을 판독할 것이다. 박스 연결부(270)의 경질 밴드(274)의 위치가 결정되고 그리고 제 2 토크 장치 부재(68)가 희망하는 바에 따라서 경질 밴드(274)에 근접하여 배치된다.

특정 TJF(290)의 일부 언급된 단점들을 극복하기 위해서, 데이텀 지점(312)이 박스 조인트 쇼울더(280) 상에서 선택될 수 있을 것이다.

도 33을 참조하면, 유전에서의 이용으로부터 공지된 바와 같은, 파이프 계산 시스템(320)은, 전형적으로, 전자 데이터베이스 형태의 데이터베이스(322)를 포함한다. 계산 시스템(320)은 종종, 여기에서 제 1 및 제 2 파이프들(4, 6)로서 예시된 파이프들의 식별, 소위 쇼울더 대 쇼울더 길이(G), 및 파이프들(4, 6)의 각각의 중량과 같은 정보를 포함한다.

파이프들(4, 6)의 식별이 미도시된 스트링으로 구축될 때 식별됨에 따라, 새로운 파이프들이 부가될 때, 상기 스트링의 길이 및 중량이 종래 기술의 계산 시스템에 의해서 업데이트될 수 있을 것이다.

토크 장치 및 TJF(290)는 분리된 또는 공통의 제어 시스템(324)을 가질 수 있을 것이고, 상기 제어 시스템(324)은, 일 실시예에서, 토크 제어 시스템(260), 또는 측정 제어 시스템(300) 중 하나를 적어도 포함한다.

제어 시스템(324)은 토크 장치(1) 및 TJF(290)에 연결된다. 그러한 연결부들은, 필수적으로 도시되지는 않은, 파워 케이블들 또는 수압 라인들뿐만 아니라 제어 케이블들을 포함한다.

일 실시예에서, 토크 장치(1) 및 프로파일 감지/맵핑 툴 조인트 탐색기(TJF)(290)에 의해서 이용되는 계산 시스템 내에 저장된 파이프들(4, 6) 및 툴 조인트(2) 데이터가, 비제한적으로, 이하를 포함할 수 있을 것이다:

일반적인 데이터:

파이프(4, 6) 식별

박스 연결부(270) 식별

핀 연결부(278) 식별

파이프/연결부 타입

경질밴드 존재(yes)/부재/타입

영점교정 인자(들)

파이프(4, 6) 및 툴 조인트(2)에 대한 치수 데이터:

치수들이 파이프 타입에 대해서 범용적(generic)일 수 있고 및/또는 툴 조인트들이 재-가공될 수 있고, 경질 밴딩 재-적용될 수 있는 등에 따라서 현재의 조건에서의 실제 파이프/툴 조인트들에 대해서 특유할(specific) 수 있을 것이다. 필요에 따라서, 툴 조인트 치수들이 박스 연결부 및 핀 연결부들을 위한 것일 수 있다.

G - 전체적인 쇼울더 대 쇼울더 길이

Φt - 툴 조인트 직경

Φp - 파이프 직경

A - 업셋 대 쇼울더 거리

B - 원통형 면 거리

C - 경질 밴딩의 베이스 대 쇼울더

D - 상단부 경질 밴딩 대 쇼울더

토크 장치(1)/TJF(290) 제어 시스템(324)에서 계산될 수 있는 유도된 치수들:

폭 경질밴딩 = C - D

업셋 기울기 = (Φt - Φp)/(A-B)

E = TJF(290)에 대한 데이텀 거리 = A - (등록기(register) 오프셋 * 업셋 기울기)

등록기 오프셋 : 특정 툴 조인트 탐색기들이 "데드밴드(deadband)" F 거리를 가질 수 있을 것이고, 그러한 거리 내에서 프로파일 변화가 등록되지 않을 것이고, 그에 따라 등록기 오프셋은 그러한 특별한 TJF(290)와 연관된다. 이러한 그리고 임의의 다른 토크 장치(1) 또는 TJF(290) 특유의 정보도 마찬가지일 것이나, 계산 데이터베이스(322)가 아니라, 토크 장치(1) 또는 TJF(290) 제어 시스템(324) 내에 저장되거나 토크 장치(1) 또는 TJF(290) 제어 시스템(324)으로 입력될 것이다.

데이터베이스(322) 내에 저장되는 토크 데이터:

토크 작동 데이터 및 태깅된(tagged) 시간.

필요에 따른 웰(well) 데이터.

툴 조인트(2)를 위한 최대, 최소 및 권장 구축 토크 값들. 이들은 계산 데이터베이스(322) 내에 저장되고 토크 장치(1) 제어 시스템(324)으로 출력될 수 있고, 또는 오퍼레이터(326)에 의해서 제어 시스템(324)으로 직접적으로 입력될 수 있을 것이다.

오퍼레이터(326) 입력으로부터의 목표 토크가 토크 장치(1) 제어 시스템(324) 내에 또는 계산 데이터베이스(322) 내에 저장될 수 있을 것이다.

일반적으로, 입력들이 오퍼레이터(326) 또는 토크 장치(1) 또는 TJF(290)에 배치되는 무선 주파수 식별(RFID) 판독기(328)와 같은 이용가능한 공급원으로부터의 판독값에 의해서 공급된다.

제어 시스템(324)은 전술한 바와 같이 실제 토크 및 제 1 토크 장치 부재(10)의 관련된 회전 위치(86)에 관한 정보를 수신한다. 일 실시예에서, 측정된 토크-회전 정보가 계산 데이터베이스(320) 내에 저장되고 그리고 실제 툴 조인트(2)에 대해서 관련된다.

계산 데이터베이스(320) 내에 저장될 수 있는 측정들로부터의 데이터:

토크 제어 시스템(260)에 의해서 등록되고 그리고 계산 데이터베이스(322)의 일부일 수 있는 또는 미도시된 분리된 데이터베이스일 수 있는 역사적인(historical) 툴 조인트 데이터베이스로 출력되는 실제 구축 토크.

예상되는 또는 최적의 단절 토크가 절대 값으로서 또는 실제 구축 토크의 유도된 함수로서 저장될 수 있을 것이다.

토크 제어 시스템(260)에 의해서 등록된 그리고 역사적인 연결 데이터베이스로 출력된 바와 같은 실제 단절 토크.

연관된 토크 장치(1)가 토크/회전 가능한(capable) 경우에, 최적의 토크/회전 곡선들이 계산 시스템 데이터베이스 내에 저장될 수 있을 것이다.

실제 토크/회전 곡선들이 계산 역사 데이터베이스 내에 저장될 수 있을 것이다.

범위 이탈 경고들이 로그될(logged) 수 있을 것이다.

데이터베이스(322) 내에 저장하고자 하는 파이프 프로파일 데이터:

- 측정 작동 데이터.

- 앞서서 나열한 바와 같은 범용적 및 조인트 특유의 치수적 정보.

- TJF(290)로부터의 앞서서 나열한 바와 같은 측정된 치수 정보.

제어 시스템(324)에 대해서 이용가능한 정보를 기초로, 일 실시예에서, 제어 시스템은 오퍼레이터(326)로 출력들을 생성할 수 있을 것이다. 출력이: 기준선 토크와 비교한 실제 토크, 경고들, 집게 상태, TJF(290) 출력 및 툴 조인트 진단을 포함할 수 있을 것이다.

실제 토크 회전 곡선들이 실시간으로 집게 제어 시스템 내에서 프로세스될 수 있을 것이고 그리고 범위를 벗어나면 경고들이 제공될 수 있을 것이다.

계산 역사적 데이터베이스 정보가 유지보수 계획 시스템으로 출력되고 그러한 유지보수 계획 시스템에 의해서 이용될 수 있을 것이다.

파이프 계산 시스템에서의 토크-회전 및 프로파일 정보의 통합의 부가적인 이점들 및 가능한 용도들이 상세한 설명의 전반적인 부분에서 설명되어 있다.

Claims

회전 작동 축(34)을 가지는 제 1 토크 장치 부재(10)를 포함하는 유전에서의 이용을 위한 토크 장치(1)로서,
제 1 토크 액추에이터(42)가 상기 제 1 토크 장치 부재(10)의 중심선(48)으로부터 제 1 방사상 거리(46)에서 상기 제 1 토크 장치 부재(10)에 피봇식으로 연결되며,
막대(50) 또는 제 2 토크 액추에이터(66)가 상기 중심선(48)으로부터 제 1 방사상 거리에 대해서 반대되는 방향을 따라서 연장하는 제 2 방사상 거리(54)에서 제 1 토크 장치 부재(10)에 피봇식으로 연결되고, 그리고 상기 제 1 토크 액추에이터(42)가 액추에이터 지지부(58)의 제 1 부분(56)에 피봇식으로 연결되고, 그리고, 상기 막대(50), 대안으로서 상기 제 2 토크 액추에이터(66)가 상기 액추에이터 지지부(58)의 제 2 부분(60)에 피봇식으로 연결되고, 그리고 상기 액추에이터 지지부(58)는 상기 작동 축(34)에 대해서 방사상으로 이동가능하나, 상기 작동 축(34)에 대해서 수직인 평면(XY) 내에서 회전이 제한되는 것을 특징으로 하는 토크 장치(1).
제 1 항에 있어서,
상기 액추에이터 지지부(58)의 상기 제 1 부분(56)에서 상기 제 1 토크 액추에이터(42) 및, 상기 막대(50), 대안으로서 상기 제 2 토크 액추에이터(66)가, 상기 제 1 부분(56)과 상기 제 2 부분(60)을 결합시키는 축(78) 주위의 상기 액추에이터 지지부(58)의 상기 제 2 부분(60)에 피봇식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 토크 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 토크 장치 부재(10)가 상기 작동 축(34)을 공유하는 제 2 토크 장치 부재(68)에 연결되는 것을 특징으로 하는 토크 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 액추에이터 지지부(58)가 상기 제 2 토크 장치 부재(68)에 연결되는 것을 특징으로 하는 토크 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 액추에이터 지지부(58)는, 상기 액추에이터 지지부(58)가 상기 작동 축(34)으로 그리고 상기 작동 축(34)으로부터 피봇될 수 있게 허용하는 방향을 가지는 피봇 축(77) 주위의 상기 제 2 토크 장치 부재(68)에 피봇식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 토크 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 토크 액추에이터(42)가 제 1 액추에이터 고정구(44)에 의해서 상기 제 1 토크 부재(10)의 토크 장치 부재 본체(12)에 연결되는 것을 특징으로 하는 토크 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 막대(50), 대안으로서 상기 제 2 토크 액추에이터(66)가 제 2 액추에이터 고정구(52)에 의해서 제 1 토크 부재(10)의 토크 장치 부재 본체(12)에 연결되는 것을 특징으로 하는 토크 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 액추에이터 지지부(58)의 제 1 부분(56) 및 제 2 부분(60)이 상기 작동 축(34)을 따라서 동일한 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 토크 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 토크 액추에이터(42)의 작동 범위의 적어도 일부에 걸쳐서 상기 제 1 토크 액추에이터(42)가, 상기 막대(50), 대안으로서 상기 제 2 토크 액추에이터(66)와 평행한 것을 특징으로 하는 토크 장치.
회전 작동 축(34)을 가지는 제 1 토크 장치 부재(10)를 포함하는 유전에서의 이용을 위한 토크 장치(1)의 작동 방법으로서, 제 1 토크 액추에이터(42)가 상기 제 1 토크 장치 부재(10)의 중심선(48)으로부터 제 1 방사상 거리(46)에서 상기 제 1 토크 장치 부재(10)에 피봇식으로 연결되며, 상기 토크 장치(1)의 작동 방법은
- 상기 중심선(48)으로부터 상기 제 1 방사상 거리에 대해서 반대되는 방향을 따라서 연장하는 제 2 방사상 거리(54)에서 막대(50) 또는 제 2 토크 액추에이터(66)를 상기 제 1 토크 장치 부재(10)에 연결하는 단계;
- 상기 제 1 토크 액추에이터(42)를 액추에이터 지지부(58)의 제 1 부분(56)에 피봇식으로 연결하는 단계;
- 상기 막대(50), 상기 제 2 토크 액추에이터(66)를 상기 액추에이터 지지부(58)의 제 2 부분(60)에 피봇식으로 연결하는 단계; 및
- 상기 액추에이터 지지부(58)가 상기 작동 축(34)에 대해서 방사상으로 이동가능하게 하나, 상기 액추에이터 지지부(58)가 상기 작동 축(34)에 대해서 수직인 평면(XY) 내에서 회전하는 것이 제한되게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 장치의 작동 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 토크 액추에이터(42)를 상기 액추에이터 지지부(58)의 제 1 부분(56)에 그리고, 상기 막대(50), 대안으로서 상기 제 2 토크 액추에이터(66)를 상기 제 1 부분(56) 및 상기 제 2 부분(60)을 결합시키는 축(78) 주위의 상기 액추에이터 지지부(58)의 제 2 부분(60)에 피봇식으로 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 장치의 작동 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 작동 축(34)을 공유하는 제 2 토크 장치 부재(68)에 상기 제 1 토크 장치 부재(10)를 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 장치의 작동 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 액추에이터 지지부(58)를 상기 제 2 토크 장치 부재(68)에 연결시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 장치의 작동 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 액추에이터 지지부(58)가 상기 작동 축(34)으로 그리고 상기 작동 축(34)으로부터 피봇될 수 있게 하는 방향을 가지는 피봇 축(77) 주위로 상기 제 2 토크 장치 부재(66)에 대해서 상기 액추에이터 지지부(58)를 피봇식으로 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 장치의 작동 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 작동 축(34)을 따라 동일한 높이에서 상기 액추에이터 지지부(58)의 제 1 부분(56) 및 제 2 부분(60)을 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 장치의 작동 방법.