NO343124B1 - Rørhåndteringsenhet - Google Patents

Abstract

Rørgriper (1) innrettet til sammenkopling med en manipulator (2) for håndtering av et rør eller en rørsammenstilling (3), hvor en langstrakt rotor (12) som er forsynt med et aksielt gjennomgående U-formet spor (121), er opplagret i et hus (11), idet rotoren (12) er dreibar om sin senterakse, et rotordrivverk (13) omfatter en første drivmotor (131) som er tilkoplet et første og et andre girhjulsett (132, 133) som tildanner et første og et andre tannkransinngrep (1321, 1331), en tannkrans (122) er anordnet på rotorens (12) periferi og er gjennombrutt av det U-formede sporet (121) og er innrettet til å være i inngrep med det første og det andre girhjulsettet (132, 133), en avstand (B) mellom første og andre tannkransinngrep (1321, 1331) er større enn en bredde (A) på spormunningen (1213), og rotoren (12) er forsynt med minst én klemanordning (123, 123a) forsynt med i det minste to diametralt motstående klembakker (1231) som er radielt forskyvbare inn i det U-formede sporet (121) og er tilknyttet en klembakkeaktuator (14).

Description

RØRHÅNDTERINGSENHET

Oppfinnelsen vedrører en rørgriper innrettet til sammenkopling med en manipulator for håndtering av et rør eller en rørsammenstilling.

Ved oppbygging og demontering av en rørstreng, for eksempel en borestreng som anvendes til boring i hydrokarbonførende undergrunnsstrukturer, anvendes det mange apparater og operasjoner knyttet til forflytting, rotasjon og oppspenning av rørstreng, rørsammenstillinger og enkle rør. Tradisjonelt har sammenskruing av rør og tiltrekking og oppbrekking av skjøter blitt utført ved hjelp av samvirkende motholdstang og krafttang, eventuelt ved samvirkning mellom en boremaskin eller en annen rotasjonsenhet og ei motholdstang, mens rørene har blitt forflyttet mellom rørstrengsenter og rørlager ved hjelp av én eller flere manipulatorer som holder rørene fast og orienterer dem.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekkene som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkravene.

Oppfinnelsen tilveiebringer en rørgriper som i tillegg til å kunne holde et rør eller en rørsammenstilling («pipe stand») i et fast grep for å orientere og å forflytte røret eller rørsammenstillingen, også er innrettet til å kunne rotere røret eller rørsammenstillingen om rørsenteraksen for å skru røret eller rørsammenstillingen sammen med en rørstreng under forlengelse av rørstrengen, eller for å skru et rør sammen med et annet rør under oppbyggingen av en rørsammenstilling, samt å reversere prosessen under demontering av rørstrengen eller rørsammenstillingen. Rørrotasjonen omfatter å påføre en rørskjøt et foreskrevet dreiemoment ved hjelp av rørgriperens rørrotasjonsmidler.

Rørgriperen er tildannet som et langstrakt hus som rommer en rotor med sirkulær periferi. Rotoren strekker seg ut gjennom endeåpninger i huset. Et U-formet langsgående spor innrettet til å romme et parti av et rør eller en rørsammenstilling, strekker seg gjennom hele rotorens lengde. Rotoren er opplagret i huset. Et sirkulært avrundet bunnparti i sporet har en senterakse som fortrinnsvis er sammenfallende med rotorens senterakse. Sporet er fortrinnsvis forsynt med parallelle sideflater som strekker seg tangentielt ut fra det avrundende bunnpartiet. I en gripestilling hvor rørgriperen kan føres til inngrep med røret eller rørsammenstillingen, tildanner en sideåpning i huset en kom plementær, radiell forlengelse av en munning på rotorens U-formede spor.

Rotoren er forsynt med en utvendig tannkrans avbrutt av det U-formede sporet. Et drivverk som er anordnet i et parti av huset, går via to drivhjul i inngrep med tannkransen, idet drivhjulenes inngrepspunkt i tannkransen har en innbyrdes avstand som er større enn rotorens munningsbredde, for derved å sikre at minst ett drivhjul til enhver tid er i inngrep med tannkransen. Tannkransen er fortrinnsvis anordnet i et endeparti av rotoren.

Rotoren er forsynt med minst ett sett klemanordninger som ved radiell forskyvning er innrettet til å gå i inngrep med et parti av røret eller rørsammenstillingen når dette er anbrakt i sporet i rotoren. Hvert sett av klemanordninger omfatter i det minste to diametralt motstående klembakker anordnet i overgangen mellom sporets avrundede bunn og sporets rette sideflater. Klembakkene er forskyvbare langs respektive føringer, fortrinnsvis i form av skråplan i rotoren for ved aksiell forskyvning å oppnå den radielle forskyvningen. Rotoren er fortrinnsvis forsynt med to sett klemanordninger anordnet fjernt fra hverandre. Det er en fordel om settene av klemanordninger har samme bevegelsesretning og at bevegelsesretningen ved inngrep med røret er i retning nedover sett i rørgriperens vertikale stilling, slik at tyngdekraften bidrar til å låse røret i rotoren ved å trekke rørklembakkene ned- og innover. Det minst ene settet av klemanordninger er via transmisjonsmidler forbundet med en aktuator anordnet i huset. Det er en fordel om hvert sett av klemanordninger er tilkoplet hver sin aktuator for at hvert sett av klemanordninger skal tilveiebringe ønsket inngrep i røret uavhengig av variasjoner i rørdiameter, slitasje på rørklembakkene, deformasjon i føringsbanene, m.m. Aktuatoren er fortrinnsvis tildannet som en andre drivmotor som via en fjernstyrt drivkopling anordnet i huset, er tilkoplet gjengestenger via rekker av girhjul anordnet på en endeflate av rotoren, idet gjengestengene strekker seg i aksiell retning til inngrep med klembakkene, typisk via gjengehull i aksielt forskyvbare klembakkemedbringere. Drivkoplingen tildanner et transmisjonsgrensesnitt mellom huset og rotoren for frikopling av drivmotoren slik at rotoren skal kunne dreies fritt i forhold til nevnte drivmotor.

I en alternativ utførelse av oppfinnelsen er klembakkene tilkoplet stag anordnet i rotorens aksielle retning og forbundet med et feste som er roterbart omkring rotorens senterakse og er aksielt forskyvbart ved hjelp av en lineæraktuator, for eksempel en såkalt lineærmotor.

Dersom flere sett klemanordninger er tilkoplet én og samme aktuator, er det en fordel om det i forbindelsen mellom hvert sett av klemanordninger og transmisjonsmidlene er anordnet et fjærende element slik at det oppnås tilstrekkelig press fra hvert sett av klemanordninger mot røret som skal holdes fast. Det fjærende elementet kan være tildannet som koplingselement for nevnte gjengestenger eller stag på rørgriperne, idet koplingselementene er forskyvbare i rotorens aksielle retning mot oppspente fjærer.

Rørgriperen er forsynt med et feste for dreibar tilkopling til en manipulator med flere frihetsgrader for manøvrering av rørgriperen innenfor et arbeidsområde. Festet er fortrinnsvis anordnet på husets midtre parti.

Oppfinnelsen er definert av det selvstendige patentkravet. De uselvstendige kravene definerer fordelaktige utførelser av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen vedrører mer spesifikt en rørgriper innrettet til sammenkopling med en manipulator for håndtering av et rør eller en rørsammenstilling, kjennetegnet ved at

en langstrakt rotor som er forsynt med et aksielt gjennomgående U-formet spor, er opplagret i et hus dreibar om rotorens senterakse,

en tannkrans er anordnet på rotorens periferi og er gjennombrutt av det U-formede sporet og er innrettet til å være i inngrep med et rotordrivverk via et et første og et andre drivhjul,

en avstand mellom et første tannkransinngrep tildannet mellom tannkransen og det første drivhjulet og et andre tannkransinngrep tildannet mellom tannkransen og det andre drivhjulet er større enn en spormunnings bredde, og

rotoren er forsynt med minst én klemanordning forsynt med i det minste to diametralt motstående klembakker som er radielt forskyvbare inn i det U-formede sporet og er tilknyttet en klembakkeaktuator.

Rotordrivverket kan omfatte en første drivmotor som er tilknyttet det første og det andre drivhjulet via første, henholdsvis andre transmisjonsmidler.

Transmisjonsmidlene kan være hentet fra en gruppe som består av girhjul, rullekjeder og tannreimer.

Tannkransen kan være anordnet i et endeparti av rotoren.

Klembakkene på hver klemanordning kan være forskyvbare langs skråplan anordnet i rotoren, idet hvert skråplan har fallretning mot samme endeparti av rotoren.

Nevnte skråplan kan falle radielt utover i rotorens aksiale retning bort fra et i rørgriperens vertikale bruksstilling nedre endeparti av rotoren.

Klembakkeaktuatoren kan være tildannet som en andre drivmotor som er anordnet i huset og via flere girhjul er tilkoplet gjengestenger som er i inngrep med hver sin klembakke, og en fjernstyrt drivkopling tildanner et grensesnitt mellom huset og rotoren.

Flere klemanordninger kan være tilknyttet samme klembakkeaktuator. Alternativt kan flere klemanordninger være tilknyttet samme klembakkeaktuator via et fjærende koplingselement tilkoplet klembakkene. Alternativt kan hver klemanordning være tilknyttet hver sin klembakkeaktuator.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor:

Fig.1 viser i perspektiv en rørgriper ifølge oppfinnelsen tilkoplet en manipulatorarm;

Fig.2 viser et aksialsnitt gjennom rørgriperen ifølge II-II på figur 1;

Fig.3 viser et aksialsnitt gjennom rørgriperen ifølge III-III på figur 1;

Fig.3a viser et utsnitt av figur 3 i større målestokk;

Fig.3b viser et utsnitt av figur 3, hvor det er vist en alternativ utførelse av en forbindelse mellom en klembakkeaktuator og en klembakke;

Fig.4 viser i større målestokk et tverrsnitt IV-IV ifølge figur 2 og 3;

Fig.5 viser et tverrsnitt V-V ifølge figur 2 og 3;

Fig.5a viser tilsvarende tverrsnitt som figur 5, men hvor en rotor er dreid 180�;

Fig.6 viser et lengdesnitt VI-VI ifølge figur 3; og

Fig.7 viser et tverrsnitt VII-VII ifølge figur 2 og 3.

Det henvises først til figur 1, hvor en rørgriper 1 ifølge oppfinnelsen er tilkoplet en manipulator 2 (her vist bare som et endeparti av en manipulatorarm) innrettet til å forflytte et rør eller en rørsammenstilling 3. Rørgriperen 1 omfatter et hus 11 som på et midtparti er forsynt med en dertil egnet manipulatorkopling 115. En rotor 12 er i sine endepartier 12a, 12b dreibart opplagret i et første og et andre rotorlager 113a, 113b som rager ut fra huset 11. Hvert rotorlager 113a, 113b er tildannet som adskilte støtter 114a som i sine ytre ender avgrenser en munning 114b og tilveiebringer både aksial og radial fiksering av rotoren 12.

Rotoren 12, som har en sirkulær periferi, er forsynt med et aksialt gjennomgående U-formet spor 121. Ut fra et halvsirkulært bunnparti 1211 med senterakse sammenfallende med rotorens 12 senterakse, strekker det seg tangentielt to parallelle sideflater 1212 til rotorens sirkulære periferi, der det er dannet en spormunning 1213.

Rotorens 12 endepartier 12a, 12b er forsynt med hver sin utvendige tannkrans 122 som er gjennombrutt av sporet 121.

Nær rotorens 12 endepartier 12a, 12b er det anordnet en første, henholdsvis en andre klemanordning 123, 123a som er innrettet til å holde røret 3 fast i rotoren 12. I diametralt motstående utsparinger 1214 i rotoren 12 er det tildannet føringer 1232 i form av skråplan som faller radielt utover i retning mot et andre endeparti 12b av rotoren 12, et endeparti som i rørgriperens 1 normale, operativt vertikale stilling vender oppover. Klembakker 1231 er anordnet skyvbare i føringene 1232. Hver klembakke 1231 er forbundet med en klembakkemedbringer 1233 via to leddarmer 1233a. I klem bakkemedbringeren 1233 er det anordnet et gjengehull 1234 for mottak av ei gjengestang 144 (se nedenfor).

Det henvises nå særlig til figur 2 og 5. To rotordrivverk 13 er anordnet i husets 11 endepartier. En første drivmotor 131 er via en drivaksel 131a, her forsynt med et tannhjul, og første og andre transmisjonsmidler 132a, 133a, her vist som girhjul, og første, henholdsvis et andre drivhjul 132, 133, her vist som tannhjul, i inngrep med rotorens 12 tannkranser 122. Det første og det andre drivhjulets 132, 133 inngrep i tannkransen 122 tildanner tannkransinngrep 1321, 1331 som har en innbyrdes avstand B (se figur 5). Avstanden B er større enn rotorens 12 munningsbredde A. En fagperson vil kunne velge andre former for transmisjonsmidler 132a, 133a, for eksempel rullekjeder eller tannreimer og korresponderende utforminger av drivakselen 131a og drivhjulene 132, 133.

Det henvises nå til figurene 4, 6 og 7. I rørgriperens 1 endepartier er det anordnet en første og en andre klembakkeaktuator 14, 14a som via flere transmisjonsmidler i form av en drivkopling 142, flere girhjul 143 og gjengestenger 144 er i inngrep med hver sin klemanordning 123, 123a i rotoren 12. En andre drivmotor 141 er anordnet i huset 11. Nevnte drivmotor 141 er via drivkoplingen 142 og girhjulene 143 anordnet på rotorens 12 endeflate i inngrep med to gjengestenger 144 som strekker seg i aksiell retning i rotoren 12 til inngrep med den respektive klemanordningens 123, 123a klembakkemedbringeres 1233 gjengehull 1234.

Selv om utførelseseksempelet er vist med en rotor 12 med to tannkranser 122 og to rotordrivverk 13, kan oppfinnelsen utøves også med en rotor 12 med bare én tannkrans 122 og ett rotordrivverk 13.

Rotoren 12 kan alternativt være forsynt med bare én klemanordning 123.

Rotoren 12 kan alternativt være forsynt med flere klemanordninger 123, 123a som er koplet til én klembakkeaktuator 14. Det er da en fordel om koplingen mellom klembakkeaktuatoren 14 og klembakkemedbringerne 1233 er fjærende, for eksempel slik det er vist på figur 3b, hvor gjengehullet 1234 er anordnet i et koplingselement 1236 som er anbrakt i en utsparing 1235 i klembakkemedbringeren 1233 mellom to sett av fjærer 1237, her vist som tallerkenfjærer. Dermed vil variasjoner i rørdiameter, klembakkedimensjoner etc. kunne utlignes slik at alle klemanordningene 123, 123a påfører røret 3 noenlunde samme klemkraft.

Rørgriperen 1 koples til manipulatoren 2 og ikke viste ledninger for tilførsel av energi til rotordrivverkenes 13 drivmotorer 131 og klembakkeaktuatorenes 14, 14a drivmotorer 141 og drivkoplinger 142. Når rotoren 12 er dreid slik at spormunningen 1213 er sammenfallende med rotorlagrenes 113a, 113b munninger 114b, føres rørgriperen 1 inn på et parti av røret 3 som skal forflyttes.

Klembakkeaktuatorenes 14, 14a drivkoplinger 142 aktiveres og klemanordningenes 123, 123a klembakker 1231 føres til inngrep med røret 3 ved at gjengestengene 144 roteres med de respektive andre drivmotorene 141. Drivkoplingene 142 deaktiveres slik at nevnte andre drivmotorer 141 er frikoplet fra rotoren 12.

Manipulatoren 2 posisjonerer røret 3 i forhold til en ikke vist rørstreng som røret 3 skal sammenføyes med. Rotoren 12 settes i rotasjon ved hjelp av de første drivmotorene 131 for sammenføyning av røret 3 og den ikke viste rørstrengen. Rørgriperen 1 dimensjoneres slik at tiltrekking av rørskjøten med foreskrevet dreiemoment utføres med rørgriperen 1. Tilsvarende kan rørgriperen 1 ifølge oppfinnelsen også anvendes når en rørskjøt skal brekkes opp og rør 3 fjernes fra en rørstreng.

Det bør bemerkes at alle de ovennevnte utførelsesformer illustrerer oppfinnelsen, men begrenser den ikke, og fagpersoner på området vil kunne utforme mange alternative utførelsesformer uten å avvike fra omfanget av de vedlagte kravene. I kravene skal referansenumre i parentes ikke sees som begrensende.

Bruken av verbet "å omfatte" og dets ulike former ekskluderer ikke tilstedeværelsen av elementer eller trinn som ikke er nevnt i kravene. De ubestemte artiklene "en", "ei" eller "et" foran et element ekskluderer ikke tilstedeværelsen av flere slike elementer.

Det faktum at enkelte trekk er anført i innbyrdes forskjellige avhengige krav, indikerer ikke at en kombinasjon av disse trekk ikke med fordel kan brukes.

Claims (10)

Patentkrav

1. Rørgriper (1) innrettet til sammenkopling med en manipulator (2) for håndtering av et rør eller en rørsammenstilling (3), k a r a k t e r i s e r t v e d at

en langstrakt rotor (12) som er forsynt med et aksielt gjennomgående U-formet spor (121), er opplagret i et hus (11), idet rotoren (12) er dreibar om sin senterakse, en tannkrans (122) er anordnet på rotorens (12) periferi og er gjennombrutt av det U-formede sporet (121) og er innrettet til å være i inngrep med et rotordrivverk (13) via et første og et andre drivhjul (132, 133),

en avstand (B) mellom et første tannkransinngrep (1321) tildannet mellom tannkransen (122) og det første drivhjulet (132) og et andre tannkransinngrep (1331) tildannet mellom tannkransen (122) og det andre drivhjulet (133) er større enn en spormunnings (1213) bredde (A), og

rotoren (12) er forsynt med minst én klemanordning (123, 123a) forsynt med i det minste to diametralt motstående klembakker (1231) som er radielt forskyvbare inn i det U-formede sporet (121) og er tilknyttet en klembakkeaktuator (14).

2. Rørgriper (1) i henhold til krav 1, hvor rotordrivverket (13) omfatter en første drivmotor (131) som er tilknyttet det første og det andre drivhjulet (132, 133) via første, henholdsvis andre transmisjonsmidler (132a, 133a).

3. Rørgriper (1) i henhold til krav 2, hvor transmisjonsmidlene (132a, 133a) er hentet fra en gruppe som består av girhjul, rullekjeder og tannreimer.

4. Rørgriper (1) i henhold til krav 1, hvor tannkransen (122) er anordnet i et endeparti (12a, 12b) av rotoren (12).

5. Rørgriper (1) i henhold til krav 1, hvor klembakkene (1231) på hver klemanordning (123, 123a) er forskyvbare langs skråplan (1232) anordnet i rotoren (12), idet hvert skråplan (1232) har fallretning mot samme endeparti (12a, 12b) av rotoren (12).

6. Rørgriper (1) i henhold til krav 5, hvor nevnte skråplan (1232) faller radielt utover i rotorens (12) aksiale retning bort fra et i rørgriperens (1) vertikale bruksstilling nedre endeparti (12a) av rotoren (12).

7. Rørgriper (1) i henhold til krav 1, hvor klembakkeaktuatoren (14) er tildannet som en andre drivmotor (141) som er anordnet i huset (11) og via flere girhjul (143) er tilkoplet gjengestenger (144) som er i inngrep med hver sin klembakke (1231), og en fjernstyrt drivkopling (142) tildanner et grensesnitt mellom huset (11) og rotoren (12).

8. Rørgriper (1) i henhold til krav 1, hvor flere klemanordninger (123, 123a) er tilknyttet samme klembakkeaktuator (14).

9. Rørgriper (1) i henhold til krav 1, hvor flere klemanordninger (123, 123a) er tilknyttet samme klembakkeaktuator (14) via et fjærende koplingselement (1236) tilkoplet klembakkene (1231).

10. Rørgriper (1) i henhold til krav 1, hvor hver klemanordning (123, 123a) er tilknyttet hver sin klembakkeaktuator (14, 14a).