RU226974U1 - Роторный узел ключа реверсивного гидравлического трубного - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к техническому оборудованию гидравлических ключей, применяемых для отвинчивания и завинчивания насосно-компрессорных труб, буровых труб, насосных штанг. Роторный узел ключа гидравлического реверсивного трубного содержит расположенный в корпусе ключа ротор, имеющий разъем для ввода трубы, направляющие ролики, установленные в роторе, внутреннее разрезное кольцо с установленными в нем симметрично двумя подвижными челюстями с плашками. Подвижные челюсти имеют профильные криволинейные выгнутые и вогнутые поверхности, контактирующие с направляющими роликами. На роторе установлен переключатель направления вращения с фиксатором. Направляющих роликов, по крайней мере, семь, при этом два вспомогательных направляющих ролика установлены слева и справа от разъема ротора рядом с основными направляющими роликами и выполнены с углублениями для перемещения в них челюстей при вращении ротора. Технический результат заключается в создании роторного узла ключа гидравлического реверсивного трубного, характеризующегося сниженной вибрацией и отсутствием проскальзывания зубцов плашек по трубе при работе роторного узла. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к техническому оборудованию гидравлических ключей, применяемых для отвинчивания и завинчивания насосно-компрессорных труб, буровых труб, насосных штанг.

Из уровня техники известен гидравлический ключ (RU38020, МПК E21B 19/16, B25B13/00, опубл. 20.05.2004 г.), содержащий снабженный окном для захода труб корпус с расположенным в нем вращательным зажимным устройством, средство управления, установленный на корпусе гидромотор, связанный через систему рычагов со средством управления, средство защиты от нештатных ситуаций, ключ снабжен дополнительным гидромотором, сидящем на одном валу с первым гидромотором, вращающееся зажимное устройство представляет собой связанный зубчатым редуктором с осью гидромоторов реверсивный ротор, с закрепленными на внутренней поверхности большой и малой челюстями, снабженными плашками, средство защиты от нештатных ситуаций включает блок защиты гидросистемы и блок защиты средства управления.

В конструкции ключа зажим труб осуществляется при помощи двух челюстей c плашками, одна из которых является неподвижной, а другая имеет возможность в процессе работы поворачиваться вокруг оси, при этом скручивая или накручивая верхнюю трубу на нижнюю.

В гидравлическом ключе предусмотрено пять направляющих роликов: три ролика большего диаметра и два ролика меньшего диаметра. Такое количество направляющих роликов и наличие неподвижной челюсти, представляющей собой опору для роликов, обеспечивает надежное центрирование внутреннего кольца относительно центра вращения ротора при работе роторного узла, исключая появление эксцентриситета.

Недостатком данной конструкции является необходимость менять местами подвижную и неподвижную челюсти при смене рабочего вращения, так при выполнении завинчивания трубы подвижная челюсть расположена справа, неподвижная - слева. Чтобы выполнить отвинчивание трубы, необходимо изменить положение челюстей: демонтировать челюсти из ключа и установить их в противоположное положение: подвижную - слева, а неподвижную - справа. Данная операция занимает определенное время, а также связана с повышенным риском получения травмы обслуживающим ключ персоналом.

Кроме того, из-за значительного веса челюстей необходимо привлечение для работы с ключом работников, обладающих достаточной физической силой.

Из уровня техники известны реверсивные гидравлические ключи, в которых челюсти могут работать как на завинчивание, так и на отвинчивание без необходимости их переустановки.

Так известен ключ реверсивный трубный гидравлический (RU189221, МПК E21B 19/16, опубл. 24.09.2018 г.), содержащий узел ротора гидравлического ключа, включающего ротор в виде разрезной шестерни, переключатель направления вращения с двумя фиксаторами, установленный на стороне ротора, противоположной его разрезу, ролики, смонтированные на роторе, внутреннее разрезное кольцо, контактирующее с тормозной лентой и с закрепленной на внутреннем разрезном кольце разрезной втулкой с установленной в ней неподвижной челюстью с плашкой, узел снабжен двумя подвижными челюстями с плашками, зеркально расположенными симметрично относительно оси разрезной втулки с неподвижной челюстью, причем подвижные челюсти имеют с одной стороны профильные криволинейные выгнутые и вогнутые поверхности, контактирующие с роликами, по которым происходит завинчивание, отвинчивание и возврат челюсти в исходное положение, при этом челюсти размещены под углом 120°C, а в роторе предусмотрено пять роликов для перемещения челюстей.

Недостатком известного решения является применение в конструкции только пяти роликов. При наличии двух подвижных челюстей, то есть отсутствии неподвижной челюсти, создающей дополнительную опору для роликов, возникают потери контакта роликов с поверхностью внутреннего разрезного кольца при определенных углах поворота ротора относительно внутреннего разрезного кольца. Это отрицательно сказывается на работе ключа гидравлического трубного: появляется шум, вибрации, так как возникает эксцентриситет (расстояние в 1-3 мм) между осями ротора и внутреннего разрезного кольца. Кроме того, образуется нестабильный захват с проскальзыванием зубцов плашек по трубе.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран ключ реверсивный трубный гидравлический с узлом ротора гидравлического ключа (RU186153, МПК E21B 19/16, опубл. 11.01.2019 г.), как содержащий наиболее близкую совокупность существенных признаков. Ключ реверсивный трубный гидравлический содержит расположенный в корпусе ключа приводной ротор, имеющий разъем, ролики, контактирующие с приводным ротором и с разрезным кольцом с установленными в нем двумя подвижными челюстями с плашками, зеркально расположенными симметрично относительно оси разрезного кольца, причем подвижные челюсти имеют профильные криволинейные выгнутые и вогнутые поверхности, контактирующие с роликами, при этом подвижные челюсти выполнены с двумя плашками каждая, размещенными под углом 90° друг к другу. В конструкции ключа предусмотрены пять роликов, обеспечивающих поворот челюстей.

Недостатком прототипа, как и предыдущего аналога, является установка в роторном узле пяти роликов, что в совокупности с двумя подвижными челюстями приводит к вибрации и нестабильному захвату челюстями трубы и, как следствие, к проскальзыванию зубцов плашек по трубе.

Кроме того, известные роторные узлы для ключей реверсивных трубных гидравлических предназначены для использования только на трубах диаметром до 120 мм, обладающих крутящим моментом до 17 кНм, поэтому не могут применяться для отвинчивания/ завинчивания труб, имеющих диаметр более 120 мм, для которых требуется приложение крутящего момента более чем 17 кНм.

Настоящая полезная модель направлена на устранение указанных недостатков известных аналогов.

Задачей настоящей полезной модели является расширение арсенала технических средств, а именно роторных узлов ключей гидравлических реверсивных трубных с высокими потребительскими свойствами.

Технический результат - создание роторного узла ключа гидравлического реверсивного трубного, характеризующегося сниженной вибрацией и отсутствием проскальзывания зубцов плашек по трубе при работе роторного узла.

Решение поставленной технической задачи в роторном узле ключа гидравлического реверсивного трубного, содержащем расположенный в корпусе ключа ротор, имеющий разъем для ввода трубы, направляющие ролики, установленные в роторе, внутреннее разрезное кольцо с установленными в нем симметрично двумя подвижными челюстями с плашками, причем подвижные челюсти имеют профильные криволинейные выгнутые и вогнутые поверхности, контактирующие с направляющими роликами, при этом на роторе установлен переключатель направления вращения с фиксатором, достигается тем, что направляющих роликов, по крайней мере, семь, при этом два вспомогательных направляющих ролика установлены слева и справа от разъема ротора рядом с основными направляющими роликами и выполнены с углублениями для перемещения в них челюстей при вращении ротора.

Кроме того, в частных случаях реализации настоящей полезной модели достижение заявленного технического результата обеспечивается путем следующего.

Подвижные челюсти выполнены с двумя плашками каждая, размещенными под углом 90° друг к другу.

Внутреннее разрезное кольцо выполнено с разъемом для ввода трубы, при этом в его цилиндрической части по обе стороны от разъема выполнен сквозной паз, снабженный дорожками, по которым как по направляющим перекатываются направляющие ролики.

Включение в конструкцию роторного узла дополнительных вспомогательных направляющих роликов увеличивает общее количество направляющих роликов, и, как следствие, увеличивает контакт между роликами и челюстями при вращении ротора, что улучшает плавность поворота челюстей для зажима трубы, значительно снижая вибрацию и шум при работе роторного узла.

Наличие дополнительных роликов с углублениями для перемещения в них челюстей обеспечивает достаточный и равномерный зажим трубы, исключающий проскальзывание зубцов плашек челюстей по поверхности трубы, и, как следствие, недопустимое замятие и срез поверхности трубы, а также исключает столкновение подвижных челюстей с роликами при работе узла, что снижает вибрации и шум.

Направляющие дорожки на внутреннем разрезном кольце, по которым прокатываются направляющие ролики, увеличивают контактную поверхность взаимодействующих деталей, обеспечивают центрирование внутреннего разрезного кольца относительно оси вращения ротора, что исключает появление эксцентриситета, и, как следствие, снижает вибрацию и шумы.

В предложенной конструкции при любом угле поворота ротора обеспечивается совпадение оси вращения ротора и оси внутреннего разрезного кольца (отсутствие эксцентриситета) и надежная фиксация внутреннего разрезного кольца с челюстями по окружности под углом, ориентировочно 120 градусов в трех точках.

За счет наличия вспомогательных роликов, установленных слева и справа от разъема ротора рядом с основными роликами, за счет размещения четырех плашек челюстей под углом 90° градусов по отношению друг к другу, а также за счет выполнения на внутреннем разрезном кольце направляющих дорожек, обеспечивается при любом угле поворота ротора достаточное и надежное удержание челюстей прижатыми к трубе, исключаются биения, шумы и вибрации.

Использование роторного узла предложенной конструкции позволяет его применять в ключах реверсивных трубных гидравлических в широком диапазоне размерного ряда, например, на трубах диаметром более 120 мм, обладающих крутящим моментом до и более 17 кНм.

Настоящая полезная модель ниже поясняется конкретным примером ее реализации, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения заявленного технического результата.

Сущность заявляемого роторного узла ключа гидравлического реверсивного трубного представлена на чертежах:

на фиг. 1 - элементы конструкции роторного узла ключа гидравлического реверсивного трубного;

на фиг. 2 - роторный узел ключа гидравлического реверсивного трубного, вид сверху;

на фиг. 3 - челюсть, вид сверху;

на фиг. 4 - внутрненнее разрезное кольцо, вид сверху;

на фиг. 5 - ротор и упор, вид сверху.

На чертежах отмечены следующие позиции:

1 - ротор; 2 - разъем для ввода трубы в ротор; 3 - внутреннее разрезное кольцо; 4 - ось для установки челюсти; 5 - челюсть; 6 - плашка; 7 - большой основной направляющий ролик; 8 - малый основной направляющий ролик; 9 - вспомогательный направляющий ролик; 10 - торцевое углубление вспомогательного ролика; 11 - сквозной паз внутреннего разрезного кольца; 12 - буртик внутреннего разрезного кольца; 13 - криволинейная поверхность челюсти; 14 - криволинейная поверхность челюсти; 15 - поверхность возврата челюсти; 16 - упор; 17 - переключатель направления вращения; 18 - винт для крепления упора на роторе; 19 - отверстие на внутреннем разрезном кольце для установки переключателя в положение завинчивания; 20 - отверстие на внутреннем разрезном кольце для установки переключателя в положение отвинчивания; 21, 22, 23, 24, 25 - отверстия для крепления осей основных направляющих роликов в роторе; 26, 27 - отверстия для крепления осей вспомогательных направляющих роликов в роторе.

Роторный узел установлен в корпусе ключа гидравлического реверсивного трубного с размещенными на нем шестернями редуктора, предназначенными для передачи вращения от гидромотора (на фиг. не показаны) к ротору 1, выполненному в виде подвижной шестерни с разъемом 2 для ввода трубы (разрезная подвижная шестерня).

На роторе 1 установлено внутреннее разрезное кольцо 3 с разъемом для ввода трубы в ротор 1, в котором на осях 4 установлены две сменные подвижные челюсти 5, при этом каждая челюсть 5 снабжена двумя сменными плашками 6. Челюсти 4 соответствуют размерам соединяемых/разъединяемых труб.

Между ротором 1 и внутренним разрезным кольцом 3 установлены направляющие ролики в количестве не менее семи штук. При этом к пяти основным роликам: три больших ролика 7 и два малых ролика 8, воспринимающим основную силовую нагрузку, добавлены вспомогательные ролики 9 для исключения или значительного уменьшения проявления дисбаланса при вращении роторного узла, которые располагают таким образом, чтобы число роликов при контакте двух деталей (ротора и внутреннего разрезного кольца) было достаточным, то есть не менее трех, при любом угле поворота ротора 1 и внутреннего кольца 3 относительно друг друга, чтобы обеспечить касание между деталями на максимальном угле поворота относительно друг друга, и, как следствие, большую их устойчивость.

Дополнительные ролики 9 установлены справа и слева от разъема 2 для ввода трубы в ротор 1, рядом с основными роликами 8.

В дополнительных вспомогательных роликах 9 выполнено торцевое углубление 10 (боковое) для перемещения в нем челюсти 5 при зажиме роликами 7 и 8 челюсти 4 в процессе поворота ротора 1. Дополнительные ролики 9 имеют форму близкую к форме катушки.

Вспомогательные ролики 9 обеспечивают дополнительное центрирование внутреннего разрезного кольца 3.

В цилиндрической части внутреннего разрезного кольца 3 по обе стороны от разъема 2 выполнен сквозной паз 11, при этом на наружной цилиндрической поверхности паза 11 имеются дорожки (на фиг. не показаны), выполненные конструктивно, например, по 2 мм с каждой стороны паза до буртика 12, по которым как по направляющим перекатываются направляющие ролики 7, 8 и 9.

Подвижные челюсти 5 имеют профильные криволинейные выгнутые поверхности и вогнутые поверхности, контактирующие с направляющими роликами 7, 8 и 9. В каждой челюсти 5 на сторонах противоположных профильным криволинейным поверхностям установлено по две плашки 6, при этом плашки 6 размещены под углом 90 градусов друг к другу. Подвижные челюсти 5 синхронно зажимают либо разжимают трубу, осуществляя тем самым как завинчивание, так и отвинчивание труб.

В конструкции челюсти 5 имеются две рабочие поверхности 13 и 14, которые работают попеременно, взаимодействуя с направляющими роликами 7 и 8 в зависимости от направления рабочего вращения ключа, а также поверхность возврата 15.

Выполнение подвижных челюстей 5 с двумя плашками 6, размещенными под углом 90 градусов друг к другу с профильными криволинейными поверхностями 13 и 14, взаимодействующими через направляющие ролики 7 и 8 с ротором 1, обеспечивает надежное зацепление плашек 6 с трубой. При завинчивании и отвинчивании труб ролики 7 и 8 взаимодействуют с разной криволинейной поверхностью 13 и 14 подвижных челюстей 5, поэтому не требуется остановка ключа для перестановки челюстей 5 для изменения вращения, что приводит к повышению производительности. Наличие двух подвижных челюстей 5 с двумя плашками 6 каждая способствует надежному зацеплению трубы.

Наличие направляющих дорожек, выполненных на внутреннем разрезном кольце 3, предназначенных для перемещения по ним направляющих роликов 7, 8 и 9, размещение в роторе 1 дополнительных вспомогательных роликов 9 с углублениями 10 для перемещения в них челюстей 5, наряду с предложенной формой челюстей 5 исключает проскальзывание зубцов плашек 6 челюстей 5 по наружной поверхности трубы со снятием стружки, и при этом обеспечивает надежный зажим трубы при спускоподъемных работах без грубого повреждения поверхности трубы.

В роторном узле установлена тормозная лента (на фиг. не показана), наброшенная как хомут на внутреннее разрезное кольцо 3, которая необходима для работы роторного узла в качестве тормоза, помогая обеспечить врезание плашек 6 челюстей 5 в тело трубы вначале работы по завинчиванию, и в конце работы ключа - в качестве тормоза при отводе плашек 6 челюстей 5 от трубы. Тормозная лента также оказывает некоторое влияние на центрирование внутреннего разрезного кольца 3 в роторе 1, за счет усилий контактной поверхности по тормозной ленте, а также двух точек контакта по проушинам тормозной ленты, расположенным ориентировочно под углом 120 градусов относительно верхней точки внутреннего разрезного кольца 3.

На верхней части ротора 1 напротив разъема 2, предназначенного для ввода трубы в ротор 1, неподвижно установлен упор 16 и переключатель направления вращения 17 ротора 1. Упор 16 представляет собой Y-образную пластину с двумя симметричными отверстиями в боковых частях, в которых установлены винты 18 для крепления упора 16 на роторе 1. Переключатель направления вращения 17 представляет собой подвижный съемный фиксатор, устанавливаемый в необходимое отверстие 19 или 20 на внутреннем разрезном кольце 3.

Фиксатор 17 может быть выполнен в виде клавиши переключателя (клавишного типа), штыря переключателя (штырькового типа), рычага переключателя (рычажного типа). Переключение фиксатора 17 из одного положения в другое, то есть изменение работы ключа на завинчивание и отвинчивание, производится в исходном положении, когда разъем 2 ротора 1 и разъем внутреннего разрезного кольца 3 совмещены.

Предлагаемая конструкция роторного узла обеспечивает возможности применения ключа на трубах широкого диапазона с диаметром до и выше 178 мм и с приложением крутящего момента до и выше 30 кНм, что существенно расширяет возможности применения ключа с таким роторным узлом на трубах разного диаметра.

Устройство работает следующим образом.

Вращение от гидромотора через шестерни редуктора передается на роторный узел ключа реверсивного трубного гидравлического.

При работе ключа на завинчивание, ротор 1 начинает вращение по часовой стрелке. Фиксатор переключателя 17 находится в левом отверстии 19 внутреннего разрезного кольца 3. При этом внутреннее разрезное кольцо 3 удерживается тормозной лентой (на фиг. не показано). Ролик 7 набегает на поверхность левой подвижной челюсти 5, а другой ролик 8 набегает на поверхность правой подвижной челюсти 5. Челюсти 5, поворачиваясь вокруг оси 4, приближаются к центру, и происходит зажим трубы одновременно четырьмя плашками 6 челюстей 5. Когда усилие зажима превышает усилие тормозной ленты, внутреннее разрезное кольцо 3 начинает вращаться вместе с ротором 1 и вращает зажатую челюстями 5 трубу. Происходит заворот и затяжка трубы. При достижении требуемого момента затяжки оператор меняет направление движения ротора 1. При этом тормозная лента удерживает внутреннее разрезное кольцо 3. Ролики 7 и 8 ротора 1 отходят от криволинейных поверхностей челюстей 5 и труба освобождается. При дальнейшем повороте ротора 1, упор 16 достигает фиксатора переключателя 17, установленного в соответствующее отверстие 19 внутреннего разрезного кольца 3. После этого роторный узел вращается как единое целое. При этом разъем ротора 1 совмещается с разъемом внутреннего разрезного кольца, что обеспечивает возможность вывести ключ с трубы и завести в дальнейшем на следующую трубу.

Для работы на отвинчивание трубы фиксатор переключателя 17 переставляется в правое отверстие 20 внутреннего разрезного кольца 3. Ротор 1 начинает вращение против часовой стрелки, при этом внутреннее разрезное кольцо 3 удерживается тормозной лентой. Ролик 8 набегает на поверхность левой подвижной челюсти 5, а другой ролик 7 набегает на поверхность правой подвижной челюсти 5. Челюсти 5, поворачиваясь вокруг оси 4, приближаются к центру, и происходит зажим трубы одновременно четырьмя плашками 6 челюстей 5. Когда усилие зажима превышает усилие тормозной ленты, внутреннее разрезное кольцо 3 начинает вращаться вместе с ротором 1 и вращает зажатую челюстями 5 трубу. Происходит отворот трубы. После окончания операции отворота оператор меняет направление вращения гидромотора, ротор 1 начинает вращаться в противоположную сторону. При этом тормозная лента удерживает внутреннее разрезное кольцо 3. Ролики 7 и 8 ротора 1 отходят от криволинейных поверхностей челюстей 5 и труба освобождается. При дальнейшем повороте ротора 1, упор 16 достигает фиксатора переключателя 17, установленного в соответствующее отверстие 20 внутреннего кольца 3. После этого роторный узел вращается как единое целое. При этом разъем 2 ротора 1 совмещается с разъемом внутреннего разрезного кольца 3, что обеспечивает возможность вывести ключ с трубы и завести в дальнейшем на следующую трубу.

Наличие двух подвижных челюстей 5 обеспечивает захват трубы четырьмя плашками 6, размещенными под углом 90 градусов друг к другу.

Также в предлагаемой конструкции предусмотрена возможность возврата к прежней (нереверсивной) компоновке, когда одна челюсть 5 является неподвижной, а вторая - подвижной, которая, поворачиваясь, накручивает или скручивает верхнюю трубу. Для этого нужно в роторе 1 переставить два ролика 7 из отверстий 21 и 22 в отверстия 23 и 24 и, вывернув винты 18, демонтировать упор 16 с переключателем 17 направления вращения.

Узел ротора гидравлического ключа согласно настоящей полезной модели может быть установлен на гидравлический ключ ГКШ-3200, предназначенный для свинчивания и развинчивания труб с наружными диаметрами до ∅178 мм (7").

Предлагаемый роторный узел ключа гидравлического реверсивного трубного имеет простую конструкцию, характеризуется повышенной надежностью в эксплуатации, технологичен в изготовлении, может быть произведен в условиях отечественной промышленности с использованием известного оборудования, материалов и технологий.

Claims (3)

1. Роторный узел ключа гидравлического реверсивного трубного, содержащий расположенный в корпусе ключа ротор, имеющий разъем для ввода трубы, направляющие ролики, установленные в роторе, внутреннее разрезное кольцо с установленными в нем симметрично двумя подвижными челюстями с плашками, причем подвижные челюсти имеют профильные криволинейные выгнутые и вогнутые поверхности, контактирующие с направляющими роликами, при этом на роторе установлен переключатель направления вращения с фиксатором, отличающийся тем, что направляющих роликов, по крайней мере, семь, при этом два вспомогательных направляющих ролика установлены слева и справа от разъема ротора рядом с основными направляющими роликами и выполнены с углублениями для перемещения в них челюстей при вращении ротора.

2. Роторный узел ключа гидравлического реверсивного трубного по п. 1, отличающийся тем, что подвижные челюсти выполнены с двумя плашками каждая, размещенными под углом 90° друг к другу.

3. Роторный узел ключа гидравлического реверсивного трубного по п. 1, отличающийся тем, что внутреннее разрезное кольцо выполнено с разъемом для ввода трубы, при этом в его цилиндрической части по обе стороны от разъема выполнен сквозной паз, снабженный дорожками, по которым как по направляющим перекатываются направляющие ролики.

Images