WO2019243377A1 - Leitungsführungseinrichtung für hängende anwendungen, insbesondere als service-loop für eine bohranlage - Google Patents

Leitungsführungseinrichtung für hängende anwendungen, insbesondere als service-loop für eine bohranlage Download PDF

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WO2019243377A1
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Dominik BARTEN
Harald Nehring
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    • H02G11/00—Arrangements of electric cables or lines between relatively-movable parts
    • H02G11/003—Arrangements of electric cables or lines between relatively-movable parts using gravity-loaded or spring-loaded loop

Definitions

  • Cable routing device for hanging applications especially as a service loop for a drilling rig
  • the invention relates generally to a device for guiding multiple supply lines, e.g. Cables, hoses or the like , hereinafter referred to as a cable routing device, in particular for hanging applications in which the
  • Cable routing device is arranged with two depending sections and a loop between them.
  • the invention particularly, but not exclusively, relates to a line routing device which is suitable as a so-called “service loop”, for example for a drilling rig.
  • Service loops are bundles of lines which are used to supply a consumer, which is usually vertically movable, for example the top drive Drilling rig, used and between two freely hanging
  • Sections form a loop in order to
  • both have high load-bearing capacity in order to avoid the load-bearing outer hose.
  • Line management device known, in particular for
  • This cable routing device has two tensile, flexible load strands which extend over the length of the cable routing device and on which, in
  • This chain-like cable routing device is suitable for very high tensile forces, e.g.
  • hanging applications up to 200 m in length, such as in deep drilling rigs or the like , suitable and among other things resistant to salt water.
  • the object of the invention is to design a line routing device in such a way that the finished manufacture, including the assembly with the desired lines, is simplified, in particular even with a large overall length. Furthermore, the new cable routing device should offer good protection, avoid tangling of several cables and yet be compact and
  • the proposed line routing device has one
  • Line guidance device extends and along it
  • adjacent guide bodies can each be spatially deflected relative to one another (ie can each be pivoted about at least two axes with respect to one another) and each guide body has a central part with a central axis that extends coaxially to the supporting strand (11), as well as an outer part with at least one peripheral element.
  • the peripheral element is held on the central part and delimits a receiving area, open in the axial direction, radially outwards for one or more
  • each central part can be provided with an axial through opening, which forms a central axis and through which the supporting strand extends.
  • the supporting strand carries a substantial part of the weight and relieves the cables from tensile forces, similar to the inner soul of a rope.
  • the supporting strand is so flexible that it can
  • the guide bodies keep the cables in the receiving area, i.e.
  • Strain relief for the lines is usually advantageous.
  • each end-end strain relief in a suitable design, for example.
  • Cable routing device may be provided, possibly without
  • strain reliefs can also be provided within the cable routing device at a number of points along its longitudinal direction, but this reduces the mobility of the cables.
  • Strain relief within the cable routing device can, for example, tightly constrict the peripheral elements at the respective points and pull-tightly at the respective points
  • the invention offers particular advantages where relatively heavy line bundles have to be arranged substantially vertically hanging over a considerable length.
  • the invention is therefore particularly suitable for use in a land or onshore or marine or offshore drilling rig, in particular as a service loop, but is not restricted to these areas.
  • Other applications of marine technology are e.g.
  • the outer part can be opened for each guide body and / or it can be provided that at least some guide bodies,
  • all guide bodies each have a fastening device on their central part for stationary fastening of the central part on the support strand at least in the axial direction, in particular non-positively and / or positively.
  • Openable outer parts can in particular be provided in that at least one peripheral element is connected to the central part so as to be movable or pivotable.
  • at least one peripheral element can also be from
  • Guide body can be detachably attached, e.g. by a
  • Screw connection, plug connection or the like preferably by a drop-safe fastening.
  • all detachable elements of a guide body should in principle be secured against falling, in particular at least twice, on the guide body, e.g. by means of screws with a pin lock or similar
  • the central parts are also preferably fall-safe, at least in at least
  • Circumferential elements allow lateral access to the receiving area and thus facilitate manufacture and maintenance, since cables can be inserted and removed from the side, i.e. do not have to be carried out or "threaded" in the axial direction, such as in the carrying hose of conventional service loops.
  • the peripheral elements can, for example, be flexible or through a pronounced joint
  • Swiveling peripheral elements can in particular be held so that they cannot be tied to the guide body, so that subsequent maintenance is simplified and parts are prevented from falling off.
  • At least some, in particular all, guide bodies have an elastic buffer on the outside on their at least one peripheral element for shock absorption, in particular radial impacts.
  • the buffer preferably runs around the circumference Central axis, preferably over the entire circumference.
  • the buffers dampen lateral stops of the guide body during horizontal swinging due to the intended vertical movement.
  • the buffers can also serve as an angle stop between the individual guide bodies in order to limit their relative deflection with respect to one another with a damping effect. With a good protective effect, a small radius of the loop is made possible at the same time, despite the simple construction. The radius can be passed through
  • the dimensions of the circumferential elements and buffers on the one hand and the axial spacing between successive circumferential elements on the other hand should be chosen as desired, but should not be less than the smallest permissible minimum radius of the cables.
  • the number or number of guide bodies is selected such that they are present along the predominant length of the supporting strand, but the ends of which are exposed.
  • the guide body can
  • the central part has as
  • Fastening device a clamping and / or tensioning device, in order to non-positively on the supporting strand on an inner surface of the
  • Clamping screw may be provided. This can be designed in particular in the manner of a clamp, in particular an articulated clamp with a hinge-like joint. Are there
  • a quick release, bracket clamp or similar device can be provided, which the free
  • the diameter of the through opening is at least partially reduced or the central part is non-positively and / or positively fastened to the supporting strand, e.g. tightens.
  • the supporting strand can be in the form of a link chain, e.g.
  • each central part forms a kind of special chain link as a load-bearing component of the support strand. You can use this to reduce the length weight
  • Intermediate links (without outer part) are provided, can be spatially deflected connected. Intermediate links can then e.g. Conventional metal links of a round link chain can be used, which are chained to opposite eyelets of the central parts.
  • the supporting strand can be designed in the manner of a “pearl chain”, with supporting bodies which are stationary in the longitudinal direction of the supporting strand and to which the central parts are positively attached by means of a suitable respective fastening device.
  • the central parts are preferably fixed and not rotatable, in particular torsionally rigid, to the supporting strand. This can be achieved in a particularly simple manner by means of a non-positive clamping on the supporting strand.
  • the outer part preferably forms a closed one in the circumferential direction or around the central axis of the
  • each guide body has two further training
  • Peripheral elements each of which has a swivel joint, Hinge joint, hinge strap or the like , flexible or
  • peripheral elements are pivotally connected to the central part in order to insert or remove lines from the receiving area.
  • the peripheral elements can also be designed to be openable in another way, e.g. removable. The latter is particularly considered if a service loop is replaced completely or as a package with all lines in the event of line damage and line replacement does not have to take place on the system.
  • the peripheral elements are preferably semi-ring-shaped. Furthermore, the peripheral elements can preferably be used as identical parts, i.e. Both are identical, designed to reduce the number of parts.
  • Plastic especially as injection molded parts.
  • the elastic buffer is preferably made of an elastomer
  • the buffer is more elastic than the other components of the guide body.
  • the buffer is preferably designed in the shape of a ring or a torus.
  • the buffer should encompass most of the scope. Especially
  • the buffer preferably surrounds the peripheral element or elements
  • the buffer can also be used to secure or lock the movable peripheral element (s) and e.g. as axial
  • the buffer can also be used as
  • Circumferential elements is closed.
  • All guide bodies preferably have a buffer, each buffer preferably projecting axially with respect to the peripheral element (s) or lying axially flush with them, so that the buffers of adjacent guide bodies abut one another around the
  • the buffers can be held, for example, in that each peripheral element has one on its outside has in the circumferential direction holding groove, in which the annular buffer for axial retention engages positively or vice versa.
  • the support strand has a connection device at both ends for the detachable fastening of the line routing device to the system to be supplied, e.g. on the drilling rig. This is an exchange of
  • a fastening device for strain relief of the lines is particularly preferred on each connection device
  • each connection device is preferably connected to the connection device with at least two horizontally opposite ones
  • the outer part can have exactly one circumferential element with a large circumference, in particular> 300 ° angular dimension.
  • the outer part can define an approximately circular shape in cross section, i.e. the peripheral elements can preferably be in the form of a circular arc, the outer part
  • the outer part should preferably be sufficient
  • the diameter of the receiving space should be noticeably larger than 100mm, in particular at least 125mm, in order to supply lines in
  • the central part can have two joint regions which project axially relative to the peripheral elements and are axially opposite one another.
  • the joint areas are designed conjugated, so that one joint area of a first
  • Guide body is releasably insertable in the axial direction in the conjugate other joint area of an adjacent second guide body, i.e. the guide body can be axially
  • Carrying strand must be passed through the central parts and then can be "inserted" into each other. Accordingly, such an optional articulated connection of successive guide bodies is preferably loose in the axial direction, but at least axially easily detachable or pluggable.
  • Joint areas form a ball joint-like joint connection for spatial deflection of adjacent guide bodies.
  • a pluggable articulated connection can be achieved with a
  • Joint socket and / or with joint head / socket which can be inserted axially into one another by widening the socket and / or squeezing the head.
  • a ball joint-like joint connection is not mandatory.
  • the guide bodies are axially spaced apart on the supporting strand by means of their Fastening device determines what material costs and
  • the through opening in the central part can preferably be
  • each guide body has two one-piece support arms, each of which has an inner clamping shell and a radial web.
  • the clamping shells can be connected to one another in between
  • the central part can essentially consist of these two support arms.
  • the webs of the support arms preferably have an outer end region with which the outer part,
  • each peripheral element can optionally be connected in one piece to the webs and e.g. can be flexibly swung open.
  • Each peripheral element is preferably connected to the webs as a separate part via a joint.
  • the central part on the inside of the feed-through opening can have a clamping toothing running transversely to the central axis
  • the supporting strand can in particular be a tensile supporting rope, e.g. made of high-strength plastic.
  • tensile means that the supporting strand or the supporting rope is sufficiently resistant to tensile stress to support the total weight of the cable routing device, including all
  • a wire rope made of individual rope wires can also be considered as a supporting strand, preferably with a nominal strength of the wire material> 900 N / mm2.
  • Plastic can also be made of steel cable wires, possibly with a plastic core.
  • the supporting strand or the supporting rope should be as little stretch as possible.
  • a suspension cable there is also a link chain, for example made of steel links, as
  • a support rope made of high-strength plastic is preferred in connection with guide bodies which are at least predominantly made of plastic. This allows for
  • Cable routing device per se (without guided cables) even with a comparatively large holding capacity of the guide body or large inner diameter, e.g. »200mm, and corresponding load capacity, achieve a comparatively low length weight ⁇ 40kg / m. Compared to link chains, the noise emissions are also significantly lower.
  • the supporting strand preferably has a length of at least 5 m, in particular at least 10 m.
  • the support strand is preferably completely continuous and has a higher tear and
  • the cable routing device has in particular a first depending longitudinal section, which has a first end connected to a consumer, a second depending longitudinal section, which has a second end, with the supplying plant / machine part
  • longitudinal sections run quasi vertically in a first partial area starting from the ends
  • the supporting strand or the supporting rope extends beyond both ends, ie extends over the desired total length of the cable routing device and projects from the end of the guide body or in front of the weight-bearing attachment of the To facilitate the supporting strand or rope.
  • the guide body has a central part with an axial through opening, which forms a central axis and through which a supporting strand can be passed, and an outer part with at least one peripheral element.
  • the peripheral element delimits a receiving area for the lines that is open in the axial direction and is held on the central part for this purpose.
  • the peripheral element is connected to the central part in a movable or pivotable manner.
  • a fastening device for the stationary fastening of the
  • an elastic buffer is provided for shock absorption, for damping in particular in the event of radial impacts and / or as a stop for the guide bodies against one another.
  • the guide body can advantageously have one or more of the further features described above as advantageous in any combination with one of the above aspects.
  • the invention also relates to a drilling rig with a
  • Top-drive comprising a hanging cable routing device according to one of the preceding
  • Embodiments for supplying the power turret Embodiments for supplying the power turret.
  • the cable routing device is particularly suitable for use in a land or offshore drilling rig as a replacement for a conventional service loop, for original equipment or
  • a thin, flexible protective cover without a carrying function can also be provided, which should, however, be designed so that it can be opened.
  • FIG.1A-1B a first embodiment of a
  • FIG.1A Side view
  • FIG.1B perspective enlargement of the lower region or the deflection loop
  • FIG.2A-2C an axial section / longitudinal section (FIG.2A) and a radial section / cross section (FIG.2B) and a
  • FIG.2C Perspective view (FIG.2C) of a guide body of the
  • FIG.4 as an application example of the invention, a
  • 5A-5B a preferred third exemplary embodiment of guide bodies in a modification FIG.2A-2C;
  • Cable routing device wherein the supporting strand is designed in the manner of a link chain
  • Cable routing device the supporting strand supporting body for the form-fitting fastening of the guide body
  • Connection device for fastening one end of a
  • FIG. 9 a line with a cable strain relief stocking
  • 1A-1B show a first example of a line routing device 10 according to the invention in a hanging arrangement with a first vertical longitudinal section 12A which has a first end 12C and a second vertical longitudinal section 12B which has a second end 12D.
  • the first end 12C is connected to a machine part M which in this example moves vertically up and down, for example a power rotary head 3 (FIG. 4) of a drilling tower.
  • the second longitudinal section 12B is in turn fixed at its end 12D to a frame or stationary machine part F.
  • a loop 13 forms a deflection area of the two in
  • the cable routing device 10 has a flexible suspension cable 11 made of high-strength plastic fibers, e.g. Made of high-modulus polyethylene or high-modulus polyamide, which carries the weight load of the cable routing device 10 as a supporting strand.
  • a flexible suspension cable 11 made of high-strength plastic fibers, e.g. Made of high-modulus polyethylene or high-modulus polyamide, which carries the weight load of the cable routing device 10 as a supporting strand.
  • the free or protruding end regions 11A, 11B of the supporting cable 11 are fastened in a suitable manner to the movable machine part M and to the stationary machine part F (shown schematically in FIG. 1A).
  • the cable routing device 10 has the second essential
  • annularly closed guide body 14 (FIG.1B).
  • the guide bodies 14 are lined up on the supporting cable 11 and are held and carried by the latter.
  • the suspension cable 11 thus carries at least the entire weight of all guide bodies 14.
  • Longitudinal sections 12A, 12B have a relatively small radius, i.e. the longitudinal sections 12A, 12B can run at a small horizontal distance from one another.
  • the small radius is among others possible by the fact that adjacent guide bodies 14 can be strongly angled relative to one another.
  • the guide bodies 14 are each spatially movable with respect to one another, as shown in FIG. 1B.
  • the distance between the longitudinal sections 12A, 12B can vary
  • FIGS. 2A-2B show a first exemplary embodiment of a guide body 14 for the line routing device 10.
  • Each guide body 14 has a central part 15A with an inside
  • Each circumferential element 17 defines a radially outward
  • the central part 15A comprises a fastening device 18 for the axially stationary fastening of the guide body 14 to the support cable 11.
  • a fastening device 18 for the axially stationary fastening of the guide body 14 to the support cable 11.
  • This is embodied in FIG. 2A-2B as a screw-clamping device 18 in the manner of a joint clamp.
  • the central part 15A has two one-piece support arms 20A, 20B made in one piece from plastic, each of which has an inner clamping shell 21A, 21B. Due to the conjugated design, the clamping shells 21A, 21B form on one side a hinge-like joint 24 (cf. FIG. 3), which pivotably connects the clamping shells 21A, 21B.
  • a hinge-like joint 24 cf. FIG. 3
  • the clamping shells 21A, 21B also form two approximately semi-cylindrical ones in the center
  • Clamping shells 21A, 21B becomes the central part 15A i.e. the
  • each support arm 20A, 20B comprises, in one piece with the respective clamping shell 21A, 21B, also a radial web 22A, 22B with the outer end region of which the outer part 15B, ie the two peripheral elements 17 are articulated, here pivotally connected.
  • the two circumferential elements 17 are each via an associated swivel joint 23, for example a hinge, between the closed position in FIG. 2B and an open position (not shown) pivotally connected to the one web 22A of the central part 15A.
  • the peripheral elements 17 are identical parts and semi-ring-shaped, for example as plastic parts or made of sheet metal.
  • the peripheral elements 17 form detachable eyelets for the pivot joint 23, which are similar to
  • Pipe clamps on a bearing pin or shaft on which a web 22A are rotatably supported. At the opposite end they have
  • the peripheral elements 17 are thus fastened to the other web 22B in the closed position (FIG. 2B).
  • the inside diameter of the receiving areas L limited in this way, measured radially between the circumferential elements 17, is in the range of approximately at least 150 mm to 300 mm or larger.
  • Circumferential elements 17 and possibly webs 22A, 22B are specified.
  • FIG. 2A also shows two central, axially projecting joint regions 26A, 26B of the central part 15A. These serve a defined, low-wear relative movement of adjacent guide bodies 14 without transverse displacements relative to one another, from the extended position in the longitudinal sections 12A, 12B to the completely angled position in the apex of the loop 13 (FIG. 1B below) and back.
  • each central part 15A has two joint regions 26A, 26B, which are opposite on the end face, coaxial to the central axis 16
  • opposite joint regions 26A, 26B are designed conjugated or paired such that one joint region 26A is detachably coaxial with the respectively conjugated other joint region 26B of an adjacent guide body with little or none
  • Exertion of force in particular without tools, can be inserted axially.
  • the joint regions 26A, 26B can have a joint connection similar to a ball joint for spatial deflection of neighboring ones
  • the one joint region 26A is designed as a joint head 27A with the outer surface of a spherical ring (see FIG. 2C) (partially spherical) and the correspondingly conjugated joint region 26B as a joint socket 27B with an approximately hemispherical (hemispherical) inner surface (see FIG. 2A)
  • FIG. 2A-2C also show an annular elastic buffer 19 made of an elastomer, which essentially completely surrounds the peripheral elements 17.
  • the buffer 19 can be rounded in the transition between the axial end face and the peripheral surface and serves on the one hand as an angular stop to limit the minimum
  • Each buffer 19 is designed as an open ring with a gap for attachment to the outer part 15B and is with the
  • the buffer 19 does not protrude axially with respect to the peripheral elements 17, but lies axially flush with the axial end face of the
  • the buffers 19 engage radially in a circumferential holding groove or receptacle on the outside of the circumferential elements 17.
  • Circumferentially closed buffers 19 (without a gap) such as wheel tires can also be clamped e.g. to additionally secure the peripheral elements 17.
  • the elastically shock-absorbing buffers 19 can be solid bodies or, depending on the size, as a hollow body to save weight.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a guide body 34 for a line routing device 10.
  • the guide body 34 differs from that from FIG. 2A-2C primarily in that it has no pronounced joint regions 26A, 26B.
  • Guide body 34 is intended for a line-up on the suspension cable 11 with an axial distance between adjacent guide bodies 34. In the guide body 34 from FIG. 3 are opposite
  • the mouth regions 36 enlarge radially outwards or widen in order to reduce frictional wear with the supporting cable 11 when angled. In this way, an even smaller radius of the loop 13 (FIG. IB) can be achieved if necessary.
  • FIG. 3 denote the same parts as in FIG. 2A-2C.
  • a greater widening of the through opening 16 can also be provided in FIG. 2A-2C.
  • FIG.4 shows an application example for the Cable routing device 10 according to FIG. 1-3 in a drilling rig 1.
  • the cable routing device 10 can serve as an exchange for the conventional service loop 6, which supplies the power rotary head 3.
  • FIG. 5A-5B show a variant of FIG. 2A-2C with guide bodies 54.
  • the support arms for protecting the lines each have material thickenings 52C, 52D on both webs 52A, 52B in the area around the clamping screw 25.
  • the web 52A, on which the rotary joints 53 are provided for pivoting open the peripheral elements 57 forms further ones
  • Material thickenings 52E, 52F to protect the lines against the swivel joints 53 and for mechanical reinforcement of the
  • pivot pins are on the
  • Circumferential elements 57 provided and pivotable on the web 52A
  • the central part and also the outer part can be constructed at least predominantly from plastic injection-molded parts.
  • FIG. 6 shows in perspective a short longitudinal section of an alternative exemplary embodiment in which the supporting strand 11 (cf. FIG. 1A) is not designed as a supporting rope, but in the manner of a link chain.
  • the individual guide bodies 64 each have two holding eyelets 63 axially opposite each other with which they can be fastened using intermediate members 62, e.g. in the design of typical chain links of a round link chain, chained in the longitudinal direction and deflectable to each other.
  • the central parts 65A in FIG. 6 are thus load-bearing, integral components of the chain-like support strand.
  • Each central part 65A of each guide body 64 also has two diametrically opposite support arms 60A, 60B on which the outer part 65B is held.
  • the outer part 65B here has two fixed, non-detachable circumferential elements 67A in the shape of a circular arc, which e.g. are made in one piece with the support arms 60A, 60B.
  • the non-detachable circumferential elements 67A of the outer part 65B there are two detachable circular arcs
  • Circumferential elements 67B are removably attached, e.g. by
  • FIG. 7 shows a perspective partial view of a longitudinal section of a further, alternative exemplary embodiment in which the supporting strand is designed as a supporting cable 71.
  • Intervals are block-like support body 72 fixedly attached to the support cable 71.
  • the support body 72 can be pressed and / or fixed in the longitudinal direction by an adhesive connection to the support cable. This design enables a positive connection of the
  • Central parts 75A for securing the position on the support cable 71.
  • the central parts 75A in FIG. 7 each have receptacles 77 molded onto the support arms 76A, 76B, which are designed to match the positive engagement with the support bodies 72.
  • the receptacles 77 are form-fitting to the support body 72 in a similar manner to holders
  • the outer parts which are not shown in FIG. 7 for relief, can have a construction corresponding to FIG. 5A-5B or also FIG. 6.
  • FIG. 8 and FIG. 9 illustrate a connection device 80 with which the end regions 11A, 11B of the support cable 11 (FIG. 1) can be detachably attached to the connection points of the system.
  • the connection device 80 in FIG. 8 comprises a base body, e.g. Machined as a metal component, with a cable sleeve 82 in the lower region, which comprises a coaxial receptacle 83, in which the respective end region 11A, 11B of the support cable 11 (FIG. 1) is received and by pressing and / or casting with a casting compound (adhesive connection) is attached tensile.
  • a base body e.g. Machined as a metal component
  • a cable sleeve 82 in the lower region which comprises a coaxial receptacle 83, in which the respective end region 11A, 11B of the support cable 11 (FIG. 1) is received and by pressing and / or casting with a casting compound (adhesive connection) is attached ten
  • connection device 80 comprises at least two
  • strain relief stockings 90 FIG. 9
  • a loop / thimble 92 can be made using shackles can be suspended from the holding arms 85A, 85B with strain relief.
  • Cable routing device for hanging applications especially as a service loop for a drilling rig
  • FIG. 4 (state of the art)
  • 60A, 60B support arm (on the central part)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leitungsführungseinrichtung (10) zur Führung von mehreren Leitungen, wie Kabel, Schläuche, oder dgl., insbesondere für hängende Anwendungen, wie z.B. die Versorgung eines vertikal fahrenden Kraftdrehkopfs (3) einer Bohranlage (1). Die Leitungsführungseinrichtung (10) hat einen flexiblen Tragstrang (11) und eine Anzahl in Längsrichtung des Tragstrangs hintereinander angeordnete Führungskörper (14). Erfindungsgemäß sind benachbarte Führungskörper (14) zueinander räumlich auslenkbar und jeder Führungskörper hat einen Zentralteil (15A) mit einer Mittelachse (A) die sich koaxial zum Tragstrang (11) erstreckt, sowie einen Außenteil (15B) mit mindestens einem Umfangselement (17). Der Außenteil (15B) begrenzt einen in Axialrichtung offenen Aufnahmebereich (L) für die Leitungen radial nach außen.

Description

Leitungsführungseinrichtung für hängende Anwendungen, insbesondere als Service-Loop für eine Bohranlage
Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zur Führung von mehreren Versorgungsleitungen, wie z.B. Kabeln, Schläuchen oder dgl . , nachfolgend als Leitungsführungseinrichtung bezeichnet, insbesondere für hängende Anwendungen in denen die
Leitungsführungseinrichtung mit zwei herabhängenden Abschnitten und einer Schleife dazwischen angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft insbesondere aber nicht ausschließlich eine Leitungsführungseinrichtung, die als sog. „Service Loop", z.B. für eine Bohranlage geeignet ist. Service Loops sind Leitungsbündel, die zur Versorgung eines meist vertikal beweglichen Verbrauchers, z.B. des Kraftdrehkopfs (Engl, top drive) einer Bohranlage, eingesetzt werden und zwischen zwei frei herabhängenden
Abschnitten eine Schleife (Engl, loop) bilden, um
Bewegungsfreiheit zu bieten.
Ein derartiger Service Loop ist beispielhaft im Patent EP2105575B1 beschrieben, und in der angefügten FIG.4 (Stand der Technik) mit Bezugszeichen 6 als Teil eines Bohrturms 1 gezeigt. Schläuche 5 und Kabel versorgen dabei den Kraftdrehkopf 3 elektrisch,
hydraulisch und/oder pneumatisch mit Energie und übertragen ggf. auch Mess- und Steuersignale über elektrische und/oder optische Leitungen (nicht gezeigt) . Der Kraftdrehkopf 3 wird durch den Service Loop 6 versorgt und mit einer Hebevorrichtung 2 vertikal verfahren. In EP2105575B1 wird zur Weiterentwicklung eines Service Loop eine konstruktiv aufwendige Einrichtung vorgeschlagen, die verhindern soll, dass die Versorgungsleitungen beim Auf- und Abfahren des Kraftdrehkopfs 3 miteinander verheddern.
In herkömmlichen „Service-Loops" werden mehrere Leitungen
zusammengefasst von einem verstärkten Gummischlauch mit großem Durchmesser getragen. Typisch wird der Schlauch anschließend mit Vergussmaterial verfällt, wie z.B. im Patent US7966724B2
beschrieben, um die Leitungen gegen die Innenseite des äußeren Schlauchs abzustützen. Diese Bauweise erschwert nachträgliche Reparatur und Wartung, wie. z.B. den Austausch einer Leitung, erheblich. Um die Ausfallzeit zu verringern wird das gesamte Schlauchpaket mit allen Leitungen ausgetauscht, auch wenn z.B. nur eine Leitung defekt ist. Ein anderer Nachteil, besonders bei Bohranlagen, ist der relativ große Minimalradius der Schleife bedingt u.a. durch den großen Außendurchmesser.
Als Weiterentwicklung wird im Patent US9449737B2 eine Lösung mit geringerem Durchmesser vorgeschlagen. Dort wird ein spezieller innerer Kunststoffmantel sowie eine besondere Abschirmung
vorgeschlagen, die beide hohe Tragfähigkeit aufweisen, um den tragenden äußeren Schlauch vermeiden zu können.
Aus dem Patent EP2986869B1 hingegen ist eine andersartige
Leitungsführungseinrichtung bekannt, die insbesondere zur
Versorgung eines Bohrkopfes in meerestechnischen (Engl, offshore) Bohranlagen geeignet ist. Diese Leitungsführungseinrichtung hat zwei zugfeste, flexible Laststränge, die sich über die Länge der Leitungsführungseinrichtung erstrecken und an denen, in
Längsrichtung der Laststränge hintereinander angeordnet, eine Vielzahl Führungskörper festgelegt sind. Diese kettenähnliche Leitungsführungseinrichtung ist für sehr hohe Zugkräfte, z.B.
hängende Verwendungen bis 200 m Länge wie bei Tiefbohrgeräten oder dgl . , geeignet und unter anderem salzwasserbeständig. Die
Gestaltung gemäß EP2986869B1 ermöglicht sehr große Längen und bietet guten Schutz d.h. hohe Lebensdauer der Leitungen,
insbesondere beim Auf- und Abtrommeln, ist jedoch zur Verwendung als Service Loop weniger gut geeignet, u.a. wegen dem
erforderlichen Bauraum der z.B. innen im Bohrturm meist nicht vorhanden ist.
Gegenüber dem vorstehenden Stand der Technik besteht eine erste Aufgabe der Erfindung darin, eine Leitungsführungseinrichtung so zu gestalten, dass das endfertigte Herstellen einschließlich des Konfektionierens mit den gewünschten Leitungen vereinfacht wird, insbesondere auch bei großer Gesamtlänge. Ferner soll die neue Leitungsführungseinrichtung guten Schutz bieten, das Verheddern mehrerer Leitungen vermeiden und dennoch kompakt und
vergleichsweise leicht bauen.
Gemäß einem weiteren Aspekt sollen nachträgliche Wartungsarbeiten, insbesondere der Austausch einzelner Leitungen, erleichtert werden. Ferner ist im Vergleich zu herkömmlichen Service-Loops ein kleinerer Minimalradius im Umlenkbereich bzw. der Schleife zwischen zwei Längsabschnitten wünschenswert.
Die vorgeschlagene Leitungsführungseinrichtung hat einen
zugfesten, flexiblen Tragstrang der sich über die Länge der
Leitungsführungseinrichtung erstreckt und entlang dessen
Längsrichtung eine Anzahl Führungskörper hintereinander bzw.
aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Gemäß einem Kerngedanken der Erfindung wird zur Lösung der ersten Aufgabe vorgeschlagen, dass benachbarte Führungskörper jeweils zueinander räumlich auslenkbar sind (d.h. jeweils um mindestens zwei Achsen zueinander schwenkbar sind) und jeder Führungskörper einen Zentralteil mit einer Mittelachse die sich koaxial zum Tragstrang (11) erstreckt, sowie einen Außenteil mit mindestens einem Umfangselement umfasst. Dabei ist das Umfangselement am Zentralteil gehalten und begrenzt radial nach Außen einen in Axialrichtung offenen Aufnahmebereich für eine oder mehrere
Leitungen bzw. definiert dementsprechend diesen Aufnahmebereich. Vorzugsweise aber nicht zwingend kann jeder Zentralteil mit einer axialen Durchführöffnung versehen sein, welche eine Mittelachse bildet und durch welche sich der Tragstrang erstreckt.
Der Tragstrang trägt einen wesentlichen Teil des Gewichts und entlastet die Leitungen von Zugkräften, ähnlich der inneren Seele eines Seils. Der Tragstrang ist so flexibel, dass er die
Auslenkung der Führungskörper zueinander nicht beeinträchtigt. Die Führungskörper halten die Leitungen im Aufnahmebereich d.h.
relativ zum Zentralteil und damit zumindest in Radialrichtung gegenüber dem Tragstrang fest. Dies vermeidet Verheddern und die Notwendigkeit eines tragenden äußeren Schlauchs. Durch passende Dimensionierung des Außenteils werden die Leitungen relativ spielfrei gehalten, was bei bekannten Service-Loops
Vergussmaterial erfordern würde. Bei geeigneter Gestaltung ermöglichen die Führungskörper zudem den Austausch einzelner Leitungen .
Eine Zugentlastung der Leitungen ist meist vorteilhaft. Hierzu können z.B. jeweils endseitige Zugentlastungen in geeigneter Bauweise, bspw. sog. Zugentlastungsstrümpfe, beidseits der
Leitungsführungseinrichtung vorgesehen sein, ggf. ohne
Zugentlastung der Leitungen innerhalb der
Leitungsführungseinrichtung. Alternativ oder ergänzend können Zugentlastungen auch innerhalb der Leitungsführungseinrichtung an einer Anzahl Stellen ihrer Längsrichtung vorgesehen sein, dies vermindert jedoch die Beweglichkeit der Leitungen. Zur
Zugentlastung innerhalb der Leitungsführungseinrichtung können beispielsweise die Umfangselemente an den jeweiligen Stellen die Leitungen fest zusammenschnüren und zugfest am jeweiligen
Zentralteil bzw. Tragstrang halten.
Besondere Vorteile bietet die Erfindung dort, wo relativ schwere Leitungsbündel über eine beachtliche Länge im Wesentlichen vertikal hängend angeordnet werden müssen. Die vorliegende
Erfindung ist daher besonders geeignet zur Verwendung in einer Land- bzw. Onshore- oder Meeres- bzw. Offshore-Bohranlage, insbesondere als Service-Loop, jedoch nicht auf diese Gebiete beschränkt. Weitere Anwendungen der Meerestechnik sind z.B.
Versorgungskabel (Engl, umbilical) zwischen Plattform und
Versorgungsschiff, oder die Landstromversorgung von Schiffen. Auch für landgebundene Anwendungen, insbesondere hängende Anwendungen, z.B. in Bohr- oder Tiefbaugeräten oder in der Bergbautechnik, eignet sich die Lösung besonders gut.
Gemäß ersten Erfindungsaspekten kann vorgesehen sein, dass bei jedem Führungskörper der Außenteil öffenbar ist und/oder es kann vorgesehen sein, dass zumindest einige Führungskörper,
insbesondere alle Führungskörper, an ihrem Zentralteil jeweils eine Befestigungsvorrichtung aufweisen zum ortsfesten Befestigen des Zentralteils am Tragstrang zumindest in Axialrichtung, insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig.
Öffenbare Außenteile können dabei insbesondere dadurch vorgesehen sein, dass jeweils mindestens ein Umfangselement beweglich bzw. aufschwenkbar mit dem Zentralteil verbunden ist. Alternativ oder ergänzend kann mindestens ein Umfangselement auch vom
Führungskörper lösbar angebracht sein, z.B. durch eine
Schraubverbindung, Steckverbindung oder dgl . , vorzugsweise durch eine fallsichere Befestigung (Engl, „dropsafe fastening").
Insbesondere bei Bohranlagen, wie Land- bzw. Onshore- oder Meeres- bzw. Offshore-Bohranlagen, sollten grundsätzlich alle lösbaren Elemente eines Führungskörpers fallsicher, insbesondere mindestens doppelt gesichert am Führungskörper befestigt sein, z.B. durch Schrauben mit Splintsicherung oder ähnliche sichere
Verschraubungslösungen. Dementsprechend sind auch die Zentralteile jeweils vorzugsweise fallsicher, jedenfalls zumindest in
Axialrichtung ortsfest am Tragstrang befestigt, sodass im Fall eines Bruchs des Tragstrangs, die Führungskörper nicht herabfallen können. Öffenbare Außenteile, z.B. mit aufschwenkbaren
Umfangselemente ermöglichen seitlichen Zugang zum Aufnahmebereich und erleichtern so Herstellung und Wartung, da Leitungen seitlich eingelegt und entnommen werden können, d.h. nicht in Axialrichtung durchgeführt bzw. „eingefädelt" werden müssen, wie z.B. in den Tragschlauch herkömmlicher Service-Loops. Die Umfangselemente können z.B. biegsam oder durch ein ausgeprägtes Gelenk
aufschwenkbar sein. Die Befestigung am Tragsstrang fixiert dabei die Lage in Axialrichtung, wobei dies ggf. nur abschnittsweise erforderlich ist, z.B. wenn die Führungskörper axial
aneinanderliegen. Aufschwenkbare Umfangselemente können dabei insbesondere unverliebar am Führungskörper gehalten sein, sodass nachträgliche Wartung vereinfacht wird und ein Herabfallen von Teilen sicher vermieden wird.
Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt kann vorgesehen sein, dass zumindest einige, insbesondere alle Führungskörper an ihrem mindestens einen Umfangselement außenseitig einen elastischen Puffer zur Stoßdämpfung, insbesondere radialer Stöße, aufweisen. Der Puffer verläuft bevorzugt in Umfangsrichtung um die Mittelachse, vorzugsweise über den gesamten Umfang. Die Puffer dämpfen seitliches Anschlägen der Führungskörper beim horizontalen Schwingen bedingt durch die bestimmungsgemäße Vertikalbewegung. Ferner können die Puffer zugleich als Winkelanschlag zwischen den einzelnen Führungskörper dienen um deren relative Auslenkung zueinander mit Dämpfungswirkung zu begrenzen. So wird bei guter Schutzwirkung trotz einfacher Bauweise zugleich ein kleiner Radius der Schleife ermöglicht. Der Radius lässt sich durch
Dimensionierung der Umfangselemente und Puffer einerseits und des Axialabstands zwischen aufeinanderfolgenden Umfangselementen andererseits quasi beliebig wählen, sollte jedoch den kleinsten zulässigen Minimalradius der Leitungen nicht unterschreiten.
Die Anzahl bzw. Vielzahl Führungskörper ist so gewählt, dass diese entlang der weitaus überwiegenden Länge des Tragstrangs vorliegen, aber dessen Enden freiliegen. Die Führungskörper können
insbesondere unmittelbar bzw. ohne Leerräume aufeinander folgen oder aber mit Zwischenräumen angeordnet sein. Die Führungskörper sind vorzugsweise nicht gegeneinander gespannt, sondern ohne Vorspannung bzw. mit Bewegungsspiel am Tragstrang festgelegt. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Zentralteil als
Befestigungsvorrichtung eine Klemm- und/oder Spannvorrichtung, um den Tragstrang kraftschlüssig an einer Innenfläche der
Durchführöffnung im Zentralteil festzulegen. Dies erlaubt u.a. eine vereinfachte Herstellung.
Als Befestigungsvorrichtung kommen grundsätzlich alle geeigneten Ansätze in Betracht, welche den Tragstrang nicht ungünstig beanspruchen .
Insbesondere wenn jeder Zentralteil mit einer axialen
Durchführöffnung versehen ist, welche sich der Tragstrang
erstreckt kann z.B. eine Schraub-Klemmvorrichtung mit
Klemmschraube vorgesehen sein. Diese kann insbesondere in Art einer Klemmschelle, insbesondere einer Gelenk-Klemmschelle mit einem scharnierartigen Gelenk ausgeführt sein. Dabei sind
vorzugsweise zwei schalenförmige Bereiche am Zentralteil
vorgesehen. Diese können durch das Gelenk verbindet sein, sodass nur einseitig eine Klemmschraube benötigt wird. Mit einer dem Gelenk gegenüberliegenden Klemmschraube, welche die schalenförmigen Bereiche gegeneinander spannt kann so das sichere befestigen ähnlich wie bei einer Klemmschelle erfolgten.
Alternativ kann auch ein Schnellspanner, Bügelspanner oder ähnliche Vorrichtung vorgesehen sein, welche den freien
Durchmesser der Durchführöffnung zumindest teilweise reduziert bzw. den Zentralteil am Tragstrang kraft- und/oder formschlüssig befestigt, z.B. festspannt.
Auch andere Arten der ortsfesten Befestigung der Führungskörper liegen im Rahmen der Erfindung. In einer weiteren Ausführungsform kann der Tragstrang in Art einer Gliederkette, z.B.
Rundgliederkette, ausgeführt sein, wobei jeder Zentralteil eine Art Spezial-Kettenglied als tragender Bestandteil des Tragstrangs bildet. Dabei können zur Reduzierung des Längengewichts
vorzugsweise jeweils zwei aufeinanderfolgende Zentralteile durch ein oder mehrere eigentliche Kettenglieder, die als
Zwischenglieder (ohne Aussenteil) vorgesehen sind, räumlich auslenkbar verbunden sein. Als Zwischenglieder können dann z.B. herkömmliche Metallglieder einer Rundgliederkette verwendet werden, welche mit gegenüberliegenden Halteösen der Zentralteile verkettet sind.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Tragstrang in Arte einer „Perlenkette" ausgeführt sein, mit in Längsrichtung des Tragstrangs ortsfesten Tragkörpern, an welchen die Zentralteile anhand der einer geeigneten jeweiligen Befestigungsvorrichtung formschlüssig befestigt sind.
Ungeachtet der gewählten Befestigungsart sind die Zentralteile vorzugsweise fest und nicht drehbar, insbesondere torsionssteif, am Tragstrang befestigt. Dies kann besonders einfach durch eine kraftschlüssige Klemmung am Tragstrang erzielt werden.
Der Außenteil bildet im betriebsbereiten Zustand bevorzugt eine in Umfangsrichtung geschlossene bzw. um die Mittelachse des
Führungskörpers vollständig umlaufende Begrenzung, sodass alle Leitungen in der Ebene senkrecht zum Tragstrang sicher im
jeweiligen Aufnahmebereich gehalten sind. In bevorzugter
Weiterbildung hat der Außenteil jedes Führungskörpers zwei
Umfangselemente, welche jeweils über ein Drehgelenk, Scharniergelenk, Scharnierband oder dgl . , beweglich bzw.
aufschwenkbar mit dem Zentralteil verbunden sind um Leitungen in den Aufnahmebereich einzulegen bzw. aus diesem zu entnehmen. Die Umfangselemente können jedoch auch auf andere Weise öffenbar ausgeführt sein, z.B. abnehmbar. Letzteres kommt insbesondere in Betracht, wenn ein Service-Loop im Fall eines Leitungsschadens komplett bzw. als Paket mit allen Leitungen ausgetauscht wird und ein Leitungsaustausch nicht an der Anlage stattfinden muss.
Die Umfangselemente sind vorzugsweise halbringförmig ausgeführt. Ferner können die Umfangselemente bevorzugt als Gleichteile, d.h. beide identisch, ausgeführt sein um die Teilezahl zu verringern.
Alle oder die wesentlichen Bestandteile des Zentralteils und des Außenteils, insbesondere die Umfangselemente, können aus
Kunststoff, insbesondere als Spritzgussteile gefertigt sein.
Der elastische Puffer ist bevorzugt aus einem Elastomer
hergestellt, z.B. aus einem Synthesekautschuk oder dgl., und z.B. als Gummipuffer ausgeführt. Der Puffer ist elastischer als die sonstigen Bestandteile des Führungskörpers. Vorzugsweise ist der Puffer ringförmig bzw. torusartig ausgeführt. Der Puffer sollte den überwiegenden Anteil des Umfangs umgreifen. Besonders
bevorzugt umgibt der Puffer das bzw. die Umfangselemente
vollumfänglich, z.B. als geschlossener oder schließbarer Ring. Der Puffer kann zugleich die Sicherung bzw. den Verschluss des/der beweglichen Umfangselements darstellen und z.B. als axial
aufschiebbarer Haltering dienen. Der Puffer kann auch als
aufgetrennter Ring ausgeführt sein, der zusammen mit den
Umfangselementen geschlossen wird.
Bevorzugt haben alle Führungskörper einen Puffer, wobei jeder Puffer vorzugsweise gegenüber dem bzw. den Umfangselementen axial vorsteht oder zu diesen axial bündig liegt, sodass die Puffer benachbarter Führungskörper aneinander anschlagen um den
Maximalwinkel der räumlichen Auslenkung dieser Führungskörper zueinander als Anschläge zu begrenzen. Durch Puffer als
Auslenkungsbegrenzung wird der Verschleiß reduziert und u.a. die Geräuschentwicklung vermindert. Die Puffer können z.B. dadurch gehalten sein, dass jedes Umfangselement an seiner Außenseite eine in Umfangsrichtung verlaufende Haltenut aufweist, in welche der ringförmige Puffer zur axialen Halterung formschlüssig eingreift oder umgekehrt .
In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Tragstrang jeweils an beiden Enden eine Anschlussvorrichtung zur lösbaren Befestigung der Leitungsführungseinrichtung an der zu versorgenden Anlage, z.B. an der Bohranlage. Hierdurch wird ein Austausch der
Leitungsführungseinrichtung erleichtert. Bei Verwendung eines Seils als Tragstrang kommen alle gängigen Seilendverbinder, bzw. Seilendverbindungen in Betracht, wie bspw. gespleißte oder gepresste Ösen, verpresste oder eingespleißte Kauschen, verpresste Klemmen oder vergossene Gewindefittings oder dgl . , usw. Im Falle einer Gliederkette als Tragstrang kommen ebenfalls alle gängigen, lösbaren Endverbindungen in Betracht wie Schäkel, Haken,
Schraubverbindungen, Klemmen, Ösen, usw.
Besonders bevorzugt wird dabei an jeder Anschlussvorrichtung eine Befestigungsvorrichtung zur Zugentlastung der Leitungen
vorgesehen, insbesondere mittels sog. Kabelziehstrümpfen bzw.
Kabelzugentlastungsstrümpfen (Engl, meshed cable supporting grip) , vorzugsweise mit Schlaufe/Kausche bzw. Halteöse. Hierzu wird jede jeder Anschlussvorrichtung vorzugsweise mit mindestens zwei horizontal gegenüberliegenden an der Anschlussvorrichtung
lasttragend befestigten Haltearme versehen, an welchen die geführten Leitungen zur Zugentlastung befestigbar sind, z.B.
mittels Schäkeln, welche jeweils einen Kabelzugentlastungsstrumpf lösbar halten. Durch eine derartige Gestaltung wird ein
Komplettaustausch der Leitungsführungseinrichtung inkl . der
Leitungen vereinfacht, da lediglich ein Lösen der beiden
Anschlussvorrichtungen erforderlich ist.
Der Außenteil kann genau ein Umfangselement mit großem Umfang, insbesondere > 300° Winkelmaß, aufweisen. Bevorzugt ist der
Außenteil aber mehrteilig ausgeführt mit mehreren,
Umfangselementen. Der Außenteil kann im Querschnitt eine etwa kreisrunde Form definieren, d.h. die Umfangselemente können vorzugsweise kreisbogenförmig sein, wobei der Außenteil
insbesondere mit je zwei halbkreisförmigen Elementen ausgeführt sein kann. Auch andere Formen, z.B. ein polygonaler Querschnitt, sind möglich.
Der Außenteil sollte vorzugsweise einen ausreichenden
Innendurchmesser bzw. Durchmesser des Aufnahmeraums zur Aufnahme von bestimmungsgemäßer Leitungen vorgeben. Der Durchmesser des Aufnahmeraums sollte spürbar größer als 100mm sein, insbesondere mindestens 125mm betragen, um Versorgungsleitungen in
bestimmungsgemäßen Anwendungen führen zu können.
In einer Ausführungsform kann der Zentralteil zwei axial relativ zu den Umfangselementen vorstehende, und axial gegenüberliegende Gelenkbereiche aufweisen. Dabei sind die Gelenkbereiche konjugiert ausgeführt, sodass der eine Gelenkbereich eines ersten
Führungskörpers lösbar in Axialrichtung in den konjugierten anderen Gelenkbereich eines benachbarten zweiten Führungskörpers einführbar ist, d.h. die Führungskörper können axial
zusammengesteckt werden. Durch die axial lösbare Gestaltung der Gelenkbereiche wird die Montage erheblich vereinfacht, da die Führungskörper lediglich am Tragstrang angebracht bzw. der
Tragstrang durch die Zentralteile durchgeführt werden muss und dann ineinander „gesteckt" werden können. Demnach ist eine solche optionale gelenkige Verbindung aufeinanderfolgender Führungskörper vorzugsweise in Axialrichtung lose, zumindest aber axial leicht lösbar bzw. steckbar.
Zugfestigkeit in der optionalen Gelenkverbindung zwischen den Führungskörpern, insbesondere den benachbarten Gelenkbereichen, ist dank des Tragstrangs grundsätzlich bei hängenden Anwendungen nicht erforderlich. In bevorzugter Weiterbildung können die
Gelenkbereiche eine kugelgelenkartige Gelenkverbindung zur räumlichen Auslenkung benachbarter Führungskörper bilden. Eine steckbare Gelenkverbindung kann erzielt werden mit einem
teilsphärischem Gelenkkopf und einer etwa hemisphärischen
Gelenkpfanne und/oder mit Gelenkkopf/-pfanne die durch Aufweiten der Pfanne und/oder Quetschen des Kopfes axial ineinander steckbar sind. Eine kugelgelenkartige Gelenkverbindung ist jedoch nicht zwingend .
In einer anderen Ausführungsform werden die Führungskörper axial voneinander beabstandet am Tragstrang mittels ihrer Befestigungsvorrichtung festgelegt, was Materialaufwand und
Gewicht verringert.
Die Durchführöffnung im Zentralteil kann vorzugsweise
gegenüberliegende axiale Mündungsbereiche aufweisen, die sich radial nach außen weiten um Verschleiß des Zentralteils und/oder Tragstrangs zu vermeiden.
In besonders bevorzugter Ausführungsform hat der Zentralteil jedes Führungskörpers zwei einteilige Tragarme, die jeweils eine innere Klemmschale und einen radialen Steg aufweisen. Dabei sind die Klemmschalen miteinander verbindbar um dazwischen die
Durchführöffnung für den Tragstrang zu bilden, insbesondere als Klemmvorrichtung. Der Zentralteil kann dabei im Wesentlichen aus diesen beiden Tragarmen bestehen. Die Stege der Tragarme haben bevorzugt einen äußeren Endbereich mit dem der Außenteil,
insbesondere beide Umfangselemente, verbunden ist bzw. sind. Die Stege halten somit das bzw. die Umfangselemente und sichern damit die Leitungen (radial) am Tragstrang, an dem die Klemmschalen festgelegt sind. Das bzw. jedes Umfangselement kann ggf. einteilig mit den Stegen verbunden sein und z.B. flexibel aufschwenkbar sein. Bevorzugt ist jedes Umfangselement als separates Teil über ein Gelenk mit den Stegen verbunden.
Weiterhin kann der Zentralteil innenseitig an der Durchführöffnung eine quer zur Mittelachse verlaufende Klemmverzahnung zur
Axialsicherung am Tragstrang aufweisen.
Der Tragstrang kann insbesondere ein zugfestes Tragseil, z.B. aus hochfestem Kunststoff sein. Zugfest bedeutet vorliegend, dass der Tragstrang bzw. das Tragseil ausreichend zugfest ist, um das Gesamtgewicht der Leitungsführungseinrichtung inkl . aller
Leitungen zu tragen, d.h. ein gedachtes endseitiges Gewicht das dem Gesamtgewicht der Leitungsführungseinrichtung mit allen
Leitungen entspricht. Die erforderliche statische Tragfähigkeit des Tragstrangs ist anwendungsabhängig, sollte aber typisch » 1000kg betragen.
Als Tragstrang kommt auch ein Drahtseil aus einzelnen Seildrähten in Betracht, vorzugsweise mit Nennfestigkeit des Drahtwerkstoffes > 900 N/mm2. Ergänzend oder alternativ zu Seildrähten aus Kunststoff kommen auch Seildrähte aus Stahl in Betracht ggf. mit einer Seele aus Kunststoff. Der Tragstrang bzw. das Tragseil soll möglichst dehnungsarm sein. Alternativ zu einem Tragseil kommt bspw. auch eine Gliederkette, z.B. aus Stahlgliedern, als
Tragstrang in Betracht.
Bevorzugt wird jedoch ein Tragseil aus hochfestem Kunststoff in Verbindung mit Führungskörpern die zumindest überwiegend aus Kunststoff hergestellt sind. Hierdurch lässt sich für die
Leitungsführungseinrichtung an sich (ohne geführte Leitungen) auch bei vergleichsweise großer Aufnahmekapazität der Führungskörper bzw. großem Innendurchmesser, z.B. »200mm, und entsprechender Tragkraft, ein vergleichsweise geringes Längengewicht < 40kg/m erzielen. Gegenüber Gliederketten ist zudem die Geräuschemission deutlich geringer.
Für bestimmungsgemäße Anwendungen, insbesondere in Bohranlagen, hat der Tragstrang vorzugsweise eine Länge von mindestens 5m, insbesondere mindestens 10m. Der Tragstrang ist dabei vorzugsweise vollständig durchgehend und weist eine höhere Reiß- und
Zugfestigkeit auf als die geführten Leitungen.
In hängenden Anwendungen hat die Leitungsführungseinrichtung insbesondere einen ersten herabhängenden Längsabschnitt, der ein mit einem Verbraucher verbundenes erstes Ende aufweist, einen zweiten herabhängenden Längsabschnitt, der ein zweites Ende aufweist, das mit dem versorgenden Anlagen-/Maschinenteil
verbunden ist, sowie eine die beiden herabhängenden
Längsabschnitte verbindende Schleife. Die herabhängenden
Längsabschnitte verlaufen dabei in erster Näherung in einem von den Enden ausgehenden ersten Teilbereich quasi vertikal,
mathematisch strenggenommen bzw. je nach Horizontalabstand der Enden entlang einer Seilkurve bzw. Kettenkurve d.h. Katenoide (Engl, catenary) die der Funktion des Cosinus Hyperbolicus (bzw. cosh) entspricht.
Der Tragstrang bzw. das Tragseil erstreckt sich dabei über beide Enden hinaus, d.h. erstreckt sich über die gewünschte Gesamtlänge der Leitungsführungseinrichtung und steht endseitig über die Führungskörper bzw. vor um die gewichtstragende Befestigung des Tragstrangs bzw. Tragseil zu erleichtern.
Als unabhängiger Erfindungsaspekt wird auch ein einzelner
Führungskörper für eine Leitungsführungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele beansprucht.
Gemäß einem Kerngedanken hat der Führungskörper einen Zentralteil mit einer axialen Durchführöffnung, welche eine Mittelachse bildet und durch welche ein Tragstrang durchführbar ist, sowie einen Außenteil mit mindestens einem Umfangselement. Das Umfangselement begrenzt einen in Axialrichtung offenen Aufnahmebereich für die Leitungen nach Außen und ist dazu am Zentralteil gehalten.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt ist das Umfangselement beweglich bzw. aufschwenkbar mit dem Zentralteil verbunden.
Gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Aspekt ist am Zentralteil eine Befestigungsvorrichtung zum ortsfesten Befestigen des
Zentralteils an einem Tragstrang vorgesehen.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt ist am
Umfangselement außenseitig ein elastischer Puffer zur Stoßdämpfung vorgesehen, zur Dämpfung insbesondere bei radialen Stößen und/oder als Anschlag der Führungskörper aneinander.
Vorteilhaft kann der Führungskörper eines oder mehrerer der vorstehend als vorteilhaft beschriebenen weiteren Merkmale in jeder Kombination mit einem der vorstehenden Aspekte aufweisen.
Die Erfindung betrifft auch eine Bohranlage mit einem
Kraftdrehkopf (Engl. Top-Drive) umfassend eine hängend angeordnete Leitungsführungseinrichtung nach einem der vorstehenden
Ausführungsbeispiele zur Versorgung des Kraftdrehkopfs.
Die Leitungsführungseinrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Land- oder Offshore-Bohranlage als Ersatz für einen herkömmlichen Service-Loop, bei Erstausrüstung oder
Austausch. Je nach Anforderungen kann zusätzlich eine dünne, flexible Schutzumhüllung ohne Tragfunktion vorgesehen sein, die jedoch so ausgeführt sein sollte, dass sie geöffnet werden kann.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden
Abbildungen. Hierbei zeigen:
FIG.1A-1B: ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Leitungsführungseinrichtung in hängender Anordnung zur
Versorgung eines vertikal beweglichen Verbrauchers in
Seitenansicht (FIG.1A) und in perspektivischer Vergrößerung des unteren Bereichs bzw. der Umlenk-Schleife (FIG.1B);
FIG.2A-2C: einen axialen Schnitt/Längsschnitt (FIG.2A) und einen radialen Schnitt/Querschnitt (FIG.2B) sowie eine
Perspektivansicht (FIG.2C) eines Führungskörpers der
Leitungsführungseinrichtung nach FIG.1A-1B;
FIG.3: einen radialen Schnitt/Querschnitt einer zweiten
Ausführungsform eines Führungskörpers;
FIG.4: als Anwendungsbeispiel der Erfindung, eine
Bohranlage mit Kraftdrehkopf (Top-Drive) , der mit einem durch die Leitungsführungseinrichtung zu ersetzenden, an sich bekannten Service-Loop versorgt wird (Stand der Technik) ;
FIG.5A-5B: ein bevorzugtes drittes Ausführungsbeispiel von Führungskörpern in Abwandlung FIG.2A-2C;
FIG.6: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Leitungsführungseinrichtung wobei der Tragstrang in Art einer Gliederkette ausgeführt ist;
FIG.7: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Leitungsführungseinrichtung wobei der Tragstrang Tragkörper zur formschlüssigen Befestigung der Führungskörper;
FIG.8: einen schematischen Querschnitt durch eine
Anschlussvorrichtung zur Befestigung eines Endes eines
Tragseils mit einer Seilhülse und Haltearmen zur Zugentlastung der Leitungen; und
FIG.9: eine Leitung mit Kabelzugentlastungsstrumpf zur
Zugentlastung und Befestigung an einer Anschlussvorrichtung, z . B . nach FIG.8. FIG.1A-1B zeigen ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Leitungsführungseinrichtung 10 in einer hängenden Anordnung mit einem ersten vertikalen Längsabschnitt 12A, der ein erstes Ende 12C hat, und einem zweiten vertikalen Längsabschnitt 12B, der ein zweites Ende 12D aufweist. Das erste Ende 12C ist mit einem in diesem Beispiel vertikal auf- und abfahrenden Maschinenteil M, z.B. einem Kraftdrehkopf 3 (FIG.4) eines Bohrturms, verbunden. Der zweite Längsabschnitt 12B wiederum ist mit seinem Ende 12D an einem Gestell bzw. stationärer Maschinenteil F festgelegt. Eine Schleife 13 bildet einen Umlenkbereich der die beiden im
Wesentlichen vertikal herabhängenden Längsabschnitte 12B, 12B verbindet .
Die Leitungsführungseinrichtung 10 hat ein flexibles Tragseil 11 aus hochfesten Kunststoff-Fasern, z.B. aus Hochmodul-Polyäthylen oder Hochmodul-Polyamid, das als Tragstrang die Gewichtslast der Leitungsführungseinrichtung 10 trägt. Dazu sind die freien bzw. beidseitig vorstehenden Endbereiche 11A, 11B des Tragseils 11 in geeigneter Weise am beweglichen Maschinenteil M und am stationären Maschinenteil F befestigt (in FIG.1A schematisch gezeigt) . Die Leitungsführungseinrichtung 10 hat als zweiten wesentlichen
Bestandteil eine Vielzahl in Längsrichtung des Tragstrangs 11 aufeinanderfolgende, ringförmig geschlossene Führungskörper 14 (FIG.1B) . Die Führungskörper 14 sind am Tragseil 11 aufgereiht und von diesem gehalten und getragen. Das Tragseil 11 trägt somit zumindest das gesamte Gewicht aller Führungskörper 14.
Wie FIG.1B zeigt, bildet die Schleife 13 zwischen den
Längsabschnitten 12A, 12B einen relativ kleinen Radius, d.h. die Längsabschnitte 12A, 12B können auf geringem horizontalem Abstand zueinander verlaufen. Der kleine Radius ist u.a. dadurch möglich, dass benachbarte Führungskörper 14 zueinander stark abgewinkelt werden können. Die Führungskörper 14 sind jeweils zueinander räumlich beweglich, wie FIG.1B veranschaulicht. Der Abstand zwischen den Längsabschnitten 12A, 12B kann jedoch je nach
Anwendung auch deutlich grösser sein und diese müssen nicht vertikal herabhängen. Je nach Anwendung kann die
Leitungsführungseinrichtung 10 z.B. auch ähnlich einer Hängebrücke verlaufen . FIG.2A-2B zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Führungskörpers 14 für die Leitungsführungseinrichtung 10. Jeder Führungskörper 14 hat innen einen Zentralteil 15A mit einer
Mittelachse A und einer zu dieser koaxialen Durchführöffnung 16, um den Tragstrang 11 (FIG.1A) durchzuführen und außen einen
Außenteil 15B mit zwei kreisbogenförmigen Umfangselementen 17, hier mit ca. 160-180° Bogenlänge, um die Leitungen zu halten.
Jedes Umfangselement 17 begrenzt radial nach Außen einen in
Axialrichtung offenen Aufnahmebereich L für die Leitungen (nicht gezeigt) .
Der Zentralteil 15A umfasst eine Befestigungsvorrichtung 18 zum axial ortsfesten Befestigen des Führungskörpers 14 am Tragseil 11. Diese ist in FIG.2A-2B als Schraub-Klemmvorrichtung 18 in Art einer Gelenk-Klemmschelle ausgeführt. Dazu hat der Zentralteil 15A zwei einteilige, einstückig aus Kunststoff hergestellte Tragarme 20A, 20B, die jeweils eine innere Klemmschale 21A, 21B aufweisen. Die Klemmschalen 21A, 21B bilden durch konjugierte Gestaltung an einer Seite ein scharnierartiges Gelenk 24 (vgl. FIG.3), welches die Klemmschalen 21A, 21B schwenkbar verbindet. An der
gegenüberliegenden Seite haben die Klemmschalen 21A, 21B
Schrauböffnungen für eine Klemmschraube 25, um die U-förmigen Klemmschalen 21A, 21B gegeneinander zu spannen. Alternativ kommen auch Schnellspanner oder dgl . in Betracht. Die Klemmschalen 21A, 21B bilden weiterhin mittig zwei etwa halbzylindrische
Innenflächen der Durchführöffnung 16. Durch Spannen der
Klemmschalen 21A, 21B wird der Zentralteil 15A d.h. der
Führungskörper 14 am Tragseil 11 befestigt, denn die Innenfläche der Durchführöffnung 16 wird kraftschlüssig am Tragstrang 11 festgelegt. Zur besseren Axialsicherung ist an den Innenflächen beider Klemmschalen 21A, 21B eine quer zur Mittelachse A
verlaufende Klemmverzahnung 28 vorgesehen.
Wie FIG.2B zeigt umfasst jeder Tragarm 20A, 20B einteilig mit der jeweiligen Klemmschale 21A, 21B auch einen radialen Steg 22A, 22B mit dessen äußeren Endbereich der Außenteil 15B, d.h. die beiden Umfangselemente 17 gelenkig, hier drehgelenkig verbunden sind. Dadurch sind die beiden Umfangselemente 17 jeweils über ein zugehöriges Drehgelenk 23, z.B. ein Scharnier, zwischen der geschlossenen Stellung in FIG.2B und einer offenen Stellung (nicht gezeigt) schwenkbar mit dem einen Steg 22A des Zentralteils 15A verbunden. So wird das Einlegen bzw. entnehmen von Leitungen in einen der Aufnahmebereiche L erleichtert. Die Umfangselemente 17 sind hier Gleichteile und halbringförmig, z.B. als Kunststoffteile oder aus Metallblech hergestellt. Die Umfangselemente 17 bilden für das Drehgelenk 23 lösbare Ösen, die ähnlich wie bei
Rohrschellen, auf einem Lagerstift bzw. -schaft an dem einen Steg 22A drehgelagert sind. Am gegenüberliegenden Ende haben die
Umfangselemente 17 und der andere Steg 22B durchgehende
Schrauböffnungen für eine Sicherungsschraube 29 mit
Sicherheitsmutter oder dgl . Damit werden die Umfangselemente 17 in geschlossener Stellung (FIG.2B) an dem anderen Steg 22B befestigt. Der Innendurchmesser der so begrenzten Aufnahmebereiche L, gemessen radial zwischen den Umfangselementen 17, liegt im Bereich etwa mindestens 150mm bis 300mm, oder größer. Die
Aufnahmekapazität wird durch passende Dimensionierung der
Umfangselemente 17 und ggf. Stege 22A, 22B vorgegeben.
FIG.2A zeigt ferner zwei mittige, axial vorstehende Gelenkbereiche 26A, 26B des Zentralteils 15A. Diese dienen einer definierten, verschleißarmen Relativbewegung benachbarter Führungskörper 14 ohne Querverschiebungen zueinander, aus der gestreckten Lage in den Längsabschnitten 12A, 12B in die vollständige abgewinkelte Lage im Scheitel der Schleife 13 (FIG.1B unten) und zurück. Hierzu hat jeder Zentralteil 15A zwei stirnseitig gegenüberliegende Gelenkbereiche 26A, 26B, koaxial zur Mittelachse 16. Die
gegenüberliegenden Gelenkbereiche 26A, 26B sind so konjugiert bzw. gepaart ausgeführt, sodass der eine Gelenkbereich 26A lösbar koaxial in den jeweils konjugierten anderen Gelenkbereich 26B eines benachbarten Führungskörpers mit geringem oder keinem
Kraftaufwand, insbesondere werkzeugfrei, axial einsteckbar ist.
Die Gelenkbereiche 26A, 26B können eine kugelgelenk-ähnliche Gelenkverbindung zur räumlichen Auslenkung benachbarter
Führungskörper 14 um beliebige zwei Achsen bilden. Dazu ist der eine Gelenkbereich 26A als Gelenkkopf 27A mit der äußeren Fläche eines Kugelrings ausgeführt (vgl. FIG.2C) (teilsphärisch) und der entsprechend konjugierte Gelenkbereich 26B als Gelenkpfanne 27B mit einer etwa halbkugelförmigen (hemisphärische) Innenfläche (vgl . FIG.2A) . FIG.2A-2C zeigen ferner einen ringförmigen elastischen Puffer 19 aus einem Elastomer, der die Umfangselemente 17 im Wesentlichen vollumfänglich umgibt. Der Puffer 19 kann im Übergang zwischen axialer Stirnseite und Umfangsfläche gerundet sein und dient einerseits als Winkelanschlag zur Begrenzung des minimalen
Umlenkradius der Schleife 13 (FIG.1B unten) und andererseits zur Dämpfung radialer Stöße, z.B. beim Anschlägen an der
Anlage/Maschine oder beim Transport.
Jeder Puffer 19 ist als offener Ring mit einem Spalt zum Anbringen auf dem Außenteil 15B ausgeführt und wird mit der
Sicherungsschraube 19 geschlossen. Im hier gezeigten Beispiel steht der Puffer 19 gegenüber den Umfangselementen 17 nicht axial vor, sondern liegt axial bündig zur axialen Stirnseite der
Umfangselemente 17, ein Überstand ist jedoch auch möglich. Die Puffer 19 greifen zur axialen Sicherung radial in eine umfängliche Haltenut bzw. Aufnahme an der Außenseite der Umfangselemente 17.
Es können auch umfänglich geschlossene Puffer 19 (ohne Spalt) wie Radreifen aufgespannt werden z.B. um die Umfangselemente 17 zusätzlich zu sichern. Die elastisch stoßdämpfenden Puffer 19 können Vollkörper oder je nach Baugröße zur Gewichtseinsparung als Hohlkörper ausgeführt sein.
FIG.3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Führungskörpers 34 für eine Leitungsführungseinrichtung 10. Der Führungskörper 34 unterscheidet sich von dem aus FIG.2A-2C vor allem dadurch, dass er keine ausgeprägten Gelenkbereiche 26A, 26B aufweist. Der
Führungskörper 34 ist bestimmt ist für eine Aufreihung am Tragseil 11 mit axialem Abstand zwischen benachbarten Führungskörpern 34. Beim Führungskörper 34 aus FIG.3 sind gegenüberliegend
trompetenförmige, spiegelsymmetrische Mündungsbereiche 36
vorgesehen. Die Mündungsbereiche 36 vergrößern sich radial nach außen bzw. weiten auf um beim Abwinkeln Reibungsverschleiß mit dem Tragseil 11 zu verringern. So kann bei Bedarf auch ein noch kleinerer Radius der Schleife 13 (FIG.1B) erzielt werden.
Ansonsten bezeichnen in FIG.3 gleiche Bezugszeichen gleiche Teile wie in FIG.2A-2C. Eine stärkere Aufweitung der Durchführöffnung 16 kann aber auch in FIG.2A-2C vorgesehen werden.
FIG.4 zeigt ein Anwendungsbeispiel für die Leitungsführungseinrichtung 10 nach FIG.1-3 in einem Bohrturm 1. Die Leitungsführungseinrichtung 10 kann dabei als Austausch für den herkömmlichen Service-Loop 6 dienen, der den Kraftdrehkopf 3 versorgt .
FIG.5A-5B zeigen eine Variante zu FIG.2A-2C mit Führungskörpern 54. Ein Unterschied besteht darin, dass die Tragarme zum Schutz der Leitungen jeweils an beiden Stegen 52A, 52B im Bereich um die Klemmschraube 25 Materialverdickungen 52C, 52D aufweisen.
Weiterhin bildet der Steg 52A, an welchem die Drehgelenke 53 zum Aufschwenken der Umfangselemente 57 vorgesehen ist, weitere
Materialverdickungen 52E, 52F zum Schutz der Leitungen gegenüber den Drehgelenken 53 und zur mechanischen Verstärkung der
Drehgelenke 53. In FIG.5A-5B sind Gelenkzapfen an den
Umfangselementen 57 vorgesehen und am Steg 52A schwenkbar
gelagert. In anderen wesentlichen Merkmalen stimmen die
Führungskörper mit FIG.2A-2C überein. Wie bei FIG.2A-2C kann insbesondere der Zentralteil und auch der Außenteil zumindest überwiegend aus Kunststoff-Spritgussteilen aufgebaut sein.
FIG.6 zeigt perspektivisch einen kurzen Längsabschnitt eines alternativen Ausführungsbeispiels bei dem der Tragstrang 11 (vgl. FIG.1A) nicht als Tragseil, sondern in Art einer Gliederkette ausgeführt ist. Hierzu haben die einzelnen Führungsköper 64 jeweils axial gegenüberliegend zwei Halteösen 63 mit denen diese anhand von Zwischengliedern 62, z.B. in der Bauart typischer Kettenglieder einer Rundgliederkette, in Längsrichtung verkettet und zueinander auslenkbar sind. Die Zentralteile 65A in FIG.6 sind somit lasttragende, integrale Bestandteiles des kettenartigen Tragstrangs. Jeder Zentralteil 65A jedes Führungsköpers 64 hat dabei ebenfalls zwei diametral gegenüberliegende Tragarme 60A, 60B an denen der Außenteil 65B festgehalten ist. Ein weiterer
Unterschied zu FIG.2A-2C bzw. FIG.5A-5B besteht darin, dass der Außenteil 65B hier zwei feste, unlösbare Umfangselemente 67A in kreisbogenform aufweist, die z.B. einteilig mit den Tragarme 60A, 60B hergestellt sind. An den unlösbaren Umfangselementen 67A des Außenteils 65B sind jeweils zwei kreisbogenförmige lösbare
Umfangselemente 67B abnehmbar befestigt, z.B. durch
Schraubverbindung, wie in FIG.6 beim oberen Führungsköpers 64 in Explosionsdarstellung gezeigt. FIG.7 zeigt in Teildarstellung perspektivisch einen Längsabschnitt eines weiteren, alternativen Ausführungsbeispiels bei dem der Tragstrang als Tragseil 71 ausgeführt ist. In gleichmäßigen
Intervallen sind blockartige Tragkörper 72 ortsfest am Tragseil 71 angebracht. Die Tragkörper 72 können verpresst und/oder durch Klebeverbindung am Tragseil in Längsrichtung fixiert sein. Diese Bauweise ermöglicht eine formschlüssige Verbindung der
Zentralteile 75A, zur Lagesicherung am Tragseil 71. Dazu haben die Zentralteile 75A in FIG.7 jeweils an den Tragarmen 76A, 76B angeformte Aufnahmen 77, die passend zum formschlüssigen Eingriff mit den Tragkörpern 72 gestaltet sind. Die Aufnahmen 77 werden ähnlich Halterungen formschlüssig auf die Tragkörper 72
aufgesteckt und miteinander fest verbunden, z.B. verschraubt. Die in FIG.7 zur Erleichterung nicht gezeigten Außenteile können dabei eine Bauweise entsprechend FIG.5A-5B oder auch FIG.6 aufweisen. Auch im Beispiel aus FIG.7 können die Zentralteile 75A,
insbesondere Tragarme 76A, 76B und Aufnahmen einteilig als
Spritzgussteile aus Kunststoff hergestellt sein.
FIG.8 und FIG.9 veranschaulichen eine Anschlussvorrichtung 80, mit welcher die Endbereiche 11A, 11B des Tragseils 11 (FIG.l) lösbar an den Anschlusspunkten der Anlage befestigt werden können. Die Anschlussvorrichtung 80 in FIG.8 umfasst einen Grundkörper, z.B. spanend als Metallbauteil gefertigt, mit einer Seilhülse 82 im unteren Bereich, die eine koaxiale Aufnahme 83 umfasst, in welcher der jeweilige Endbereich 11A, 11B des Tragseils 11 (FIG.l) aufgenommen und durch Verpressen und/oder Vergießen mit einer Vergussmasse (Klebeverbindung) zugfest befestigt wird. Am
gegenüberliegenden Ende ist ein Gewindezapfen 84 mit Außen- oder Innengewinde vorgesehen, mit welchem vorzugsweise ein Schäkel, eine Lastöse, ein Lasthaken oder dgl. (nicht gezeigt) verschaubt wird, um eine leichte Montage/Demontage zu ermöglichen. Weiterhin umfasst die Anschlussvorrichtung 80 mindestens zwei
gegenüberliegende, radiale Haltearme 85A, 85B mit Querbohrungen 86 zum Befestigen jeweils einer einzelnen Leitung 93 unmittelbar an der Anschlussvorrichtung 80 und damit auch am Tragseil 11. Durch die Bohrungen 86 können Zugentlastungsstrümpfe 90 (FIG.9), mit Schlaufe/Kausche 92 anhand von Schäkeln an den Haltearmen 85A, 85B zugentlastet aufgehängt werden. PE 18. Juni 2018
Anmelder :
igus GmbH
51147 Köln
Leitungsführungseinrichtung für hängende Anwendungen, insbesondere als Service-Loop für eine Bohranlage
Bezugszeichenliste
FIG.1A-1B
10 Leitungsführungseinrichtung
11 Tragseil (Tragstrang)
11A, 11B Endbereich (Tragstrang)
12A, 12B hängender Längsabschnitt
12C, 12D Enden (Leitungsführungseinrichtung)
13 Schleife
14 Führungskörper
M beweglicher Maschinenteil
F stationärer Maschinenteil
FIG.2A-2B
14 Führungskörper
15A Zentralteil (des Führungskörpers)
15B Außenteil (des Führungskörpers)
16 Durchführöffnung
17 Umfangselement
18 Befestigungsvorrichtung
19 Puffer
20A, 20B Tragarm (am Zentralteil)
21A, 21B Klemmschale (am Zentralteil)
22A, 22B Steg (am Zentralteil)
23 Drehgelenk (zw. Umfangselement und Tragarm)
24 Scharniergelenk (an Klemmschalen)
25 Klemmschraube 26A, 26B Gelenkbereiche (am Zentralteil 15A) 27A Gelenkkopf
27B Gelenkpfanne
28 Klemmverzahnung
29 Sicherungsschraube
A Mittelachse
L Aufnahmebereich
FIG . 3
34 Führungskörper
15A Zentralteil (des Führungskörpers)
15B Außenteil (des Führungskörpers)
17 Umfangselement
19 Puffer
21A, 21B Klemmschale (am Zentralteil)
36 Mündungsbereich (am Zentralteil 15A)
FIG . 4 (Stand der Technik)
1 Bohrturm
2 Hebevorrichtung
3 Kraftdrehkopf (Engl. Top Drive)
5 Leitungen
6 Service Loop (Stand der Technik)
FIG . 5A-5B
19 Puffer
25 Klemmschraube
29 Sicherungsschraube
52A, 52B Steg (am Zentralteil)
52C, 52D; 52E, 52F Materialverdickung
53 Drehgelenk (zw. Umfangselement und Tragarm)
54 Führungskörper
57 Umfangselement
FIG . 6
60A, 60B Tragarm (am Zentralteil)
62 Zwischenglied
63 Halteöse
64 Führungskörper 65A Zentralteil (des Führungskörpers) 65B Außenteil (des Führungskörpers)
66 Durchführöffnung
67A Umfangselement (fest)
67B Umfangselement (lösbar)
69 Puffer
FIG . 7
71 Tragseil
72 Tragkörper
75A Zentralteile
76A, 76B Tragarm (am Zentralteil)
77 Aufnahmen FIG . 8
80 Anschlussvorrichtung
82 Seilhülse
83 Aufnahme
84 Gewindezapfen
85A, 85B Haltearme
86 Querbohrungen
FIG . 9
90 Zugentlastungsstrümpfe
92 Schlaufe/Kausche
93 Leitung (Kabel)

Claims

Leitungsführungseinrichtung für hängende Anwendungen, insbesondere als Service-Loop für eine Bohranlage Ansprüche
1. Leitungsführungseinrichtung (10) zur Führung von mehreren
Leitungen, wie Kabel, Schläuche, oder dgl . , insbesondere für hängende Anwendungen, wie z.B. die Versorgung eines vertikal fahrenden Kraftdrehkopfs (3) einer Bohranlage (1) oder dgl., umfassend
- einen zugfesten, flexiblen Tragstrang (11) der sich über die Länge der Leitungsführungseinrichtung erstreckt; und
- eine Anzahl in Längsrichtung des Tragstrangs hintereinander angeordnete Führungskörper (14);
dadurch gekennzeichnet,
- dass benachbarte Führungskörper (14) zueinander räumlich auslenkbar sind und jeder Führungskörper einen Zentralteil (15A) mit einer Mittelachse (A) die sich koaxial zum
Tragstrang (11) erstreckt, sowie einen Außenteil (15B) mit mindestens einem Umfangselement (17) aufweist, wobei das Umfangselement (17) einen in Axialrichtung offenen
Aufnahmebereich (L) für die Leitungen nach Außen begrenzt und am Zentralteil (15A) gehalten ist;
- dass bei jedem Führungskörper (14) der Außenteil (15B) öffenbar ist, wobei das mindestens eine Umfangselement (17) lösbar, beweglich und/oder aufschwenkbar mit dem Zentralteil (15A) verbunden ist; und
- dass zumindest einige Führungskörper (14) an ihrem
Zentralteil (15A) jeweils eine Befestigungsvorrichtung (18) zum Befestigen des Zentralteils (15A) am Tragstrang (11) aufweisen .
2. Leitungsführungseinrichtung (10) zur Führung von mehreren Leitungen, wie Kabel, Schläuche, oder dgl . , insbesondere für hängende Anwendungen, wie z.B. die Versorgung eines vertikal fahrenden Kraftdrehkopfs (3) einer Bohranlage (1) oder dgl., umfassend
- einen zugfesten, flexiblen Tragstrang (11) der sich über die Länge der Leitungsführungseinrichtung erstreckt; und
- eine Anzahl in Längsrichtung des Tragstrangs hintereinander angeordnete Führungskörper (14);
dadurch gekennzeichnet,
- dass benachbarte Führungskörper (14) zueinander räumlich auslenkbar sind und jeder Führungskörper einen Zentralteil (15A) mit einer Mittelachse (A) die sich koaxial zum
Tragstrang (11) erstreckt, sowie einen Außenteil (15B) mit mindestens einem Umfangselement (17) aufweist, wobei das Umfangselement (17) einen in Axialrichtung offenen
Aufnahmebereich (L) für die Leitungen nach Außen begrenzt und am Zentralteil (15A) gehalten ist; und
- dass zumindest einige, insbesondere alle Führungskörper (14) an ihrem mindestens einen Umfangselement außenseitig einen elastischen Puffer (19) zur Stoßdämpfung aufweisen.
3. Leitungsführungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralteil (15A) eine axiale
Durchführöffnung (16) aufweist, welche die Mittelachse (A) bildet und durch welche sich der Tragstrang (11) erstreckt, und/oder als Befestigungsvorrichtung eine Klemm- und/oder Spannvorrichtung (18) aufweist, um den Zentralteil mit einer Innenfläche der Durchführöffnung kraftschlüssig am Tragstrang festzulegen .
4. Leitungsführungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Befestigungsvorrichtung
-eine Klemmvorrichtung (18) in Art einer Gelenk-Klemmschelle mit einem scharnierartigen Gelenk (24), welches zwei schalenförmige Bereiche (21A, 21B) verbindet, die gegen den Tragstrang gespannt werden können; oder
-ein Schnellspanner, Bügelspanner oder dgl. vorgesehen ist, welcher den freien Durchmesser der Durchführöffnung zumindest teilweise reduziert.
5. Leitungsführungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ,
dass der Tragstrang in Art einer Gliederkette ausgeführt ist und jeder Zentralteil (65A) ein Kettenglied bildet, wobei vorzugsweise jeweils zwei aufeinanderfolgende Zentralteile durch mindestens ein Zwischenglied (62) räumlich auslenkbar verbunden sind; oder
dass der Tragstrang (71) in Längsrichtung des Tragstrangs ortsfeste angebrachte Tragkörper (72) aufweist, an welchen die Zentralteile (75A) anhand der jeweiligen Befestigungsvorrichtung (77) formschlüssig befestigt sind.
6. Leitungsführungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenteil jedes Führungskörpers zwei Umfangselemente (17) aufweist, welche jeweils über ein Drehgelenk (23) aufschwenkbar mit dem Zentralteil verbunden sind um Leitungen in den Aufnahmebereich einzulegen bzw. aus diesem zu entnehmen, wobei die Umfangselemente (17) vorzugsweise halbringförmig und/oder als Gleichteile ausgeführt sind.
7. Leitungsführungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Puffer (19) aus einem Elastomer hergestellt ist und/oder der Puffer ringförmig bzw. torusartig ausgeführt ist, wobei der Puffer das bzw. die Umfangselemente (17) vorzugsweise vollumfänglich umgibt.
8. Leitungsführungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle Führungskörper (14) einen Puffer (19) aufweisen und jeder Puffer gegenüber dem bzw. den
Umfangselementen (17) axial vorsteht oder zu diesen axial bündig liegt, sodass die Puffer benachbarter Führungskörper den Maximalwinkel der räumlichen Auslenkung dieser Führungskörper (14) zueinander als Anschläge begrenzen.
9. Leitungsführungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragstrang ein erstes Ende (11A) und ein zweites Ende (11B) aufweist, wobei jedes Ende eine Anschlussvorrichtung (80) zur lösbaren Befestigung (84) der Leitungsführungseinrichtung aufweist .
10. Leitungsführungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Anschlussvorrichtung (80) mindestens zwei gegenüberliegende an der Anschlussvorrichtung befestigte Haltearme (85A, 85B) zur Zugentlastung von Leitungen aufweist.
11. Leitungsführungseinrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralteil (15A) zwei axial vorstehende, gegenüberliegende Gelenkbereiche (26A, 26B) aufweist, wobei die Gelenkbereiche konjugiert ausgeführt sind, sodass der eine Gelenkbereich (26A) lösbar in Axialrichtung in den konjugierten anderen Gelenkbereich (26B) eines benachbarten Führungskörpers einführbar ist, und die Gelenkbereiche vorzugsweise eine kugelgelenkartige
Gelenkverbindung (27A, 27B) zur räumlichen Auslenkung benachbarter Führungskörper bilden.
12. Leitungsführungseinrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskörper (34) axial voneinander beabstandet am Tragstrang (11) festgelegt sind, wobei die Durchführöffnung (16) vorzugsweise gegenüberliegende Mündungsbereiche (36) aufweist, die sich radial nach außen aufweiten.
13. Leitungsführungseinrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralteil (15A) jedes Führungskörpers (14) zwei einteilige Tragarme (20A, 20B) umfasst, die jeweils eine innere Klemmschale (21A, 21B) und einen radialen Steg (22A, 22B) aufweisen, wobei die Klemmschalen verbindbar sind um dazwischen die Durchführöffnung (16) für den Trangstrang (11) zu bilden und die Stege (22A, 22B) einen äußeren Endbereich aufweisen mit dem der Außenteil (15B), insbesondere beide Umfangselemente, verbunden (23) ist bzw. sind.
14. Leitungsführungseinrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralteil (15A) innenseitig an der Durchführöffnung (16) eine quer zur Mittelachse (A) verlaufende Klemmverzahnung (28) zur Axialsicherung am Tragstrang (11) aufweist und/oder der Tragstrang als Tragseil (11) aus Kunststoff ausgeführt ist und/oder eine Länge von mindestens 5m, insbesondere mindestens 10m aufweist.
15. Leitungsführungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen ersten im Wesentlichen vertikal herabhängenden Längsabschnitt (12A), der ein mit einem zu versorgenden Verbraucher (M) verbundenes erstes Ende (12C) aufweist, einen zweiten im Wesentlichen vertikal herabhängenden Längsabschnitt (12B) , der ein zweites Ende (12D) aufweist, sowie eine die beiden herabhängenden Längsabschnitte verbindende Schleife (13) umfasst, und der Tragstrang (11) über beide Enden (12C, 12D) hinaus erstreckt ist.
16. Führungskörper für eine Leitungsführungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, umfassend einen Zentralteil (15A) mit einer axialen Durchführöffnung (16) , welche eine Mittelachse (A) bildet und durch welche ein Tragstrang (11) durchführbar ist, sowie einen Außenteil (15B) mit mindestens einem Umfangselement (17), wobei das Umfangselement einen in Axialrichtung offenen Aufnahmebereich (L) für die Leitungen nach Außen begrenzt und am Zentralteil (15A) gehalten ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Umfangselement (17) aufschwenkbar mit dem Zentralteil (15A) verbunden ist; und/oder
am Zentralteil (15A) eine Befestigungsvorrichtung (18) zum ortsfesten Befestigen des Zentralteils (15A) an einem Tragstrang (11) vorgesehen ist.
17. Führungskörper nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Umfangselement (17) außenseitig einen elastischen Puffer (19) zur Dämpfung radialer Stöße aufweist.
18. Führungskörper nach Anspruch 16 oder 17, gekennzeichnet durch die kennzeichnenden Merkmale nach einem der Ansprüche 3 bis 11.
19. Bohranlage (1) mit einem Kraftdrehkopf (3) bzw. Top-Drive umfassend eine Leitungsführungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Versorgung des Kraftdrehkopfs.
20. Verwendung einer Leitungsführungseinrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 als Service-Loop in einer Land- oder Offshore-Bohranlage (1), in einem Tiefbohrgerät oder dgl . , mit zwei im Wesentlichen vertikal herabhängenden Längsabschnitten (12A, 12B) , welche durch eine Schleife (13) verbunden sind.
PCT/EP2019/066109 2018-06-18 2019-06-18 Leitungsführungseinrichtung für hängende anwendungen, insbesondere als service-loop für eine bohranlage WO2019243377A1 (de)

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