DE3234027C1

DE3234027C1 - Vorrichtung zum Kontern und Brechen von Gewindeverbindungen

Info

Publication number: DE3234027C1
Application number: DE19823234027
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr.-Ing. 3100 Osterloh Jürgens
Original assignee: Christensen Inc
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 1982-09-14
Filing date: 1982-09-14
Publication date: 1984-01-19
Also published as: GB2128526B; GB8321796D0; GB2128526A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kontern und Brechen von Gewindeverbindungen zwischen Rohrkörpern von Rohr- und Rohrsträngen sowie Bohrwerkzeugen für Tiefbohrungen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung (DE-OS 26 18 877) ist der Drehmomenterzeuger ausschließlich von einem Paar von diametral zur Vorrichtungshauptachse angeordneten, gleichsinnig betätigbaren Drehantriebszylindern gebildet, die dem drehbaren Spannfutter eine intermittierend aufeinanderfolgende, begrenzte Drehbewegung erteilen. Zu den Spannzylindern führen von der Druckmittelquelle flexible' Druckmittelleitungen. Weil der Drehwinkel der Drehbewegung des drehbaren Spannfutters durch den Hub der Drehantriebszylinder vorgegeben und begrenzt ist, muß beim Verschrauben und Kontern bzw. Brechen und Losschrauben von Gewindeverbindungen der Spanneingriff mit dem zu drehenden Rohrkörper nach Ausführung eines jeden Drehbewegungsschrittes gelöst und nach Zurückdrehen des Spannfutters wieder hergestellt werden. Dies führt zu einem erhöhten Zeitaufwand für die Durchführung der Arbeiten, zumal manche Bohrwerkzeuge mehrere Verbindungen umfassen.

Durch die DE-AS 21 28 362 ist außerdem eine zum Kontern und Brechen von Gewindeverbindungen dienende Vorrichtung bekannt, die zum Antrieb des drehbaren Spannfutters einen Motor verwendet, der mit einem Ritzel in einen auf dem Spannfutter angebrachten Zahnkranz eingreift. Während des Drehvorganges des drehbaren Spannfutters bleibt die zugehörige Spannvorrichtung durch eine gedichtete "Drehverbindung mit der Druckmittelquelle verbunden. Derartige Drehverbindungen sind teuer und verschleißanfällig, erfordern bei der Fertigung sehr geringe Maßtoleranzen und beschränken den Einsatzbereich der Vorrichtung auf Rohrkörper mit geringen Durchmessern. Darüber hinaus sind sie wegen des Vorhandenseins von bewegten Dichtungen und der Neigung der gegeneinander abzudichtenden koaxialen Teile zum Kontrahieren bzw. Expandieren bei Druckbeaufschlagung nur für verhältnismäßig geringe Arbeitsdrücke verwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art zu schaffen, die mit einfachen baulichen Mitteln einen schnellen und zuverlässigen Betrieb auch bei Einsatz von Rohrkörpern großer Durchmesser gewährleistet.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Ausführung einer kontinuierlichen Drehbewegung der zu drehenden Rohrkörper ermöglicht ein als Drehmomenterzeuger dienender Motor. Während der Drehbewegung wird der Spanneingriff des drehbaren

Spannfutters aufrechterhalten. Dies geschieht erfindungsgemäß mittels eines auf diesem angeordneten Druckhaltespeichers, der nach Trennung der zu den Spannzylindern bzw. zu der Druckmittelquelle führenden Teilen der Druckmittelleitungen und nach Absperren der Enden durch Rückschlagventile den Druck in den Spanndruckräumen der Spannzylinder beibehält. Die Trennung der Leitungsenden erfolgt mittels einer Kupplungseinrichtung nach Aufbringen des für den Spanneingriff erforderlichen Druckes.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt mit einfachen baulichen Mitteln aus, da für die Dichtung der trennbaren Leitungsteile lediglich ruhende Dichtungen benötigt werden. Diese zeichnen sich im Gegensatz zu bewegten Dichtungen durch kostengünstige Herstellung, hohe Belastbarkeit und große Lebensdauer aus und tragen damit die Zuverlässigkeit der gesamten Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich auch für alle in Frage kommenden Rohrdurchmesser gleichermaßen, da keine größenspezifischen Parameter die Wirkungsweise beeinträchtigen.

Zur weiteren Verringerung der für das Ver- und Aufschrauben benötigten Zeit können zwei oder mehrere Druckmittelmotoren als Drehmomenterzeugerverwendet werden, die während des Ver- und Entschraubens ohne wesentliches Gegenmoment seriell zur Druckmittelquelle geschaltet werden und dann eine höhere Drehgeschwindigkeit entwickeln oder beim Kontern und Brechen parallel zur Druckmittelquelle umschaltbar sind und ein höheres Drehmoment bei verringerter Drehgeschwindigkeit abgeben können.
J- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 4. In der nachstehenden Beschreibung sind in Verbindung mit der Zeichnung Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung veranschaulicht. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Seiten- und Stirnansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2a, b als Detail die Kupplungseinrichtung gemäß

FU-Ί.

■ Fig.3 einen Ausschnitt aus dem Hydraulikschaltplan

F i g. 4 schließlich die Kombination der erfindungsgemäßen mit der bekannten Vorrichtung.

Die Vorrichtung zum Kontern und Brechen von Gewindeverbindungen zwischen zwei Rohrkörpern 1 und 2 umfaßt einen verwindungssteifen Widerlagerbalken 3, der als Hohlprofilkörper rechteckigen Querschnitts ausgebildet und mittels endseitiger Stützen 4 im Abstand einer Tragfläche angeordnet ist, die bei der dargestellten bevorzugten horizontalen Aufstellung der Vorrichtung auf dem Boden von der Bodenfläche gebildet ist. Ein Stützbock 5, der im Bereich einer Durchgangsöffnung für den Rohrkörper 1 ein verdrehfestes Spannfutter 17 enthält, weist in seinem unteren Bereich eine den Widerlagerbalken 3 aufnehmende und ■an dessen Außenumfang mit engem Bewegungsspiel angepaßte rechteckige Durchgangsöffnung auf. Der Stützbock 5 ist entlang dem z. B. eine Länge von etwa 3 Metern aufweisenden Widerlagerbalken 3 auf ein dem Stützbock 5 gegenüberliegendes in einem Endbereich des Widerlagerbalkens 3 in bezug auf eine Translationsbewegung ortsfestes, jedoch drehbares, in einem Stützbock 30 angeordnetes Spannfutter 9 zu und von diesem hinweg verschieblich. Eine Version, bei der der Stützbock mit dem verdrehfesten Spannfutter 17 ortsfest und der Stützbock mit dem drehbaren Spannfutter 9 verschieblich ausgeführt würde, ist auch tnöglich, so daß die Erfindung nicht auf die im Ausführungsbeispiel gewählte Zuordnung beschränkt ist. Das drehbare Spannfutter 9 lagert zwischen zwei im Abstand zueinander angeordneten parallelen Stützwangen 31 und 32. Für ein Drehen des drehbaren Spannfutters 9 gegenüber dem verdrehfesten Spannfütter 17, die gemeinsam eine Vorrichtungshauptachse 10 definieren, mit der die Achsen der Rohrkörper 1 und 2 im in die Vorrichtung eingespannten Zustand zusam-

Hi menfallen, ist ein Drehmomenterzeuger vorgesehen. E)ie,ser Drehmomenterzeuger ist von zwei druckmittelbetriebenen Motoren 100 gebildet, welche an der Stützwange 32 angeflanscht sind. Mittels eines Zahnritzels 102 greifen sie in einen Zahnkranz 103 ein, der auf dem drehbaren Spannfutter 9 angeordnet ist. Die Motoren 100 können ihrerseits noch mit einem Getriebe 101 versehen sein, das für eine Anpassung des abgegebenen Drehmoments das zum Kontern und Brechen erforderliche Moment dient. Mittels einer nicht dargestellten Steuereinheit lassen sich die Motoren seriell oder parallel zur Druckmittelquelle schalten. Die Betätigung des Drehmomenterzeugers zum Kontern oder Brechen einer Gewindeverbindung erfolgt bei in Spanneingriff mit den Rohrkörpern 1, 2 befindlichen

2¹) Spannfuttern, wobei sich der Stützbock 5 zu seiner festen Abstützung am Widerlagerbalken mit den Rändern seiner Durchgangsöffnung an den Widerlagerbalken 3 anlegt und durch die gleichsinnige Drehung des Spannfutters 9 das Auftreten von Querkräften oder

jo sonstigen nach außen wirkenden resultierenden Kräf* ten, die zu einer Verwindung der Rohrkörper 1,2 führen könnten, vermieden werden. Die Spannfutter 9 und 17 sind mit einer Mehrzahl, vorzugsweise je 6 Spanneinheiten 29 versehen, die gleichmäßig um die Vorrichtungshauptachse 10 verteilt sind. Jede Spanneinheit 29, 29' umfaßt einen doppeltwirkenden Spannzylinder 37, der einen Spannkolben führt und einen Spanndruckraum 38 sowie einen durch den Spannkolben von diesem getrennten Gegendruckraum 39 umfaßt. Mit dem Kolben über eine Kolbenstange verbunden ist eine Spannbacke, die im Spannfutter 9, 17 verdrehfest geführt ist und zum Spanneingriff gegen die Oberfläche des Rohrkörpers 1,2 gedrückt wird. Die Spannzylinder ,37 sind über Druckmittelleitungen mit einer Druckmittelquelle verbunden. Die zu den Spannzylindern 37 führenden Teile 109 sowie die zu der Druckmittelquelle führenden Teile 110 der Druckmittelleitungen sind über ;6ine Kupplungseinrichtung 112 verbunden, wie sie in Fig.2a, b im Detail gezeigt ist. Auf dem drehbaren

so Spannfutter 9 ist zwischen zwei Spannzylindern 37 ein iDruckhaltespeicher 111 angeordnet, der mit den jSpanndruckräumen 38 der Spannzylinder 37 über eine Ringleitung 123 verbunden ist. Die zu den Spannzylindern 37 führenden Teile 109 der Druckmittelleitungen enden in muffenartigen Endstücken 120 an der ,Kupplungseinrichtung 112 und sind mit Rückschlagventilen 113 versehen. Auf der Stützwange 32 ist ein mit 'Steckern 119 versehener Stempel 118 angeordnet. Die Stecker 119 stellen die Enden von zu der Druckmittelquelle führenden Teilen 110 der Druckmittelleitungen aar und besitzen ebenfalls Rückschlagventile 113. In ■fluchtender Stellung dieser Stecker 119 mit den puffenartigen Endstücken 120 auf dem Spannfutter 9 lassen sich diese mittels des Stempels 118 verbinden.

.per Stempel 118 wird dabei über eine Kolbenstange 124 •betätigt, die in einem Druckzylinder 125 beweglich angeordnet ist. In der Stellung gemäß Fig.2a sind die '!fieitungen verbunden, während sie gemäß Fig.2b

getrennt sind. Die Stecker 119 sind mit Stößeln ausgestattet, die die Rückschlagventile 113 im verbundenen Zustand zwangsweise öffnen, und besitzen Dichtringe 121 zur Abdichtung zwischen dem Steckeraußen- und dem Muffeninnenmantel.

Der in Fig.3 dargestellte Ausschnitt aus dem Hydraulikschaltbild ist auf das drehbare Spannfutter 9 und die Kupplungseinrichtung 112 bezogen. Hier ist die Verbindung zwischen den Spanndruckräumen 38 und den Gegendruckräumen 39 der Spannzylinder 37 mit der Kupplungseinrichtung 112 erkennbar sowie ferner die Anordnung des Druckhaltespeichers 111. Weiterhin ist die Absperrichtung der Rückschlagventile symbolisiert sowie das Antriebsprinzip des translatorisch bewegbaren Stempels 118 durch den Druckzylinder 125.

Gemäß Fig.4 kann auch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der Bekannten kombiniert werden, indem der motorgetriebene Drehmomenterzeuger 100 drehfest blockierbar ausgeführt und die Drehsperre des drehfesten Spannfutters 17 entriegelbar gestaltet und mit einem Drehmomenterzeuger aus diametral zur Vorrichtungshauptachse 10 angeordneten Drehantriebszylindern 60 versehen wird. Sofern die mit dem motorgetriebenen Drehmomenterzeuger aufbringbaren Drehmomente zum Kontern und Brechen nicht ausreichen sollten, kann die Vorrichtung für diesen

ίο Vorgang kurz in der bekannten Gestalt benutzt werden, während zur Ausführung der kontinuierlichen Drehbewegung beim Auf- und Abschrauben auf die erfindungsgemäße Vorrichtung umgeschaltet wird. Die rationelle Arbeitsweise bleibt gewahrt, da der Spanneingriff nicht gelockert werden muß, sondern lediglich die Blockierzustände der Spannfutter zu wechseln sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Kontern und Brechen von Gewindeverbindungen zwischen Rohrkörpern von Rohr- und Bohrsträngen sowie Bohrwerkzeugen für Tiefbohrungen, bestehend aus einem drehbaren und einem drehfesten, gemeinsam eine Vorrichtungshauptachse definierenden, druckmittelbetätigten Spannfutter zur Aufnahme je eines von zwei Rohrkörpern mit einander zugewandten endseitigen Gewindebereichen, wobei das eine Spannfutter <in einem ortsfest an einem Ende eines Vorrichtungsgestells abgestützten Lagerbock gelagert, das andere Spannfutter an einem auf den ortsfesten Lagerbock zu und von diesen hinweg parallelverschieblichen, längs des Vorrichtungsgestells geführten Stützbock angeordnet und das Vorrichtungsgestell von einem langgestreckten, parallel zur Vorrichtungshauptachse ausgerichteten und dem Stützbock seine Bewegungsbahn vorgebenden, verwindungssteif en Widerlagerbalken gebildet ist, wobei die beiden Spannfutter eine Mehrzahl von gleichmäßig um die Vorrichtungshauptachse herum verteilte, radial wirkende Spanneinheiten aufweisen, von denen jede einen Spannzylinder mit einem in diesem geführten druckmittel-betätigten Spannkolben sowie eine verdrehfest geführte, dem einzuspannenden Rohrkörper zugewandte Kolbenstange umfaßt, und wobei die Spannzylinder der Spanneinheiten als doppeltwirkende, gesonderte Baueinheiten ausgebildet sind, die je einen über Drückmittelleitungen von einer gemeinsamen Druckmittelquelle beaufschlagbaren Spanndruck- und Gegendruckraum umfassen, und aus einem Drehmomenterzeuger für ein Drehen des drehbaren Spannfutters gegenüber dem verdrehfesten Spannfutter während eines Spanneingriffs mit den Rohrkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomenterzeuger in an sich bekannter Weise wenigstens einen Motor (100) umfaßt, der über ein Ritzel (102) mit einem auf. dem drehbaren Spannfutter (9) angeordneten, umlaufenden Zahnkranz (103) in Eingriff steht, daß die Spanndruckräume (38) der Spanneinheiten des drehbaren Spannfutters (9) an einen an diesem angeordneten Druckhaltespeicher (111) angeschlossen sind, und daß am Spannfutter (9) eine Kupplungseinrichtung (112) vorgesehen ist, mittels der zu den Spannzylindern führende Teile (109) von zur Druckmittelquelle führenden Teilen (110) der Druckmittelleitungen trennbar sind und die Rückschlagventile (113) zum Absperren der Enden getrennter Druckmittelleitungen umfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung (112) einen auf dem Stützbock (30) für das drehbare Spannfutter (9) angeordneten, druckmittel-betriebenen Stempel (118) umfaßt, der eine auf das Spannfutter zu und von diesem hinweg gerichtete Bewegung ermöglicht, und daß auf dem Spannfutter (9) und dem Stempel (118) die Leitungsteile (109, 110) der Druckmittelleitungen an Kupplungsstücken (119, 120) enden, die in axial fluchtender Stellung mittels des Stempels (118) verbind-und trennbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomenterzeuger zwei oder mehrere Hydraulikmotoren (100) umfaßt, die bezüglich ihrer Verbindung mit der Druckmittelquelle* wahlweise seriell oder parallel schaltbar sind.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der motorgetriebene Drehmomenterzeuger (100 ... 103) blockierbar ist und daß das drehbare Spannfutter eine entriegelbare Drehsperre besitzt und mit einem weiteren Drehmomenterzeuger (11) aus diametral zur Vorrichtungshauptachse (10) angeordneten, gleichsinnig betätigbaren Drehantriebszylindern (60) versehen ist.