DE4436202A1

DE4436202A1 - Kellyhahn mit doppelt gelagertem Kugelküken

Info

Publication number: DE4436202A1
Application number: DE19944436202
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Mertsch
Original assignee: RAUTENKRANZ INT HERMANN
Current assignee: RAUTENKRANZ INT HERMANN
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1996-04-11

Description

Die Erfindung betrifft einen Absperrhahn, insbesondere zum Einbau in Bohr- und Förderrohrgestänge für Bohran lagen, mit einem Gehäuse und einem in schwimmenden Sitzringen gegenüber dem Gehäuse abgedichteten Kugelkü ken.

Derartige Absperr- oder Kellyhähne werden in Bohrge stängen eingesetzt, um diese erforderlichenfalls ab sperren zu können. In derartigen Bohrgestängen, insbe sondere Tiefbohrgestängen, können sehr hohe Drücke von bis zu 1.050 bar auftreten, die unter entsprechenden Fließgeschwindigkeiten abgesperrt und unter Gegendruck wieder freigeschaltet werden müssen. Bisher übliche Kellyhähne haben üblicherweise schwimmende Kugelküken, die schon bei geringen Differenzdrücken von ca. 60 bar von Hand nicht mehr schaltbar sind, da die Reibungs kräfte an den Sitzringen zu groß werden. Um derartige Kellyhähne schalten zu können werden deshalb aufwendige hydraulische Schaltvorrichtungen erforderlich, die Drehmomente bis über 1.000 Nm aufnehmen können. Die Baugröße derartiger Kellyhähne ist zudem durch genormte Gestängeabmessungen festgelegt, da sie in die jeweili gen Rohrkörper eingebaut werden müssen, und sie kann somit nicht beliebig erhöht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kelly hahn der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der auch bei hohen Drücken von Hand schaltbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das Kugelküken mit zwei einander gegenüberliegenden Schaltzapfen dreh fest verbunden und mit diesen in dem Gehäuse gelagert und abgestützt ist. Durch diese Maßnahmen wird ein Kel lyhahn geschaffen, bei dem das Kugelküken von den Schaltzapfen abgestützt in dem Kellyhahngehäuse gehal ten wird. Dadurch unterliegt das Kugelküken keiner Axi albewegung, lediglich der jeweils druckseitige schwim mende Sitzring wird gegen die Kugeloberfläche gepreßt. Das Kugelküken ist damit in dem Gehäuse abgestützt und der gesamte Druck aus dem Bohrstrang wird im wesentli chen von den Schaltzapfen aufgefangen. An der Ku geloberfläche tritt dabei nur der Differenzdruck zu dem jeweiligen Sitzring auf.

Die zwischen dem Kugelküken und dem jeweiligen Sitzring auftretenden Reibungskräfte sind begrenzt, und das Kü ken läßt sich auch bei sehr hohen Drücken noch von Hand schalten. Dazu ist es vorgesehen, daß die Sitzringe und/oder das Kugelküken mit einer reibungsmindernden Beschichtung versehen sind, wobei es bei einer vorteil haften Ausgestaltung vorgesehen ist, daß die Sitzringe und/oder das Kugelküken mit einer Kohlenstoff-Diamant- Beschichtung versehen sind.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Un teransprüchen beschrieben. Die Erfindung ist anhand ei nes Ausführungsbeispieles in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben; es zeigt:

Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Kelly hahn zum Einbau in ein Bohrgestänge, mit in zwei in einander gegenüberlie genden Schaltzapfen gelagerten und ab gestützten Kugelküken und schwimmenden Sitzringen;

Fig. 2 den Schnitt durch einen Kellyhahn entlang der Linie C-D in der Fig. 1;

Fig. 3 die Draufsicht auf einen vierge teilten Schulterring zum Festlegen der Innenteile in dem rohrförmigen Gehäuse eines Kellyhahns.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kellyhahn 10 besteht im wesentlichen aus einem rohrförmigen Gehäuse 11, dessen Durchflußöffnung 33 durch ein Kugelküken 13 absperrbar ist. Das Kugelküken 13 ist mit einem unteren Sitzring 12 und einem oberen Sitzring 12a gegenüber dem Gehäuse 11 abgedichtet. Die Sitzringe 12 und 12a sind schwimmend in dem Gehäuse 11 gehalten und liegen mit Dichtungen 34 an dem Kugelküken 13 an.

Das Kugelküken 13 ist von zwei einander gegenüberlie genden, radial verlaufenden Schaltzapfen 15 in dem Ge häuse 11 gehalten. Die Schaltzapfen 15 sind mit Zapfen gewinden 31 in das Kugelküken 13 eingeschraubt.

Wie die Fig. 2 im Detail zeigt, sind die Schaltzapfen 15 mittels Buchsen 17 in dem Gehäuse 11 gelagert und können im Bedarfsfalle mit Schaltgabeln 14 um 90° ver dreht, d. h., geschaltet werden. Um ein Überdrehen der Schaltzapfen 15 um mehr als 90° zu vermeiden, sind end seitige Anschlagscheiben 16 vorgesehen, mit denen der Drehweg der Schaltzapfen 15 begrenzt ist. Radial außen werden die Schaltzapfen 15 durch Sicherungsringe 35 in ihrer Einbaulage gehalten. Die Schaltzapfen 15 sind je weils mit einem Innensechskant 36 versehen, in den zum Schalten nicht dargestellte Schaltschlüssel eingesteckt werden können.

Das Kugelküken 13 wird in Einbaulage oben von einem Führungsring 23 gehalten. Der Führungsring 23 ist in axialer Richtung durch einen unteren Schulterring 18 gehalten. Axial nach außen schließt sich an den Füh rungsring 23 ein Verriegelungsstück 20 und der obere Sitzring 12a an. Der obere Sitzring 12a und das Verrie gelungsstück 20 werden axial außen von einem Distanz ring 21 in Einbaulage gehalten. Der Distanzring 21 wie derum ist axial außen mit einem oberen Schulterring 19 gesichert.

Der obere Schulterring 19, und mit diesem alle Innen teile des Kellyhahns 10, werden von einem Adapterring 22 in Einbaulage gehalten. Der Adapterring 22 ist mit Sicherungsschrauben 28 mit dem Distanzring 21 verbun den.

Der obere Schulterring 19 erstreckt sich radial nach außen in eine entsprechende Ringnut 38 und hält damit den Adapterring 22 in Einbaulage. Die beiden Schulter ringe 18 und 19 sind, wie die Fig. 3 zeigt, vierge teilt, um sie nach radial außen in die Ringnuten 38 einbauen zu können.

Der Kellyhahn 10 weist an seinem axial oberen Ende eine Gehäusemuffe 30 auf, die mit einem Muffengewinde 29 versehen ist. In diese Gehäusemuffe 30 kann der An schlußzapfen eines sich nach oben anschließenden - nicht dargestellten - Gestängerohres eingeschraubt wer den.

Axial unten ist der Kellyhahn 10 mit einem Gehäuse zapfen 30a versehen, der ein Zapfengewinde 29a auf weist. Mit diesem Zapfengewinde 29a kann der Kellyhahn 10 in ein sich nach unten anschließendes - ebenfalls nicht dargestelltes - Gestängerohr eingeschraubt wer den.

Nach entsprechender Betriebsdauer müssen die Muffenge winde 29 nachgeschnitten werden, da sie durch entspre chenden Einsatz stark ausgeschlagen sind und nicht mehr dichtend mit einem - nicht dargestellten - Gestängezap fen verbunden werden können. Wird das Muffengewinde 29 nachgeschnitten, so endet es tiefer in dem Kellyhahn 10 und kann bis in den Bereich des Adapterringes 22 reichen. Dabei kann der Adapterring 22 axial über das Muffengewinde 29 hinaus ragen und es bildet sich in der Durchflußöffnung 33 ein rundumlaufender Absatz, der eine strömungshinderliche Hinterschneidung darstellt.

Um derartige Absätze zu vermeiden, muß der obere freie Rand 37 des Adapterringes 22 mit einem ausreichend großen Abstand 32 gegenüber dem Muffengewinde 29 über stehen. Der Adapterring 22 besteht dazu aus einem Mate rial, das es erlaubt, ihn an seinem, dem oberen Schul terring 19 zugewandten freien Rand 37 leicht zu verkür zen. Dadurch kann auch der Adapterring 22 nachgeschnit ten werden, und es ist stets ein ausreichend großer Ab stand 32 zu dem Muffengewinde 29 gewährleistet.

Wie die Fig. 1 weiter zeigt, ist der untere Sitzring 12 mit einem Runddichtring 24 gegenüber dem Gehäuse 11 abgedichtet. Radial innen ist das Verriegelungsstück 20 mit einem ebensolchen Runddichtring 24 und radial außen mit einem weiteren Runddichtring 25 gegenüber dem Ge häuse 11 abgedichtet. Auch die Schaltzapfen 15 sind ra dial außen mit Runddichtringen 26 gegenüber dem Gehäuse 11 abgedichtet.

Bei Druckbeaufschlagung aus der Durchflußöffnung 33 wird der untere Sitzring 12 unter Bildung eines Dichtspaltes 27 aus dem Gehäuse 11 angehoben und gegen das Kugelküken 13 gepreßt. Das Kugelküken 13 wird dabei von den Schaltzapfen 15 in seiner Lage gehalten und nicht axial verschoben. Die dabei auftretende Reibflä che bleibt auf die Dichtfläche zwischen dem jeweils an gepreßten Sitzring 12 bzw. 12a beschränkt und die auf zubringenden Schaltkräfte bleiben gering.

Um die Reibung zwischen Kugelküken 13 und Sitzring 12 noch weiter zu verringern und so gering wie möglich zu halten, sind deren Oberflächen mit einer reibungsmin dernden Beschichtung, vorzugsweise einer Kohlenstoff- Diamant-Beschichtung versehen.

Bezugszeichenliste

10 Kellyhahn
11 Gehäuse
12, 12a Sitzring
13 Kugelküken
14 Schaltgabel
15 Schaltzapfen
16 Anschlagscheibe
17 Buchse
18, 19 Schulterring
20 Verriegelungsstück
21 Distanzring
22 Adapterring
23 Führungsring
24, 25, 26 Dichtring
27 Dichtspalt
28 Sicherungsschraube
29 Muffengewinde
29a Zapfengewinde
30 Gehäusemuffe
30a Gehäusezapfen
31 Zapfengewinde
32 Abstand
33 Durchflußöffnung
34 Dichtung
35 Sicherungsring
36 Innensechskant
37 freier Rand
38 Ringnut

Claims

1. Absperrhahn, insbesondere zum Einbau in Bohr- und Förderrohrgestänge für Bohranlagen, mit einem Ge häuse und einem in schwimmenden Sitzringen gegen über dem Gehäuse abgedichteten Kugelküken, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelküken (13) mit zwei einander gegenüberliegenden Schaltzapfen (15) dreh fest verbunden und mit diesen in dem Gehäuse (11) gelagert und abgestützt ist.

2. Absperrhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Schaltzapfen (15) über Zapfengewinde oder eine Vielkeilverzahnung (31) form- und kraft schlüssig mit dem Kugelküken (13) verbunden sind und das Kugelküken (13) mit Schaltmitteln (14) über die Schaltzapfen (15) beidseitig schaltbar ist.

3. Absperrhahn nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelküken (13) von den Schaltzapfen (15) gegenüber dem Gehäuse (11) axial kraftfrei in schwimmenden Sitzringen (12, 12a) ge halten ist.

4. Absperrhahn nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtflächenverhältnis zwi schen den Sitzringen (12, 12a) und dem Gehäuse (11) zu dem Kugelküken (13) und wie 1,5 zu 1 und größer ist.

5. Absperrhahn nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzringe (12, 12a) und/oder das Kugelküken (13) mit einer reibungsmin dernden Beschichtung versehen sind.

6. Absperrhahn nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzringe (12, 12a) und/oder das Kugelküken (13) mit einer Kohlenstoff- Diamant-Beschichtung versehen sind.

7. Absperrhahn nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelküken (13) von einem Führungsring (23) und einem oberen Sitzring (12a) und diese von einem Distanzring (21) axial gehalten sind und der Führungsring (23) und der Distanzring (21) von viergeteilten Schulterringen (18, 19) in Einbaulage gehalten sind.

8. Absperrhahn nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulterringe (18, 19) von einem Adapterring (22) in Einbaulage gehalten sind, dessen axial äußerer freier Rand (37) einen kon stanten axialen Abstand (32) zu dem Muffengewinde (29) aufweist.