DE69206139T2

DE69206139T2 - Kraftbetaetigte zange zum loesen fester kupplungen.

Info

Publication number: DE69206139T2
Application number: DE69206139T
Authority: DE
Inventors: Bernd-Georg D-3002 Wedemark 2 Pietras
Original assignee: Weatherford Lamb Inc
Current assignee: Weatherford Lamb Inc
Priority date: 1991-04-12
Filing date: 1992-03-23
Publication date: 1996-04-18
Anticipated expiration: 2012-03-24
Also published as: US5161438A; EP0578657A1; WO1992018743A1; NO304281B1; EP0578657B1; CA2097911A1; NO932107L; CA2097911C; DE69206139D1; GB9107788D0; NO932107D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftzange zum Lösen dichter Verbindungen und eine Kompensationseinheit mit einer solchen Kraftzange.
Zangen werden zum Verbinden und Trennen von Gewindeteilen benutzt. Im allgemeinen werden sie paarweise eingesetzt. Eine Zange (bekannt als Konterzange) hält eine Rohrlänge fest, und die andere Zange (die Kraftzange) dreht eine zweite Rohrlänge relativ zur ersten.
Die Kraftzange hat gewöhnlich einen Drehteil, der das Rohr greifende Klemmbacken hat. Er ist drehbar in einem Gehäuse montiert und kann zur Drehung durch einen Getriebezug und einen Hydraulikmotor angetrieben werden.
Während der Hydraulikmotor gewöhnlich zum Festziehen bis zum erforderten Drehmoment geeignet ist, können Probleme auftreten, wenn versucht wird, aneinanderliegende Rohre zu trennen, z. B. wenn ein Bohrstrang aus einer Bohrung gezogen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftzange zum Lösen dichter Verbindungen vorgesehen,die ein Gehäuse und einen darin montierten Drehteil enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftzange ferner Mittel zum Verhindern einer relativen Drehung zwischen dem Drehteil und dem Gehäuse und Mittel zum Drehen des Gehäuses enthält.
Diese Mittel zum Verhindern einer relativen Drehung zwischen dem Drehteil und dem Gehäuse enthalten einen Bolzen.
Wenn gewünscht, können wenigstens zwei Bolzen vorgesehen werden. Der oder jeder dieser Bolzen kann durch die obere und/oder untere Oberfläche und/oder durch das radiale Ende in den Drehteil greifen. Alternativ kann der oder jeder dieser Bolzen zwischen nebeneinanderliegenden Zähnen am Umkreis des Drehteils angeordnet werden, um zwischen die Zähne zu greifen.
Der oder jeder dieser Bolzen kann so angeordnet werden, daß er von Hand oder von fern in Bewegung gesetzt werden kann.
Die Mittel zum Drehen des Gehäuses können so einfach wie ein langer Riegel sein, der in einen Schlitz des Gehäuses gesteckt werden kann. Wie auch immer, die Mittel enthalten vorzugsweise ein Zylinderpaar, verbunden mit gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses und betätigbar durch pneumatische oder vorzugsweise hydraulische Mittel, um das Gehäuse zu drehen.
Vorzugsweise sind die Zylinder doppeltwirkend, so daß die Kraftzange sowohl Links- als auch Rechtsgewinde lösen kann und auch eingesetzt werden kann für sehr hohe Dichtmomente, die beispielsweise für Testzwecke erforderlich sein können. Für diese späteren Zwecke kann eine Ladezelle vorgesehen werden, durch die das auf die Verbindung wirkende Drehmoment begrenzt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführung enthalten der doppeltwirkende Kolben und die Zylinder einen hydraulischen Teil und einen mechanischen Teil, wobei der hydraulische Teil einen Kolben aufweist, der mit einem Anschlußstück verbunden und in dem Zylinder zwischen zwei Öffnungen für den Ein- und Austritt der Hydraulikflüssigkeit angeordnet ist und der mechanische Teil einen Kolben aufweist, der in dem Zylinder angeordnet und mit einem gegenüberliegenden Anschlußstück verbunden ist, und wobei der mechanische Teil von dem hydraulischen Teil durch eine Wand getrennt ist.
Vorzugsweise enthält die Kraftzange Tellerfedern, die zu beiden Seiten des Kolbens in dem mechanischen Teil angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung enthält auch eine Kompensationseinheit, die eine Konterzange und eine Kraftzange in Übereinstimmung mit der Erfindung enthält.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf ein Beispiel in den beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kompensationseinheit in Übereinstimmung mit der Erfindung, gestützt in einem Transportrahmen, der im Querschnitt gezeigt wird,
Fig. 2 die Draufsicht auf die Kompensationseinheit, teilweise freigeschnitten, und
Fig. 3 die teilweise geschnittene Seitenansicht einer alternativen, doppeltwirkenden hydraulischen Kolben- und Zylinderbaugruppe.
In den Zeichnungen ist eine Kompensationseinheit gezeigt, die generell mit der Bezugsziffer 1 versehen ist.
Die Kompensationseinheit enthält eine Konterzange 2 und eine Kraftzange 3, die oberhalb der Konterzange 2 angeordnet ist. Die Kraftzange 3 wird von drei Kugeln gestützt. Mit 4 ist eine von diesen in Fig. 1 gezeigt. Die Kugel 4 ruht auf einem Flansch 5 an der Seite der Konterzange 2 und wird durch eine Feder 6 nach unten vorgespannt. Die Feder wirkt auf die Kugel 4 durch einen Stift 7. Die Kraftzange 3 kann, während sie nicht im Schraubeinsatz ist, aufwärts von der Konterzange 2 weg bewegt werden.
Der Kolben 8 einer doppeltwirkenden hydraulischen Kolben- und Zylindereinheit ist drehbar an dem Stift 7 befestigt, während der Zylinder 9 drehbar an einem Stützteil 10 montiert ist, der sich von der Konterzange 2 nach oben erstreckt. Auch der Zylinder 9 ist durch einen Arm 11 gestützt, der drehbar über das Gelenk 12 an dem Zylinder 9 befestigt ist und das Teil 10 über das Gelenk 13 stützt.
Aus der Figur 2 ist erkennbar, daß die gegenüberliegende Seite der Kraftzange 3 mit einer Kolben- und Zylindereinheit versehen ist, die ähnlich der zuvor beschriebenen Anordnung ist. Im einzelnen ist ein Kolben 14 mit einem Stift (nicht gezeigt) verbunden, assoziiert mit einer Feder und einer Kugel ähnlich der Feder 6 und der Kugel 4. Der Kolben 14 greift in den Zylinder 15 einer doppeltwirkenden Kolben- und Zylindereinheit, welche drehbar an dem Stützteil 10 montiert und durch einen Arm 16, ähnlich dem Arm 11, gestützt wird.
Es wird erwartet, daß es die offenbarte Anordnung der Kraftzange 3 ermöglicht, sich entlang der X-, Y- und Z-Achse zu bewegen. Beim normalen Gebrauch sind die Zylinder 9 und 15 mit der Atmosphäre verbunden. Vorzugsweise werden Federn 17 und 18 verwendet, um die Kraftzange 3 in ihre normale Arbeitsposition zu schieben.
Die Kraftzange 3 weist ein Gehäuse 19 mit einem Drehteil 20 auf, das darin drehbar montiert ist. Das Drehteil 20 ist mit Klemmbacken 21 bestückt, die radial gegen das Zentrum der Kraftzange 3 bewegt werden können. Das Drehteil 20 wird durch eine Mehrzahl von Walzen geführt, die an Achsen befestigt sind. Diese sind konzentrisch zur Mitte der Kraftzange angeordnet.
Das Drehteil 20 ist durch einen Getriebezug (nicht gezeigt) mit einem Hydraulikmotor 23 verbunden.
An dem Gehäuse 19 sind zwei Schalter 24 und 25 montiert und können betätigt werden, um Bolzen 26, 27 zwischen die Antriebszähne 28 am Umfang des Drehteils 20 zu schieben.
Die ganze Kompensationseinheit 1 wird durch einen verschiebbaren Rahmen 36 gestützt, der auf Schienen 37 läuft.
Bei der Anwendung, wenn eine Verbindung gelöst werden soll, werden die Verschlüsse 29 und 30 an der Kraftzange 3 und der Konterzange 2 geöffnet. Der verschiebbare Rahmen 36 wird dann vorwärts gegen das Rohr gefahren, bis es in die Kraftzange 3 und Konterzange 2 gelangt. Die Verschlüsse 29 und 30 werden dann geschlossen und die Rohre durch die Klemmbacken in den entsprechenden Zangen 2, 3 ergriffen.
Dann wird der Hydraulikmotor 23 betätigt. Normalerweise genügt das, um die Verbindung zu lösen. Wie auch immer, es gibt Situationen, in denen die Verbindung nicht getrennt wird, und die für den Hydraulikmotor 23 bestimmte Hydraulikflüssigkeit kehrt zu dem Behälter über ein Sicherheitsventil zurück. Wenn sich diese Situation einstellt, werden der Hydraulikmotor 23 deaktiviert und die Schalter 24, 25 aktiviert, um die Plunger 26, 27 vorzuschieben, bis die Bolzen 26, 27 zwischen den Zähnen 28 disponiert sind.
In diesem Stadium wird den Zylindern 9 und 15 Hydraulikflüssigkeit zugeführt, um den Kolben 14 nach links - wie in Figur 2 gezeigt - und den Kolben 8 nach rechts zu drücken. Die Kraft veranlaßt die Kraftzange, entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen. Da die Bolzen 26, 27 das Drehteil 20 mit dem Gehäuse 19 festhalten, wird das Drehteil 20 dem Drehmoment ausgesetzt und gelangt von dort über die Klemmbacken 21 zu dem Rohr (nicht gezeigt). Die Querschnittsfläche der Zylinder 9 und 15 ist derart, daß ein erhebliches Drehmoment auf das Gehäuse 19 wirken kann, um die hartnäckigsten Verbindungen zu lösen.
Es ist vorteilhaft, wenn die Bolzen 26 und 27 sich vollständig in die Räume zwischen die Zähne erstrecken. Dies kann auf verschiedenen Wegen sichergestellt werden, z. B. Inspektionsöffnungen könnten in dem Gehäuse 19 direkt über den freien Enden der Bolzen 26 und 27 vorgesehen werden. Es werden jedoch Sensoren 31, 32 bevorzugt, die die Position des Drehteils 20 ermitteln und die Schalter 24, 25 hindern, tätig zu werden, bis die Positionsmarken auf dem Drehteil 20 auf die Sensoren 31, 32 ausgerichtet sind. Zur weiteren Vorsorge wird ein Positionssensor (nicht gezeigt) mit jedem Bolzen 26, 27 verbunden und verhindert die Aktivierung der Kolben und der Zylinder, bis die Bolzen 26, 27 vollständig vorgeschoben sind.
Sobald die Verbindung gelöst ist, können die Bolzen 26, 27 entfernt werden und die Verbindung in üblicher Weise unter Verwendung des Hydraulikmotors 23, der das Drehteil dreht, aufgeschraubt werden.
Zylinder 9 und 15 werden ferner gegen Atmosphäre entlüftet, um es der Kraftzange 3 zu erlauben, sich in der horizontalen Ebene zu bewegen.
Derzeit werden verschiedene Modifikationen der offenbarten Anordnung geplant. Z. B. könnten die Bolzen 26, 27 einfach durch miteinander fluchtende Öffnungen in dem Deckel und Boden des Gehäuses 19 sowie des Drehteils gesenkt werden. Die Figur 3 zeigt eine alternativ doppeltwirkende Kolben- und Zylinderanordnung. Die Anordnung umfaßt einen Kolben 8', der in einem Zylinder 9' montiert ist. Der Zylinder 9' ist in einen hydraulischen Teil 100 und einen mechanischen Teil 101 unterteilt.
Der hydraulische Teil 100 ist mit Öffnungen 102, 103 für den Zulauf und den Abfluß hydraulischer Flüssigkeit versehen, während der mechanische Teil 101 Tellerfedern 104, 104' hat, die an beiden Seiten des Kolbens 105, dessen Stange 106 fest mit einem Endteil 107 verbunden ist, angeordnet sind. Der Kolben 105 hat eine kurze Verlängerung 108, die an eine Wand 109 stoßen kann, die den hydraulischen Teil 100 von dem mechanischen Teil 101 trennt.
Der Kolben 8' ist mit einer Stange 110 verbunden, die an einem Endteil 111 befestigt ist.
Das Endteil 111 ist zum Gebrauch schwenkbar mit der Kraftzange 3 verbunden, während das andere Endteil 107 schwenkbar mit einem Stützteil 10 verbunden ist. Eine ähnlich doppeltwirkende Kolben- und Zylinderanordnung befindet sich an der gegenüberliegenden Seite der Kraftzange.
Im normalen Betrieb ist der hydraulische Teil 100 mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Der Durchgang der Hydraulikflüssigkeit durch die Öffnungen 102 und 103 ist versperrt, so daß der Kolben 8' im Zylinder 9' wirksam blockiert ist. Die Anordnung in dem mechanischen Teil 101 ermöglicht es der Kraftzange, sich in der Horizontalebene zu bewegen.
Wenn der hydraulische Teil 100 zum Drehen der Kraftzange 3 eingesetzt werden soll, wird dem Zylinder 9' Hydraulikflüssigkeit zugeführt, z. B. durch die Öffnung 103, und ein entsprechendes Volumen hydraulischer Flüssigkeit fließt durch die Öffnung 102 ab. Der Druck wird auf die Kraftzange 3 über das Endteil 111 übertragen, und die Reaktionskraft drängt den Zylinder 9' nach rechts (wie die Figur 3 zeigt), bis die kurze Verlängerung 108 an die Wand 109 stößt. Anschließend wird der Druck durch den Kolben 106 zum Anschlußstück 107 geleitet.
Die Situation in der gegenüberliegenden, doppeltwirkenden Kolben- und Zylinderanordnung vervollständigt die Drehaktion. Hydraulikflüssigkeit wird durch die Öffnung 102 zugeführt und durch die Öffnung 103 abgesaugt. Die Hydraulikflüssigkeit zwingt den Zylinder 9', sich zum Endteil 111 zu bewegen, bis die Verlängerung 112 über die Tellerfedern 104' an der Wand 113 des Zylinders 9' anliegt. Zu dieser Zeit bewegt sich das Endteil 111 zum Anschlußstück 107.
Die beiden doppeltwirkenden Kolben- und Zylinderanordnungen stellen eine drehende Kupplung an der Kraftzange 3 dar.
Am Ende der Kupplungs-/Entkupplungsoperation können sich die Drücke an den Öffnungen 102, 103 ausgleichen, und eine weitere Strömung von Hydraulikflüssigkeit durch die Öffnungen 102, 103 wird durch das Schließen der Ventile (nicht gezeigt) verhindert. Die doppeltwirkenden Kolben- und Zylinderanordnungen sind dann in ihrer normalen Position, wie die Figur 3 zeigt, in der der Hydraulikteil 100 effektiv fest verriegelt ist, und der mechanische Teil 101 jeder Anordnung ermöglicht es der Kraftzange 3, sich in einer im wesentlichen horizontalen Ebene zu bewegen.
Eine Schubmeßdose 114 ist in jeder Anordnung am Endteil 107 vorgesehen, um festzustellen, daß die Anordnungen während der Kupplungs-/Entkupplungsoperation im Gleichgewicht sind.

Claims

1. Kraftzange zum Lösen dichter Verbindungen, die ein Gehäuse (19) und ein darin montiertes Drehteil (20) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftzange (3) ferner Mittel (26, 27) zum Verhindern einer relativen Drehung zwischen dem Drehteil (20) und dem Gehäuse (19) und Mittel (8, 9; 14, 15; 8', 9') zum Drehen des Gehäuses enthält.

2. Kraftzange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen Bolzen (26, 27) enthalten.

3. Kraftzange nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel wenigstens zwei Bolzen (26, 27) enthalten.

4. Kraftzange nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Umfangs des Drehteils (20) mit Zähnen (28) versehen ist und die Bolzen (26, 27) zwischen den Zähnen (28) vorwärts gebracht werden können.

5. Kraftzange nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen durch miteinander fluchtende Öffnungen des Gehäuses (19) und des Drehteils (20) eingefügt werden können.

6. Kraftzange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Drehen des Gehäuses (19) ein Kolbenpaar und Zylinder (8, 9; 14, 15; 8', 9') vorgesehen und mit gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses (19) verbunden sind.

7. Kraftzange nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben und Zylinder (8, 9; 14, 15; 8', 9') doppeltwirkend sind.

8. Kraftzange nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die doppeltwirkenden Kolben und Zylinder (8', 9') einen hydraulischen Teil (100) und einen mechanischen Teil (101) enthalten, dessen hydraulischer Teil einen Kolben (8') aufweist, der mit einem Anschlußstück (111) verbunden und in dem Zylinder (9') zwischen zwei Öffnungen (102, 103) für den Ein- und Austritt der Hydraulikflüssigkeit angeordnet ist und dessen mechanischer Teil (101) einen Kolben (105) aufweist, der in dem Zylinder (9') angeordnet und mit einem gegenüberliegenden Anschlußstück (107) verbunden ist, und daß der mechanische Teil (101) von dem hydraulischen Teil (100) durch eine Wand (109) getrennt ist.

9. Kraftzange nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Tellerfedern (104, 104') vorgesehen sind, die zu beiden Seiten des Kolbens in dem mechanischen Teil (101) angeordnet sind.

10. Kraftzange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (8, 9; 14, 15; 8', 9') zum Drehen des Gehäuses mit einer Kraftmeßdose (114) versehen sind.

11. Kompensationseinheit, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Konterzange und eine Kraftzange nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.