RU2243350C1 - Universal hydraulic suspended pipe key - Google Patents
Universal hydraulic suspended pipe keyInfo
- Publication number
- RU2243350C1 RU2243350C1 RU2003116555/03A RU2003116555A RU2243350C1 RU 2243350 C1 RU2243350 C1 RU 2243350C1 RU 2003116555/03 A RU2003116555/03 A RU 2003116555/03A RU 2003116555 A RU2003116555 A RU 2003116555A RU 2243350 C1 RU2243350 C1 RU 2243350C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- latch
- tooth
- locking
- locking surface
- axis
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Preventing Unauthorised Actuation Of Valves (AREA)
- Clamps And Clips (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для свинчивания и развинчивания обсадных труб нефтяного сортамента в процессе спуско-подъемных операций при обустройстве нефтяных и газовых скважин обсадными колоннами.The invention relates to a device for screwing and unscrewing oil casing of an oil gauge in the process of hoisting operations when equipping oil and gas wells with casing strings.
Известны гидромеханические ключи для свинчивания-развинчивания резьбовых соединений, содержащие корпус с откидывающимися створками, вращательное зажимное устройство, расположенное в корпусе и состоящее из ротора и челюстей, гидросистему, состоящую из гидромотора, гидрораспределителя, напорной и сливной магистралей (см. патент РФ №2164464, патент США №3023651, №6082224, патент Германии №2645839).Known hydromechanical wrenches for screwing and unscrewing threaded joints, containing a housing with hinged flaps, a rotational clamping device located in the housing and consisting of a rotor and jaws, a hydraulic system consisting of a hydraulic motor, a hydraulic distributor, pressure and drain lines (see RF patent No. 2144464, US patent No. 3023651, No. 6082224, German patent No. 2645839).
Известен также силовой трубный ключ для свинчивания-развинчивания резьбовых соединений, содержащий корпус, откидывающиеся створки с защелкой, вращательное зажимное устройство в виде кольцевого ротора с раскрывающимися сегментами для обхватывания труб, при смыкании сегментов ротора они фиксируются подпружиненным плунжером (патент США №4442736 - прототип).Also known is a power pipe wrench for screwing and unscrewing threaded joints, comprising a housing, folding flaps with a latch, a rotary clamping device in the form of an annular rotor with expandable segments for wrapping pipes, when the rotor segments are closed, they are fixed by a spring-loaded plunger (US patent No. 4442736 - prototype) .
Недостатком известных гидромеханических ключей для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений, а также описанного прототипа является невысокая надежность фиксации защелкой створок ключа в закрытом положении, когда кольцевой ротор охватывает одну из свинчиваемых-развинчиваемых труб и неподвижно фиксирует ее челюстями зажимного устройства.A disadvantage of the known hydromechanical wrenches for screwing and unscrewing threaded joints, as well as the described prototype, is the low reliability of locking the key flaps in the locked position when the ring rotor covers one of the screw-unscrew pipes and fixes it fixedly with the jaws of the clamping device.
Случайное раскрытие створок гидроключа в процессе работы приводит к расфиксации трубы зажимным устройством вращающегося ротора, что приводит к остановке работ, может вызвать поломки оборудования и травмы обслуживающего персонала.Accidental opening of the hydraulic key flaps during operation leads to the pipe being locked by the clamping device of the rotating rotor, which stops the work, can cause equipment breakdowns and personal injury.
Для устранения указанного недостатка устанавливают, например, дополнительные механические фиксаторы (см. патент РФ №2163464), применяют фиксацию специальными силовыми гидроцилиндрами (см. патент Германии №2645839), а также используют специальные системы гидроблокировки, отключающие вращение ротора при раскрытых створках (см. патент США №6082224). Хотя указанные механизмы увеличивают надежность фиксации створок ключа в закрытом положении, однако усложняют и удлиняют процесс свинчивания-развинчивания труб гидроключом, т.к. требуют дополнительных манипуляций обслуживающим персоналом по включению фиксирующих механизмов или усложняют конструкцию гидроключа и увеличивают его стоимость за счет введения дополнительной системы автоматической гидроблокировки.To eliminate this drawback, for example, additional mechanical locks are installed (see RF patent No. 2143464), fixation is applied with special power hydraulic cylinders (see German patent No. 2645839), and special hydroblocking systems are used to turn off the rotation of the rotor when the wings are open (see U.S. Patent No. 6,022,224). Although these mechanisms increase the reliability of fixing the key flaps in the closed position, however, they complicate and lengthen the process of screwing-unscrewing pipes with a hydraulic key, because require additional manipulations by the maintenance staff to turn on the locking mechanisms or complicate the design of the hydraulic key and increase its cost due to the introduction of an additional automatic hydraulic lock system.
Другим недостатком прототипа является образование возможного зазора между створками в закрытом положении, что, в свою очередь, вызывает повышенное биение ротора при его вращении относительно корпуса гидроключа и приводит к повышенному износу и поломкам деталей механизма гидроключа.Another disadvantage of the prototype is the formation of a possible gap between the valves in the closed position, which, in turn, causes increased runout of the rotor when it rotates relative to the body of the hydraulic key and leads to increased wear and damage to parts of the mechanism of the hydraulic key.
Задачей предложенного технического решения является повышение эксплуатационной надежности за счет обеспечения надежной фиксации защелкой створок ключа, а также за счет создания усилия, стягивающего створки ключа в закрытом положении.The objective of the proposed technical solution is to increase operational reliability by ensuring reliable latching of the key flaps, as well as by creating a force that pulls the key flaps in the closed position.
Поставленная задача решается с помощью того, что в универсальном гидравлическом подвесном трубном ключе для свинчивания и развинчивания обсадных труб, содержащем раскрываемый вращающийся ротор с захватами для труб, корпус с раскрываемыми створками, которые имеют механизм запирания, состоящий из зуба, неподвижно закрепленного на одной створке, и защелки с пружинами, установленной на оси вращения на другой створке, отличающемся тем, что запирающая поверхность зуба выполнена в виде выгнутой поверхности с постоянным радиусом кривизны, а запирающая поверхность защелки выполнена в виде двух пересекающихся под тупым углом плоскостей, при этом вторая запирающая плоскость защелки выполнена на удалении от оси вращения защелки, равном радиусу кривизны запирающий поверхности зуба, а первая запирающая плоскость защелки выполнена на большем удалении, при этом ось вращения защелки установлена в створке гидроключа со смещением относительно центра кривизны запирающей поверхности зуба и при этом выполнена в виде эксцентрического вала, у которого ось одной части, установленной в створке, смещена относительно другой части, на которой установлена защелка. при этом геометрические размеры взаимного расположения зуба и защелки подобраны таким образом, что:The problem is solved by using the fact that in a universal hydraulic hanging pipe wrench for screwing and unscrewing casing pipes, containing an expandable rotating rotor with grippers for pipes, a housing with expandable flaps, which have a locking mechanism consisting of a tooth fixedly mounted on one leaf, and latches with springs mounted on the axis of rotation on another leaf, characterized in that the locking surface of the tooth is made in the form of a curved surface with a constant radius of curvature, and the latching surface of the latch is made in the form of two planes intersecting at an obtuse angle, while the second locking plane of the latch is made at a distance from the axis of rotation of the latch equal to the radius of curvature of the locking surface of the tooth, and the first locking plane of the latch is made at a greater distance, while the axis of rotation of the latch is installed in the leaf of the hydraulic key with an offset relative to the center of curvature of the locking surface of the tooth and at the same time is made in the form of an eccentric shaft, in which the axis of one part installed in orc is offset relative to the other part, on which the latch is installed. while the geometric dimensions of the relative position of the tooth and the latches are selected in such a way that:
при касании защелкой заходной поверхности зуба выполняется следующее соотношение усилия закрывания и пружины защелки:when the latch touches the tooth input surface, the following ratio of the closing force to the latch spring is fulfilled:
где N - усилие закрывания створок гидроключа;where N is the closing force of the valves;
Пр - усилие пружины защелки механизма запирания створок;Pr - the force of the spring latch mechanism for locking the valves;
L1, L2, L3 - геометрические размеры;L 1 , L 2 , L 3 - geometric dimensions;
k1 - коэффициент трения защелки по заходной поверхности зуба;k 1 - coefficient of friction of the latch along the tooth input surface;
при запирании замка в каждой точке касания защелки и зуба выполняется следующее соотношение:when locking the lock at each touch point of the latch and the tooth, the following ratio holds:
tgα<k2.tgα <k 2 .
где α - угол между нормалью к запирающей поверхности зуба и линией, соединяющей центр вращения защелки с точкой касания запирающих поверхностей защелки и зуба,where α is the angle between the normal to the locking surface of the tooth and the line connecting the center of rotation of the latch with the touch point of the locking surfaces of the latch and tooth,
k2 - коэффициент трения защелки по запирающей поверхности зуба.k 2 - coefficient of friction of the latch along the locking surface of the tooth.
На фиг.1 изображен общий вид универсального гидравлического подвесного трубного ключа (гидроключа).Figure 1 shows a General view of a universal hydraulic pendant pipe wrench (hydraulic key).
На фиг.2 изображена ось вращения защелки, выполненная в виде эксцентрического вала.Figure 2 shows the axis of rotation of the latch, made in the form of an eccentric shaft.
На фиг.3 изображено положение створок гидроключа и деталей механизма запирания во время подготовки к запиранию.Figure 3 shows the position of the valves of the hydraulic key and the details of the locking mechanism during preparation for locking.
На фиг.4 изображено положение створок гидроключа и деталей механизма запирания во время начала запирания.Figure 4 shows the position of the valves of the hydraulic key and the details of the locking mechanism during the start of locking.
На фиг.5 изображено положение створок гидроключа и деталей механизма запирания в закрытом положении.Figure 5 shows the position of the valves of the hydraulic key and the details of the locking mechanism in the closed position.
Гидроключ содержит раскрываемый вращающийся ротор с захватами для труб 1 (см. фиг.1), корпус 2 с раскрываемыми створками 3 и 4, которые имеют механизм запирания, состоящий из зуба 5, неподвижно закрепленного на одной створке 3, и защелки 6 с пружинами 7 (см. фиг.3), установленной на оси вращения 8 (фиг.1) створки 4, створки 3, 4 при раскрывании и закрывании вращаются вокруг осей 9, на корпусе гидроключа размещены рукоятки 10, а на каждой створке - рукоятки 11. При этом ось вращения защелки 8 (см. фиг.2) выполнена в виде эксцентрического вала, у которого имеется цилиндрическая поверхность А с осью “а”, которая вставляется в отверстие створки 4, и цилиндрическая поверхность В с осью “в”, на которую устанавливается защелка 6; оси “а” и “в” смещены друг относительно друга на величину Δ, при этом защелка 6 свободно вращается вокруг оси “в” вала 8, а сам вал 8 имеет возможность вращаться вокруг оси “а” в отверстии корпуса створки 4 и в конкретном положении фиксируется винтами 12.The hydraulic key contains a rotating rotating rotor with grippers for pipes 1 (see Fig. 1), a
На корпусе 2 гидроключа размещен гидропривод с рычагами управления (не показано), который гибкими шлангами соединен с насосной станцией (не показано).A hydraulic actuator with control levers (not shown) is placed on the
Гидроключ работает следующим образом.Hydrokey works as follows.
В рабочем положении тросом длиной 30-40 м по принципу маятника гидроключ подвешивается к верхней части буровой установки и фиксируется на высоте подвешивания в зоне свинчивания-развинчивания обсадных труб, расположенных вертикально над устьем скважины, которые, по мере навинчивания очередной трубы, опускают в скважину для укрепления ее стенок на период эксплуатации. Операции развинчивания применяются при нештатном завинчивании или поломке навинчиваемой трубы (трещины, срыв резьбы и т.д.).In the working position, with a cable 30-40 m long, according to the pendulum principle, the hydraulic key is suspended to the top of the rig and is fixed at the height of suspension in the screwing-unscrewing zone of casing pipes located vertically above the wellhead, which, as the next pipe is screwed on, is lowered into the well for strengthening its walls for the period of operation. Unscrewing operations are applied during abnormal screwing or breakage of a screwed pipe (cracks, thread breakage, etc.).
Перед началом очередного цикла свинчивания (или развинчивания) раскрывают механизм запирания створок гидроключа и разводят створки 3, 4 на наибольший угол, тем самым подготавливают гидроключ для обхватывания очередной трубы, после чего гидроключ, подвешенный на тросе, берут за рукоятки 10, подводят к обсадной колонне и обхватывают разомкнутым ротором 1 ключа, заключенным в корпус, очередную трубу, навинчиваемую на обсадную колонну, после чего створки 3, 4 ключа с закрепленными в них частями ротора 1 берут за рукоятки 11 и сводят до соприкосновения друг с другом, замыкая при этом ротор 1 и приводя механизм запирания створок 3, 4 ключа в закрытое положение. При этом запирание створок 3, 4 гидроключа механизмом запирания осуществляется автоматически от усилия оператора, направленного на сведение створок. Во время сведения створок 3, 4 заходная часть Б защелки 6 (см. фиг.3) сближается с заводной поверхностью Д зуба 5, при этом геометрические размеры гидроключа выполнены таким образом, что в момент соприкосновения этих поверхностей в любой произвольной точке Е на заходной поверхности зуба 5 выполняется указанное выше соотношение геометрических размеров L1, L2, L3, при выполнении которого заходная часть Б защелки 6 начинает скользить по заходной поверхности Д зуба 5 вверх, как по наклонной плоскости, до вершины зуба 5. При этом защелка 6 поворачивается вокруг своей оси “в” в направлении стрелки И, одновременно преодолевая силу Пр пружин 7, таким образом при сведении створок 3, 4 гидроключа происходит автоматическое “взведение” защелки 6 механизма запирания.Before the start of the next make-up (or unscrewing) cycle, the mechanism for locking the shutters of the hydraulic key is opened and the
При дальнейшем сведении створок 3, 4 гидроключа защелка “переваливает” вершину зуба 5 (см. фиг.4) и под действием пружин 7 начинает поворачиваться в направлении стрелки М на закрывание механизма запирания, при этом первая запирающая поверхность защелки П начинает скользить по запирающей поверхности Н зуба 5, касаясь ее в точке Г, при этом, т.к. расстояние от оси вращения защелки 6 “в” до первой запирающей плоскости П несколько больше радиуса кривизны R запирающей поверхности зуба 5, процесс запирания начинается еще до полного соприкосновения створок 3, 4 гидроключа и исключает возможность незакрытия механизма запирания, которое может произойти из-за отскока створок 3, 4 при их соударении, исключая тем самым повторение операции закрывания створок 3, 4, что экономит физические силы персонала и сокращает время проведения операции.With further reduction of the
При дальнейшем сближении створок 3, 4 гидроключа защелка 6 под действием пружин 7 продолжает вращение в направлении стрелки М (см. фиг.5) и в работу вступает вторая запирающая поверхность С защелки 6, сближаясь с запирающей поверхностью зуба Н, и при соприкосновении створок вторая запирающая поверхность С защелки 6 входит в контакт с запирающей поверхностью Н зуба 5 в точке Р. Таким образом механизм запирания створок 3, 4 гидроключа принимает закрытое положение, при котором выгнутая запирающая поверхность Н зуба 5 касается двух запирающих поверхностей П и С защелки 6 в точках Г и Р. Поверхности Г и С расположены под углом друг к другу, образуя своего рода призму, которая надежно фиксирует от смещения зуб 5 механизма запирания створок гидроключа.With the further approach of the
Смещение центра вращения защелки 6 относительно центра кривизны запирающей поверхности Н зуба 5 обеспечивает натяг защелки 6 относительно зуба 5 при ее вращении в направлении стрелки М (см. фиг.5), где пунктирными линиями “г” и “р” показаны траектории движения точек касания Г и Р относительно центра вращения защелки, тем самым усиливается сближение створок 3, 4 гидроключа при запирании механизма фиксации и обеспечивается безлюфтовая работа всего механизма.The offset of the center of rotation of the
Во время изготовления деталей невозможно выполнить два размера абсолютно одинаковыми. Например, радиус кривизны запирающей поверхности Н зуба 5 никогда не будет точно равен расстоянию от опорной поверхности С защелки 6 до отверстия под ось вращения, т.е. либо R>L, либо R<L, что может привести либо к незакрыванию замка (при R>L), либо к закрыванию механизма фиксации с зазором (при R<L).During the manufacture of parts, it is impossible to make two sizes exactly the same. For example, the radius of curvature of the locking surface H of the
При совпадении центра кривизны запирающей поверхности Н зуба 5 с центром вращения защелки 6 точки Г и Р будут описывать концентрические дуги вдоль запирающей поверхности Н зуба 5, не затягивая механизм запирания и не стягивая створок 3, 4 между собой, но центр отверстия для оси вращения защелки в створке 4 никогда точно не будет совпадать с центром кривизны поверхности Н зуба 5, что при случайном взаиморасположении этих точек приведет к касанию защелкой 6 запирающей поверхности Н зуба 5 только одной поверхностью П или С только в одной точке.If the center of curvature of the locking surface H of the
Вышеперечисленные причины приводят к возникновению люфтов в замке и между створками и ударной работе гидроключа при вращении ротора 1, тем самым снижая ресурс работоспособности всего механизма.The above reasons lead to the appearance of backlashes in the lock and between the wings and the impact work of the hydraulic key during rotation of the rotor 1, thereby reducing the service life of the entire mechanism.
Таким образом, положение оси вращения защелки относительно центра кривизны запирающей поверхности зуба необходимо регулировать при сборке замка.Thus, the position of the axis of rotation of the latch relative to the center of curvature of the locking surface of the tooth must be adjusted when assembling the lock.
Необходимое для нормальной работы механизма запирания положение центра вращения защелки 6 относительно центра кривизны запирающей поверхности зуба 5 обеспечивается специальной осью 8, выполненной в виде эксцентрического вала, у которого ось одной части, установленной в створке 4, смещена относительно другой части, на которой установлена защелка 6, и предварительным смещением отверстия для установки этой оси в створке 4 относительно расчетной точки центра кривизны на запирающей поверхности зуба 5, таким образом, что при закрывании замка плоскость П защелки 6 должна коснуться поверхности Н зуба 5, после чего ось 8 необходимо повращать вокруг оси “а” в створке 4, смещая положение оси “в” до тех пор, пока защелка 6 не коснется поверхности Н зуба 5 своей второй запирающей плоскостью С, после чего по месту сверлятся отверстия с резьбой и устанавливаются стопорно-крепящие винты 12. Таким образом, защелка 6 устанавливается так, что в закрытом положении происходит касание защелки 6 с зубом 5 механизма запирания по обеим запирающим плоскостям П и С.The position of the center of rotation of the
При работе гидроключа возникают усилия, которые стремятся раскрыть створки 3 и 4, при этом со стороны зуба 5 на запирающие поверхности С и П защелки 6 действуют силы Nг и Np (см. фиг.5), имеющие направления от центра кривизны запирающей поверхности Н зуба 5 к соответствующим точкам касания Г и Р. При этом на защелку 6 действуют “скатывающие” силы, которые стремятся раскрыть механизм запирания. Раскрытию механизма запирания препятствуют силы трения в точках касания:During the operation of the hydraulic key, efforts arise that tend to open the
Nг тp.=Nг k2,Ng mp. = Ng k 2 ,
Np тp.=Np k2,Np tp. = Np k 2 ,
где k2 - коэффициент трения защелки по запирающей поверхности зуба.where k 2 is the coefficient of friction of the latch along the locking surface of the tooth.
В предложенной конструкции применены малые углы αг и αр, при которых выполняется условие tgα<k2 для каждой точки касания, при этом силы трения в точках касания будут нарастать быстрее, чем силы, раскрывающие механизм запирания при нарастании усилия раскрытия створок гидроключа, таким образом механизм запирания надежно фиксирует створки в сведенном положении, при этом тем надежнее, чем больше усилие, раскрывающее створки.In the proposed design, small angles αg and αr are applied at which the condition tgα <k 2 is satisfied for each touch point, while the friction forces at the touch points will increase faster than the forces that open the locking mechanism when the opening force of the hydraulic key flaps increases, thus the mechanism locking securely locks the sash in the reduced position, while the more reliable, the greater the force that opens the sash.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить эксплуатационную надежность ключа за счет надежной фиксации защелкой створок гидроключа в закрытом положении.Thus, the proposed technical solution allows to increase the operational reliability of the key due to the reliable fixation of the shutters of the hydraulic key in the closed position.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003116555/03A RU2243350C1 (en) | 2003-06-03 | 2003-06-03 | Universal hydraulic suspended pipe key |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003116555/03A RU2243350C1 (en) | 2003-06-03 | 2003-06-03 | Universal hydraulic suspended pipe key |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2243350C1 true RU2243350C1 (en) | 2004-12-27 |
| RU2003116555A RU2003116555A (en) | 2005-01-10 |
Family
ID=34388173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003116555/03A RU2243350C1 (en) | 2003-06-03 | 2003-06-03 | Universal hydraulic suspended pipe key |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2243350C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU188784U1 (en) * | 2018-09-26 | 2019-04-23 | Камышев Михаил Анатольевич | Hydraulic breaker |
-
2003
- 2003-06-03 RU RU2003116555/03A patent/RU2243350C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU188784U1 (en) * | 2018-09-26 | 2019-04-23 | Камышев Михаил Анатольевич | Hydraulic breaker |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003116555A (en) | 2005-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7506564B2 (en) | Gripping system for a tong | |
| US6330911B1 (en) | Tong | |
| US7762160B2 (en) | Power tong cage plate lock system | |
| US7621202B2 (en) | Method and apparatus for forming tubular connections | |
| CA2708877C (en) | Retention means for a seal boot used in a universal joint in a downhole motor driveshaft assembly | |
| US20030177870A1 (en) | High torque power tong | |
| EP2215325B1 (en) | Remotely operated single joint elevator | |
| US20030131987A1 (en) | Assembly for locking a polished rod in a pumping wellhead | |
| KR20060047743A (en) | High pressure closure | |
| CA2958541A1 (en) | An apparatus for sealing a bore, a system comprising the apparatus and a method for using the apparatus | |
| MX2012013843A (en) | Machine-actuated and removable safety closure with anti-rotation and machine-released holder. | |
| RU2243350C1 (en) | Universal hydraulic suspended pipe key | |
| EP3572614A1 (en) | Tubular handling tool | |
| WO2020094566A1 (en) | Elevator with independent articulation of certain jaws for lifting tubulars of various sizes | |
| CN113330183A (en) | Elevator for lifting tubular pieces of various sizes with tiltable housing | |
| EA030694B1 (en) | Manipulation tool and method of using same, and an adapter for use together with the manipulation tool | |
| RU2289672C2 (en) | All-purpose hydraulic suspended pipe wrench | |
| US6279426B1 (en) | Power tong with improved door latch | |
| US20170292308A1 (en) | Control System for Self Restoring Doors, Gates and Windows | |
| CA2550957C (en) | Power tong cage plate lock system | |
| RU2161692C2 (en) | Plant for bringing of ball cock on wellhead | |
| CA2615662A1 (en) | Valve operation | |
| RU2165003C1 (en) | Blowout prevention valve of casing-head stuffing box | |
| RU2684261C1 (en) | Wellhead rotary sealer | |
| US20230110604A1 (en) | Powered clamp closure mechanism |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20150526 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190604 |