Курсовая работа (т): Автоматизированный ключ буровой

быстрой замены элементов тормоза при их износе за счет применения сборочных узлов, не связанных с общей разборкой ключа.

Другими факторами, обеспечивающими технический результат, являются:

увеличение функциональных возможностей в части расширения диапазона диаметров применяемых труб, повышения крутящих моментов, возможности осуществления установки ключа в подвесном варианте, работы ключа как с ручной расстановкой труб, так и с установкой оснащенной АСП;

применение отдельного механизма подачи смазки на резьбовую часть ниппеля навинчиваемой трубы;

простота конструкции, ее обслуживание, сборка, наладка и разборка отдельных узлов за счет использования блочных элементов;

высокая взаимозаменяемость рабочих органов верхнего и нижнего трубозажимных устройств;

высокая технологичность и сравнительно низкая себестоимость изготовления.

Это позволяет сделать вывод о применении нетрадиционных решений при разработке ключа, о его новизне, высоком уровне конструкции, а возможность изготовления ключа в условиях машиностроительного предприятия не вызывает сомнения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, поясняются чертежами, где:

на Рис.4.1 - общий вид ключа в продольном разрезе;

на Рис.4.2 - вид нижнего корпуса по разрезу А-А;

на Рис.4.3 - вид верхнего корпуса по разрезу Б-Б;

Рисунок 4.1 - общий вид ключа в продольном разрезе: 7 - стакан; 10 - нижний опорный лист; 11 - верхний опорный лист; 13 - опоры; 16 - трубозажимное устройство; 21 - дюбель; 36 - опорные ролики; 37 - роторное колесо; 38 - шкив; 39 - тормозное устройство; 54 - зубчатая шестерня; 55 - цементирующий клапан; 56 - дифференциальный редуктор; 57 - быстроходный редуктор; 58 - гидромотор; 59 - корпус стола; 62 - гидроцилиндр; 65 - шестеренные блоки; 75 - муфта трубы; 76 - верхняя труба.

Рисунок 4.2 - вид нижнего корпуса по разрезу А-А: 9 - рама; 10 - нижний опорный лист; 12 - боковой лист; 14 - роторное колесо; 15 - копирная поверхность; 17 - обойма; 19 - роликовая опора; 20 - челюсть с плашкой; 21- дюбель; 22 - промежуточный блок; 23 - приводная шестерня; 25 - гидроцилиндр; 26 - скоба; 27 - раскрепление резьбы; 28 - площадка; 31 - кронштейн.

Рисунок 4.3 - вид верхнего корпуса по разрезу Б-Б: 6 - боковая откидная направляющая; 8 - выдвижной упор; 15 - копирная поверхность; 16 - трубозажимное устройство; 20 - челюсть с плашкой; 21 - дюбель; 24 - стакан; 26 - скоба; 32 - сварная рама; 33 - нижний опорный лист; 34 - верхний опорный лист; 35 - боковой лист; 37 - роторное колесо; 40 - промежуточный блок; 41 - промежуточный блок; 42 - приводная шестерня; 43 - скобообразная обойма; 44 - гидроцилиндр; 45 - тормозная колодка; 46,47 - выступы; 49 - механизм докрепления-раскрепления резьб; 50,51 - гидроцилиндры; 52,53 - рейки.

4.2 Авторское свидетельство № 2164464

Гидроприводной подвесной трубный ключ относится к устройствам для свинчивания и развинчивания обсадных труб нефтяного сортамента в процессе спуско-подъемных операций при бурении нефтяных и газовых скважин. Ключ содержит корпус с двумя откидывающимися створками. В корпусе расположено вращательное зажимное устройство, состоящее из ротора, рабочей и ценрирующих челюстей. На корпусе установлены гидрораспределитель, гидромотор. Тормозное устройство имеет ролик из упругого материала, установленный в центральной части рабочей челюсти и взаимодействующий с концевиками при смещении рукоятки гидрораспределителя. Концевики имеют наклонные грани и закреплены на внутренней стенке корпуса по обе стороны относительно ролика. Рабочая челюсть после накатывания ролика на грань концевика притормаживается и начинает перемещаться к трубе. При развинчивании труб ролик накатывается на грань другого концевика и рабочая челюсть притормаживается относительно ротора, что позволяет отойти рабочей челюсти от трубы. Использование изобретения позволит повысить производительность ключа и улучшить условия его эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что гидроприводной подвесной трубный ключ, содержащий корпус с двумя откидывающимися створками, вращательное зажимное устройство, расположенное в корпусе, состоящее из ротора, рабочей и центрирующих челюстей, тормозное устройство, гидромотор и гидрораспределитель, при этом тормозное устройство представляет собой ролик из упругого материала, который установлен в центральной части рабочей челюсти с возможностью взаимодействия с концевиками при смещении рукоятки гидрораспределителя, при этом концевики имеют наклонные грани и закреплены на внутренней стенке корпуса по обе стороны относительно ролика из упругого материала.

Заявляемая конструкция поясняется чертежом (Рис.4.4).

Рисунок 4.4 - Общий вид ключа (вид сверху - с раскрытыми створками): 1 - корпус; 2 - створки; 3 - замок; 4 - гидромотор; 5 - гидрораспределитель; 7 - центрирующая челюсть; 8 - рабочая челюсть.

4.3 Авторское свидетельство № 2328587

Изобретение относится к устройствам для завинчивания или развинчивания резьбовых соединений при бурении и ремонте скважин в нефтяной и газовой промышленности.

Задачей изобретения является повышение надежности работы ключа трубного.

Поставленная задача достигается тем, что в трубном ключе содержится корпус с размещенными в нем шестернями для передачи вращения к разрезной шестерни от центральной шестерни, гидромотор, планетарный редуктор, узел передачи вращения от гидромотора к планетарному редуктору, привод переключения передач, включающий связанный с осью рычаг переключения передач, гидрораспределитель с держателем, привод переключения гидрораспределителя с переключающей тягой, узел передачи вращения от гидромотора к планетарному редуктору включает переходной вал, отцентрированный подшипниками и распорными втулками относительно присоединительных поверхностей корпуса узла к гидромотору и планетарному редуктору, при этом переходный вал выполнен с рабочими поверхностями для передачи вращения при зацеплении от вала гидромотора сателлитам планетарного редуктора, а в корпусе ключа симметрично относительно разреза разрезной шестерни размещены две дополнительные шестерни, установленные с возможностью передачи постоянного вращения к разрезной шестерне от центральной шестерни, а для исключения износа крайних зубьев, разрезная шестерня выполнена со сменными зубчатыми элементами, при этом рычаг переключения передач связан с осью посредством профильного соединения, а гидрораспределитель закреплен на держателе с возможностью регулирования хода плунжера в одном направлении движения с переключающей тягой, при этом хвостовик закреплен непосредственно на корпусе ключа.

Предлагаемый ключ трубный иллюстрируется на Рис.4.5 - "Ключ трубный", основной вид.

Рисунок 4.5 - "Ключ трубный", основной вид: 1 - узел передачи вращения; 2 - гидромотор; 3 - планетарный редуктор; 13 - шестерня; 16 - дополнительная шестерня; 21 - ось; 22 - рычаг переключения передач; 28 - переключающая тяга; 29 - хвостовик.

4.4 Авторское свидетельство № 2224083

Использование: изобретение относится к области машиностроения, а именно к буровым ключам и может быть использовано в буровой технике для соединения бурильных и обсадных труб. Сущность изобретения: ключ содержит нижний корпус и верхний корпус со встроенными в них трубозажимными устройствами, сочлененные зацеплениями через шестерни общим валом с приводом. Нижний корпус и верхний корпус скреплены между собой откидными болтами и, в свою очередь, установлены на плите верхнего основания позиционера. Нижний корпус скреплен болтами с верхним основанием и зафиксирован фиксатором. Верхнее основание в нижней части имеет цилиндрический стакан, встроенный в стакан нижнего основания. Внутри цилиндрического стакана установлен гидроцилиндр, шток которого упирается в дно стакана нижнего основания. В стакан нижнего основания встроен фиксатор с педалью. В нижний корпус встроен реечный механизм, содержащий рейку и стопор. Использование изобретения позволяет упростить конструкцию, расширить функциональные возможности, улучшить эксплуатационные качества, повысить надежность и увеличить величины крутящего момента при свинчивании-развинчивании замковых соединений.

Предложенное изобретение направлено на сокращение времени замены захватных элементов верхнего и нижнего рабочих органов бурового ключа с одновременным обеспечением надежности узла при увеличении нагрузки на замковые соединения труб, а также на использование ключа для поворота всей буровой колонны при аварийных ситуациях или вращения обсадной колонны при ее спуске. Это достигается тем, что ключ для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений скважинных труб (в дальнейшем ключ) выполнен в виде, при котором в корпуса для привода трубозажимных устройств установлены промежуточные шестерни, сочлененные зацеплениями с приводными шестернями, имеющими общий технологический вал с зубчатым колесом быстроходной ступени привода, при этом позиционер снабжен механическим фиксатором от поворота и выполнен в виде нижнего основания с цилиндрической расточкой, верхнего основания с плитой и с нижней частью в виде цилиндрического стакана и гидроцилиндра, причем нижний корпус ключа установлен на плите верхнего основания позиционера, гидроцилиндр размещен внутри цилиндрического стакана, а последний встроен в цилиндрическую расточку нижнего основания позиционера.

В свою очередь верхний и нижний корпуса ключа соединены между собой откидными болтами, а нижний корпус скреплен болтовыми соединениями с верхним основанием позиционера и зафиксирован от поворота механическим фиксатором.

Кроме того, привод вращения верхней трубы, удержания от поворота нижней трубы, поворота верхнего корпуса относительно нижнего и поворота всего ключа относительно технологической оси позиционера выполнен с дифференциальной передачей и размещен на плите верхнего основания позиционера. Дополнительно в нижний корпус ключа встроен реечный механизм с механическим фиксатором для обеспечения вращения верхнего трубозажимного устройства и неподвижности нижнего трубозажимного устройства при включенном приводе.

Предлагаемая конструкция ключа обеспечивает:

надежность срабатывания замковых элементов трубозажимных устройств при свинчивании-развинчивании замковых соединений труб;

быструю замену трубозажимных устройств или их элементов при износе или переходе на другой типоразмер по диаметру скважинных труб за счет использования независимого поворота верхнего корпуса ключа относительно застопорного нижнего корпуса;

сборку-разборку свечей в шурфах при использовании совместного поворота верхнего и нижнего корпусов ключа относительно технологических осей;

простоту конструкции ключа, его обслуживания, сборку, наладку и разборку отдельных узлов за счет использования блочных элементов;

высокую взаимозаменяемость рабочих органов верхнего и нижнего трубозажимных устройств;

высокую технологичность и сравнительно низкую себестоимость изготовления;

отсутствие передачи высоких реактивных моментов механизмам позиционирования ключа.

На Рис.4.6 представлен общий вид ключа в разрезе

Рисунок 4.6 - Общий вид ключа в разрезе: 1 - корпус стопорного ключа; 2 - корпус вращателя; 3,4 - подшипниковые опоры; 5,6 - зубчатые колеса; 7,8 - механизмы захвата труб; 9,10 - промежуточные шестерни; 11,12 - приводные шестерни; 13 - вал; 14 - откидные болты; 15 - основание; 16 - позиционер; 17 - быстроходный редуктор; 18 - ведомая шестерня; 19 - гидропривод; 20 - болты; 21 - фиксатор; 22 - цилиндрический стакан; 23 - дно стакана; 24 - нижнее основание; 25 - гидроцилиндр; 26 - шток; 27 - механический фиксатор; 28 - педаль; 29 - реечный механизм; 32 - стопор.

5. Техническое решение

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано на буровых установках для механизации спускоподъемных операций при сборке или разборке бурильных и обсадных колонн.

Цель изобретения - увеличение функциональных возможностей работы ключа, сокращение времени замены захватных элементов верхних и нижних рабочих органов ключа и элементов тормозной системы с одновременным обеспечением надежности узлов при увеличении нагрузок на замковые соединения труб.

Ключ разделен на отдельные самостоятельные технологические узлы, содержит верхний и нижний корпуса, имеющие разъемы в передних частях и со встроенными в них зубчатыми роторными колесами, в которых размещены трубозажимные устройства; блоки зубчатых и промежуточных шестерен, общий привод для вращения и стопорения труб, содержащий дифференциальный и быстроходный редукторы с гидромоторами.

Наиболее распространенными ключами для свинчивания или развинчивания бурильных труб является автоматический буровой ключ типа АКБ с открытым зевом, оснащенный пневматическими приводами вращения верхней трубы и стопорения нижней трубы.

К недостаткам этих ключей следует отнести:

ограниченную возможность применения труб по диаметрам;

ограниченную возможность по величине передачи трубам крутящего момента при свинчивании или развинчивании;

обязательное наличие жестких направляющих потребных для гашения реактивных моментов при работе с раздельными приводами вращения и стопорения труб;

сложность конструкции, выраженная наличием приводов с многоступенчатой системой механической настройки крутящих моментов и частот вращения;

повышенные контактные и изгибающие напряжения на зубчатые элементы при передаче им высоких крутящих моментов, что приводит к увеличению габаритов, массы и уменьшению надежности работы ключа;

повышенная трудоемкость по обслуживанию ключа при замене захватных органов при переходе от одного диаметра труб на другой;

ограниченная возможность применения ключей на буровых установках, оснащенных автоматической системой подачи труб (АСП);

ограниченная возможность использования ключей при сборке компоновок и свечей.

Указанные проблемы стимулировали поиск новых технических решений.

Предложенное изобретение направлено: на исключение передачи реактивных моментов на внешние конструкции буровой установки; на увеличение функциональных возможностей работы ключа; на сокращение времени замены захватных элементов верхних и нижних рабочих органов ключа и элементов тормозной системы с одновременным обеспечением надежности узлов при увеличении нагрузок на замковые соединения труб.

Эта задача решается путем разделения на отдельные самостоятельные технологические узлы и включает:

верхний корпус со встроенным в нем устройством докрепления-раскрепления резьб, трубозажимным устройством, тормозным устройством и комплектом промежуточных зубчатых колес;

нижний корпус со встроенным в нем устройством докрепления-раскрепления резьб, трубозажимным устройством и комплектом промежуточных зубчатых колес;

привод вращения труб выполнен в виде общего для вращения и стопорения труб приводного блока, содержащего дифференциальный и быстроходный редукторы с гидромоторами;

позиционер, который выполнен с механизмами горизонтального и вертикального перемещения ключа;

механизм подачи смазки на резьбовую часть ниппеля навинчиваемой трубы.

При этом верхний корпус выполнен с возможностью его поворота относительно оси трубозажимного устройства и его подъема или опускания относительно нижнего корпуса, механизм вертикального перемещения позиционера ключа выполнен в виде двух самостоятельных узлов, включающий стол и нижнее основание, связанное со столом подвижной колонной со встроенным гидроцилиндром подъема стола, а нижний корпус, в свою очередь, снабжен выдвижными упорами для фиксации верхнего корпуса, двумя кронштейнами и четырьмя стяжками, скрепленными с двумя реечными скалками механизма горизонтального перемещения ключа позиционера, которые связаны через шестеренные блоки с гидроцилиндрами горизонтального перемещения, встроенными в корпус стола.

В свою очередь, тормозное устройство верхнего корпуса содержит шкив, четыре тормозные колодки и скобообразную обойму с размещенными в ней гидроцилиндрами прижима колодок к шкиву; при этом обойма в центральной части имеет зубчатый сектор, находящийся во взаимодействии через рейки и зубчатую шестерню с гидроцилиндрами докрепления-раскрепления резьб, от взаимодействия которых обратные реакции от привода вращения взаимно уничтожаются, а обойма, и через нее тормозной шкив, и трубозажимное устройство получают дополнительный крутящий момент, при этом ключ снабжен дополнительным механизмом докрепления-раскрепления резьб в нижнем корпусе, состоящим из двух гидроцилиндров, связанных штоками с роторным колесом, а корпусами через шарниры с нижним корпусом ключа, а реактивные моменты от приводного блока и действия гидроцилиндров направлены друг к другу с противоположными знаками. Дополнительно на тормозное устройство верхнего корпуса установлен механизм подачи технологической смазки на резьбовую часть ниппеля навинчиваемой трубы, который содержит основание с радиально размещенными пазами, в которые встроены корпуса блоков с форсунками, имеющие возможность радиального перемещения, при этом каждый корпус выполнен с цилиндрической расточкой, в которую встроен шприцевый механизм, состоящий из золотника с поршнем и пружины.