Бандаж для соединения труб

 

Полезная модель относится к буровому оборудованию и может быть использована в узлах системы верхнего привода для бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин. Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в обеспечении универсальности устройства за счет возможности его применения для соединения труб без изменения первоначального профиля поверхности труб, кроме того, в обеспечении удобства монтажа, а также к повышению надежности и прочности соединения труб (в особенности, резьбового соединения) за счет усилия, дополнительно прижимающего бандаж к поверхности труб. Бандаж для соединения труб содержит разъемную втулку, предназначенную для охвата труб при расположении ее краев на одинаковом расстоянии от границы соединения труб, при этом внутренняя поверхность втулки выполнена профильной с равномерным распределением в радиальной плоскости участков цилиндрической поверхности и участков, выполненных в виде вертикальных проточек, наружная поверхность разъемной втулки выполнена конической с уклоном от средней части к противоположным краям с образованием соответственно верхней и нижней плечевых поверхностей. Бандаж снабжен двумя фланцами, внутренняя поверхность которых выполнена конической аналогично наклону плечевых поверхностей втулки, фланцы надеты на втулку сверху и снизу, при этом соотношение высоты фланцев и втулки выбрано из условия обеспечения зазора между фланцами, в проточках закреплены твердосплавные вставки, рабочая поверхность которых, обращенная в полость втулки, выполнена с зубцами и/или выступами, расположенными заподлицо с внутренней поверхностью втулки, фланцы стянуты соединительными элементами для обеспечения внедрения зубцов в поверхность труб. В каждой вертикальной проточке по ее высоте расположены две идентичные вставки, прикрепленные к плашке на расстоянии, обеспечивающим винтовое соединение данной плашки с внутренней поверхностью втулки, причем твердость материала плашки ниже твердости материала вставок. Фланцы стянуты посредством болтов. 1 н.п., 2 з.п. ф-лы, 3 илл.

Полезная модель относится к буровому оборудованию и может быть использована в узлах системы верхнего привода для бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин.

Известен патент US 4981180 (МПК Е21В 3/00), в котором описано техническое решение зажимного механизма (в технике иначе называемого бандажом) для использования замкового соединения труб системы верхнего привода, препятствующее непреднамеренному разъединению указанных труб. Бандаж содержит разъемную втулку, предназначенную для охвата соединения труб при расположении ее краев на одинаковом расстоянии от границы соединения труб. Втулка выполнена из двух частей, соединенных винтами. Внутренняя поверхность разъемной втулки выполнена профильной с равномерным распределением в радиальной плоскости участков поверхности, прилегающих к поверхности труб и участков, выполненных в виде вертикальных проточек. При этом наружная поверхность соединения труб на участке, предназначенном для охвата втулкой, выполнена ответной внутренней поверхности втулки, так, в проточках втулки при монтаже располагаются ребра (или шлицы), выполненные на поверхности труб.

В соответствии с определением, приведенным в Большой советской энциклопедии он-лайн (http://slovari.yandex.ru/dict/bse): «Бандаж в технике, стальное кольцо или пояс, надеваемый на части машин или конструкций для увеличения их прочности или уменьшения износа». Таким образом, технический перевод термина «locking means» из описания к патенту US 4981180 означает «затягивающее средство», что отвечает назначению бандажа.

Данное техническое решение, выполняя функцию средства, препятствующего непреднамеренному раскреплению резьбы соединенных труб, имеет ряд недостатков.

Решая задачу охвата труб, соединенных с помощью резьбового соединения, известный бандаж не создает гарантию момента затяжки резьбового соединения, положительно влияющего на эксплуатационную надежность соединения труб. Так, при недостаточном усилии затяжки резьбового соединения труб или, напротив, при увеличении момента затяжки резьбового соединения наличие бандажа лишь фиксирует существующее положение резьбового соединения.

К недостаткам известного решения относится также фактор снижения прочности соединения из-за того, что сечение соединения труб ослаблено как наличием резьбы замкового соединения, так и наличием шлицов. Ввиду того, что система верхнего привода подвергается воздействию больших знакопеременных нагрузок, то ослабление сечения может привести к снижению надежности соединения труб, охватываемых бандажом.

Кроме того, бандаж не является универсальным, т.к. его применение возможно только на соединение труб, прошедших предварительную обработку по выполнению ответного профиля поверхности, причем при соединении труб в радиальной плоскости, проходящей по границе соединенных труб профиль должен совпадать. В противном случае втулка не может быть установлена на соединении труб, следовательно, бандаж не сможет выполнять свою функцию. Данное обстоятельство свидетельствует о неудобстве монтажа.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается:

- в обеспечении универсальности устройства за счет возможности его применения для соединения труб без изменения первоначального профиля поверхности труб;

- в обеспечении удобства монтажа;

- в повышении надежности и прочности соединения труб (в особенности, резьбового соединения) за счет усилия, дополнительно прижимающего бандаж к поверхности труб.

Поставленная задача решается тем, что в бандаже для соединения труб, содержащем разъемную втулку, предназначенную для охвата труб при расположении ее краев на одинаковом расстоянии от границы соединения труб, при этом внутренняя поверхность втулки выполнена профильной с равномерным чередованием в радиальной плоскости участков цилиндрической поверхности и участков, выполненных в виде вертикальных проточек, согласно полезной модели - наружная поверхность разъемной втулки выполнена конической с уклоном от средней части к противоположным краям с образованием соответственно верхней и нижней плечевых поверхностей, при этом бандаж снабжен двумя фланцами, внутренняя поверхность которых выполнена конической аналогично наклону плечевых поверхностей втулки, фланцы надеты на втулку сверху и снизу, причем соотношение высоты фланцев и втулки выбрано из условия обеспечения зазора между фланцами, в вертикальных проточках закреплены твердосплавные вставки, рабочая поверхность которых, обращенная в полость втулки, выполнена с зубцами и/или с выступами, расположенными заподлицо с внутренней поверхностью втулки, фланцы стянуты соединительными элементами для обеспечения внедрения зубцов и/или выступов в поверхность труб.

В заявляемой полезной модели в каждой вертикальной проточке по ее высоте расположены две идентичные вставки, прикрепленные к плашке на расстоянии, обеспечивающим винтовое соединение данной плашки с внутренней поверхностью втулки, причем твердость материала плашки ниже твердости материала вставок.

В заявляемой полезной модели фланцы стянуты посредством болтов.

Сущность полезной модели поясняется следующим образом.

Универсальность полезной модели обеспечивается тем, что внутренняя поверхность разъемной втулки выполнена с проточками, предназначенными для расположения твердосплавных вставок. Закрепление твердосплавных вставок в проточках приводит к изменению профиля внутренней поверхности втулки. Причем выполнение рабочей поверхности вставок с зубцами и/или выступами, обращенными в полость втулки и расположенными заподлицо с внутренней поверхностью втулки, обеспечивает прилегание как цилиндрических участков внутренней поверхности втулки к поверхности труб, так и примыкание к указанной поверхности зубцов (или выступов). Следовательно, разъемная втулка со вставками может быть применима для охвата соединения труб без изменения профиля последних, что свидетельствует об удобстве монтажа заявляемого устройства.

Выполнение вставок с зубцами и/или выступами из твердосплавного материала предопределяет возможность их внедрения в поверхность труб при выполнении некоторых условий.

Одним из них является соотношение твердости материала вставок и материала труб. Так, при твердости материала вставок превосходящей твердость материала труб, становится возможным обеспечить внедрение зубцов или выступов в поверхность труб, создавая зацепление зубцов или выступов с возникающими (при внедрении) ответными углублениями на поверхности труб.

Другое условие заключается в обеспечении дополнительного усилия прижима, воздействующего на втулку со вставками, благодаря которому происходит внедрение зубцов или выступов в поверхность труб. Для создания усилия прижима контактирующие поверхности втулки и фланцев выполнены ответными. Так, наружная поверхность втулки выполнена конической с уклоном от средней части к противоположным краям с образованием верхней и нижней плечевых поверхностей. Соответственно внутренняя поверхность фланцев выполнена конической с таким же наклоном как и у плечевых поверхностей втулки. При стягивании фланцев, надетых на втулку сверху и снизу втулки до упора в соответствующую плечевую (конусную) поверхность втулки (при обеспечении зазора между фланцами), усилие прижима передается через контактирующие конусные поверхности и «заставляет» зубцы вставок внедряться (вдавливаться) в тело соединенных труб тем самым, создавая зацепление, препятствующее раскреплению резьбового соединения труб.

Таким образом, заявляемый бандаж, предназначенный для установки на поверхность соединенных труб, например, с помощью резьбового соединения, обладая свойством универсальности, способен не только фиксировать данное соединение, препятствуя непреднамеренному раскреплению соединения, но и при его применении повышает надежность соединения труб за счет усилия, дополнительно прижимающего втулку к поверхности труб с обеспечением зацепления с поверхностью труб.

Соотношение высоты фланцев и втулки выбрано из условия обеспечения зазора между фланцами.

Для возможности закрепления твердосплавных вставок в проточках технологично в каждой проточке по ее высоте располагать две идентичных вставки, прикрепленные к плашке на расстоянии, обеспечивающим винтовое соединение данной плашки с внутренней поверхностью втулки. Дополнительный элемент в виде плашки, выполненный из материала, твердость которого ниже твердости материала вставок, позволяет легко выполнить отверстие в плашке и с помощью винтового соединения закрепить плашку с вставками к внутренней поверхности втулки.

Эти и другие особенности заявляемой полезной модели поясняются с помощью чертежей.

На фигуре 1 изображен общий вид бандажа, предназначенного для соединения труб, в качестве которых выбран ствол верхнего привода буровой установки, на фигуре 2 изображен вид сверху, на фигуре 3 - разрез А-А, на котором показаны вставки из твердосплавного материала.

Бандаж предназначен для установки на стык соединения трубчатых деталей ствола системы верхнего привода буровой установки, а именно: для соединения переходного переводника 1 и шарового крана 2, а также шарового крана и ствола вертлюга редуктора (на чертеже не показано).

Бандаж состоит из разъемной втулки 3 с вставками в виде пластин 4, двух фланцев 5, соединительных деталей 6, стягивающих фланцы 5.

Втулка 3 выполнена виде двух полуколец, на внутренней поверхности каждого из них выполнены по две проточки 7, расположенные таким образом, что при соединении полуколец проточки 7 равномерно распределены в радиальной плоскости.

В проточках 7 закреплены по две идентичные вставки 4, выполненных из твердосплавного материала. Вставки 4 приварены к плашке 8 на некотором расстоянии, которое предназначено для размещения винта 9, присоединяющего плашку 8 с вставками 4 к внутренней поверхности втулки 3 в соответствующей проточке 7.

На рабочей поверхности пластин 4 выполнены зубцы 10, предназначенные для внедрения в поверхность трубчатых элементов 1 и 2. Для обеспечения внедрения зубцов 10 в поверхность трубчатых элементов 1 и 2 для изготовления пластин 4 с зубцами 10 выбран твердосплавной материал ВК - 15, твердость HRA86.

Указанные выше трубчатые элементы изготавливаются из стали марки 340ХН1М, твердость которой ниже, чем твердость пластин 4. Таким образом, при воздействии усилия, прижимающего втулку 3 к поверхности трубчатых элементов 1 и 2 зубцы способны внедриться в тело упомянутых трубчатых элементов.

Для точности и удобства установки втулки 3 с расположением ее плоских краев на одинаковом расстоянии от стыка соединяемых трубчатых элементов 1 и 2 на краю втулки 3 выполнен выступ 11, обращенный в полость втулки 3, а на поверхности трубчатого элемента 1 соответственно горизонтальная проточка 12.

Наружная поверхность втулки 3 выполнена конической с уклоном от средней части 13, которая может быть выполнена цилиндрической, к противоположным плоским краям 14 втулки 3.

Внутренняя поверхность фланцев 5 выполнена конической с наклоном аналогичным наклону соответствующей поверхности втулки 3. Фланцы выполнены 5 с отверстиями для установки соединительных элементов - болтов, стягивающих фланцы 15 при монтаже бандажа.

Устройство работает следующим образом.

На поверхности соединенных трубчатых элементов установлена разъемная втулка 3 с расположением ее краев на равном расстоянии от границ соединенных трубчатых элементов 1 и 2.

Фланцы 5 надеты на втулку 3 сверху и снизу до упора в коническую поверхность, ограниченную цилиндрической средней частью 13 втулки 3. Причем для удобства монтажа фланцы 5 также могут быть выполнены разъемными.

При завинчивании болтов 15 фланцы 5 оказываются стянутыми, в это время втулка 3 плотно прижата к поверхности трубчатых элементов 1 и 2, а зубцы 10 оказываются внедренными в тело трубчатых элементов 1 и 2.

При работе в экстремальных условиях со знакопеременной нагрузкой заявляемое устройство надежно предотвращает раскрепление резьбового соединения труб или трубчатых элементов благодаря фиксации резьбового соединения и действию усилия, гарантирующего момент затяжки резьбового соединения труб или трубчатых элементов.

Дополнительным преимуществом полезной модели является то обстоятельство, что при необходимости бандаж может применяться не только для резьбового соединения труб, но и для любого иного соединения для предотвращения раскрепления выбранного соединения.

1. Бандаж для соединения труб, содержащий разъемную втулку, предназначенную для охвата труб при расположении ее краев на одинаковом расстоянии от границы соединения труб, при этом внутренняя поверхность втулки выполнена профильной с равномерным чередованием в радиальной плоскости участков цилиндрической поверхности и участков, выполненных в виде вертикальных проточек, отличающийся тем, что наружная поверхность разъемной втулки выполнена конической с уклоном от средней части к противоположным краям с образованием соответственно верхней и нижней плечевых поверхностей, при этом бандаж снабжен двумя фланцами, внутренняя поверхность которых выполнена конической аналогично наклону плечевых поверхностей втулки, фланцы надеты на втулку сверху и снизу, причем соотношение высоты фланцев и втулки выбрано из условия обеспечения зазора между фланцами, в вертикальных проточках закреплены твердосплавные вставки, рабочая поверхность которых, обращенная в полость втулки, выполнена с зубцами и/или с выступами, расположенными заподлицо с внутренней поверхностью втулки, фланцы стянуты соединительными элементами для обеспечения внедрения зубцов и/или выступов в поверхность труб.

2. Бандаж для соединения труб по п.1, отличающийся тем, что в каждой вертикальной проточке по ее высоте расположены две идентичные вставки, прикрепленные к плашке на расстоянии, обеспечивающим винтовое соединение данной плашки с внутренней поверхностью втулки, причем твердость материала плашки ниже твердости материала вставок.

3. Бандаж для соединения труб по п.1, отличающийся тем, что фланцы стянуты посредством болтового соединения.



 

Наверх