Способ определения рациональных параметров трубных ключей

 

Использование: нефтяная промышленность , в частности техника спуско-подъемных операций, а именно расчеты трубных ключей для свинчивания-развинчивания. Сущность изобретения: существующий ключ с укороченной рукояткой наращивают дополнительной приставкой по длине плеча для обеспечения передачи необходимого крутящего момента и фиксируют ее шплинтом , пропущенным в отверстия рукоятки и приставки. При этом приводят в лабораторных условиях дополнительный графоаналитический расчет определения силовых параметров ключа и если нужно корректируют угол а наклона рукоятки к трубе с тем, чтобы обеспечивать надежность захвата ключом трубы для получения угла у отклонения силы реакции Pi, со стороны сухаря от нормали N к трубе равного или меньшего угла трения р. Параметры ключа Pi, Pa, yi, FI, 72, Р и Fa меняются в зависимости от изменения точек приложения силы Р к рукоятке ключа, т.е. от ее длины, а технический расчет ключа производится исходя из максимальных сил, действующих на него при ручной и механизированной работе. 5 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е 21 В 19/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4868261/03 (22) 21.09.90 (46) 23.01.93. Бюл, М 3 (71) Всесоюзный нефтяной научно-исследовательский институт по технике безопасности (72) Б,А.Кирш (56) Халилов А.А. Техника подземного ремонта нефтяных скважин. — Баку: Аз.гос.издат., 1974, с,109, рис.35 и 36.

Ланглебен М.Л, Оборудование и инструмент для подземного ремонта скважин.—

Л,: Гостоптехиздат, 1963. (54) С П 0 С 0 Б 0 П Р Е Д Е Л Е Н И Я P А Ц И 0НАЛ Ь HblX ПАРАМ ЕТРОВ ТРУБ Н ЫХ КЛ ЮЧЕЙ (57) Использование: нефтяная промышленность, в частности техника спуско-подъемных операций, а именно расчеты трубных ключей для свинчивания-развинчивания.

Сущность изобретения; существующий

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к технике спуско-подъемных операций, а именно к трубным ключам для свинчивания-развинчивания.

Известен трубный ключ КТН11/ 2 — 2 и для ручной работы. Ключ состоит из рукоят-. ки длиной 650 мм с сухарем, на которой установлен подпружиненный зев также с сухарем, Недостатком ключа является то, что он не рассчитан для работы с автоматами механизированного свинчивания-развинчивания, „„. Ы„„1789650 А1 ключ с укороченной рукояткой наращивают дополнительной приставкой по длине плеча для обеспечения передачи необходимого крутящего момента и фиксируют ее шплинтом, пропущенным в отверстия рукоятки и приставки. При этом приводят в лабораторных условиях дополнительный графоаналитический расчет определения силовых параметров ключа и если нужно корректируют угол а наклона рукоятки к трубе с тем, чтобы обеспечивать надежность захвата ключом трубы для получения угла у отклонения силы реакции Р1, со стороны сухаря от нормали N к трубе равного или меньшего угла трения р. Параметры ключа Р, Р2, у1, F1, Q, P и F2 меняются в зависимости от изменения точек приложения силы P к рукоятке ключа, т.е, от ее длины, а технический расчет ключа производится исходя из максимальных сил, действующих на него при ручной и механизированной работе. 5 ил, Известен трубный ключ КТА для работы с автоматами свинчивания-развинчивания типа АПР-2ВБ, состоящий из подпружиненной рукоятки длиной 180 — 190 мм по величине отстояния водила автомата от центра

170 мм, с сухарем, монтируемой в разъемном корпусе, одеваемом на тело трубы.

Ключ не предназначен для работы вручную из-за малости рукоятки и кинематически нерассчитанности его для этого, Известен способ расчета ключа, включающий в себя графаналитическое определение силовых параметров ключа в опытном производстве для работы от водила автома1789650 та АПР-2ВБ. Недостатком способа является то, что он не предназначен для наращива-. ния ключа приставкой по длине плеча для надежного обеспечения передачи необходимого крутящего момента при ручном свинчивании-развинчивании.

Цель изобретения состоит в обеспечении универсальности и надежности работы ключа как при ручном, так и при механизированном свинчивании в эксплуатационных условиях.

Цель достигается тем, что наращивают рукоятку ключа дополнительной приставкой по длине плеча для обеспечения передачи необходимого крутящего момента при ручном свинчивании и фиксируют ее. В лабораторных условиях для этого случая дополнительно производят графоаналитическое определение силовых параметров ключа с необходимой корректировкой угла а наклона рукоятки ключа к трубе для получения угла у отклонения силы реакции

Р1 со стороны сухаря от нормали N к трубе в данной точке касания равного или меньшего угла трения р, при этом проверяют гарантию передачи момента и при механизированном свинчивании до тех пор, пока в обеих случаях не будут обеспечены гарантированные условия передачи крутящего момента при минимальных нагрузках на сам ключ.

При этом исходят из оптимального угла трения р также определяемого экспериментально графоаналитическим путем.

На фиг,1 показано отклонение силы со стороны сухаря наращенной рукоятки ключа (угол y) от нормали-линия оа (нормальной силы О) в точке его касания с трубой, согласно которой определяется коэффициент треP ния (сцепления), равный отношению —., где

P — сдвигающая сила; на фиг.2 —. схема действия сил в ключе КТА; на фиг.3 — изменение угла а отклонения силы, действующей на сухарь от угла у оси рукоятки ключа КТА; на фиг.4 — показаны функциональные зависимости изменения параметров ключа от длины его рукоятки (плечо L приложения силы) для ключа КТА 1 /2" (передаваемый момент

M=1000; на фиг.5 — тоже для ключа КТА1" (передаваемый момент М=4500 Нм).

Для осуществления способа предварител ьного графоаналитическим исследованием для нескольких положений угла а, была установлена зависимость изменения угла у от угла а где а — угол наклона насеченной поверхности сухарей 1 к плоскости перпендикулярной оси рычага рукоятки 2.

Расчет проводится на ключе КТА. Исследования проводились к получению переменного угла у путем изменения угла а.

Передаваемый автоматом для свинчивания-развинчивания момент M=PAL брался из паспорта автомата, Зная М, можно определить силу, действующую на рукоятку

М

Pa= —.

Положение I (а= а1)

Рассматриваем условие равновесия рукоятки; на нее действуют три силы — со стороны трубы 3 — P> водила автомат Рд и оси поворота Рг.

Имея величину и направление силы РА, "5 задаваясь углом у (в первом приближении) получаем направление силы Р1, пересечение сил РА и Р1 дает нам точку 01, проведя прямую через 01 и центр оси поворота рукоятки Ог имеем направление силы Рг таким образом, можно определить величину Рг (сила трения в оси поворота из-за малости не учитывается).

Рассматриваем равновесие оставшейся части ключа (т,е. без учета рукоятки: один корпус 4 со створкой). На нее действует сила со стороны оси рукоятки Рг: — со стороны торца ключа по величине Рг по направлению 010г.

Для того, чтобы определить правильно

30 ли выбран уголу можем произвести проверку по вращающему моменту.

M= — (F1+F2), D

2 (1)

Для этого раскладываем силу Р2 íà Мг и

Рг; где Fz=P2tg рг, рг — угол трения гладких поверхностей, в данном случае стали по стали, вполне определенный и известный из литературных источников (не уточняется).

Если равенства (1) не получилось, зна40 чит угол а выбран неправильно: в случае если М> — (Р1+Рг), то значит у надо увелиD чить и наоборот.

Задаваясь близлежащим у (во втором

45 приближении) делаем новое построение, начиная с величины силы Рг и т.д. до тех пор пока не будет удовлетворено выражение равенства моментов (1).

Для облегчения построений можно исходить из того, что сила Рг, точка приложения которой к тыльной части ключа нам неизвестна, лежит на прямой касательной к только одной окружности, проведенной из центра ключа. Последняя может быть по55 строена как касательная к любой прямой, отклоненной от поверхности торца ключа на величину угла р2, Таким образом, сила Рг должна быть касательна к вышеуказанной окружности и

1789650

40 проходить через точку Oz. Из различных значений, при котором вышеуказанное условие будет удовлетворено, таким образом . на графике y =f(a ) и для него, получаем точку с координатами а ; у . 5

Положение 1I

Меняя угол а(ая) согласно вышеуказанному способу можно получить ), т.е. точку графика (ац, ун).

Положение 111, 10

Затем для ащ находим уц т.е. получаем третью точку (а и; уц ) и так далее .„, По найденным точкам строится кривая графика (рис.3), Однако получив семейство значений угла у — у ; уп; +II". yn еще необходимо установить какое из них равно коэффициенту сцепления что и делается ниже, Проведенные опытные исследования в 20

НПУ Орджоникидзнефть и 26-ти Бакинских комиссаров при переменном угле а, а следовательно, и так например брались а =0,385 рад (22 ) и до а = 0,29 рад (16 30 ) соответственно y1,==0 41 рад(24 ) и у2=0,325 рад (18 30 ). Установлено; при ye=0,325 рад (18 30 ) обеспечивается выражение у <р при этом проскальзывания ключа на трубе не наблюдалось, а при большем у < (24 ) в некоторых случаях наблюдалось у >р (в зависимости от поверхности трубы; коррозия шероховатость и т.д,), при этом в некоторых случаях ключ проскальзывал на трубе, Т.е. р =18 30 .

Формула изобретения

Способ определения рациональных параметров трубных ключей, включающий графоаналитическое определение силовых параметров ключа в опытном производстве, отличающийся тем, что, с целью обеспечения универсальности и надежности в работе ключа как при ручном, так и при механизированном свинчивании в эксплуатационных условиях, наращивают рукоятку ключа дополнительной приставкой по длине плеча для обеспечения передачи необходимого крутящего момента при ручном свинчивании и фиксируют ее, в лабораторных условиях для этого случая доПример 1. Свинчивание-развинчивание осуществлялось укороченной рукояткой с помощью АП P-2 В Б.

Выбирают угол ai, вариант наклона рукоятки 2 ключа при котором угол yl варианта равен углу трения (сцепления) — 18 30, строят графоаналитическим способом схему распределения сил согласно предыдущему рассуждению и проверяют на обеспечение вращения по формуле (1), которая должна обеспечить равенство моментов, Пример 2. Свинчивание производится вручную наращенной рукояткой дополнительной приставкой 6 с фиксацией ее шплинтом 7, пропущенным в отверстие рукоятки и приставки.

При угле al варианта производят графоаналитический пересчет из условия нового приложения сил. Так как согласно фиг.4 и 5 с изменением длины рукоятки силовые параметры ключа изменяются, то возможно, что угол у> варианта будет больше угла трения (сцепления), тогда корректируя угол а, добиваются, чтобы и для второго случая угол у был бы углу трения.

Производят также проверку 1-го примера на новый угол а и т.д. Все это производится в условиях опытно-экспериментального производства на заводе или стенде, Таким образом обеспечивается работа одним типоразмером ключа как при механизированном свинчивании-развинчивании, так и при ручном в эксплуатационных условиях,. полнительно производят графоаналитическое определение силовых параметров ключа с необходимостью корректировкой угла анаклона рукоятки ключа к трубе для получения угла у отклонения силы реакции со стороны сухаря от нормали N к трубе в данной точке касания, равного или меньшего угла трения р, при этом проверяют гарантию передачи момента и при механизированном свинчивании до тех пор пока в обеих случаях не будут обеспечены гарантирован н ые условия передачи крутя щего момента при минимальных нагрузках на сам ключ.

1789650

1789650

H шоов

9ОЕЕ

800И

70ИО бООЮ дЮО

40дО

ЮЯО

ГОЛ

100М

00 ЮЯ7 400 500 t., мк

2жаОО

ХО МЮ 5ДУ L,gyp

Редактор Т. Иванова

Заказ 333 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

22ОИ

ЙЮМ

Я7ЯО

1бОООО

ОООО

12ИХ

7ООООО

BOO_#_

И О

40_#_0

Фиг 5

Составитель Б, Кирш

Техред М.Моргентал Корректор С. Пекарь