用于扭矩钳的旋转的装置和方法 |
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| 申请号 | CN201080030655.3 | 申请日 | 2010-06-16 | 公开(公告)号 | CN102482924A | 公开(公告)日 | 2012-05-30 |
| 申请人 | 阿克MH股份有限公司; | 发明人 | 伯恩特·奥拉夫·霍伦; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种用于 扭矩 钳(16)的旋转的装置，所述扭矩钳具有沿直径相对的至少两个圆弧形 片段 (16a，b)和用于夹持大致垂直于扭矩钳的径向平面的管的夹持装置(17)。对每个片段(16a，b)提供至少一个细长挠性驱动元件(18a-d)且所述细长挠性驱动元件与所述片段抵接，所述细长挠性驱动元件操作地连接至 支撑 单元(24a-d)和用于分别移动驱动元件(18a-d)的装置(26a，b、28a-d、30a，b)，使得扭矩钳在径向平面上旋转。每个驱动元件(18a-d)在其第一端和第二端附接至相应的固定部分(22)并且进一步包括接合部分(19a-d)，所述接合部分与片段(16a，b)接合和/或抵接。通过实施所述运动元件中第一运动元件(26a)的直线运动、并且同时在与第一移动元件移动方向相反且大致与之平行的方向上实施所述移动元件中第二移动元件(26b)的直线运动而执行扭矩钳(16)的旋转。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于扭矩钳(16)的旋转的装置，所述扭矩钳具有至少一个圆弧形片段(16a，b)和用于夹持基本垂直地位于所述扭矩钳的径向平面上的管的夹持装置(17)，其特征在于，对于至少一个片段(16a，b)设置有至少一个细长挠性驱动元件(18a-d)且所述至少一个细长挠性驱动元件抵接至所述至少一个片段，所述至少一个细长挠性驱动元件可操作地连接至支撑单元(24a-d)以及用于所述至少一个驱动元件(18a-d)的移动的装置(26a，b、28a-d、30a，b)，以使得所述扭矩钳在所述径向平面中旋转。 |
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| 说明书全文 | 用于扭矩钳的旋转的装置和方法背景技术[0002] 当组装或拆卸那些降至或下降至地表以下的井中的管柱(例如为了开采石油)时，通常使用被称为动力大钳或扭矩钳将管长度连接至管柱或从管柱分离管长度。通常的配置是上部管部分由夹持装置操纵和夹持，而位于下面的管部分借助可旋转的扭矩钳旋转。另一种配置是管柱由第一动力大钳和/或钻台中的卡瓦(slip)夹持，而可旋转的扭矩钳使上方的管件旋转必要扭矩。可旋转扭矩钳设置有夹爪，以便于夹持住位于扭矩钳中心的管，从而当扭矩钳旋转时，管件也会沿其纵向轴线旋转。换句话说，扭矩钳的旋转轴线与管件的纵向轴线基本重合。 [0003] 钻井领域的发展，例如与定向钻井相联系，需要更高的扭矩和更大的旋转角，例如60°-90°。使管经受的扭矩比之前更大的更大功率钻机(例如被称为顶驱动)导致需要这样的旋转式钳，所述旋转式钳能够在连接(“装配”)和断开(“卸开”)时应付相对较高的扭矩。 [0004] 许多已知的扭矩钳能执行的旋转范围为30°-45°。如果在使用此类扭矩钳时需要进一步旋转管的话，则必须从夹爪中释放管，使扭矩钳旋转回初始位置，并且重复旋转。必须重复该操作两或三次，这不但耗费时间而且增加出现误差和损坏的风险。 [0005] 已知的扭矩钳具有直接使钳旋转的液压缸。它依据液压缸的推或拉产生不同的力，这使得难于实现精确的扭矩控制且可能出现功率失衡现象(picture)。在大角度旋转时在几何学上很难控制，从而很难控制扭矩。通常通过测量液压缸中的液压，以及液压缸的冲程长度(由传感器测得)而计算扭矩。使用这种类型的扭矩钳也需要具有传感器以显示液压缸的末端冲程，可以防止末端冲程由于扭矩的增大而变得混乱。已知的解决方法需要径向支撑。这使得摩擦增加，导致钳扭矩的损耗，并且很难显示或测量钳扭矩损耗的程度。在一些情况下，摩擦也会随扭矩而变化。 [0006] 因此需要一种与现有技术相比能旋转更大角度的钳，从而能够在一个操作中使用足够的扭矩将管拧合在一起，而不需要采取新的夹持。还需要一种可旋转钳，它能提供恒力，而不像现有技术中那样需要传感器等计算扭矩或力。 发明内容[0007] 本发明的目的在于补救或减少现有技术缺点中的至少一个。 [0009] 根据本发明提供了一种用于扭矩钳的旋转的装置，所述扭矩钳具有至少一个圆弧形片段、以及用于夹持基本垂直地位于扭矩钳的径向平面上的管的夹持装置，其特征在于，至少一个细长挠性驱动元件设置于至少一个片段且抵接至所述至少一个片段，所述至少一个细长挠性驱动元件可操作地连接至支撑单元、以及用于至少一个驱动元件的移动的装置，以使得扭矩钳在径向平面中旋转。 [0010] 在本发明的一个实施例中，提供了一种用于扭矩钳的旋转的装置，所述扭矩钳具有至少两个沿直径方向相对的圆弧形片段，以及夹持装置，用于夹持基本垂直于扭矩钳的径向平面的管，其特征在于，至少一个细长挠性驱动元件设置于至少一个片段且抵接至所述至少一个片段，所述至少一个细长挠性驱动元件可操作地连接至支撑单元、以及用于至少一个驱动元件的移动的装置，以使得扭矩钳在径向平面中旋转。 [0011] 优选地，单个驱动元件在第一和第二端处附接至相应的固定部分并且进一步包括与一个片段接合和/或抵接的接合部分。 [0012] 在优选实施例中，用于单个驱动元件的支撑单元包括旋转地安装在相应的接合部分每个端部的区域中的一对第一支撑单元。 [0013] 用于单个驱动元件的移动的装置优选包括旋转地安装在相应移动元件上的一对第二支撑单元，移动元件布置成用于在扭矩钳的径向平面中直线移动，并且其中位于一个第一支撑单元与相应的固定部分之间的驱动元件的一部分安装在相应的第二支撑单元上。 [0014] 在一个实施例中，移动元件包括滑动地安装在一杆上的气缸外壳，所述杆的第一端和第二端附接至相应的紧固件并且其中在外壳的内部室中的杆上设置有已知类型的气缸活塞，所述气缸活塞具有相对指向的活塞区域，使得当液压流体在活塞的一侧或另一侧供给至所述室时气缸外壳沿所述杆可移动。 [0015] 在一个实施例中，扭矩钳包括所述径向平面中的大致为圆形的主体，以及用于插入由夹持装置夹持的管的开口。 [0016] 在一个实施例中，第一组驱动元件分配至第一片段并且第二组驱动元件被分配至第二片段，其中每组中的驱动元件以一个位于另一个之上的方式布置且在扭矩钳的径向平面中可移动。 [0017] 在一个实施例中，单个驱动元件在扭矩钳上的附接点处附接至各自的部分，其中当扭矩钳位于中心位置时，所述附接点位于所述片段的所述端部之间的中间部分。 [0018] 驱动元件可包括在附接点固定至所述钳的提升链。优选地，扭矩钳在轴向上由板支撑，优选通过摩擦减少装置由板支撑。 [0019] 优选地，支撑单元旋转地附接至板，单个驱动元件的固定部分固定至板并且用于气缸杆的紧固件附接至板。 [0020] 根据本发明也提供一种用于扭矩钳的旋转的方法，其特征在于，执行所述移动元件中第一移动元件的直线运动，并且同时在与第一移动元件的移动方向相反并且大致平行于第一移动元件的移动执行所述移动元件中第二移动元件的直线运动。 [0021] 通过根据本发明的扭矩钳，除了能比之前的现有技术处理更大扭矩外，还在一次旋转中可获得范围在60°-90°的旋转角。 [0022] 由于扭矩钳的几何学和支撑单元及移动装置的相关定位，获得可预测的以及功率平衡的现象，而不需要用于监控和/或测量旋转期间作用在钳上的扭矩或力的传感器等。链附接至扭矩钳的圆弧形片段上的抵接表面的方式导致钳朝向其中心被引导并旋转固定于其中心。 [0024] 现将参考附图描述本发明的一个实施例，其中相同部分用相同的附图标记表示，并且其中： [0025] 图1是安装在支撑支架上的根据本发明的扭矩钳实施例的透视图； [0026] 图2是图1示出的扭矩钳的透视图，其中移除了顶盖并且扭矩钳处于中间或中心位置； [0027] 图3示出了从上方看的图2示出的扭矩钳； [0028] 图4示出了图3示出的扭矩钳，其中扭矩钳在第一偏转位置； [0029] 图5示出了图3示出的扭矩钳，其中扭矩钳在第二偏转位置；以及[0030] 图6示出了从一侧看过去的移动元件实施例的截面图。 [0031] 图7示出了如图3示出的扭矩钳的第二实施例。 具体实施方式[0032] 图1示出了安装在工具单元4中的扭矩钳16，该工具单元由固定到支架2的结构8支撑。夹持单元6也固定至支架2，用于在扭矩钳执行旋转运动时操纵和夹持管件，从而旋紧或旋开第二管件。 [0033] 在示出的实施例中，工具单元4包括盖12、14和搁置在支撑结构8上的板10。支撑结构8、板10和扭矩钳16都设置有合适的开口8’、10’、16’，用于将管插入至扭矩钳的中心，在扭矩钳的中心处管由已知类型的夹持装置(例如可活动卡爪17等)夹持。本领域的技术人员应当理解的是，在附图中未示出近似竖直地插入图1中装置的管，因为管是公知的。然而，从图1中应当理解的是，当管在扭矩钳16的适当位置且由夹持装置夹持时，管的纵向轴线将大致与扭矩钳的旋转轴线一致，即大致垂直于扭矩钳的旋转平面。 [0034] 图2中更详细地示出了工具单元4。此处为更好地示出旋转装置而移除了盖12、14。还参考图3，在示出的实施例中扭矩钳16包括圆形主体，其具有中心开口16’以及可移动的夹爪17(以收缩状态示出)。扭矩钳16优选支撑在板10上，优选通过减小摩擦元件或本身类型已知的装置(未示出)支撑在板10上。一些实例为确保低摩擦轴向支撑的滚轴、滚珠或滑垫。 [0035] 在一个实施例中，扭矩钳包括沿直径相对的一对圆弧形片段16a、b，一条或多条链18a-d相对于每个圆弧形片段固定。每条链18a-d的在任何时候均与扭矩钳的相应片段16a，b相抵接和/或接合的部分在以下将被称为链的接合部分。此类接合部分在图中由附图标记19a-d示出。 [0036] 在示出的实施例中，相对于每个片段均设置有两条链。图2和图3示出了分配至第一片段16a的第一套链18a，b，以及分配至第二片段16b的第二套链18c，d。如图2所示，每套中的一条链布置在同一套中第二链的上方。 [0037] 在实际实施例中通过合适的调节螺栓将每条链18a-d的两端附接至相应的固定部分22，所述固定部分连接至板10。 [0038] 在板10上，在接合部分19a，b端部的区域中，可旋转支撑单元24a-d布置在随后提到的第一转轮中。第一转轮24a-d在扭矩钳的旋转平面内可旋转并且设置为成对地使得它们的各自链18a-d保持接合和/或附接至相应的扭矩钳16。从而第一转轮关于扭矩钳的位置为各自链相对于相应的片段16a，b限定了以上说明的接合部分19a-c。 [0039] 如图所示，每条链18a-d在到达各自的固定部分22前环绕在各自的第一转轮对24a-d上延伸，然后延伸至第二转轮28a-d上，所述第二转轮旋转地成对安装在移动元件 26a，b上。 [0040] 如图所示，例如在图2和图3中，第一转轮24a-d安装在板10上并且移动元件26a、b上的第二转轮28a-d使得链的方向在每个接合部分19a-d的末端与各自的固定部分22之间倒转两次。作为实例，图2和图3示出了附图标记为18a的链如何围绕附图标记为24a的一对第一转轮延伸，然后在附图标记为28a的一对第二转轮上延伸。为清楚说明，在图中未示出所有的转轮对，例如未示出用于链18b，d的转轮对。 [0041] 由于每条链在每个端部牢固地固定并以此种方式布置在转轮上，在移动元件26a，b上的第二转轮28a-d上获得1∶2的齿数比。这意味着移动元件26a，b必须移动的距离为片段16a，b上的一个点所需移动的距离的一半。这使得移动元件所需的冲程长度减半，导致扭矩钳16和工具单元4所需的空间的减少。 [0042] 在示出的实施例中，移动元件26a，b包括气缸外壳26a，b，所述气缸外壳可滑动地安装在具有第一端30a，b的贯穿气缸杆上。在示出的实施例中，气缸外壳是已知类型的用于液压操作的无差别(线性)气缸。本领域的技术人员应当理解的是，参考图6，此类气缸包括贯穿杆，该贯穿杆具有各自端部30a，b并且具有位于气缸外壳内部的带有活塞表面32a、32b的固定活塞。公知，在活塞的两侧具有相等活塞区域的这种结构将给出相同的功率，不论活塞压力施加在哪一侧上。 [0043] 在所述的实施例中，气缸杆的第一端30a和第二端30b附接至相应的固定部分31，所述固定部分附接至板10。未示出液压联轴器，因为它们为本领域技术人员熟知，但应清楚的是当液压施加在气缸外壳26a，b内部的活塞的一侧32a或另一侧32b时，实际的各自气缸外壳26a，b将在固定杆上移动。 [0044] 如上所述的，在示出的实施例中，两条链相对于每个部分布置。链位于两个平面，即，位于旋转式气缸的外壳26a，b和杆30a，d的上方和下方这个事实意味着这些部件将不会遭受任何弯矩。 [0045] 每条链18a-d优选通过相应的附接部分20连接至扭矩钳16，从而确保在链与扭矩钳之间的固定连接。如图3所示，当扭矩钳处于中立或中心位置时，附接点20大致位于每个圆弧形片段16a，b的中间。如图4和图5所示，扭矩钳16的旋转将使得附接点20的位置相对于相应的附接部分移动。 [0046] 图3也示出了实际的解决方法，每条链18a-d可包括两条链部分，它们在附接点20处相互连接，从而在功能上形成一条链。 [0047] 图1-3示出了在中心位置的扭矩钳和相关旋转式装置，它们通常会在将管插入扭矩钳开口16’和从扭矩钳开口16’中将管抽出时出现。气缸外壳26a，b均位于中心位置中。 [0048] 图4示出了扭矩钳从中心位置在一个方向上(本示例中为向左)的最大的偏转位置。第一气缸外壳26a设置在一个极限位置中并且第二气缸外壳26b设置在与第一气缸外壳26a的极限位置相反的一个极限位置。两个气缸外壳从图3中的中心位置至图4中的偏转位置的移动使得扭矩钳从中心位置旋转至第一偏转位置。 [0049] 图5以相似地方式示出了扭矩钳从中心位置在另一个方向上(在该示例下为向右)的最大第二偏转位置，即与图4示出的相反位置。此处气缸外壳26a，b移动至与图4中示出的位置相反的最大位置。 [0050] 本领域技术人员应当理解的是，扭矩钳16没有必要如附图中示出的为圆形，但任何时候(当旋转扭矩钳时)必须至少包括沿直径方向相反的圆弧形片段16a，b，用于与相应的链18a-d接合，从而确保在旋转时扭矩钳总朝向其旋转中心被引导。 [0051] 从图4和图5中可以看出沿直径方向相反的圆弧形片段16a，b以及各自邻近的接合部分19a，c(19b，d被遮挡)已以与扭矩钳的旋转相对应的方式旋转，但以如下方式旋转，所述方式使得片段16a，b和接合部分19a，c均由相应的转轮组24a，b定界。原理在于每对中的转轮之间的距离对于钳能旋转的程度至关重要。在示出的实施例中，扭矩钳总共能旋转60°，即从图4示出的第一偏转位置至图5示出的第二偏转位置。 [0052] 已示出优选地，使用在固定点20处固定至扭矩钳20的提升链18a-d。在示出的实施例中，扭矩钳的圆弧形片段是链附接表面形式的。然而，在另一个实施例中，链可由抵靠在抵接表面上的挠性带或皮带所替代。 [0053] 尽管说明的实施例示出了在扭矩钳的每侧上具有两条链18a-d，因为这样提供了一种紧凑的解决方案，但原则上在每侧具有一条带或链就足够了。 [0054] 另一个解决方案是使用一个或多个滚轴链沿每个片段16a，b与适合的齿接合。 [0055] 此处将移动元件26a，b示出为气缸外壳26a，b，所述气缸外壳可移动地安装在气缸杆上，相应的端部30a，b附接至板10，其中气缸外壳通过液压方式在气缸杆上移动。但是，移动元件不应局限于该实施例，只要它如以上为了使第二转轮移动而进行了移动。从而，原则上，气缸杆可由带螺纹、可旋转杆所代替，所述可旋转杆可旋转地附接至固定部分31并且通过旋转方式且与移动元件中的螺纹相互作用将能够使之以与以上说明相似的方式向前或向后移动。 [0056] 图7中示出的实施例与其他图中所示的实施例相对应，但在本情况下所示的扭矩钳16具有一个(而不是两个)圆弧形片段16a，一条或多条链18a，b固定于其上。单条链操作地连接至驱动布置，在此处示出的包括位于移动元件26a，b上的第一转轮24a，b和第二转轮28a，b。此处示出的链和驱动布置具有与其他图中示出的相似的结构和操作模式，而在该情况下扭矩钳的旋转由一条或多条链18a，b相对于一个(而不是两个)圆弧形片段的抵接提供。圆弧形片段16a可以任何形式设置，但无论如何位于扭矩钳外圆周侧周围。例如，圆弧形片段16a可设置在与图7示出的相对的圆周侧，即，在右侧而不是在左侧，或在扭矩钳的与开口16’沿直径方向相对的侧部上。 |
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