动力钳装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种具有变速箱的动力钳组件，该变速箱具有多个速度。齿轮系通过在钳门内包括空转齿轮、流体管线和致动机构而完全环绕旋转齿轮，该钳门本身可远程操作。凸轮辊组件可反向安装到笼板中并且支撑座圈可安装到开口中，从而不需要在旋转齿轮中切割凹槽。可相邻于齿轮插入填充块，以捕获并重新引导从齿轮落下的润滑脂回到所述齿轮，同时抑制噪音并减少润滑脂的误用，从而增大润滑的有效性。通断致动器组件可容纳在动力钳主体上，使得除了在瞬间激活时，它完全不受到外部损坏的影响。提供了对称的旋转齿轮、旋转齿轮插入件、凸轮瓦插入件和超程凸轮止动件。瓦插入件和超程凸轮止动件。瓦插入件和超程凸轮止动件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】动力钳装置及其使用方法
相关申请的交叉引用本申请要求于2019年8月16日提交的序列号为62/887,747的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请以引用方式并入本文。


[0001]本专利技术涉及用于穿透地层钻井的设备，这些井包括但不限于油井和气井。更具体地，本公开涉及具有模块化部件的动力钳。

技术介绍

[0002]本专利技术涉及油气工业中常用的用以旋紧和旋松螺纹连接诸如管道、套管钻铤和钻杆上采用的螺纹连接的模块化动力钳。多年来，动力钳一直用于夹持和旋转管状构件，通常同时向所述管状构件施加显著的压缩力和扭力；在一些情况下，所述压缩力和扭力可同时施加到管状构件。
[0003]虽然动力钳可体现为许多不同设计，但所述钳通常共享许多共同的特征。通常，马达使齿轮系运转，该齿轮系将夹爪挤压在位于配合螺纹管段上方的螺纹连接管段的外表面上。钳将扭力施加到所述上部管段上(位于下部配合管段上方)，以使所述上部管段在顺时针或逆时针方向上旋转。同样地，另一(第二)组夹爪可围绕下部管段固定，以保持所述下部管段相对于其配合件静止，该第二组夹爪有时被称为备用钳。上述布置方式使得钳牢固地夹持管状构件，从而允许使用者相对于所述下部管段旋转上部管段，同时以给定速度施加期望的扭矩量。
[0004]传统动力钳通常包括具有小齿轮和至少两个空转齿轮的采用四齿轮菱形结构的开喉式旋转齿轮，其中小齿轮和旋转齿轮分别位于菱形结构的顶部和底部。两个空转齿轮以一种方式定位在菱形结构的左侧和右侧，使得当环的开喉经过空转齿轮中的一个空转齿轮时，另一个空转齿轮仍然与旋转齿轮和小齿轮啮合。然而，此构造将钳的可靠性和最大扭矩限制为空转齿轮的单个齿和小齿轮的单个齿的强度。另外，为了使两个空转齿轮跨越所述开喉的距离，空转齿轮的直径必须相对较大并且可能需要与小齿轮成线性构造的附加齿轮。
[0005]旋转齿轮致动笼板内的夹爪，通常是两个或三个圆柱形凹穴。夹爪将以预定方式径向地行进到管段上并离开管段。传统夹爪通常在直形径向路径上行进，或枢转到适当位置以接触待夹持的表面，夹爪的设计使得与夹爪插入件相对定位的凸轮与沿旋转齿轮的内径具有凸轮轮廓的表面相互作用，从而限定夹爪的径向行进量。
[0006]为了产生期望的足够的力并保持装置的实用性，钳主体及其齿轮系通常变得非常大、昂贵且笨重，并且动力钳的最终尺寸和占地面积也显著增大。在动力钳所位于的钻井钻台上，空间通常非常宝贵。因此，使用具有高最大扭矩的动力钳的能力经常受到可用空间和间隙的限制。

技术实现思路

[0007]本专利技术整体包括一种模块化动力钳组件，其中所述动力钳的重量、尺寸和成本极大减小，而最大扭矩和强度相对于针对给定尺寸、重量和等级的管件具有类似能力的其他动力钳极大增加。应当理解，本专利技术的装置可通过液压流体、水、空气或电力来提供动力、能量和/或致动。因此，在本说明书中使用的术语“液压”应被理解为任选地包括使用这些方法中的任一种方法并且不旨在以任何方式进行限制。
[0008]本专利技术的变速箱壳体具有与保持在变速组件内的传动齿轮的数量所决定的一样多的速度。在一个优选实施方案中，采用两个传动齿轮：高速齿轮和低速齿轮。高速能够快速旋起管件和附带的螺纹连接，而低速能够得到在螺纹接通循环结束或断开循环开始时通常需要的高扭矩。用传统钳在高速和低速之间切换通常需要几乎停止钳的旋转并且齿轮磨削和相互作用的齿轮和/或花键的劣化是不可避免的。
[0009]在一个优选实施方案中，本专利技术还包括通过在钳门内包括空转齿轮而完全环绕旋转齿轮的齿轮系。动力钳门铰链利用旋转致动器或气缸来远程操作钳门，所有流体管线和致动机构都被保护在钳主体内。所述动力钳门铰链还可利用齿条与小齿轮系统来远程操作所述钳门，所有流体管线和致动机构都被保护在钳主体内。
[0010]凸轮辊组件可反向安装到笼板中并且支撑座圈可安装到顶板与底板之间的开口中，从而不需要在旋转齿轮中切割凹槽。支撑座圈用作钳板的牺牲性附加物，以避免维护凸轮辊的昂贵成本。轭辊可有利地安装在顶部和底部笼板中，以减少笼板在旋转期间的摩擦。
[0011]可相邻于齿轮插入填充块，以捕获并重新引导从齿轮落下的润滑脂回到所述齿轮，同时抑制噪音并减少润滑脂的误用，从而增大润滑的有效性。本专利技术的钳组件还包括一系列齿轮段，这些齿轮段可更换给定齿面高度的现有齿轮，从而降低更换仅其高度的一部分或其他隔离部分出现损坏的齿轮的成本。
[0012]本专利技术还包括一种用于激活通断机构的新型方法。与传统机构不同，本专利技术的通断致动器组件可容纳在钳主体上，使得除了在瞬间激活时，它完全不受到外部损坏的影响。旋转气缸和摆臂系统能够实现这种安全操作。摇臂组件被设计为在摇臂基座上具有坡道和传递球，这减少了摩擦、由于冲击而引起的潜在火花危险并且减小了旋转气缸尺寸以能够完全致动。本专利技术能够进行远程操作，从而降低了操作动力钳的人员的风险。
[0013]对称的旋转齿轮通过允许上下颠倒地重新安装来实现所述旋转齿轮的可逆性，从而延长所述齿轮的使用寿命。最易磨损的接通侧的前导齿轮齿面可与断开侧齿轮齿面反向并且反之亦然。断开侧凸轮表面可反向以变成接通侧凸轮表面并且反之亦然，以实现更长寿命。添加到旋转齿轮底部的通断凹槽延长了易磨损的表面的寿命。
[0014]旋转齿轮插入件允许对(传统的或本专利技术的)现有旋转齿轮上的磨损凸轮表面进行整修，以容纳代表新凸轮表面的合适低成本插入件，从而不需要报废已磨损的旋转齿轮。当需要处理比先前设计范围更小尺寸的管状构件时，可使用旋转齿轮插入件和适当的夹爪，从而不需要在库存中保有多种尺寸的动力钳以覆盖所有范围的管件尺寸。所述旋转齿轮插入件可用于通过修改凸轮表面以适合特定应用来改变动力钳的夹持特性。所述旋转齿轮插入件还可用于将凸轮表面位置改变为分开约120度，以便能够将夹爪组件完全包裹在管件周围。分段的旋转齿轮段通过仅需要更换旋转齿轮的磨损段而能够降低维护成本。
[0015]用于动力钳夹爪的凸轮瓦(cam shoe)插入件具有比夹爪辊销机构更小的轮廓，从
而减小动力钳的总体尺寸和重量。具有匹配的配合轮廓的凸轮瓦插入件与旋转齿轮上的凸轮表面之间的表面接触减小了两个部件上的接触应力，从而相比于辊销型夹爪设计或实心夹爪设计延长了使用寿命。此外，所述凸轮瓦插入件被设计成可更换的，从而降低了传统实心夹爪设计的更换成本。所述凸轮瓦插入件可被设计成具有不同厚度(诸如在接通侧上与断开侧上)，这使得对于给定应用能够改变管件上的夹持力。另外，凸轮瓦插入件可包括能够收集润滑脂和碎屑的凹穴和凹坑以保护配合表面免受磨损和损坏；这也有助于减小由于配合表面而在润滑脂中产生的液压并且不允许润滑脂快速分解。
[0016]可在旋转凸轮面的端部处设置超程(over
‑
travel)止动件以防止凸轮瓦、夹爪辊和/或实心夹爪面行进超过凸轮面，行进超过凸轮面可导致对管状构件造成大范围且不可恢复的损坏。门对准机构允许快速调节门组件的径向和横向对准。
[0017]本专利技术的钳组件允许通过几何形状模仿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于选择性地向管件施加扭力的动力钳装置，所述动力钳装置包括：a)限定开口的主体区段；b)设置在所述主体区段内的齿轮系；c)围绕所述开口可移动地设置在所述主体区段内并可操作地附接到所述齿轮系的多个模具，其中所述多个模具被构造成夹持管件；d)被构造成选择性地向所述齿轮系施加力的变速器组件，其中所述变速器组件还包括：i)可移除地附接到所述主体区段的壳体；以及ii)设置在所述壳体内的多个传动齿轮。2.根据权利要求1所述的动...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾亚拉姆，
申请(专利权)人：首映股份有限公司，
类型：发明
国别省市：