自动垂直排管提升装置的制造方法

自动垂直排管提升装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于石油机械技术领域，用于石油钻、修井作业自动化管柱处理系统中垂直管子处理装置，涉及一种自动垂直排管提升装置。
【背景技术】
[0002]传统起下钻、接单根及引导隔水管作业过程的不足是:作业周期长、劳动强度大、管柱操作重复性危险性高、且需要多人合作才能完成。尤其在海上钻井作业中，工作环境恶劣，安全状况特征突出。如何避免工人与管柱的直接接触，降低作业安全风险，加快起下钻速度，缩短钻井周期，降低海上钻井成本，显得尤为紧迫重要。

【发明内容】

[0003]本发明的目的是提供一种自动垂直排管提升装置，解决了现有技术中在海上钻井作业中，管柱操作重复性危险性高，且需要多人合作才能完成的问题。
[0004]本发明所采用的技术方案是，一种自动垂直排管提升装置，包括自上而下有序连接的连接机构、上支架、下支架和排管夹持机构四部分，
[0005]上支架的结构是，包括丝扣补偿机构和回转调整机构，
[0006]下支架的结构是，包括刚性主体臂架及连杆驱动机构。
[0007]本发明的自动垂直排管提升装置，其特征还在于:
[0008]连接机构的结构是，包括挂板，挂板向下与连接架固定连接，连接架下端面中心的吊耳通过连接销与上支架中的吊臂勾连，连接架下端面吊耳圆周与支架壳体上端面之间套装有缓冲垫。
[0009]丝扣补偿机构设置在支架壳体内腔上部，包括吊臂，吊臂下部端头外壁对称固定安装有两个导向块，两个导向块外侧与支架壳体内壁滑动接触；吊臂下端向下与补偿油缸的活塞杆连接，补偿油缸缸体下端底座接耳与支架内壁上的固定块固定连接。
[0010]回转调整机构设置在支架壳体内腔下部，
[0011]在支架壳体内腔下部设置有回转套环，回转套环上部内腔焊接有轴座，轴座与调整油缸缸体底座接耳插接；调整油缸的缸体与回转套环之间设置有轴承一，调整油缸的活塞杆向下与转动轴上端插接，转动轴下端圆周上的键槽内装有导向键；
[0012]在回转套环的筒壁上开有环形导向槽，销轴二两端搭接在回转套环的环形导向槽上;
[0013]支架、上法兰与回转套环下端法兰三者紧固为一体，上法兰与内环紧固为一体，内环外壁通过轴承二与下法兰套接，下法兰沿圆周径向开有润滑孔，轴承二外圈下端设置有套环，套环位于内环外壁与下法兰内壁之间。
[0014]刚性主体臂架为组焊件，主体为两臂下垂的臂架，臂架焊有顶部法兰，下法兰向下与该顶部法兰连成一体，该顶部法兰轴心孔中设置有导向套，转动轴及其导向键穿过导向套。
[0015]连杆驱动机构的结构是，
[0016]在臂架上部两侧内壁分别安装有一个右翻转油缸和左翻转油缸，右翻转油缸和左翻转油缸活塞杆向下分别与一个连杆中部铰接，连杆一端与连杆座下端的自润滑轴承一铰接，连杆另一端向下与调整杆铰接，调整杆下端与钢索吊耳铰接，钢索吊耳向下连接有钢丝绳，钢丝绳向下穿过油杯二。
[0017]排管夹持机构的结构是，
[0018]包括夹持主体，夹持主体前后两端沿分别固定安装有前压板及后压板，在前压板两边的沉孔中安装有自润滑轴承二，在后压板两边的沉孔中安装有自润滑轴承三，两个自润滑轴承二和两个自润滑轴承三--同轴对应，在左右每对自润滑轴承二与自润滑轴承三之间安装有左翻转夹头及右翻转夹头，在左翻转夹头和右翻转夹头的外侧偏一端分别安装有左吊耳座及右吊耳座；在左翻转夹头和右翻转夹头外侧的轴孔内分别装有自润滑轴承三及自润滑轴承四，自润滑轴承三和自润滑轴承四中分别安装有左连接轴及右连接轴；在左翻转夹头和右翻转夹头内侧分别固定安装有左活动夹头及右活动夹头；
[0019]在夹持主体上固定安装有夹头座和固定夹头，夹头座设置有四个引导柱，固定夹头与左活动夹头及右活动夹头共同组合形成管柱夹持区域；
[0020]在固定夹头上固定安装有左缸筒支座及右缸筒支座，左缸筒支座及右缸筒支座分别通过左半轴及右半轴与左联动油缸外筒接耳及右联动油缸外筒接耳对应铰接，左联动油缸的活塞杆端头耳孔及右联动油缸的活塞杆端头耳孔分别与左转动轴及右转动轴铰接，左转动轴及右转动轴分别与左翻转夹头和右翻转夹头固定连接。
[0021]左翻转夹头和右翻转夹头分别通过左连接轴和右连接轴与臂架铰接；连杆驱动机构中个两根钢丝绳分别与左吊耳座和右吊耳座套接。
[0022]本发明的有益效果是，结构新颖，操作方便，安全可靠，作业自动化程度高，工人劳动强度极大降低，能够实现远距离监控，解决了传统管柱作业过程中，更换频繁、安全性差、劳动强度大等不足，提高了钻、修井效率；另外，解决了钻井平台移动产生的管柱操作困难的问题，在稳定作业操作速度加快起下钻的同时，极大地保证了安全的工作环境。
【附图说明】
[0023]图1为本发明装置中的上支架的结构示意图；
[0024]图2为图1中的A-A截面的结构示意图；
[0025]图3为图1中的B视向结构示意图；
[0026]图4为本发明装置中的下支架的结构示意图；
[0027]图5为本发明装置中的连杆驱动机构104左、右侧在翻转油缸缩回及伸出位置的状态变化不意图；
[0028]图6为本发明装置中的排管夹持机构105在翻转油缸作用下，旋转位置状态变化示意图；
[0029]图7为本发明装置中的排管夹持机构的结构示意图；
[0030]图8为本发明装置中的排管夹持机构结构侧视示意图；
[0031]图9为本发明排管夹持机构在联动油缸作用下，翻转夹头带动活动夹头绕自身旋转动轴头90°后的闭合状态示意图；
[0032]图10为本发明排管夹持机构在联动油缸作用下，翻转夹头带动活动夹头绕自身旋转动轴头90°后的张开状态示意图。
[0033]图中，1.挂板，2.连接架，3.缓冲垫，4.连接销，5.套环，6.上法兰，7.内环，8.下法兰，9.支架，10.回转套环，11.销轴一，12.销轴二，13.限位块，14.转动轴，15.销轴三，16.吊臂，17.导向块，19.固定块，20.压板一，21.液压控制机构，22.导向键，23.补偿油缸，24.调整油缸，25.轴承一，26.轴承二，27.轴套，28.螺钉一，29.螺钉二，30.螺钉三，31.油杯一，32.轴筒，33.臂架，34.连杆，35.连杆座，36.销钉，37.调整杆，38.销轴四，39.钢索吊耳，40.销轴五，41.钢丝绳，42.销轴六，43.销轴七，44.导向套，45.销轴八，46.压板二，47.压板三，48.右翻转油缸，49.油杯二，50.自润滑轴承一，51.左翻转油缸，52.夹持主体，53.固定夹头，54.左活动夹头，55.右活动夹头，56.前压板，57.后压板，58.左半轴，59.左转动轴，60.右半轴，61.右转动轴，62.右联动油缸，63.左联动油缸，64.右翻转夹头，65.左翻转夹头，66.夹头座，67.右缸筒支座，68.左缸筒支座，69.自润滑轴承二，70.自润滑轴承三，71.左吊耳座，72.右吊耳座，73.自润滑轴承四，74.自润滑轴承五，75.左连接轴，76.右连接轴，
[0034]101.丝扣补偿机构，102.回转调整机构，103.刚性主体臂架，104.连杆驱动机构，105.排管夹持机构。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0036]以下文本中的左右方向命名仅以附图为基准，实际设置位置以此类推。
[0037]本发明自动垂直排管提升装置的结构是，包括自上而下有序连接的连接机构、上支架、下支架和排管夹持机构四部分，
[0038]参照图1，连接机构的结构是，包括挂板1，挂板I用于向上柔性连接管柱处理系统中的其他设备，挂板I向下与连接架2固定连接，连接架2下端面中心的吊耳通过连接销4与上支架中的吊臂16勾连，连接架2下端面吊耳圆周与支架9壳体上端面之间套装有缓冲垫3。
[0039]上支架的结构是，包括丝扣补偿机构101和回转调整机构102，丝扣补偿机构101位于图1中的上部双点划线区域内，回转调整机构102位于图1中的下部双点划线区域内，
[0040]丝扣补偿机构101设置在支架9壳体内腔上部，参照图2，包括吊臂16，吊臂16下部端头外壁对称固定安装有两个导向块17，两个导向块17外侧与支架9壳体内壁滑动接触；吊臂16下端向下与补偿油缸23的活塞杆同轴螺纹连接，补偿油缸23缸体下端底座接耳通过销轴三15与支架9内壁上的固定块19固定连接，使得补偿油缸23缸体轴向固定不动，在导向块17引导下补偿油缸23的活塞杆在行程范围内伸缩带动吊臂16沿支架9壳体内壁上下滑动，使得连接机构与上方的设备实现连接。
[0041]回转调整机构102设置在支架9壳体内腔下部，
[0042]包括设置在支架9壳体内腔下部的回转套环10，回转套环10上部内腔焊接有轴座32，轴座32通过销轴一 11与调整油缸24缸体底座接耳插接，销轴一 11 一侧外端通过压板一 20与回转套环10固定连接，压板一 20用于防止销轴一 11松脱；调整油缸24的缸体与回转套环10之间设置有轴承一 25，调整油缸24的活塞杆向下通过销轴二 12与转动轴14上端插接，销轴二 12与转动轴14之间设置有配合限位槽，该限位槽内安装有限位块13，转动轴14下端圆周上的键槽内装有导向键22 ;
[0043]在回转套环10的筒壁上开有环形导向槽(见图3)，销轴二 12两端搭接在回转套环10的环形导向槽上，销轴二 12 —端安装有轴套27，轴套27通过螺钉一 28与销轴二 12固定连接成为一体。在调整油缸24的活塞杆行程范围内伸缩动作时，销轴二 12带动转动轴14沿回转套环10上的环形导向槽既轴向移动同时又径向转动。
[0044]支架9、上法兰6与回转套环10下端法兰三者共同采用螺钉二 29紧固为一体，上法兰6与内环7采用螺钉三30紧固为一体，内环7外壁通过轴承二 26与下法兰8套接，下法兰8沿圆周径向开有润滑孔，润滑孔上装有油杯一 31，轴承二 26外圈下端设置有套环5，套环5位于内环7外壁与下法兰8内壁之间，实现对轴承二 26的定位。
[0045]参照图4，下支架的结构是，包括刚性主体臂架103及连杆驱动机构104，连杆驱动机构104位于图2中的双点划线区域内，位于刚性主体臂架103内部，
[0046]刚性主体臂架103为组焊件，主体为两臂下垂的臂架33，臂架33焊有顶部法兰，下法兰8沿圆周设有螺栓孔，下法兰8向下与该顶部法兰连成一体后可绕轴承26转动，该顶部法兰轴心孔中设置有导向套44，转动轴14及其导向键22穿过导向套44，转动轴14下端通过导向键22与导向套44配合套接，在调整油缸24驱动作用下，导向套44带动下支架整体随转动轴14转动。
[0047]连杆驱动机构104的结构是，
[0048]参照图4、图5，在臂架33上部两侧内壁分别固 定有销轴七43和销轴八45，销轴七43和销轴八45分别向下铰接有一个右翻转油缸48和左翻转油缸51，右翻转油缸48和左翻转油缸51活塞杆向下分别通过一个销轴六42与一个连杆34中部铰接，每个销轴六42一侧通过一个压板三47防松，连杆34 —端与连杆座35下端的自润滑轴承一 50通过销钉36铰接，销钉36 —端设置有压板二 46用于防止销钉36的松脱，连杆34另一端向下通过销轴四38与调整杆37铰接，调整杆37下端通过销轴五40与钢索吊耳39铰接，钢索吊耳39向下连接有钢丝绳41，钢丝绳41向下穿过油杯二 49，油杯二 49与设置在臂架33内壁的限位块13连接，用于限制油杯二 49的上下移动。
[0049]排管夹持机构105的结构是，
[0050]参照图7、图8、图9、图10，包括夹持主体52，夹持主体52前后两端沿分别固定安装有前压板56及后压板57，在前压板56两边的沉孔中安装有自润滑轴承二 69，在后压板57两边的沉孔中安装有自润滑轴承三70，两个自润滑轴承二 69和两个自润滑轴承三70——同轴对应，在左右每对自润滑轴承二 69与自润滑轴承三70之间安装有左翻转夹头65及右翻转夹头64，在左翻转夹头65和右翻转夹头64的外侧分别偏一端分别安装有左吊耳座71及右吊耳座72 ;在左翻转夹头65和右翻转夹头64外侧的轴孔内分别装有自润滑轴承三73及自润滑轴承四74，自润滑轴承三73和自润滑轴承四74中分别安装有左连接轴75及右连接轴76 ;在左翻转夹头65和右翻转夹头64内侧分别固定安装有左活动夹头54及右活动夹头55，在夹持主体52上固定安装有夹头座66和固定夹头53，夹头座66设置有四个引导柱，固定夹头53与两个活动夹头(54/55)共同组合形成管柱夹持区域，与夹头座66配合将管柱内外夹紧，且夹头座66、固定夹头53与两个活动夹头(54/55)随作业管柱外径大小，可以更换不够规格的尺寸；
[0051]在固定夹头53上固定安装有左缸筒支座68及右缸筒支座67，左缸筒支座68及右缸筒支座67分别通过左半轴58及右半轴60与左联动油缸63外筒接耳及右联动油缸62外筒接耳对应铰接，左联动油缸63与右联动油缸62呈V型排布，左联动油缸63的活塞杆端头耳孔及右联动油缸62的活塞杆端头耳孔分别与左转动轴59及右转动轴61铰接，左转动轴59及右转动轴61分别与左翻转夹头65和右翻转夹头64固定连接。
[0052]在两个联动油缸(62/63)的伸缩作用下，两个翻转夹头(64/65)各自带动相应的活动夹头(54/55)绕自身旋转动轴头90°转动，且转动轴(59/61)与翻转夹头(64/65)通过螺纹副连接成一体；
[0053]参照图6，左翻转夹头65和右翻转夹头64分别通过左连接轴75和右连接轴76与臂架33铰接；连杆驱动机构104中个两根钢丝绳41分别与左吊耳座71和右吊耳座72套接，在两个翻转油缸(48/51)作用下，两根钢丝绳41分别向上拉动左吊耳座71和右吊耳座72，使得排管夹持机构105中的左翻转夹头65和右翻转夹头64 —体转动。
[0054]上述的补偿油缸23、调整油缸24、右翻转油缸48、左翻转油缸51、右联动油缸62和左联动油缸63分别与液压控制机构21控制连接，实现协调动作。
[0055]本发明的工作过程是，
[0056]参照图9，排管夹持机构在两个联动油缸(62/63)作用下，两个翻转夹头￠4/65)带动各自的活动夹头(54/55)绕自身旋转动轴90°转动张开，同时连杆驱动机构104在两个翻转油缸(48/51)作用下，通过两根钢丝绳41拉动排管夹持机构105整体绕两侧销轴(75/76)旋转90°，使排管夹持机构105完全处于接管状态；
[0057]然后，参照图6，调整油缸24驱动回转调整机构102沿回转套环10上的环形导向槽径向微量回转，并联动排管夹持机构105整体也微量回转，使得排管夹持机构105处于管柱最佳夹持位置状态；
[0058]最后，参照图10，管柱通过夹头座66的四个引导柱定位，到达固定夹头53与两个活动夹头(54/55)共同组合形成管柱夹持区域后，右联动油缸62和左联动油缸63带动两侧翻转夹头(64/65)及其两个活动夹头(54/55)绕自身旋转动轴反向90°转动，使排管夹持机构处于完全闭合状态，完成管子由水平到垂直于钻台的调接管作业。
[0059]本发明装置中，丝扣补偿机构101用于缓冲管柱连接过程中出现的硬接触弊端，有效保护管柱螺纹；回转调整机构102带动排管夹持机构105反向微量回转，控制管柱合适的夹持方向。连杆驱动机构104实时调整夹持装置的工作姿态(水平或垂直)。通过固定在夹持支座上的翻转夹头(64/65)控制夹持开合动作，协调连贯完成接抓管动作。本发明装置安全快速，稳定高效，显著提高了管柱处理系统的作业效率，明显减轻了工人的劳动强度。
【主权项】
1.一种自动垂直排管提升装置，其特征在于:包括自上而下有序连接的连接机构、上支架、下支架和排管夹持机构四部分， 上支架的结构是，包括丝扣补偿机构(101)和回转调整机构(102)， 下支架的结构是，包括刚性主体臂架(103)及连杆驱动机构(104)。
2.根据权利要求1所述的自动垂直排管提升装置，其特征在于:所述的连接机构的结构是，包括挂板(1)，挂板(I)向下与连接架(2)固定连接，连接架(2)下端面中心的吊耳通过连接销⑷与上支架中的吊臂(16)勾连，连接架(2)下端面吊耳圆周与支架(9)壳体上端面之间套装有缓冲垫(3)。
3.根据权利要求1所述的自动垂直排管提升装置，其特征在于:所述的丝扣补偿机构(101)设置在支架(9)壳体内腔上部，包括吊臂(16)，吊臂(16)下部端头外壁对称固定安装有两个导向块(17)，两个导向块(17)外侧与支架(9)壳体内壁滑动接触；吊臂(16)下端向下与补偿油缸(23)的活塞杆连接，补偿油缸(23)缸体下端底座接耳与支架(9)内壁上的固定块(19)固定连接。
4.根据权利要求1所述的自动垂直排管提升装置，其特征在于:所述的回转调整机构(102)设置在支架(9)壳体内腔下部， 在支架(9)壳体内腔下部设置有回转套环(10)，回转套环(10)上部内腔焊接有轴座(32)，轴座(32)与调整油缸(24)缸体底座接耳插接；调整油缸(24)的缸体与回转套环(10)之间设置有轴承一(25)，调整油缸(24)的活塞杆向下与转动轴(14)上端插接，转动轴(14)下端圆周上的键槽内装有导向键(22); 在回转套环(10)的筒壁上开有环形导向槽，销轴二(12)两端搭接在回转套环(10)的环形导向槽上； 支架(9)、上法兰(6)与回转套环(10)下端法兰三者紧固为一体，上法兰(6)与内环(7)紧固为一体，内环(7)外壁通过轴承二(26)与下法兰(8)套接，下法兰(8)沿圆周径向开有润滑孔，轴承二(26)外圈下端设置有套环(5)，套环(5)位于内环(7)外壁与下法兰(8)内壁之间。
5.根据权利要求1所述的自动垂直排管提升装置，其特征在于:所述的刚性主体臂架(103)为组焊件，主体为两臂下垂的臂架(33)，臂架(33)焊有顶部法兰，下法兰(8)向下与该顶部法兰连成一体，该顶部法兰轴心孔中设置有导向套(44)，转动轴(14)及其导向键(22)穿过导向套(44) ?
6.根据权利要求1所述的自动垂直排管提升装置，其特征在于:所述的连杆驱动机构(104)的结构是， 在臂架(33)上部两侧内壁分别安装有一个右翻转油缸(48)和左翻转油缸(51)，右翻转油缸(48)和左翻转油缸(51)活塞杆向下分别与一个连杆(34)中部铰接，连杆(34) —端与连杆座(35)下端的自润滑轴承一(50)铰接，连杆(34)另一端向下与调整杆(37)铰接，调整杆(37)下端与钢索吊耳(39)铰接，钢索吊耳(39)向下连接有钢丝绳(41)，钢丝绳(41)向下穿过油杯二(49)。
7.根据权利要求1所述的自动垂直排管提升装置，其特征在于:所述的排管夹持机构(105)的结构是， 包括夹持主体(52)，夹持主体(52)前后两端沿分别固定安装有前压板(56)及后压板(57)，在前压板(56)两边的沉孔中安装有自润滑轴承二(69)，在后压板(57)两边的沉孔中安装有自润滑轴承三(70)，两个自润滑轴承二(69)和两个自润滑轴承三(70) —一同轴对应，在左右每对自润滑轴承二(69)与自润滑轴承三(70)之间安装有左翻转夹头(65)及右翻转夹头(64)，在左翻转夹头(65)和右翻转夹头(64)的外侧偏一端分别安装有左吊耳座(71)及右吊耳座(72);在左翻转夹头(65)和右翻转夹头(64)外侧的轴孔内分别装有自润滑轴承三(73)及自润滑轴承四(74)，自润滑轴承三(73)和自润滑轴承四(74)中分别安装有左连接轴(75)及右连接轴(76);在左翻转夹头(65)和右翻转夹头(64)内侧分别固定安装有左活动夹头(54)及右活动夹头(55)； 在夹持主体(52)上固定安装有夹头座(66)和固定夹头(53)，夹头座(66)设置有四个引导柱，固定夹头(53)与左活动夹头(54)及右活动夹头(55)共同组合形成管柱夹持区域； 在固定夹头(53)上固定安装有左缸筒支座(68)及右缸筒支座(67)，左缸筒支座(68)及右缸筒支座(67)分别通过左半轴(58)及右半轴(60)与左联动油缸(63)外筒接耳及右联动油缸(62)外筒接耳对应铰接，左联动油缸(63)与右联动油缸(62)呈V型排布，左联动油缸(63)的活塞杆端头耳孔及右联动油缸(62)的活塞杆端头耳孔分别与左转动轴(59)及右转动轴(61)铰接，左转动轴(59)及右转动轴(61)分别与左翻转夹头(65)和右翻转夹头(64)固定连接。
8.根据权利要求7所述的自动垂直排管提升装置，其特征在于:所述的左翻转夹头(65)和右翻转夹头(64)分别通过左连接轴(75)和右连接轴(76)与臂架(33)铰接；连杆驱动机构(104)中个两根钢丝绳(41)分别与左吊耳座(71)和右吊耳座(72)套接。
【专利摘要】本发明公开了一种自动垂直排管提升装置，包括自上而下有序连接的连接机构、上支架、下支架和排管夹持机构四部分，上支架的结构是，包括丝扣补偿机构和回转调整机构，下支架的结构是，包括刚性主体臂架及连杆驱动机构。本发明的装置，丝扣补偿机构用于缓冲管柱连接过程中出现的硬接触弊端；回转调整机构带动排管夹持机构反向微量回转，控制管柱合适夹持方向；连杆驱动机构实时调整夹持装置的工作姿态，通过固定在夹持支座上的翻转夹头控制夹持开合动作，协调连贯完成接抓管动作；该装置显著提高了管柱处理系统的作业效率，明显减轻了工人的劳动强度。
【IPC分类】E21B19-14
【公开号】CN104763356
【申请号】CN201510058320
【发明人】王小通, 蒲容春, 王闻涛, 闫永宏, 余朋伟
【申请人】宝鸡石油机械有限责任公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年2月4日