гидравлическое захватное устройство

Формула изобретения

Гидравлическое захватное устройство, включающее корпус с гидроцилиндром и направляющим штоком, связанным с захватным органом, отличающееся тем, что захватный орган жестко связан с корпусом и выполнен в виде замыкающего затвора, при этом устройство снабжено верхней и нижней съемными фрикционными накладками, внутренний радиус кривизны которых равен наружному диаметру трубы, установленными с возможностью охвата трубопровода, причем верхняя накладка жестко связана с направляющим штоком, а нижняя - с замыкающим затвором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, а именно к гидравлическим захватным устройствам, применяемым для поворота промысловых трубопроводов.

Известно захватное устройство для грузов на опоре, содержащее раму с вертикальной направляющей, установленные на горизонтальных осях захватные органы, горизонтальную направляющую, механизм управления захватными органами, включающий штангу, установленную в вертикальной направляющей рамы и выполненную с проточкой на боковой стороне, и тяги, нижние концы которых закреплены на захватных органах, элемент наведения на груз, выполненный в виде стержня, вертикально установленного на раме с возможностью нижнего конца с опорой груза, и механизм фиксации положения захватных органов [Ав.св. №1474067, МПК ⁷ В 66 C 1/10, 1989 г.].

Однако известное захватное устройство недостаточно надежное в работе. Механизм фиксации недостаточно прочен и не полностью охватывает трубу по сечению. Также не создает необходимое давление обжатия для осуществления поворота трубопровода.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является захват лесозаготовительной машины, содержащий корпус, силовой цилиндр с траверсой на штоке, шарнирно установленные и соединенные с тягами корпуса челюсти, внутренние поверхности которых снабжены ножами [Ав.св. №1355586, МПК⁷ В 66 C 1/100, 1987 г.].

Недостатком известной захватной машины является то, что челюсти не предназначены для плотного облегания поверхности трубы по расчетной площади трубы, также челюсти не предназначены и не рассчитаны на поворот трубы. Также известное техническое решение не обеспечивает долговечность и безопасность эксплуатации промысловых трубопроводов.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение долговечности, надежности, производительности промысловых трубопроводов, подверженных канавочному износу.

Поставленная задача решается тем, что в гидравлическом захватном устройстве для (поворота) промысловых трубопроводов, включающем корпус с гидроцилиндром и направляющим штоком, связанным с захватным органом, согласно изобретению захватный орган жестко связан с корпусом и выполнен с разъемной частью в виде замыкающего затвора, при этом устройство снабжено верхней и нижней фрикционными накладками, установленными с возможностью охвата трубопровода, причем верхняя накладка жестко связана с направляющим штоком, а нижняя - с замыкающим затвором.

На фиг.1 представлено заявляемое гидравлическое устройство для промысловых трубопроводов.

На фиг.2 дана зависимость усилия поворотного механизма от давления в гидроцилиндре захватного устройства.

Захватное устройство состоит (см. фиг.1) из корпуса 1, на который с помощью шарнира 2 закреплен замыкающий затвор 3. В стойке корпуса вмонтирован гидроцилиндр 4 с направляющим штоком 5, на который шарнирно закреплена съемная выдвижная верхняя фрикционная накладка 6. Для подачи масла в гидроцилиндр и его приема на стойке расположены патрубки 7 и 8. На замыкающем затворе 3 с помощью шарнира 9 закреплена нижняя фрикционная накладка 10. Внутренний радиус кривизны накладок равен наружному диаметру трубы 11.

До установки на трубу устройство занимает вертикальное положение, а замыкающий затвор открыт. После установки на трубу 11 захватного устройства, замыкающий затвор с помощью ручки 12 закрывается и в монтажное отверстие вставляется шпилька 13.

Для обжатия трубы по напорному патрубку 7 в гидроцилиндр подается масло и выдвижная фрикционная накладка 6 перемещается вниз и вместе с накладкой 10 обжимает трубу. После достижения в гидроцилиндре требуемого давления устройство готово к работе.

Поворот трубы осуществляется передачей тяговой силы трубоукладчика, прикладываемой к проушине 14 стрелы захватного устройства монтажными тросами.

После выполнения поворота трубы на требуемый угол давление в гидроцилиндре сбрасывается. Шпилька 13 вынимается и открывается замыкающий затвор 3. Захватное устройство поднимают в вертикальное положение, снимают с трубы и транспортируют на весу на стреле трубоукладчика.

Преимуществом ГЗУ является возможность его применения для ряды диаметров. Это достигается съемными фрикционными накладками, которые изготавливаются в зависимости от наружного диаметра трубопровода.

Геометрические размеры захватных устройств определяются прочностными расчетами самого корпуса и трубопровода, а также условием передачи крутящего момента.

Для определения требуемого максимального усилия гидроцилиндра используем условие прочности трубопровода при кручении:

где []=0,5...0,6[] - допускаемые касательные напряжения для материала трубы;

Wp - полярный момент сопротивления сечения трубы.

Используя условие прочности, напишем уравнение для определения усилия гидроцилиндра, которое имеет вид

или, подставляя W_p=2R ²t, получим выражение для определения усилия гидроцилиндра в захватном устройстве при известных замерах поперечного сечения трубопровода и механических характеристик материала трубы:

[F₀]=2[]Rt/3f.

Пример для расчета трубопровода диаметром 325 мм, толщиной 8 мм и коэффициенте трения по поверхности трубы 0,26 дает следующие результаты. Усилие гидроцилиндра ровно 368 кН; размеры каждой фрикционной накладки 20×23 см²; давление на поверхности трубы 8 МПа; передаваемый трубопроводу крутящий момент равен 66 кНм; длина поворачиваемого подземного трубопровода составит 125 м при максимальном угле поворота 45°.

Величина давления определяется следующим уравнением:

где b - длина фрикционных накладок захватного устройства;

[р]=0,3[] _т;

[] _т - предел текучести материалов накладок.

В общем случае для всей цилиндрической поверхности контакта можно записать:

F_тр=2mfF₀;

где m=1,18 - при подвижных посадках;

m=1,57 - при напряженных посадках;

f - коэффициент трения (сцепления) выбирается из таблиц в зависимости от шероховатости поверхностей.

После подстановки выражений F_тр и М_тр в формулы необходимое усилие гидроцилиндра F₀, действующее между накладками и трубой, можно определить следующим образом:

где h_стр - длина плеча захватного устройства.

Усилие поворота и момент, передаваемый захватным устройством, определяется следующими уравнениями:

F_кр=D _нbpf; M_кр=D _HbpfR_H.

Давление в гидроцилиндре и его усилие связаны со следующей зависимостью:

где p_ц - давление в гидроцилиндре;

d _ц - внутренний диаметр гидроцилиндра.

Тогда из (а), используя (б), получим условие передачи усилия поворотного механизма трубопроводу через захватное устройство при известном давлении в гидроцилиндре:

Зная величину F_пм, требуемую для выполнения поворота трубопровода, получим необходимое значение давления в гидроцилиндре, т.е. условие поворота трубопровода:

Для практических расчетов можно рекомендовать графические зависимости р_ц-F_пм для ряда диаметров труб (рис.2). Приняты следующие исходные данные: h_стр=2,2 м; k=1,2; m=1,18; f=0,18; d_ц=0,18 м.

Таким образом, предлагаемая конструкция гидравлического захватного устройства позволяет осуществлять поворот трубопроводов в различных условиях. Также путем обжатия захватным устройством поверхности трубопровода по площади контакта позволяет развивать безопасный и необходимый для поворота крутящий момент за счет сил трения. Особенностью гидравлического захватного устройства является то, что оно позволяет оперативно управлять процессом поворота за счет универсальности для ряда диаметров. Предлагаемая конструкция обеспечивает долговечность и безопасность эксплуатации промысловых трубопроводов, подверженных канавочному износу.