專利名稱：用于扭矩鉗的旋轉的裝置和方法
用于扭矩鉗的旋轉的裝置和方法本發明涉及所附權利要求1前序部分中所述的一種用于扭矩鉗的旋轉的裝置，以及其方法。
背景技術：
當組裝或拆卸那些降至或下降至地表以下的井中的管柱(例如為了開采石油) 時，通常使用被稱為動力大鉗或扭矩鉗將管長度連接至管柱或從管柱分離管長度。通常的配置是上部管部分由夾持裝置操縱和夾持，而位于下面的管部分借助可旋轉的扭矩鉗旋轉。另一種配置是管柱由第一動力大鉗和/或鉆臺中的卡瓦(slip)夾持，而可旋轉的扭矩鉗使上方的管件旋轉必要扭矩。可旋轉扭矩鉗設置有夾爪，以便于夾持住位于扭矩鉗中心的管，從而當扭矩鉗旋轉時，管件也會沿其縱向軸線旋轉。換句話說，扭矩鉗的旋轉軸線與管件的縱向軸線基本重合。鉆井領域的發展，例如與定向鉆井相聯系，需要更高的扭矩和更大的旋轉角，例如 60° -90°。使管經受的扭矩比之前更大的更大功率鉆機(例如被稱為頂驅動)導致需要這樣的旋轉式鉗，所述旋轉式鉗能夠在連接(“裝配”)和斷開(“卸開”)時應付相對較高的扭矩。許多已知的扭矩鉗能執行的旋轉范圍為30° -45°。如果在使用此類扭矩鉗時需要進一步旋轉管的話，則必須從夾爪中釋放管，使扭矩鉗旋轉回初始位置，并且重復旋轉。 必須重復該操作兩或三次，這不但耗費時間而且增加出現誤差和損壞的風險。已知的扭矩鉗具有直接使鉗旋轉的液壓缸。它依據液壓缸的推或拉產生不同的力，這使得難于實現精確的扭矩控制且可能出現功率失衡現象(Picture)。在大角度旋轉時在幾何學上很難控制，從而很難控制扭矩。通常通過測量液壓缸中的液壓，以及液壓缸的沖程長度(由傳感器測得)而計算扭矩。使用這種類型的扭矩鉗也需要具有傳感器以顯示液壓缸的末端沖程，可以防止末端沖程由于扭矩的增大而變得混亂。已知的解決方法需要徑向支撐。這使得摩擦增加，導致鉗扭矩的損耗，并且很難顯示或測量鉗扭矩損耗的程度。在一些情況下，摩擦也會隨扭矩而變化。因此需要一種與現有技術相比能旋轉更大角度的鉗，從而能夠在一個操作中使用足夠的扭矩將管擰合在一起，而不需要采取新的夾持。還需要一種可旋轉鉗，它能提供恒力，而不像現有技術中那樣需要傳感器等計算扭矩或力。

發明內容
本發明的目的在于補救或減少現有技術缺點中的至少一個。該目的通過根據本發明的以下說明和隨后的專利權利要求中顯示的特征實現。根據本發明提供了一種用于扭矩鉗的旋轉的裝置，所述扭矩鉗具有至少一個圓弧形片段、以及用于夾持基本垂直地位于扭矩鉗的徑向平面上的管的夾持裝置，其特征在于， 至少一個細長撓性驅動元件設置于至少一個片段且抵接至所述至少一個片段，所述至少一個細長撓性驅動元件可操作地連接至支撐單元、以及用于至少一個驅動元件的移動的裝置，以使得扭矩鉗在徑向平面中旋轉。在本發明的一個實施例中，提供了一種用于扭矩鉗的旋轉的裝置，所述扭矩鉗具有至少兩個沿直徑方向相對的圓弧形片段，以及夾持裝置，用于夾持基本垂直于扭矩鉗的徑向平面的管，其特征在于，至少一個細長撓性驅動元件設置于至少一個片段且抵接至所述至少一個片段，所述至少一個細長撓性驅動元件可操作地連接至支撐單元、以及用于至少一個驅動元件的移動的裝置，以使得扭矩鉗在徑向平面中旋轉。優選地，單個驅動元件在第一和第二端處附接至相應的固定部分并且進一步包括與一個片段接合和/或抵接的接合部分。在優選實施例中，用于單個驅動元件的支撐單元包括旋轉地安裝在相應的接合部分每個端部的區域中的一對第一支撐單元。用于單個驅動元件的移動的裝置優選包括旋轉地安裝在相應移動元件上的一對第二支撐單元，移動元件布置成用于在扭矩鉗的徑向平面中直線移動，并且其中位于一個第一支撐單元與相應的固定部分之間的驅動元件的一部分安裝在相應的第二支撐單元上。在一個實施例中，移動元件包括滑動地安裝在一桿上的氣缸外殼，所述桿的第一端和第二端附接至相應的緊固件并且其中在外殼的內部室中的桿上設置有已知類型的氣缸活塞，所述氣缸活塞具有相對指向的活塞區域，使得當液壓流體在活塞的一側或另一側供給至所述室時氣缸外殼沿所述桿可移動。在一個實施例中，扭矩鉗包括所述徑向平面中的大致為圓形的主體，以及用于插入由夾持裝置夾持的管的開口。在一個實施例中，第一組驅動元件分配至第一片段并且第二組驅動元件被分配至第二片段，其中每組中的驅動元件以一個位于另一個之上的方式布置且在扭矩鉗的徑向平面中可移動。在一個實施例中，單個驅動元件在扭矩鉗上的附接點處附接至各自的部分，其中當扭矩鉗位于中心位置時，所述附接點位于所述片段的所述端部之間的中間部分。驅動元件可包括在附接點固定至所述鉗的提升鏈。優選地，扭矩鉗在軸向上由板支撐，優選通過摩擦減少裝置由板支撐。優選地，支撐單元旋轉地附接至板，單個驅動元件的固定部分固定至板并且用于氣缸桿的緊固件附接至板。根據本發明也提供一種用于扭矩鉗的旋轉的方法，其特征在于，執行所述移動元件中第一移動元件的直線運動，并且同時在與第一移動元件的移動方向相反并且大致平行于第一移動元件的移動執行所述移動元件中第二移動元件的直線運動。通過根據本發明的扭矩鉗，除了能比之前的現有技術處理更大扭矩外，還在一次旋轉中可獲得范圍在60° -90°的旋轉角。由于扭矩鉗的幾何學和支撐單元及移動裝置的相關定位，獲得可預測的以及功率平衡的現象，而不需要用于監控和/或測量旋轉期間作用在鉗上的扭矩或力的傳感器等。 鏈附接至扭矩鉗的圓弧形片段上的抵接表面的方式導致鉗朝向其中心被引導并旋轉固定于其中心。鏈用作無摩擦以及對稱的徑向支撐，確保了功率平衡現象。不需要另外的徑向支撐(伴隨相關的扭矩損失)。


現將參考附圖描述本發明的一個實施例，其中相同部分用相同的附圖標記表示， 并且其中圖1是安裝在支撐支架上的根據本發明的扭矩鉗實施例的透視圖；圖2是圖1示出的扭矩鉗的透視圖，其中移除了頂蓋并且扭矩鉗處于中間或中心位置；圖3示出了從上方看的圖2示出的扭矩鉗；圖4示出了圖3示出的扭矩鉗，其中扭矩鉗在第一偏轉位置；圖5示出了圖3示出的扭矩鉗，其中扭矩鉗在第二偏轉位置；以及圖6示出了從一側看過去的移動元件實施例的截面圖。圖7示出了如圖3示出的扭矩鉗的第二實施例。
具體實施例方式圖1示出了安裝在工具單元4中的扭矩鉗16，該工具單元由固定到支架2的結構 8支撐。夾持單元6也固定至支架2，用于在扭矩鉗執行旋轉運動時操縱和夾持管件，從而旋緊或旋開第二管件。在示出的實施例中，工具單元4包括蓋12、14和擱置在支撐結構8上的板10。支撐結構8、板10和扭矩鉗16都設置有合適的開口 8’、10’、16’，用于將管插入至扭矩鉗的中心，在扭矩鉗的中心處管由已知類型的夾持裝置(例如可活動卡爪17等)夾持。本領域的技術人員應當理解的是，在附圖中未示出近似豎直地插入圖1中裝置的管，因為管是公知的。然而，從圖1中應當理解的是，當管在扭矩鉗16的適當位置且由夾持裝置夾持時，管的縱向軸線將大致與扭矩鉗的旋轉軸線一致，即大致垂直于扭矩鉗的旋轉平面。圖2中更詳細地示出了工具單元4。此處為更好地示出旋轉裝置而移除了蓋12、 14。還參考圖3，在示出的實施例中扭矩鉗16包括圓形主體，其具有中心開口 16’以及可移動的夾爪17 (以收縮狀態示出)。扭矩鉗16優選支撐在板10上，優選通過減小摩擦元件或本身類型已知的裝置(未示出)支撐在板10上。一些實例為確保低摩擦軸向支撐的滾軸、 滾珠或滑墊。在一個實施例中，扭矩鉗包括沿直徑相對的一對圓弧形片段16a、b，一條或多條鏈18a-d相對于每個圓弧形片段固定。每條鏈18a-d的在任何時候均與扭矩鉗的相應片段 16a，b相抵接和/或接合的部分在以下將被稱為鏈的接合部分。此類接合部分在圖中由附圖標記19a-d示出。在示出的實施例中，相對于每個片段均設置有兩條鏈。圖2和圖3示出了分配至第一片段16a的第一套鏈18a，b，以及分配至第二片段16b的第二套鏈18c，d。如圖2所示，每套中的一條鏈布置在同一套中第二鏈的上方。在實際實施例中通過合適的調節螺栓將每條鏈18a-d的兩端附接至相應的固定部分22，所述固定部分連接至板10。在板10上，在接合部分19a，b端部的區域中，可旋轉支撐單元布置在隨后提到的第一轉輪中。第一轉輪Ma-d在扭矩鉗的旋轉平面內可旋轉并且設置為成對地使得它們的各自鏈18a_d保持接合和/或附接至相應的扭矩鉗16。從而第一轉輪關于扭矩鉗的位置為各自鏈相對于相應的片段16a，b限定了以上說明的接合部分19a_c。如圖所示，每條鏈18a-d在到達各自的固定部分22前環繞在各自的第一轉輪對 24a-d上延伸，然后延伸至第二轉輪^a-d上，所述第二轉輪旋轉地成對安裝在移動元件 26a, b 上。如圖所示，例如在圖2和圖3中，第一轉輪Ma-d安裝在板10上并且移動元件^a、 b上的第二轉輪^a-d使得鏈的方向在每個接合部分19a_d的末端與各自的固定部分22之間倒轉兩次。作為實例，圖2和圖3示出了附圖標記為18a的鏈如何圍繞附圖標記為Ma 的一對第一轉輪延伸，然后在附圖標記為^a的一對第二轉輪上延伸。為清楚說明，在圖中未示出所有的轉輪對，例如未示出用于鏈18b，d的轉輪對。由于每條鏈在每個端部牢固地固定并以此種方式布置在轉輪上，在移動元件^a， b上的第二轉輪^a-d上獲得1 2的齒數比。這意味著移動元件^a，b必須移動的距離為片段16a，b上的一個點所需移動的距離的一半。這使得移動元件所需的沖程長度減半， 導致扭矩鉗16和工具單元4所需的空間的減少。在示出的實施例中，移動元件^a，b包括氣缸外殼^a，b，所述氣缸外殼可滑動地安裝在具有第一端30a，b的貫穿氣缸桿上。在示出的實施例中，氣缸外殼是已知類型的用于液壓操作的無差別(線性)氣缸。本領域的技術人員應當理解的是，參考圖6，此類氣缸包括貫穿桿，該貫穿桿具有各自端部30a，b并且具有位于氣缸外殼內部的帶有活塞表面32a、 32b的固定活塞。公知，在活塞的兩側具有相等活塞區域的這種結構將給出相同的功率，不論活塞壓力施加在哪一側上。在所述的實施例中，氣缸桿的第一端30a和第二端30b附接至相應的固定部分31， 所述固定部分附接至板10。未示出液壓聯軸器，因為它們為本領域技術人員熟知，但應清楚的是當液壓施加在氣缸外殼26a，b內部的活塞的一側3 或另一側32b時，實際的各自氣缸外殼^a，b將在固定桿上移動。如上所述的，在示出的實施例中，兩條鏈相對于每個部分布置。鏈位于兩個平面， 艮口，位于旋轉式氣缸的外殼26a，b和桿30a，d的上方和下方這個事實意味著這些部件將不會遭受任何彎矩。每條鏈18a-d優選通過相應的附接部分20連接至扭矩鉗16，從而確保在鏈與扭矩鉗之間的固定連接。如圖3所示，當扭矩鉗處于中立或中心位置時，附接點20大致位于每個圓弧形片段16a，b的中間。如圖4和圖5所示，扭矩鉗16的旋轉將使得附接點20的位置相對于相應的附接部分移動。圖3也示出了實際的解決方法，每條鏈18a-d可包括兩條鏈部分，它們在附接點20 處相互連接，從而在功能上形成一條鏈。圖1-3示出了在中心位置的扭矩鉗和相關旋轉式裝置，它們通常會在將管插入扭矩鉗開口 16’和從扭矩鉗開口 16’中將管抽出時出現。氣缸外殼沈⑴b均位于中心位置中。圖4示出了扭矩鉗從中心位置在一個方向上(本示例中為向左)的最大的偏轉位置。第一氣缸外殼26a設置在一個極限位置中并且第二氣缸外殼26b設置在與第一氣缸外殼的極限位置相反的一個極限位置。兩個氣缸外殼從圖3中的中心位置至圖4中的偏轉位置的移動使得扭矩鉗從中心位置旋轉至第一偏轉位置。圖5以相似地方式示出了扭矩鉗從中心位置在另一個方向上(在該示例下為向右)的最大第二偏轉位置，即與圖4示出的相反位置。此處氣缸外殼^a，b移動至與圖4 中示出的位置相反的最大位置。本領域技術人員應當理解的是，扭矩鉗16沒有必要如附圖中示出的為圓形，但任何時候(當旋轉扭矩鉗時)必須至少包括沿直徑方向相反的圓弧形片段16a，b，用于與相應的鏈18a-d接合，從而確保在旋轉時扭矩鉗總朝向其旋轉中心被引導。從圖4和圖5中可以看出沿直徑方向相反的圓弧形片段16a，b以及各自鄰近的接合部分19a，c(19b，d被遮擋)已以與扭矩鉗的旋轉相對應的方式旋轉，但以如下方式旋轉，所述方式使得片段16a，b和接合部分19a，c均由相應的轉輪組Ma，b定界。原理在于每對中的轉輪之間的距離對于鉗能旋轉的程度至關重要。在示出的實施例中，扭矩鉗總共能旋轉60°，即從圖4示出的第一偏轉位置至圖5示出的第二偏轉位置。已示出優選地，使用在固定點20處固定至扭矩鉗20的提升鏈18a_d。在示出的實施例中，扭矩鉗的圓弧形片段是鏈附接表面形式的。然而，在另一個實施例中，鏈可由抵靠在抵接表面上的撓性帶或皮帶所替代。盡管說明的實施例示出了在扭矩鉗的每側上具有兩條鏈18a_d，因為這樣提供了一種緊湊的解決方案，但原則上在每側具有一條帶或鏈就足夠了。另一個解決方案是使用一個或多個滾軸鏈沿每個片段16a，b與適合的齒接合。此處將移動元件^a，b示出為氣缸外殼^a，b，所述氣缸外殼可移動地安裝在氣缸桿上，相應的端部30a，b附接至板10，其中氣缸外殼通過液壓方式在氣缸桿上移動。但是，移動元件不應局限于該實施例，只要它如以上為了使第二轉輪移動而進行了移動。從而，原則上，氣缸桿可由帶螺紋、可旋轉桿所代替，所述可旋轉桿可旋轉地附接至固定部分 31并且通過旋轉方式且與移動元件中的螺紋相互作用將能夠使之以與以上說明相似的方式向前或向后移動。圖7中示出的實施例與其他圖中所示的實施例相對應，但在本情況下所示的扭矩鉗16具有一個(而不是兩個)圓弧形片段16a，一條或多條鏈18a，b固定于其上。單條鏈操作地連接至驅動布置，在此處示出的包括位于移動元件^a，b上的第一轉輪Ma，b和第二轉輪^a，b。此處示出的鏈和驅動布置具有與其他圖中示出的相似的結構和操作模式，而在該情況下扭矩鉗的旋轉由一條或多條鏈18a，b相對于一個(而不是兩個)圓弧形片段的抵接提供。圓弧形片段16a可以任何形式設置，但無論如何位于扭矩鉗外圓周側周圍。例如，圓弧形片段16a可設置在與圖7示出的相對的圓周側，即，在右側而不是在左側，或在扭矩鉗的與開口 16’沿直徑方向相對的側部上。
權利要求
1.一種用于扭矩鉗(16)的旋轉的裝置，所述扭矩鉗具有至少一個圓弧形片段(16a，b) 和用于夾持基本垂直地位于所述扭矩鉗的徑向平面上的管的夾持裝置(17)，其特征在于，對于至少一個片段(16a，b)設置有至少一個細長撓性驅動元件(18a-d) 且所述至少一個細長撓性驅動元件抵接至所述至少一個片段，所述至少一個細長撓性驅動元件可操作地連接至支撐單元(Ma-d)以及用于所述至少一個驅動元件(18a-d)的移動的裝置Q6a，b,28a-d,30a, b)，以使得所述扭矩鉗在所述徑向平面中旋轉。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述扭矩鉗(16)具有至少兩個沿直徑方向相對的圓弧形片段(16a，b)， 并且至少一個細長撓性驅動元件(18a-d)被分配至每個片段(16a，b)且與所述每個片段抵接。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，各個驅動元件(18a-d)在第一端和第二端處附接至相應的固定部分02) 并且進一步包括與片段(16a，b)接合和/或抵接的接合部分(19a-d)。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，用于所述各個驅動元件(18a-d)的支撐單元04)包括旋轉安裝在相應的接合部分(19a-d)每個端部處的區域中的一對第一支撐單元0^-d)。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，用于所述各個驅動元件(18a-d)的移動的所述裝置06a，b,28a-d,30a, b)包括旋轉地安裝在相應移動元件06a，b)上的一對第二支撐單元08a，b)，所述移動元件布置成用于在所述扭矩鉗的徑向平面中直線移動，并且其中位于一個第一支撐單元與相應的固定部分0 之間的驅動元件(18a-d)的一部分安裝在相應的第二支撐單元上。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，移動元件06a，b)包括滑動安裝在一桿上的氣缸外殼06，b)，所述桿在第一端(30a)和第二端(30b)附接至相應的緊固件(31)并且其中在外殼的內部室中在桿上設置有已知類型的氣缸活塞，所述氣缸活塞具有相對指向的活塞區域(3 ，b)，所述氣缸活塞設置為當液壓流體在活塞的一側或另一側供應至所述室時，所述氣缸外殼能夠沿所述桿移動。
7.根據前述權利要求中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述扭矩鉗(16)包括所述徑向平面中的大致為圓形的主體，以及一開口 (16’)，所述開口用于插入待由所述夾持裝置(17)夾持的管。
8.根據前述權利要求中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述各個驅動元件(18a-d)在所述扭矩鉗(16)上于一附接點00)處附接至相應的片段(16a，b)，其中當所述扭矩鉗(16)位于中心位置時，所述附接點00)大致位于所述片段的所述端部之間的中間部分。
9.根據前述權利要求中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述各個驅動元件(18a-d)包括在附接點00)處固定在所述鉗中的提升鏈。
10.根據前述權利要求中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述扭矩鉗(16)在軸向上優選通過摩擦減少裝置由板(10)支撐。
11.根據前述權利要求中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述支撐單元(Ma-d)旋轉地附接至所述板(10)。
12.根據權利要求3-11中的任一項所述的裝置，其特征在于，用于各個驅動元件(18a-d)的固定部分02)附接至所述板(10)。
13.根據權利要求6-12所述的裝置，其特征在于，用于氣缸桿的所述緊固件(31)附接至所述板(10)。
14.根據前述權利要求中的任一項所述的裝置，其特征在于，第一組驅動元件(18a，b)被分配至第一片段(16a)并且第二組驅動元件 (18c, d)被分配至第二片段(16b)，其中，每組中的所述驅動元件以一個位于另一個之上的方式布置且在所述扭矩鉗的徑向平面中可移動。
15.一種用于前述權利要求中的任一項所述的扭矩鉗(16)旋轉的方法，其特征在于， 執行所述移動元件中第一移動元件06a)的直線移動，并且同時在與第一移動元件的移動方向相反并且大致平行于第一移動元件的移動方向的方向上執行所述移動元件中第二移動元件06b)的直線移動。
全文摘要
本發明提供了一種用于扭矩鉗(16)的旋轉的裝置，所述扭矩鉗具有沿直徑相對的至少兩個圓弧形片段(16a，b)和用于夾持大致垂直于扭矩鉗的徑向平面的管的夾持裝置(17)。對每個片段(16a，b)提供至少一個細長撓性驅動元件(18a-d)且所述細長撓性驅動元件與所述片段抵接，所述細長撓性驅動元件操作地連接至支撐單元(24a-d)和用于分別移動驅動元件(18a-d)的裝置(26a，b、28a-d、30a，b)，使得扭矩鉗在徑向平面上旋轉。每個驅動元件(18a-d)在其第一端和第二端附接至相應的固定部分(22)并且進一步包括接合部分(19a-d)，所述接合部分與片段(16a，b)接合和/或抵接。通過實施所述運動元件中第一運動元件(26a)的直線運動、并且同時在與第一移動元件移動方向相反且大致與之平行的方向上實施所述移動元件中第二移動元件(26b)的直線運動而執行扭矩鉗(16)的旋轉。
文檔編號E21B19/16GK102482924SQ201080030655
公開日2012年5月30日 申請日期2010年6月16日 優先權日2009年7月6日
發明者伯恩特·奧拉夫·霍倫 申請人:阿克Mh股份有限公司