液压动力卡瓦的研究与设计样本

1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。5 液压动力卡瓦的研究与设计5.1不压井装备卡瓦的工况及要求卡瓦是不压井装备的核心部件之一,不压井装备在作业过程中 , 利用卡瓦卡紧管柱 , 实现对管柱的控制 , 防止管柱掉入井内或者从井口飞出。 在不压井起下管柱作业时 , 卡瓦的工作频率非常高, 从而加快卡瓦牙的磨损。 另外 , 卡瓦的工况也较为恶劣 , 卡瓦牙接触的管柱表面一般覆盖了一层约有1mm厚的锈蚀层或粘满了原油、水或混合物 ,有时管柱的表面还盖着一层石蜡等。根据不压井作业时卡瓦的工况特点,对卡瓦提出如下要求:( 1)卡瓦开闭频繁 ,要求卡瓦安全可靠,卡瓦能可靠地卡紧管柱

2、时 ,既不能打滑 ,也不能咬伤管柱。( 2)要求卡瓦的通径有一定的变化范围,正常作业时 ,小油管能自由经过 ,当下放大径的工具如封隔器、配水器时 ,卡瓦能把直径变大 ,允许大径工具经过。( 3) 要求结构简单 , 尺寸重量小 , 便于装拆、 维护等。液压动力卡瓦因其结构紧凑 , 响应速度高 , 稳定性容易得到保证 ,安全可靠。因此,不压井装备宜采用液压动力卡瓦。5.2国内外液压动力卡瓦的现状卡瓦广泛用于钻井工程中卡紧管柱以实现对管柱的控制,为了降低工人的劳动强度,提高工效 ,机械化的动力卡瓦在国外得资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。到了广泛应用,在中国当前应用尚不普

3、遍,而且主要是气动卡瓦。当前国外生产液压动力卡瓦的主要是美国TES公司和HydraRig公司。美国TES公司是生产液压动力卡瓦的专业公司,其产品结构紧凑、使用方便、安全可靠 ,适用于1 9 5/8 的作业管柱。图 5.1 和表 5-1 是 TES公司生产的液压动力卡瓦的外形结构和基本参数。图 5.2 和表 5-2 是 Hydra Rig 公司生产的液压动力卡瓦的外形结构和基本参数。国内当前还没有生产液压动力卡瓦的厂家。350型550型762 型表 5-1美国 TES公司生产的液压动力卡瓦型号及参数型号350 型550 型762 型963 型外形尺寸 (英寸 )长宽高15.88 x16.5 x

4、1818.38 x21 x 2123.75 x22 x2326 x26 x 26作业管柱尺寸 (英寸 )1 3 ?2 1/8 5 ?2-3/8 7-5/84-? 9-5/8最大经过直径 (英寸 )6”8- ?”10- 3/8 ”12”额定载荷 ( lbs)150,000300,000400,000600,000资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。HR-150型HR-225型HR-340 型表 5-2美国 Hydra Rig 公司生产的液压动力卡瓦型号及参数型号HR-150HR-225HR-340HR-600额定载荷 ( lbs)150,000225,000340,00

5、0600,000作业管柱尺寸 ( 英寸 )1.315 2.8753.50 5.503.50 7.6253.50 8.625重量 ( lbs)3009501,1001,250开启高度 (英寸 )15.7519.525.025.0最大经过直径 ( 英寸 )4.3758.08.12511.1255.3动力卡瓦的方案研究油管卡瓦的结构类型一般有以下几种 :5.3.1轴向式轴向式卡瓦开口尺寸的变化图 5.3轴向式卡瓦示意图资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。与卡紧是靠液压缸经过连杆铰链机构带动卡瓦体沿着不动的斜面外壳上下滑动而实现的。其结构如图5.3 所示。这种结构形式的优点是

6、卡紧可靠 , 结构简单。突出的缺点是开口尺寸变化较大时 , 卡瓦轴向尺寸过长。 因此 , 这种结构一般见在卡持管径较小的场合。5.3.2径向式径向式卡瓦的液压缸沿径向安装 ,其开口尺寸变化是靠径向液缸推动实现的,卡紧主图 5.4径向式卡瓦示意图要靠液缸推进实现,当然也有1壳体 ; 2 卡瓦座 ; 3 卡瓦牙 ;及斜面的楔形作用。如图5.4 所示。径向式卡瓦的优点是开口尺寸变化范围大 , 轴向尺寸小 , 方便操作。缺点是卡紧效果较差。5.3.3轴径合一式这类卡瓦结构如图5.5 所示 ,既保持了轴向移动的液缸驱动形式,又采取了径向丝杆调节方式;既具有轴向卡紧的可靠性,又吸取了径向式变化范围大的优点

7、。 但顶丝受力严重,结构图 5.5轴径式卡瓦示意图1环板 ; 2 液缸 ; 3 顶资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。也较复杂 ,制造以及维护困难。5.3.4补心式补心式卡瓦结构如图 5.6 所示 , 它是在可动卡瓦座与固定壳体间加了一个与转盘大方瓦相似的补心。 当经过大直径管柱时 , 能够把补心提走 , 正常工作时再放入。 补心不一定做成一周 , 可根据卡瓦片数做成几块镶条。这种结构形式具有轴径合一的优点。不压井装备起下管柱作业时,既要求其具有良好的可靠性,又要求其结构紧凑 ,同时还要考虑产品的制造成本以及使用成本。 经过以上的对比分图 5.6 补心式卡瓦示意图析

8、, 方案一具有卡紧可靠、结构简单1环板 ; 2 液缸 ; 3 壳体 ;的优点 , 其装拆、 维护也方便 , 因此 ,采用方案一 , 其驱动方式采用液压驱动。5.4动力卡瓦设计的基本理论对卡瓦机构的分析表明 , 只有在以下三个主要值成最佳比例的时候才能可靠地卡住管柱 : 卡瓦的倾斜角度、 卡瓦与管柱的咬合系数、 卡瓦牙背面与卡瓦座之间的摩擦系数。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。5.4.1卡瓦卡紧管柱的条件卡瓦的卡紧过程是靠油管由于自重下行时,与卡瓦牙接触,而且带动卡瓦体一起下行而逐渐楔紧的。受力情况如图5.7 所示。在楔紧的过程中管柱的重量Q为主动力,在 Q力的作用

9、下,靠管柱与卡瓦牙之间的摩擦力F2 带动卡瓦一起下行,使卡瓦楔紧管柱。 因此 , 卡瓦卡紧管柱的基本条件是管柱下行时能否带动卡瓦牙而实现楔紧作用。楔紧作用越强 , 则管柱卡紧越可靠。为此应保证F2F 1cosN1 sin( 5-1)图5.7卡瓦受力分析图式中F1 卡瓦体与卡瓦座之间的摩擦力,F1N1 f1 ;F2 卡瓦体与管柱之间的摩擦力,F2N 2 f 2 ;N1 法向反力;N 2 正压力 ;资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。f 1 卡瓦体与卡瓦座之间的摩擦系数;f 2 卡瓦体与管柱之间的摩擦系数;斜角 ;当卡瓦卡紧后 ,根据平衡条件有Y0F2F1 cosN1sin( 5-2)X0N 2F1 sinN1 cos整理得f 2f1tan1( 5-3)f1 tan上式就也是卡瓦正常工作的必要条件,分析上式 ,能够得出以下结论 :( 1)必须有当f 2f1 时 ,才能使卡瓦牙保持平衡,从而卡住管柱。因此使用时要保持卡瓦牙背部清洁光滑,及时检查卡瓦牙的磨损情况 ,一旦发现磨损严重时要立即更换;( 2) 越小 , 则卡紧越易 , 但 过小会使卡瓦轴向尺寸过长 ,