канат-кабель с облегченным пластмассовым сердечником для подъема грузов и транспортировки химических реагентов в нефтяных и газовых скважинах

Формула изобретения

Канат-кабель, содержащий пластмассовый сердечник и навитые на сердечник два повива из стальной оцинкованной проволоки, отличающийся тем, что в сердечнике выполнено одно, два или более отверстий, расположенных равномерно как по сечению, так и по всей длине каната-кабеля, причем внутренний слой брони образован повивом из 10-24 проволок диаметром от 0,6 до 1,6 мм, а наружный слой образован повивом из 6-24 проволок диаметром от 1,0 до 2,0 мм, при этом проволоки в повивах уложены во внутреннем повиве в плотном состоянии, а в наружном - с зазорами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к метизной и кабельной промышленности, а именно к производству витых проволочных изделий, канатов, кабелей, и может быть использовано для подъема грузов и транспортировки жидких и газовых составляющих к месту назначения.

Одним из основных требований, предъявляемых к канату-кабелю, является повышенная гибкость при прохождении его через барабан и блоки, меньший расход материалов при производстве единицы готовой продукции, равенство крутящих моментов внутреннего и наружного повивов проволок брони. Наряду с этими требованиями в последнее время к канату-кабелю предъявляется свойство передачи газовых и жидких составляющих по его центру к месту назначения и укладки внутри отверстий сердечника токопроводящих жил.

Известен канат, содержащий трубчатый, из нескольких слоев проволок сердечник и навитые на сердечник пряди, отличающийся тем, что с целью упрощения процесса изготовления в сердечнике угол свивки проволок по меньшей мере равен 25-45° (Авторское свидетельство № 960338 D07B 1/12, СССР).

Трубчатый витой проволочный сердечник этого каната имеет малую поперечную сопротивляемость, поэтому при прохождении его через блоки может нарушиться конструкция каната и возникнет внезапный выход его из эксплуатации.

Кроме того, сердечник из проволок не обеспечит достаточной герметичности при пропускании через него химических реагентов.

Известен канат с пружинным сердечником, в котором в качестве основы для поддержания прядей и проволок используется пружинный сердечник (Королев В.Д. Канатное производство. М.: Металлургия, 1980 г., с.34-35).

Основной недостаток пружинного сердечника - невозможность использования его для транспортировки газовых и жидких составляющих по центру каната.

Известен канат, содержащий пряди и гибкий трубчатый сердечник, отличающийся тем, что с целью увеличения срока службы каната в сердечнике установлена дополнительная трубка из маслопроницаемого материала для смазки (Авторское свидетельство № 498376 D07B 1/12, СССР).

Трубчатый сердечник имеет основное назначение - смазывание проволок каната и в связи с этим он заполнен смазкой, для других целей он не может быть использован.

Известен канат, выпускаемый серийно, в котором в качестве сердечника используется сплошной пластмассовый стержень, изготовленный из полимерных материалов, таких как полиэтилен высокого и низкого давления (Королев В.Д. Канатное производство. М.: Металлургия, 1980 г., с.36-37).

В качестве прототипа принята конструкция каната одинарной свивки типа ТК 1 х 37 ГОСТ 3064-80, для которого в качестве сердечника использован пластмассовый стержень. В результате применения пластмассового стержня возможен следующий вариант выполнения конструкции каната-прототипа, наиболее полно отвечающей сути предлагаемого изобретения: 1 пл.с. +12+18.

Рассматривая данный прототип можно отметить следующее. Конструкция сердечника имеет повышенную жесткость и по этой причине придает жесткость канату в целом, что ведет к увеличению мощности привода подъемного механизма и перерасходу электроэнергии. Кроме того, сплошность пластмассового сердечника увеличивает расход полимерного материала на производство единицы длины каната и, как следствие, к удорожанию каната. И, наконец, сплошность пластмассового стержня не позволяет использовать этот сердечник в составе каната для передачи жидких и газообразных составляющих к месту назначения и укладки токопроводящих жил по центру каната.

Техническим результатом заявленного изобретения является:

- повышение гибкости сердечника и каната-кабеля в целом;

- уменьшение расхода полимерного материала на производство единицы продукции;

- исключение кручения каната-кабеля в период эксплуатации;

- возможность использования сердечника для передачи жидких и газовых составляющих к месту назначения;

- возможность укладки токопроводящих жил в отверстиях сердечника.

Получение указанных результатов достигается тем, что в предлагаемом изобретении, содержащем пластмассовый сердечник и навитые на сердечник два повива из стальной проволоки, в пластмассовом сердечнике выполнено одно, два и более отверстий, расположенных равномерно как по сечению, так и по всей длине каната-кабеля, причем внутренний слой брони образован повивом из 10-24 проволок диаметром от 0,6 до 1,6 мм, а наружный слой из 6-24 проволок диаметром от 1,0 до 2,0 мм, при этом проволоки в повивах могут быть уложены во внутреннем повиве в плотном состоянии, а в наружном - с зазорами.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлена конструкция каната-кабеля для подъема груза и транспортирования химических реагентов к месту назначения, состоящая из трех основных элементов:

1 - пластмассового сердечника со сквозным отверстием;

2 - внутреннего повива проволок;

3 - наружного повива проволок.

На фиг.2 представлены варианты исполнения пластмассового сердечника:

1 - пластмассовый сердечник с одним отверстием;

2 - с тремя отверстиями;

3 - с пятью отверстиями;

4 - с семью отверстиями.

Это позволяет осуществлять передачу разного количества жидких и газовых составляющих к месту назначения и использовать отверстия для укладки токопроводящих жил.

Особенности конструкции каната-кабеля состоят в следующем.

Пластмассовый сердечник 1, имеющий центральное отверстие по всей длине, подвергается покрытию внутренним повивом 2 брони из стальной оцинкованной проволоки диаметром от 0,6 до 1,6 мм в количестве от 10 до 24 штук. Затем на скрученный бронированный полуфабрикат накладывают наружный слой 3 брони из стальной оцинкованной проволоки диаметром от 1,0 до 2,0 мм в количестве от 6 до 24 штук.

Такое количество проволок по повивам определенного диаметра, а также использование плотной укладки проволок для внутреннего повива и укладки проволок с зазорами для наружного повива позволяют уравновесить крутящие моменты внутреннего и наружного повивов проволок брони, а также получить оптимальную величину разрывного усилия каната в целом. При равной величине крутящих моментов этих повивов устраняется кручение каната-кабеля при эксплуатации и, таким образом, ликвидируется возможность появления таких дефектов, как волнистость, выход проволок из повива и, как следствие, повышается срок службы изделия в целом.

В прототипе же использована только плотная укладка проволок в обоих повивах и значительно превосходящее количество проволок в наружном слое над числом проволок внутреннего слоя, что ведет к превышению крутящего момента наружного повива проволок над крутящим моментом внутреннего слоя и, как следствие, к отрицательным свойствам, отмеченным выше.

Использование отверстий в пластмассовом сердечнике ведет к экономии полимерного материала при производстве единицы продукции в сравнении с сердечником, используемым в прототипе, где он находится в сплошном состоянии и его вес значительно выше. Кроме того, применение отверстий в предлагаемом изобретении позволяет увеличить гибкость каната-кабеля, а это в свою очередь повышает срок службы в промышленных условиях.

Например, на опытном образце изготовленного каната-кабеля диаметром 14,4 мм, где используется пластмассовый сердечник диаметром 10,0 мм с отверстием диаметром 4,0 мм, экономится 16% полимерного материала, а гибкость повышается на 12%. Несомненно эти цифры значительно улучшают качество опытного каната-кабеля, а наличие отверстий в сердечнике позволяет использовать их для передачи жидких и газовых составляющих к месту назначения и укладки токопроводящих жил.

Таким образом, отличительными особенностями заявленного изобретения с прототипом являются:

- выполнение отверстий в сердечнике с различным их количеством;

- использование определенного количества проволок во внутреннем и наружном повивах;

- применение разных условий укладки проволок как с зазорами в каждом слое, так и без них.

Отличительные особенности позволяют получить качественные характеристики, которые были отмечены выше, а именно:

- повысить гибкость каната-кабеля;

- уменьшить расход материалов;

- использовать канат для транспортировки химических реагентов и укладки токопроводящих жил.

Изобретение реализовано на опытном образце каната-кабеля следующей конструкции:

- диаметр каната-кабеля	- 14,4 мм;
- диаметр сердечника	- 10,0 мм;
- диаметр отверстия сердечника	- 4,0 мм;
- диаметр проволок внутреннего слоя	- 1,2 мм;
- количество проволок внутреннего слоя	- 24 шт.
- диаметр проволок наружного слоя	- 1,0 мм;
- количество проволок наружного слоя	- 12 шт.

Изготовление опытного образца каната-кабеля проводилось следующим образом.

Пластмассовый сердечник был изготовлен из полиэтилена высокой плотности, который обеспечивает достаточную прочность. Он имел сквозное отверстие диаметром 4,0 мм, а толщина стенки сердечника составила 3,0 мм. Эти цифры пластмассового сердечника позволили получить достаточную поперечную сопротивляемость при прохождении каната-кабеля через барабан и блоки и гарантировать длительную работу его в промышленных условиях.

Свивка проводилась на машине корзиночного типа K (24/400+24/500) с применением рихтовального устройства с обжатием изделия в горизонтальной и вертикальной плоскостях пятью роликами в каждой плоскости.

Для выравнивания крутящих моментов повивов брони использовалось во внутреннем слое брони 24 проволоки диаметром 1,2 мм и плотное касание, а в наружном слое - 12 проволок диаметром 1,0 мм и зазоры между ними.

Использование 24 проволок диаметром 1,2 мм во внутреннем повиве и 12 проволок диаметром 1,0 мм в наружном повиве соответствует указанным в формуле изобретения соотношениям. На длине 5 метров свободно подвешенный конец опытного образца каната-кабеля имел кручение 0,5 оборота, в то время канат, изготовленный с плотным касанием во внутреннем и наружном повивах и со сплошным пластмассовым сердечником, т.е. прототипом, имел 5 оборотов.

Опытный образец каната-кабеля имеет повышенную на 12% гибкость и меньший на 16% расход пластмассы в сравнении с прототипом.

Опытный образец каната-кабеля прошел опытно-промышленную проверку в производственных условиях и получил положительную оценку потребителя.