本发明涉及新型改进的管材夹具，特别涉及所述夹具的嵌件。
背景技术：
在石油工业中使用管材夹具(例如卡瓦)将管件(例如钻管)保持在作业线中。典型卡瓦包括一组楔形卡瓦块，所述楔形卡瓦块设置在卡瓦座中从而接合钻管或套管。卡瓦块的倾斜表面与卡瓦座的倾斜表面一起使得由管件(例如钻管)施加在卡瓦块上的轴向力转变成施加在钻管上的横向抓握力。因此，卡瓦块将管件支撑在作业线中并且避免管件从卡瓦中滑脱。可以通过提升管件使管件脱离，从而将重量从卡瓦块移除。然后可以从卡瓦座中提升卡瓦块。
已知的卡瓦设置有具有瓦楞抓握表面的金属板形式的可更换嵌件，所述嵌件形成抓握表面，管材夹具通过所述抓握表面接合管件。通常地，卡瓦块设置有竖直狭槽，所述竖直狭槽沿着卡瓦块的面对管材的那侧以竖直方向延伸，所述嵌件安装在所述竖直狭槽中。
由于在将管件支撑在作业线中时所产生的夹持力，这些嵌件(更特别是嵌件的抓握表面)的磨损特别明显。因此需要对这些部件进行频繁维修和更换。这通常需要从作业线中移除管材夹具、打开管材夹具和/或部分拆卸夹具。在更换嵌件的过程中，管材夹具无法使用。
本发明的目的是提供一种管材夹具，其中完全消除或大大减少上述缺点。具体而言，本发明的目的是提供新型改进的管材夹具，所述管材夹具优选允许迅速容易地更换嵌件。
技术实现要素：
通过提供根据权利要求1所述的管材夹具实现本发明的目的。所述管材夹具可以用于将管材(例如钻柱、立管和套管或其部段)支撑在钻机(例如钻探船上的钻机)的作业线中。本发明还提供根据权利要求23所述的用在所述管材夹具中的嵌件载体，和根据权利要求24所述的使用所述管材夹具支撑管材的方法。
本发明提供一种管材夹具，所述管材夹具具有包括三个或更多个夹持设备的环形框架，所述夹持设备沿着环形框架的内侧围绕具有中心轴线的中心管材通道以等间隔设置，其中每个夹持设备包括：
-基部，所述基部安装至环形框架，所述基部的前侧限定面朝中心管材通道的引导表面，
-夹持部，所述夹持部的后侧限定引导表面，该引导表面面对由基部的前侧限定的引导表面，并且所述夹持部的前侧面对中心管材通道，
其中基部和夹持部的引导表面限定引导轨道从而相对于基部引导夹持部，并且
其中引导表面和由引导表面限定的轨道相对于管材通道的中心轴线以一定角度延伸，使得通过使夹持部相对于基部沿着引导轨道移动，夹持部沿着管材夹具的轴线以及在其径向方向上移动。
根据本发明，管材夹具进一步包括：
-用于每个夹持部的嵌件载体，所述嵌件载体各自具有嵌件载体本体，所述嵌件载体本体具有用于保持一个或多个嵌件的一个或多个凹部，所述一个或多个嵌件用于接合由管材夹具支撑的管材，和
其中每个夹持部的前表面中设置有用于支撑嵌件载体的狭槽，
所述狭槽在平行于管材通道的中心轴线的方向上延伸，并且具有用于容纳嵌件载体的打开顶端，使得嵌件载体可以在基本上平行于管材夹具的轴线的向下方向上滑动至夹持部，并且
所述狭槽朝向中心管材通道打开，用于将嵌件载体本体保持在狭槽中，并且一个或多个嵌件面对管材夹具的中心轴线。
通过使根据本发明的管材夹具的基部和夹持部设置有倾斜引导表面，夹持部可以在径向内下位置和径向外上位置之间移动。通过使夹持部在径向方向上移动，管材通道可以调节尺寸，并且不同横截面的管件可以容纳在管材夹具中并且被管材夹具支撑。此外，通过使夹持部的径向移动和轴向移动相关联，由夹具所保持的管材的重量产生的沿轴向向下的力被转变成沿径向向内的夹持力。需要说明的是，这些类型的夹具(即具有沿着管材夹具的中心轴线及其径向方向移动的夹持部的夹具)也被称为卡瓦。
已知的卡瓦设置有接触表面，卡瓦通过接触表面接触卡瓦座的支撑表面。由于在夹持管件就位时产生的夹持力，这些表面的磨损非常显著。因此需要对这些部件进行频繁维修和更换。
根据本发明，具有一个或多个嵌件的嵌件载体形成夹持部和被管材夹具支撑的管材之间的界面。通过根据本发明的管材夹具，可以从夹具部件中移除嵌件载体，从而更换被嵌件载体保持的一个或多个嵌件。这有助于嵌件的更换。
此外，在更换一个嵌件载体的嵌件的同时，另一个嵌件载体可以插在管材夹具中。因此，由于更换嵌件而造成的管材夹具的停工时间减少了。
此外，可以在竖直方向上从夹持部中移除嵌件载体，或者将嵌件载体更换至夹具部件中。这允许更换嵌件而无需打开管材夹具(更特别是管材夹具的环形框架)和/或从环形框架中移除夹持设备。因此，可以在管材夹具的中心轴线保持处于钻机的作业线中的同时更换嵌件。这也有助于更换嵌件，并且减少了由于更换嵌件造成的管材夹具的停工时间。
在根据本发明的一个实施方案中，每个嵌件载体设置有多个嵌件凹部，所述嵌件凹部优选上下对齐，每个凹部保持嵌件，并且其中嵌件和凹部具有接触表面，所述接触表面相对于管材夹具的中心轴线以一定角度延伸，优选基本上平行于夹持部和基部的引导表面延伸，从而使由管材夹具支撑的管件的负载朝向夹持部。
因此，嵌件为楔形，每个嵌件具有基本上平行于管材夹具的轴线的抓握表面和相对于管材夹具的轴线以一定角度延伸(优选基本上平行于基部和夹持部的引导表面)的接触表面。
应注意所述接触表面是这样的表面，在使用过程中经由该表面将由夹具支撑的管件的重量传递至夹具。对于已知卡瓦，嵌件为平坦本体，并且卡瓦块和嵌件的接触表面平行于管材夹具的中心轴线延伸。在已知管材夹具的使用过程中，嵌件的接触表面和卡瓦块的接触表面之间由于径向夹持力造成的的摩擦足以使嵌件保持原位，并且将管材的重量从嵌件传递至卡瓦块。
然而，对于根据本发明的管材夹具，嵌件和嵌件载体的接触表面相对于管材夹具的中心轴线以一定角度延伸，优选基本上平行于夹持部和基部的引导表面延伸。因此，对于在使用过程中使嵌件保持原位而言，这些接触表面之间的摩擦并不是关键性的。
此外，常规夹具不构造成在竖直方向上从嵌件向卡瓦块传递由夹具支撑的管柱的重量，即经由板形嵌件的底边缘向保持嵌件的狭槽的底表面传递负载。通常地，由于嵌件的平坦构造，嵌件的底边缘具有较小表面。因此，当摩擦力不足以使嵌件保持原位时，例如由于管件的重量过大和/或径向夹持力过小，卡瓦块将不能支撑卡瓦和管柱，最终夹具可能失效。对于根据本发明的管材夹具，楔形的嵌件防止了嵌件滑脱，或多或少以同样方式楔形的夹持部在负载下保持原位。此外，当由夹具支撑的竖直负载从嵌件传递至嵌件载体时，所述负载分布在较大接触表面上。这样，在径向力较小和/或由夹具支撑的管件重量较大的情况下，夹具不太容易失效。
通过提供具有上下设置的多个嵌件的嵌件载体，当在平行于管材夹具的中心轴线的方向上观察时，嵌件和嵌件载体的倾斜接触表面可以与嵌件载体的大结合抓握表面和紧凑设计相结合。
在一个替代性实施方案中，单个细长嵌件设置有包括多个齿的瓦楞后表面，每个齿具有倾斜接触表面用于接触嵌件载体的接触表面。
在一个实施方案中，嵌件和嵌件载体的接触表面基本上平行于支撑嵌件载体的夹持设备的夹持部和基部的引导表面延伸。因此由夹具支撑的管材的重量最佳地从嵌件传递至嵌件载体并且从夹持部传递至基部。
在一个实施方案中，嵌件载体设置有多个嵌件，每个嵌件保持在嵌件凹部中，所述嵌件凹部各自设置有嵌件固定设备，所述嵌件固定设备独立地将每个嵌件固定在每个嵌件凹部中。需要说明的是，所述固定设备充分限制嵌件的移动，从而避免嵌件从嵌件凹部中脱落。然而，固定设备允许嵌件相对于嵌件载体充分移动，从而在负载管件的重量时允许嵌件相对于嵌件载体调节，因此避免了由夹具支撑的管材的重量经由固定装置(而不是经由接触表面)传递。
因此，嵌件可以对于由夹具支撑的管材独立地调节，这允许负载从管材最佳地传递至夹具，由此减少嵌件的磨损。
在根据本发明的管材夹具的一个实施方案中，基部和夹持部的引导表面，优选接触表面，相对于管材夹具的轴线的角度在10度和18度之间，优选在12度和16度之间，例如14度。所述角度允许嵌件载体和夹具的紧凑设计，并且允许由夹具支撑的管材的重量经由保持在嵌件载体中的嵌件最佳地传递至夹具。
在根据本发明的管材夹具的一个实施方案中，每个夹持部在狭槽的顶端处设置有嵌件载体固定设备，用于将嵌件载体暂时固定在狭槽中。在一个实施方案中，嵌件载体固定设备使用螺栓和/或销钉将嵌件载体暂时固定在夹持部的狭槽中。
在根据本发明的夹具的实施方案中，每个夹持部中的狭槽具有半圆横截面，并且嵌件载体(更特别是嵌件载体的本体)具有半圆横截面的部段，半圆部段容纳在狭槽中使得夹持部允许嵌件载体围绕其纵向轴线枢转至一定程度。因此，嵌件载体可以相对于保持在作业线中的管件进行调节。因此通过允许嵌件载体进行校正而使保持在作业线中的管材的位置的略微变化，嵌件在所述管材上的抓握力增加了，并且磨损减少了。
需要说明的是，根据本发明的用于容纳嵌件载体的狭槽具有用于保持嵌件载体的主要部分的宽部段，以及用于将嵌件凹部和保持在其中的嵌件暴露于管材通道的更窄的开口。窄开口防止了嵌件载体从狭槽中脱落。当狭槽具有半圆形横截面时，狭槽的较宽部段的圆周因此基本上为C形。在一个替代性实施方案中，狭槽的横截面可以例如具有矩形横截面。
在一个实施方案中，在形成夹持部的主要部分的实心体中铣削或钻出狭槽。在一个替代性实施方案中，狭槽可以是夹持部中的矩形凹部，所述矩形凹部例如具有沿着面对管材通道的开口安装的横档从而提供凸缘，所述凸缘限制面对嵌件载体并因此保持嵌件载体的开口。狭槽以及狭槽的用于保持嵌件载体的开口的替代性实施方案也是可能的。应注意，当嵌件载体与具有矩形横截面的狭槽组合时，嵌件载体在插入狭槽时的位置在旋转方向上固定。
在一个实施方案中，嵌件载体具有嵌件载体本体，所述嵌件载体本体具有待容纳在狭槽中的部段和延伸通过面对管材通道的狭槽开口的部段。在狭槽设置有半圆或C形横截面的情况下，嵌件本体的主要部分具有圆形横截面，设置有延伸通过面对管材通道的开口的杆状部段，在所述杆状部段中设置一个或多个凹部用于保持嵌件。
在一个实施方案中，嵌件载体为设置有用于嵌件的凹部的单个整体，例如钢制本体。在一个替代性实施方案中，嵌件载体本体由不同组件组成。
在另一个实施方案中，嵌件具有弯曲抓握表面，使得抓握表面基本上匹配由管材夹具支撑的管件的圆周。在另一个实施方案中，这种类型的嵌件与嵌件载体组合，所述嵌件载体如上所述可以围绕其纵向轴线枢转。
当夹具接合管材时，嵌件的弯曲抓握表面帮助嵌件本身相对于支撑在管材夹具的中心轴线上的管件定位。该嵌件定位进一步通过可移动安装的嵌件载体而实现。因此，将可枢转支撑的嵌件载体和具有弯曲抓握表面的嵌件相结合进一步有助于夹具的嵌件本身相对于支撑在管材夹具的中心轴线中的管件的调节，并且增强夹具在管材上的抓握力并减少抓握表面的磨损。
在根据本发明的管材夹具的一个实施方案中，每个嵌件载体具有球形底端，所述球形底端容纳在设置于夹持部的狭槽的底端的相应凹部中。因此，嵌件载体的底端设置有大接触面积，所述大接触面积有利于将负载力从嵌件载体传递至夹持部，并且如上所述还允许嵌件载体可枢转地安装在夹持部中。
在根据本发明的管材夹具的一个实施方案中，每个夹持设备设置有定位设备，从而当夹持部朝向管材移动时相对于夹持部容纳和定位支撑在中心管材通道中的管材，所述定位设备包括两个引导支腿，所述两个引导支腿相对于彼此以一定角度延伸，从而当在沿着中心管材通道的轴线的方向上观察时所述两个引导支腿限定V形，并且所述引导支腿优选沿着中心管材通道的轴线相对于彼此交错，这使得当夹持部朝向中心轴线移动时，当在沿着中心管材通道的轴线的方向上观察时，两个相邻引导设备的引导支腿重叠。
通过设置具有所述定位设备的夹持设备，夹持设备可以使未定位和/或未与管材夹具的管材通道的轴线对齐的管材移动至如下位置：通过使夹持部移动至径向向内方向，使得管件与管材夹具的轴线对齐或基本上对齐。
定位设备的构造允许引导支腿以宽角度延伸，因此允许引导支腿之间的宽容纳开口，这允许接合具有宽直径范围的管材并且校正宽范围的不正确位置，即通过使夹持部移动至径向内部方向，使未支撑在作业线中(更特别是未正确定位在管材夹具的管材通道的轴线上)的管材移动从而与管材夹具的轴线对齐。
在另一个实施方案中，定位设备以U形定心板(更特别的是具有U形凹部的板)的形式设置，所述U形定心板相对于垂直于中心管材通道的轴线的平面以一定角度安装，使得一个支腿高于另一个支腿，这允许宽的容纳开口连同夹持设备的夹持部彼此紧邻并且靠近管材通道的中心轴线定位。
因此，定位设备可以体现为简单坚固的形式，这还允许所述设备以可更换嵌件的形式设置。此外，相对于垂直于中心管材通道的轴线的平面以一定角度安装定心板能够实现管材夹具的紧凑设计。
在又一个实施方案中，定心板在容纳开口的中心处具有凹部，从而使容纳在容纳开口中的管件定心。设置所述凹部还允许定心设备使管件相对于夹持设备的嵌件载体的嵌件更精确并且更牢固地定位。
在一个实施方案中，定位设备安装在夹持设备的夹持部上，从而使管件相对于嵌件载体和嵌件载体的嵌件定位。
在一个替代性实施方案中，定心板可以设置在嵌件载体上，当嵌件载体是如上所述地可枢转安装的嵌件载体时，通过使嵌件载体枢转，定位设备还能使嵌件载体的嵌件相对于管件定位。
在一个实施方案中，夹持设备各自设置有可枢转安装的嵌件载体和定心板，所述嵌件载体包括具有弯曲抓握表面的嵌件，所述弯曲抓握表面基本上匹配待被管材夹具保持的管件的圆周，所述定心板在容纳开口的中心处具有凹部并且安装在夹持设备的夹持部上。在所述实施方案中，在通过使夹持部朝向管材夹具的中心线移动从而关闭夹具时，定位设备首先使管件相对于嵌件载体及其嵌件定位，从而使得嵌件接合管材。当管材未与管材夹具的中心线对齐时，弯曲抓握表面使嵌件载体略微枢转从而为嵌件提供最佳抓握位置。
在一个实施方案中，定心设备以定心嵌件的形式设置，所述定心嵌件可移除地安装在设置于夹持部或嵌件载体上的狭槽形状的凹部中，所述狭槽形状的凹部相对于垂直于中心管材通道的轴线的平面以一定角度延伸。
应注意，至少当夹具将管件支撑在其中心管材通道中时，夹持部被基部支撑。在根据本发明的管材夹具的一个实施方案中，每个夹持设备的夹持部通过其引导表面直接安置在基部的引导表面上。在另一个实施方案中，设置引导设备(例如呈框架、凸轮轨道等形式)从而相对于基部沿着引导轨道引导所述夹持部。
在根据本发明的管材夹具的一个替代性实施方案中，每个夹持设备的夹持部经由中间体(例如至少包括负载传递滚轮)安置在基部上。优选地，夹持设备还设置有滑车支架，所述滑车支架相对于夹持部沿着由基部和夹持部的引导表面限定的负载传递滚轮轨迹引导负载传递滚轮。
在根据本发明的一个实施方案中，管材夹具的每个夹持设备设置有夹持部，所述夹持部经由至少两个负载传递滚轮安置在基部上。当夹持设备的夹持部相对于基部移动时，负载传递滚轮和滑车支架沿着负载传递滚轮轨迹引导夹持部。因此，夹持部可以在径向内下位置和径向外上位置之间移动。通过使夹持部在径向方向上移动，管材通道可以调节尺寸，并且不同横截面的管件可以容纳在管材夹具中并且被管材夹具支撑。
在根据本发明的管材夹具的一个实施方案中，基部具有设置有凸轮轨道的左侧和右侧，凸轮轨道基本上平行于由前侧限定的引导表面延伸；
夹持部具有设置有凸轮轨道的左侧和右侧，所述凸轮轨道基本上平行于由后侧限定的引导表面延伸；并且
所述管材夹具还包括：
-两个负载传递滚轮，所述负载传递滚轮各自设置在基部的引导表面和夹持部的引导表面之间，从而为夹持部提供滚动支撑；和
-滑车支架，所述滑车支架被构造成使基部、夹持部和负载传递滚轮相对于彼此定位，所述滑车支架承载负载传递滚轮，所述负载传递滚轮各自可旋转地安装在滑车支架中，
其中滑车支架设置有凸轮从动件，滑车支架通过凸轮从动件接合基部和夹持部的侧面中的凸轮轨道；并且
其中基部的引导表面和夹持部的引导表面之间限定用于每个负载传递滚轮的引导轨道，所述引导轨道相对于中心管材通道的轴线以一定角度延伸，使得通过使夹持部相对于基部移动，夹持部沿着轴线以及在其径向方向上移动。
通过以沿着设置在夹持部上的引导表面并且沿着设置在基部上的引导表面滚动的负载传递滚轮的方式为夹持设备的夹持部提供滚动支撑，在夹持部和基部之间提供低摩擦接触，相比于现有技术的夹持系统中的卡瓦，这减少了组件的磨损。通过提供承载至少两个负载传递滚轮的滑车支架实现低摩擦接触，所述滑车支架被构造成使基部、夹持部和负载传递滚轮相对于彼此定位。
此外，本发明因此允许紧凑的夹持设备，所述夹持设备可以被构造成从环形框架中单独移除或连同环形框架的部段一起移除，因此允许管材夹具的迅速和容易的移动。
当凸轮轨道设置在基部和夹持部的侧面时，它们优选基本上平行于基部和夹持部的引导表面延伸，即当以侧视图观察基部或夹持部时，引导表面的轮廓的形状与凸轮轨道的中心线相似。换言之，引导表面和凸轮轨道的中心之间的距离沿着凸轮轨道的长度恒定。因此，凸轮轨道沿行在引导表面上滚动的负载传递滚轮的轴线的移动，这允许当夹持部相对于基部移动并且负载传递滚轮沿着基部和夹持部的引导表面滚动时，滑车支架或其部件使负载传递滚轮、基部和夹持部相对于彼此定位。
在一个实施方案中，凸轮轨道沿着引导表面的长度延伸。在一个替代性实施方案中，凸轮轨道仅沿着引导表面的主要部分延伸而不沿着引导表面的端部部段延伸。如果在所述实施方案中设置滑车支架，滑车支架(更特别是滑车支架的部件)优选被构造成相对于凸轮轨道枢转，从而允许负载传递滚轮继续沿着引导表面的端部部段，正如下文详细解释的那样。
如果存在的话，负载传递滚轮优选被滑车支架承载，即可旋转地安装在框架或其部件上，因此滑车支架使滚轮相对于基部和夹持部定位。优选地，负载传递滚轮的滚轮本体是大体积本体，从而允许夹持部和基部之间的最佳负载传递。在一个实施方案中，负载传递滚轮设置有轴端，所述轴端容纳在设置于滑车支架上的轴承中。
在一个实施方案中，负载传递滚轮为圆柱形，以便沿着平坦的引导表面滚动。应注意，在一个替代性实施方案中，引导表面可以具有略微凹陷或凸起的形状，并且滚轮本体设置有匹配引导表面的曲率的外表面。
在根据本发明的管材夹具的一个实施方案中，负载传递滚轮设置有周向引导肋，例如位于每个负载传递滚轮的中央的一个周向引导肋，或设置有多个周向引导肋，例如位于负载传递滚轮的每端的一个周向引导肋，并且基部和/或夹持部设置有引导凹槽从而与相应的周向引导肋配合工作。当在所述实施方案中负载传递轮滚沿着引导表面滚动时，一个或多个周向引导肋容纳在引导凹槽中，因此沿着由基部和夹持部的引导表面限定的负载传递滚轮轨道引导负载传递滚轮。
在一个实施方案中，每个夹持设备包括两个负载传递滚轮，所述负载传递滚轮设置在位于一侧的基部和位于对立侧的夹持部之间。在该实施方案中，至少当夹具将管件支撑在其中心管材通道中时，夹持部经由负载传递滚轮被基部支撑。滑车支架优选被设置成当夹持部相对于基部移动的同时，使组件相对于彼此保持正确位置。
通过设置两个负载传递滚轮，负载在两个点上从夹持部传递至基部，这实现基本上均匀的负载分布。在一个替代性实施方案中，可以在夹持设备的基部和夹持部之间设置三个或更多个负载传递滚轮。然而，在包括三个或更多个负载传递滚轮的夹具中，应当额外注意保证这些负载传递滚轮上的均匀的负载分布，从而避免负载传递滚轮及其滚动的引导表面的过度磨损或甚至是损坏。
在一个实施方案中，设置的滑车支架具有左侧部和右侧部，所述左侧部和右侧部经由其间负载的滚轮本体连接。在一个实施方案中，滑车支架包括位于夹持设备的左侧的单个刚性框架部和位于夹持设备的右侧的单个刚性框架部。在一个替代性实施方案中，滑车支架包括位于夹持设备的两侧的多个框架部，例如包括位于夹持设备的两侧的多个保持臂，所述框架部可以可枢转地连接，例如滑车支架可以包括多个保持臂，所述保持臂可枢转地安装在位于夹持设备的每侧的间隔臂上。
在一个实施方案中，滑车支架围绕夹持部和/或基部延伸，或者在基部和夹持部的引导表面之间延伸，从而提供设置在夹持设备的左侧的一个或多个框架部和设置在夹持设备的右侧的一个或多个框架部之间的直接连接。
在根据本发明的管材夹具的一个实施方案中，每个夹持设备包括滑车支架，所述滑车支架具有位于夹持部和基部的左侧的左侧框架部和位于夹持部和基部的右侧的右侧框架部，所述左侧框架部和右侧框架部之间承载两个负载传递滚轮，所述负载传递滚轮各自可旋转地安装。在一个优选实施方案中，两个框架部仅经由负载传递滚轮彼此连接，这提供了紧凑的滑车支架。
此外，左侧框架部和右侧框架部各自设置有凸轮从动件，框架部通过所述凸轮从动件接合基部和夹持部的侧面中的凸轮轨道。因此在夹持设备的每一侧，基部、负载传递滚轮和夹持部通过单个框架部相对于彼此定位，其中负载传递滚轮可旋转地安装，并且通过与设置在这些框架部中的凸轮轨道接合的凸轮来接合基部和夹持部。使用单个框架部使这些组件相对于彼此定位能够实现高精确度。此外，这允许简单和紧凑的滑车支架。
在另一个实施方案中，左侧框架部和右侧框架部各自设置有用于接合基部上的凸轮轨道的两个凸轮从动件和用于接合夹持部上的凸轮轨道的两个凸轮从动件。设置框架部使其各自具有两个接合基部的凸轮和两个接合夹持部的凸轮使得滑车支架将夹持部保持在离基部的预定距离处，这使得保持在其间的负载传递滚轮接合基部和夹持部两者上的引导表面，并且避免夹持部相对于基部枢转。
在另一个实施方案中，每个夹持设备还包括轭状件，所述轭状件被构造成当夹持部相对于基部移动时使滑车支架相对于基部和夹持部定位。因此，负载传递滚轮的移动受到控制，并且避免了打滑。轭状件的中心部分可枢转地安装在滑车支架上，并且其对立端设置有狭槽，一个狭槽接合基部上的枢轴并且另一个狭槽接合夹持部上的枢轴。
在另一个实施方案中，左侧框架部和右侧框架部均设置有轭状件。因此，滑车支架被夹持设备两侧的轭状件定位，这有利于避免滑车支架和负载传递滚轮倾斜。
在管材夹具的另一个实施方案中，可以通过用于接合基部上的凸轮轨道的每个凸轮从动件、一个负载传递滚轮的中心旋转轴线、和用于接合至夹持部上的凸轮轨道的凸轮从动件绘制一条直线，所述直线优选垂直于通过第一负载传递滚轮的中心旋转轴线和第二负载传递滚轮的中心旋转轴线绘制的线。因此，在夹持设备的每一侧，凸轮相对于负载传递滚轮的轴线相对立地设置。换言之，负载传递滚轮的轴线和夹持设备的左侧的两个凸轮的轴线和夹持设备的右侧的两个凸轮的轴线定位在单个虚拟平面中。当夹持部因而还有负载传递滚轮向上移动时以及向下移动时，所述构造允许通过凸轮轨道平稳地引导滑车支架。
在根据本发明的管材夹具的另一个实施方案中，左侧框架部和右侧框架部各自为H形，H形框架部各自具有中心支腿，所述中心支腿沿着由基部和夹持部的引导表面限定的用于负载传递滚轮的引导轨道延伸。当夹持部相对于基部移动时，所述框架部组合而使得基部、负载传递滚轮和夹持部相对于彼此精确定位，并且允许平稳和精确地引导夹持部和负载传递滚轮。
在根据本发明的管材夹具的一个替代性实施方案中，每个夹持设备设置有滑车支架，所述滑车支架具有位于夹持部和基部的左侧的下方保持臂和上方保持臂以及位于夹持部和基部的右侧的下方保持臂和上方保持臂，其中一个负载传递滚轮承载在左侧下方保持臂和右侧下方保持臂之间，还有一个负载传递滚轮承载在左侧上方保持臂和右侧上方保持臂之间，所述负载传递滚轮各自可旋转地安装；并且每个保持臂在用于接合设置在基部上的一个凸轮轨道的一端具有凸轮从动件，并且在用于接合设置在夹持部上的一个凸轮轨道的对立端具有凸轮从动件。
因此，滑车支架包括位于夹持设备的每一侧的两个保持臂，每个臂使夹持部相对于基部定位，并且将负载传递滚轮正确地定位在夹持部和基部之间。在组合方式下，下方保持臂和上方保持臂还避免夹持部相对于基部枢转。
设置分离的保持臂而不是单个框架部，允许保持臂相对于彼此移动，因此相对于彼此和夹持设备枢转。因此，在停放位置下，相比于一体式刚性框架部，夹持部可以更靠近基部定位。此外，对于由基部和夹持部的引导表面限定的负载传递轨道和凸轮轨道而言，所述构造允许宽范围的轨道设计。这在负载传递滚轮轨道具有弯曲端部部段时是特别有利的，所述弯曲端部部段为负载传递滚轮提供停放位置，下文将进一步详细解释所述实施方案，而凸轮轨道不具有这样的弯曲端部部段。在所述实施方案中，保持臂可以相对于夹持设备枢转同时保持平行，从而在凸轮已经位于凸轮轨道的端部位置的同时沿着滚轮轨道引导负载传递滚轮。这将在下文进一步详细解释。
在另一个实施方案中，对于每个保持臂，可以通过位于其对立端上的凸轮从动件的轴线和被保持臂承载的负载传递滚轮的中心旋转轴线绘制直线。因此，在夹持设备的每一侧，凸轮相对于负载传递滚轮的轴线相对立地设置。换言之，负载传递滚轮的轴线和夹持设备的左侧的两个凸轮的轴线和夹持设备的右侧的两个凸轮的轴线定位在单个虚拟平面中。当夹持部因而还有负载传递滚轮向上移动时以及向下移动时，所述构造允许通过凸轮轨道平稳地引导滑车支架(更特别是滑车支架的保持臂)。
在一个实施方案中，滑车支架还具有至少一个间隔臂，所述间隔臂的一端可旋转地连接至两个负载传递滚轮的一者(优选连接至滚轮本体的轴)并且对立端可旋转地连接至两个负载传递滚轮的另一者(优选连接至滚轮本体的轴)。因此滑车支架也使两个负载传递滚轮相对于彼此定位。
在一个实施方案中，单个间隔臂设置在夹持设备的中心，并且接合负载传递滚轮的中段。
在根据本发明的管材夹具的一个替代性实施方案中，滑车支架具有位于夹持部和基部的左侧的间隔臂和位于夹持部和基部的右侧的间隔臂，所述左侧间隔臂的一端可旋转地连接至左侧下方保持臂并且对立端可旋转地连接至左侧上方保持臂，并且所述右侧间隔臂的一端可旋转地连接至右侧下方保持臂并且对立端可旋转地连接至右侧上方保持臂。在另一个优选实施方案中，间隔臂和保持臂都可旋转地连接至负载传递滚轮，优选连接至负载传递滚轮的轴，使得负载传递本体同轴地并且可旋转地安装在保持臂和间隔臂两者中。
在另一个替代性实施方案中，每个夹持设备还包括轭状件，所述轭状件被构造成当夹持部相对于基部移动时使间隔臂相对于基部和夹持部定位，所述轭状件的中心部分可枢转地安装在间隔臂上，并且其对立端设置有狭槽，一个狭槽接合基部上的枢轴并且另一个狭槽接合夹持部上的枢轴。
在一个实施方案中，每个夹持设备包括位于左侧和右侧两者上的间隔臂，所述间隔臂各自设置有轭状件。在另一个优选实施方案中，左侧框架部和右侧框架部均设置有轭状件。因此，在该实施方案中滑车支架被夹持设备两侧的轭状件定位，所述在其左侧和其右侧都包括上方保持臂、下方保持臂和间隔臂，这有利于避免滑车支架和负载传递滚轮倾斜。
在根据本发明的管材夹具的一个实施方案中，每个夹持设备包括如上所述的位于基部和夹持部之间的负载传递滚轮以及齿条和小齿轮机构，所述齿条和小齿轮机构设置在一方面的各个负载传递滚轮和另一方面的基部和夹持部之间，从而在夹持部相对于基部移动的同时使负载传递滚轮相对于基部和夹持部定位。所述齿条和小齿轮界面因此可以用于代替轭状件和/或间隔臂使用或者连同轭状件和/或间隔臂一起使用。在一个实施方案中，齿条和小齿轮机构可以与周向引导凸缘结合，从而进一步在轴向方向上定位负载传递滚轮。
在一个实施方案中，齿条和小齿轮机构包括分别安装在每个负载传递滚轮的对立端的左侧链轮和右侧链轮，优选地，所述链轮安装在传递滚轮的轴端。
在该实施方案中，齿条和小齿轮机构还包括位于夹持部和基部的左侧的下方链和上方链以及位于夹持部和基部的右侧的下方链和上方链，所述链各自的一端连接至基部并且另一端连接至夹持部，并且所述链优选各自沿着基本上U形的轨迹延伸。
在该实施方案中，两个负载传递滚轮之一的链轮接合左侧下方链和右侧下方链，并且另一个负载传递滚轮的链轮接合左侧上方链和右侧上方链，使得当夹持部相对于基部移动时所述链沿着链轮拉动。
在一个替代性实施方案中，负载传递滚轮的齿条和小齿轮机构包括设置在基部上的齿条和设置在夹持部上的齿条以及安装在负载传递滚轮的轴线上的链轮，所述链轮接合一个或两个齿条，使得当夹持部相对于基部移动时链轮沿着链轮运行。因此，负载传递滚轮的移动受到控制，并且避免打滑。
在另一个优选实施方案中，每个夹持设备的基部和夹持部的引导表面限定引导轨道，所述引导轨道的上端在径向向外方向上弯曲，从而为夹持部提供停放位置。因此基部和夹持部的引导表面基本上为J形，具有基本上笔直且倾斜的部段和上端的更短且更水平的部段。引导表面的较长的倾斜部段限定夹持轨迹。在该夹持轨迹中，引导表面的角度足够陡峭，从而将管件的下拉力转变成夹持力。引导表面的上端向外弯曲并且限定更水平的停放轨迹。该停放轨迹使夹持部远离中心管材通道移动，从而允许宽管材或管材部段(例如安装在两个管件或管件凸缘之间的具有矩形横截面的设备)穿过管材夹具。轨迹的停放部段不适合提供夹持力。
宽的中心管材通道有助于管材穿过管材夹具，因此当具有较宽直径的管材沿着作业线穿过管材通道时，减少了对于移除管材夹具的要求。
在一个实施方案中，引导表面设置有凹部，负载传递滚轮可以容纳在所述凹部中，使得当负载传递滚轮停放在凹部中时，允许夹持部紧邻基部，因此允许具有相对宽的中心管材通道的紧凑的管材夹具。
在一个实施方案中，本发明提供一种管材夹具，所述管材夹具用于夹持诸如钻管的管材，所述管材夹具具有包括三个或更多个夹持设备的环形框架，所述夹持设备沿着环形框架的内侧围绕具有轴线的中心管材通道以等间隔设置，并且其中每个夹持设备包括：
-基部，所述基部安装至环形框架，前侧限定面朝中心管材通道的引导表面，并且左侧和右侧设置有凸轮轨道，所述凸轮轨道基本上平行于由前侧限定的引导表面延伸；
-夹持部，所述夹持部的后侧限定引导表面，所述引导表面面对由基部的前侧限定的引导表面，前侧面对中心管材通道，并且左侧和右侧设置有凸轮轨道，所述凸轮轨道基本上平行于由后侧限定的引导表面延伸；
-用于每个夹持部的嵌件载体，所述嵌件载体各自具有嵌件载体本体，所述嵌件载体本体具有用于保持一个或多个嵌件的一个或多个凹部，所述嵌件用于接合由管材夹具支撑的管材，和
其中每个夹持部的前表面中设置有用于支撑嵌件载体的狭槽，
所述狭槽在平行于管材通道的中心轴线的方向上延伸，并且具有用于容纳嵌件载体的打开顶端，使得嵌件载体可以在基本上平行于管材夹具的轴线的向下方向上滑动至夹持部，并且
所述狭槽朝向中心管材通道打开，用于将嵌件载体本体保持在狭槽中，并且一个或多个嵌件面对管材夹具的中心轴线。
-两个负载传递滚轮，所述负载传递滚轮各自设置在基部的引导表面和夹持部的引导表面之间，从而为夹持部提供滚动支撑；
-滑车支架，所述滑车支架被构造成使基部、夹持部和负载传递滚轮相对于彼此定位，滑车支架具有位于夹持部和基部的左侧的左侧框架部和位于夹持部和基部的右侧的右侧框架部，所述左侧框架部和右侧框架部之间承载两个负载传递滚轮，所述负载传递滚轮各自可旋转地安装，并且
其中左侧框架部和右侧框架部各自设置有凸轮从动件，框架部通过所述凸轮从动件接合基部和夹持部的侧面中的凸轮轨道；
-轭状件，所述轭状件被构造成在基部相对于基部移动时使滑车支架相对于基部和夹持部定位，所述轭状件的中心部分可枢转地安装在滑车支架上，并且其对立端设置有狭槽，一个狭槽接合基部上的枢轴并且另一个狭槽接合夹持部上的枢轴；并且
其中基部的引导表面和夹持部的引导表面之间限定用于每个负载传递滚轮的引导轨道，所述引导轨道相对于中心管材通道的轴线以一定角度延伸，使得通过使夹持部相对于基部移动，夹持部沿着轴线以及在其径向方向上移动。
在根据本发明的管材夹具的一个实施方案中，每个夹持设备设置有致动器(例如液压缸或电动主轴)，所述致动器适合使夹持部相对于基部移动，即在其径向内下位置和其径向外上位置之间移动。在一个实施方案中，夹持部设置有使夹持部运动的电动马达，例如与安装在滑车支架或夹持部上的齿条啮合的电动马达驱动链轮。在这些实施方案中，管材夹具受致动器控制。
在一个实施方案中，可以使用一个致动器使多个夹持设备(例如两个相邻的夹持设备)的夹持部移动。
作为替代，夹持部被构造成通过人力移动，例如其顶侧设置有抓手从而通过手或者通过手工操作的提升设备进行接合，从而提升夹持部。
在又一个实施方案中，夹持设备的夹持部被构造成通过外部提升设备(例如设置在甲板上的起重机或设置在钻探井架中的绞盘)进行接合。
在一个实施方案中，设置控制系统从而控制夹持设备的致动器，从而使得所有夹持部同步移动。在另一个优选实施方案中，每个夹持设备设置有两个或更多个液压缸，并且所有夹持设备的液压缸连接至单个控制缸，所述控制缸包括单个柱塞轴，所述单个柱塞轴使沿着柱塞轴线设置的多个柱塞移动，每个柱塞设置在与管材夹具的液压缸连接的柱塞室中。因此，通过控制缸的柱塞轴的移动，夹持设备的所有液压缸因而还有管材夹具的所有夹持部同步移动。
在一个实施方案中，各个夹持设备的致动器设置在基部和夹持部之间，即直接接合夹持部。因此，由致动器施加的提升力和夹持力直接作用于夹持部。
在另一个实施方案中，每个夹持设备的致动器包括两个液压缸，一个液压缸位于基部和夹持部的左侧，还有一个液压缸位于基部和夹持部的右侧，从而产生更平衡的拉力或推力。
在一个替代性实施方案中，每个夹持设备的致动器安装在基部和滑车支架之间从而使框架相对于基部移动，由此使夹持部相对于基部移动。应注意，安装在滑车支架和环形框架之间或安装在滑车支架和固定至基部和/或环形框架的装置之间的致动器被视为是安装在滑车支架和基部之间。
通过在基部和滑车支架之间(而不是在基部和夹持部之间)设置致动器，当滑车支架支撑件和/或负载传递滚轮经由轭状件和/或齿条和小齿轮界面与基部和夹持部联接时，致动器间接地使夹持部(即经由滑车支架)移动。此外，滑车支架的移动转变成夹持部的更大的移动。因此，在所述实施方案中，在框架和基部之间设置致动器就提供使夹持部移动的有效方式。当致动器为液压缸或主轴时这是特别有利的，当致动轨迹保持较短时所述液压缸或主轴可以更小。
根据本发明，管材夹具的夹持部各自被构造成以嵌件载体的形式支撑夹持块，所述嵌件载体具有嵌件载体本体，所述嵌件载体本体具有一个或多个凹部，所述凹部用于保持一个或多个嵌件，所述嵌件用于接合由管材夹具支撑的管材。
这不同于直接接合(即没有嵌件)待被夹具保持的管件本体的夹持块，例如聚氨酯本体或专用钢制本体。在所述实施方案中，夹持块可以是夹持部和被夹具保持的管件之间唯一的界面，并且可以是因接合管件而经受磨损的夹持块。在所述实施方案中，夹持块本身由于磨损而必须定期更换，而不是安装在夹持块上的嵌件。
应注意，支撑夹持设备的环形框架可以以不同方式构造。
在一个实施方案中，环形框架包括多个片段，所述多个片段联接在一起从而形成框架。在所述实施方案中，每个片段可以支撑夹持设备。为了允许管件横向进入环形框架，一个或多个部段可以可铰接地连接，从而形成用于容纳管件的进入门。
在一个替代性实施方案中，环形框架包括两个c形环形部段，每个环形部段支撑多个夹持设备，所述多个夹持设备组合形成环形框架。在一个实施方案中，c形环形部段的一端可铰接地连接，使其可以在用于容纳管件的打开构造和用于保持管件的关闭构造之间相对于彼此枢转。
应注意，设置可以打开和关闭的环形框架允许环形框架在横向方向上(即垂直于管件的纵向轴线)滑动至管件。因此，例如通过使打开的环形框架在甲板上滑动至预夹持位置(在所述预夹持位置下关闭的夹具的轴线与作业线重合)，然后关闭环形框架使得管材夹具的轴线与作业线重合，由此与支撑在作业线中的管件的纵向轴线重合，环形框架可以接合支撑在钻探船的作业线中的管件。
在一个替代性实施方案中，环形框架是完全固定的框架，并且只能在管材夹具的轴向方向上(即沿着中心管材通道的轴线)容纳管件。在所述实施方案中，夹持部和/或夹持设备优选设置有停放位置，在所述位置下夹持部和/或夹持设备可以在横向向外方向上相对于管材夹具的轴线移动，从而为管材夹具提供超宽的管材通道从而容纳管件。
优选地，例如出于维修目的，夹持设备可释放地固定在环形框架中，使得可以单独更换夹持设备。
在根据本发明的管材夹具的一个实施方案中，管材夹具的环形框架支撑在三个或更多个负载传感器上，优选为设置在环形框架和用于支撑环形框架的基板之间的弹性安装的负载传感器。通过将管材夹具支撑在三个负载传感器上，可以监控由夹持设备支撑的负载。当环形框架设置有四个或更多个夹持设备时这是特别有利的。通过支撑具有负载传感器的环形框架，不再需要通过负载传感器对每个夹持设备都进行单独监控。因此，通过以三个负载传感器支撑环形框架，负载可通过简单和有效的方式得到监控。
负载传感器可以与例如一叠多个碟形弹簧进行组合来弹性地支撑环形框架。
在一个优选的实施方案中，弹性安装的负载传感器设置在环形框架和用于支撑环形框架的基板之间。因此，当弹性支撑件被压缩至一定程度时，环形框架落在基板(所述基板可以例如设置有用于环形框架的弧形部段的支撑件)上，使得环形框架此时被基板支撑。在所述实施方案中，传感器仅需要监视管材夹具的工作范围的下方部段。由于有限的工作范围，可以使用更精确地监视该特定范围中的负载的传感器。此外，当位于工作范围的上端时，由于传感器不需要承载夹具的负载，可以使用更精致和更简单的传感器。
在另一个实施方案中，传感器与控制系统联接，所述控制系统关联至使夹持部移动的致动器。优选地，控制系统被构造成当夹持设备的夹持部支撑负载时，阻止夹持设备的夹持部在远离管件的方向上移动。因此，当管件被外部设备(例如起重机或安装在井架上的滑车)支撑时，夹持部只能远离管件移动，这样使得管件不被夹具支撑。因此，当夹持部移动时不存在管件从夹具中掉落的风险。
应注意，在钻探船上，夹持设备并非永久性地安装在作业线中。夹持设备是可移动装备，其被构造成在需要时移动进入作业线，并且在必要时再次移除从而提供额外的工作空间。因此在一个实施方案中，根据本发明的管材夹具的环形框架设置有提升点，所述提升点与提升设备(例如用于搬运管材夹具的起重机)联接。在一个替代性实施方案中，管材夹具可以安装在例如被起重机搬运的更大的可移动框架中。在另一个实施方案中，框架可以安装在设置于钻探船的甲板的轨道上，或者安装在甲板下方的结构上，从而在甲板上滑动进入和离开作业线中的位置。
根据本发明的管材夹具的构造，特别是以设置有多个上下对齐安装的嵌件的细长本体的形式设置嵌件载体，允许紧凑的夹具设计，这进而允许宽的使用范围。在一个实施方案中，管材夹具的环形框架被构造成与旋转台配合，使得管材夹具连同所述旋转台能够可旋转地支撑管件。
关于基部和夹持部，在一个优选实施方案中，基部和夹持部为钢制本体，所述钢制本体的一个表面设置有引导表面，并且侧面中铣削出凸轮轨道。通过提供具有引导表面和凸轮轨道的单个本体，可以关于这些特征的相对位置实现高的精确水平。在一个替代性实施方案中，基部和/或夹持部可以由彼此安装的多个本体构成。
本发明还提供将管材支撑在作业线中的方法，所述方法包括如下步骤：
-使管材夹具定位使得其轴线与作业线重合；
-将管材支撑在作业线中；
-使夹持设备的夹持部朝向管材移动，直至支撑在夹持部中的嵌件载体的嵌件接合管材；
-降低管材直至其完全被管材夹具支撑。
根据本发明的另一个方法包括更换嵌件，所述方法包括从夹持部中移除嵌件载体从而更换被嵌件载体保持的一个或多个嵌件的步骤。另一个方法包括将具有新嵌件的嵌件载体插入夹持部从而更换移除的嵌件载体的步骤，因此减少了管材夹具的停工时间。
由于夹持部和基部的引导表面的倾斜构造，由管材夹具中保持的管材施加在嵌件载体的嵌件上的下拉力转变成沿径向向内的夹持力。拉力越大，夹持力越大。
在使用时，管件被支撑设备(例如起重机或被井架支撑的推车)支撑在夹具的中心管材通道中。因此通过使夹持部在向下和沿径向向内的方向上移动，管件被夹持部(更特别是被由夹持部保持的嵌件载体的嵌件的抓握表面)接合。当嵌件接合管件时，支撑设备可以降低管件。由管件施加在嵌件上的下拉力拉动嵌件载体，由此进一步在向下和向内方向上拉动夹持部。因此，下拉力转变成夹持力。
在一个实施方案中，致动器被构造成当接合管件时提供初始夹持力。在另一个实施方案中，致动器被构造成在嵌件完全接合管件之后，通过向下因而向内推动夹持部来提供额外的夹持力。当夹具支撑相对较轻的负载时这是特别有利的，因为这些负载仅产生有限的夹持力。
本发明还提供在根据本发明的管材夹具中使用的夹持设备。
本发明还提供在根据本发明的管材夹具中使用的嵌件载体，和在根据本发明的管材夹具的嵌件载体中使用的嵌件。
本发明还提供一种管材夹具，所述管材夹具用于夹持管材(例如钻管)，所述管材夹具具有包括三个或更多个夹持设备的环形框架，所述夹持设备沿着环形框架的内侧围绕具有轴线的中心管材通道以等间隔设置，并且其中每个夹持设备包括：
-基部，所述基部安装至环形框架，所述基部的前侧限定面朝中心管材通道的引导表面，
-夹持部(9)，所述夹持部的后侧限定引导表面，该引导表面面对由基部的前侧限定的引导表面，并且所述夹持部的前侧面对中心管材通道，其特征在于
每个夹持部设置有多个嵌件凹部，所述嵌件凹部优选上下对齐，每个凹部保持根据本发明的嵌件，并且其中嵌件和凹部具有接触表面，所述接触表面基本上平行于夹持部和基部的引导表面延伸，从而使由管材夹具支撑的管件的负载指向夹持部，并且
其中优选地，每个嵌件凹部设置有嵌件固定设备，所述嵌件固定设备独立地将每个嵌件固定在每个嵌件凹部中。
本发明还提供一种管材夹具，所述管材夹具用于夹持管材(例如钻管)，所述管材夹具具有包括三个或更多个夹持设备的环形框架，所述夹持设备沿着环形框架的内侧围绕具有轴线的中心管材通道以等间隔设置，并且其中每个夹持设备包括：
-基部，所述基部安装至环形框架，所述基部的前侧限定面朝中心管材通道的引导表面，
-夹持部(9)，所述夹持部的后侧限定引导表面，该引导表面面对由基部的前侧限定的引导表面，并且所述夹持部的前侧面对中心管材通道，其特征在于
每个夹持部设置有定位设备，所述定位设备以U形定心板的形式设置，所述U形定心板相对于垂直于中心管材通道的轴线的平面以一定角度安装，使得一个支腿高于另一个支腿，这允许宽的容纳开口连同夹持设备的夹持部彼此紧邻并且靠近管材通道的中心轴线定位。
从属权利要求和说明书中公开了根据本发明的管材夹具的有利实施方案，其中基于多个示例性实施方案进一步说明和阐述了本发明，一些示例性实施方案以示意图的方式显示。
附图说明
在附图中：
图1显示了在打开构造下并且安装在转向器上的用于夹持管材的管材夹具的立体图；
图2显示了图1的管材夹具在关闭构造下的立体图；
图3显示了图1的管材夹具和转向器的侧视图；
图4显示了图1的管材夹具和转向器的横截面侧视图，其中管材夹具处于关闭构造；
图5显示了图1的管材夹具的夹持设备在第一位置下的立体图；
图6显示了图5的管材夹具的夹持设备在第二位置下的立体图；
图7显示了图5的夹持设备的立体图，其中移除了一些部件；
图8显示了图6的夹持设备的立体图，其中移除了一些部件；
图9显示了图5的夹持设备的一些部件的侧视图；
图10显示了图6的夹持设备的一些部件的侧视图；
图11显示了图1的管材夹具的夹持设备的与图5相似的立体图；
图12显示了图11的夹持设备的立体图，其中移除了一个部件；
图13显示了图12的夹持设备的与图7相似的立体图，其中移除了又一个部件；
图14显示了图13的夹持设备的立体图，其中移除了又一个部件；
图15显示了另一个管材夹具的立体图；
图16显示了图15的管材夹具的俯视图；图17显示了图15的管材夹具在第一工作位置下的横截面侧视图；
图18显示了图15的管材夹具在第二工作位置下的横截面侧视图；
图19显示了图15的管材夹具的夹持设备在第一工作位置下的侧视图；
图20显示了图19的夹持设备在第二工作位置下的侧视图；
图21显示了图19的夹持设备的立体图；
图22以局部透视的方式显示了替代性夹持设备的侧视图；
图23显示了图22的夹持设备在第一位置下的侧视图；
图24显示了图22的夹持设备在第二位置下的侧视图；和
图25显示了图22的夹持设备在第三位置下的侧视图；
图26显示了根据本发明的处于第一布置的两个管材夹具；
图27示意性地显示了图26的布置的两个工作位置；
图28以局部透视的方式示意性地显示了夹持设备的设置有齿条和小齿轮机构的部分的四个工作位置；
图29示意性地显示了夹持设备的设置有替代性齿条和小齿轮机构的部分的第一工作位置和第二工作位置；
图30以局部透视的方式示意性地显示了夹持设备的设置有替代性凸轮轨道的部分的两个工作位置；
图31示意性地显示了夹持设备的设置有另一种替代性凸轮轨道的部分的两个工作位置；
图32显示了根据本发明的具有嵌件载体的夹持设备的细节图；
图33显示了图32的夹持设备的横截面；
图34显示了图15的管材夹具的两部分环形框架的俯视图，所述两部分环形框架处于打开构造同时接合管材；
图35显示了图32的夹持设备的一部分的第一立体图，其中嵌件载体和嵌件以分解立体图的方式显示；
图36显示了图32的夹持设备的一部分的第二立体图，其中嵌件载体和嵌件以分解立体图的方式显示；和
图37和图38显示了根据本发明的管材夹具，所述管材夹具与图16所示的相似；所述管材夹具设置有图32的夹持设备。
具体实施方式
通过如下说明，根据本发明的其它主题、实施方案和装置与方法的细节将显而易见，其中参考附图基于多个示例性实施方案进一步解释和说明本发明。
图32显示了用于根据本发明的管材夹具的夹持设备104的细节图。所述管材夹具可以用于将管材(例如钻柱、立管和套管或其部段)支撑在钻机(例如钻探船上的钻机)的作业线中。根据本发明，夹持设备104设置有替代性夹持块61，即设置有嵌件载体161代替嵌件块。
在所显示的示例性实施方案中，夹持设备104包括
-基部108，所述基部108安装至环形框架，基部具有前侧116，当夹持设备安装在根据本发明的管材夹具的环形框架上时，所述前侧116限定面向中心管材通道的引导表面117，
-夹持部109，所述夹持部109具有后侧122和前侧124，所述后侧122限定引导表面123，所述引导表面123面对由基部108的前侧116限定的引导表面117，当夹持设备安装在根据本发明的管材夹具的环形框架上时，所述前侧124面对中心管材通道；
-用于每个夹持部109的嵌件载体161，所述嵌件载体161各自具有嵌件载体本体170，所述嵌件载体本体170具有一个或多个(在所示具体实施方案中为四个)凹部171，凹部171用于各自保持一个或多个嵌件162(在所示具体实施方案中用于各自保持一个嵌件162)，从而接合被管材夹具支撑的管材。
每个夹持部109的前表面124中设置有狭槽172，狭槽172用于支撑嵌件载体161。当夹持设备安装在管材夹具的环形框架上时，狭槽172在平行于管材夹具的管材通道的中心轴线的方向上延伸。
狭槽172具有打开顶端173用于容纳嵌件载体161，使得嵌件载体可以在基本上平行于管材夹具的轴线的向下方向上滑动至夹持部109上。狭槽172朝向管材夹具的中心管材通道打开，用于将嵌件载体本体170保持在狭槽中，并且一个或多个嵌件162面对管材夹具的中心轴线。应注意嵌件延伸超过夹持部的狭槽，使得嵌件(而非夹持部)与支撑在管材夹具的管材通道中的管件接触。
对于每个夹持设备，基部108和夹持部109的引导表面117、123限定引导轨道135，用于相对于基部引导夹持部。当安装在管材夹具的环形框架上时，引导表面117、123和由引导表面限定的轨道135相对于管材夹具的管材通道的中心轴线以一定角度延伸，从而通过使夹持部109相对于基部108沿着引导轨道135移动，夹持部109沿着管材夹具的轴线及其径向方向移动。
通过使根据本发明的管材夹具的基部108和夹持部109设置有倾斜引导表面，夹持部109可以在径向内下位置和径向外上位置之间移动。通过使夹持部在径向方向上移动，管材夹具的管材通道可以调节尺寸，并且不同横截面的管件可以容纳在管材夹具中并且被管材夹具支撑。此外，通过使夹持部的径向移动和轴向移动联动，因被夹具保持的管材的重量所造成的沿轴向向下的力转变成沿径向向内的夹持力。人们将这些类型的管材夹具(即具有沿着管材夹具的中心轴线及其径向方向移动的夹持部的夹具)也被称为卡瓦。
应注意，通过根据本发明的夹持设备，至少当夹具将管件支撑在其中心管材通道中时，夹持部被基部支撑。在根据本发明的管材夹具的一个实施方案中，每个夹持设备的夹持部通过其引导表面直接安置在基部的引导表面上。在另一个实施方案中，设置引导设备(例如框架、凸轮轨道等形式)从而相对于基部沿着引导轨道引导所述夹持部。
在所示示例性实施方案中，夹持设备104的夹持部108经由中间体(在所示具体实施方案中为两个负载传递滚轮110、111)安置在基部109上，所述负载传递滚轮各自设置在基部的引导表面和夹持部的引导表面之间，从而为夹持部提供滚动支撑。
通过以负载传递滚轮(沿着设置在夹持部上的引导表面并且沿着设置在基部上的引导表面滚动)的方式为夹持设备的夹持部提供滚动支撑，在夹持部和基部之间提供低摩擦接触，相比于在现有技术的夹持系统之间中的卡瓦，这减少了组件的磨损。
夹持设备还设置有滑车支架112。滑车支架112被构造成使基部109、夹持部109和负载传递滚轮110、111相对于彼此定位。在所示具体实施方案中，滑车支架承载负载传递滚轮，所述负载传递滚轮各自可旋转地安装在滑车支架中。滑车支架被构造成相对于夹持部108沿着负载传递滚轮轨迹135引导负载传递滚轮110、111，所述负载传递滚轮轨迹135由基部和夹持部的引导表面限定。
基部108具有设置有凸轮轨道120、121的左侧118和右侧119，凸轮轨道基本上平行于由基部的前侧限定的引导表面117延伸。
夹持部109也具有设置有凸轮轨道127、128的左侧125和右侧126，凸轮轨道基本上平行于由夹持部的后侧限定的引导表面123延伸。
滑车支架112的左侧和右侧还设置有凸轮从动件131、132。滑车支架的凸轮从动件131、132接合基部108和夹持部109的侧面中的凸轮轨道127、128。
在所示实施方案中，通过设置承载两个负载传递滚轮110、111的滑车支架112，实现了夹持部和基部之间的低摩擦接触，所述滑车支架112被构造成使基部108、夹持部109和负载传递滚轮相对于彼此定位。
图33显示了图32的夹持设备的横截面，而图35和36显示了图32的夹持设备104的一部分的立体图，其中嵌件载体161和嵌件162以分解立体图的方式显示。图37显示了根据本发明的管材夹具，所述管材夹具与图16所示的相似；所述管材夹具设置有图32的夹持设备。
根据本发明，嵌件载体161具有一个或多个嵌件(在所示具体实施方案中具有四个嵌件162)，所述嵌件形成管材夹具和被管材夹具支撑的管材之间的界面。通过根据本发明的管材夹具，可以从夹具部件中移除嵌件载体，从而更换被嵌件载体保持的一个或多个嵌件。这有助于嵌件的更换。
此外，在更换一个嵌件载体的嵌件的同时，另一个嵌件载体可以插在管材夹具中。因此，由于更换嵌件而造成的管材夹具的停工时间减少了。
此外，可以在竖直方向上从夹具部件中移除嵌件载体或者将嵌件载体更换至夹具部件中。这允许更换嵌件而无需打开管材夹具(更特别是管材夹具的环形框架)和/或从环形框架中移除夹持设备。因此，在管材夹具的中心轴线保持位于钻机的作业线中的同时可以更换嵌件。这也有助于更换嵌件并且减少由于更换嵌件造成的管材夹具的停工时间。
在所示实施方案中，嵌件载体161设置有多个嵌件凹部171，所述嵌件凹部171上下对齐。每个凹部171保持嵌件162。嵌件162具有接触表面174并且凹部171具有接触表面175，当嵌件安装在凹部中时所述接触表面彼此相邻。当夹持部接合管材时，负载经由这些接触表面从嵌件传递至嵌件载体本体。当夹持设备101安装在管材夹具的环形框架上时，接触表面174、175相对于管材夹具的中心轴线以一定角度延伸，在所示优选实施方案中基本上平行于夹持部和基部的引导表面延伸，使得由管材夹具支撑的管件的负载朝向夹持部。
因此，嵌件为楔形，每个嵌件具有基本上平行于管材夹具的轴线的抓握表面176和相对于管材夹具的轴线以一定角度延伸(在所示实施方案中分别基本上平行于基部108和夹持部109的引导表面117、123)的接触表面174。
在所示实施方案中，嵌件载体161设置有多个嵌件162，每个嵌件162保持在嵌件凹部171中。嵌件凹部171各自设置有嵌件固定设备171，所述固定设备在所示实施方案中为接合嵌件162的侧面中的开口的螺栓的形式，嵌件固定设备独立地将每个嵌件固定在每个嵌件凹部中。需要指出的是，所述固定设备充分限制嵌件的移动，从而避免嵌件从嵌件凹部中脱落。然而，固定设备允许嵌件相对于嵌件载体充分移动，从而在管件的重量加载时允许嵌件相对于嵌件载体调节，因此避免由夹具支撑的管材的重量经由固定装置传递(而不是经由接触表面)传递。因此，嵌件可以独立地调节由夹具支撑的管材，这允许负载从管材最佳地传递至夹具，因此减少嵌件的磨损。
在所示具体实施方案中，夹持部108在狭槽的顶端处设置有嵌件载体固定设备，用于将嵌件载体暂时固定在狭槽中。在所示实施方案中，嵌件载体固定设备以销钉的形式设置，所述销钉可以安装在夹持部的开口中从而接合嵌件载体的顶端部使其阻挡嵌件载体的竖直移动。通过移除所述销钉或使其部分缩回，嵌件载体161可以在竖直向上方向上滑动离开狭槽172。在一个实施方案中，嵌件载体固定设备阻挡嵌件载体的竖直移动，同时允许嵌件载体围绕嵌件载体的纵向轴线的可枢转地运动。
在所示示例性实施方案中，每个夹持部108中的狭槽172具有半圆(或C形)横截面，并且嵌件载体161(更特别地是嵌件载体的本体170)具有半圆横截面的部段，所述半圆横截面与狭槽172配合。半圆横截面允许嵌件载体161围绕其纵向轴线枢转至一定程度。因此，嵌件载体可以相对于保持在作业线中的管件调节。因此通过允许嵌件载体校正保持在作业线中的管材的位置的微小变化，嵌件作用在所述管材上的抓握力增加了，并且磨损减少了。
在所示实施方案中，嵌件162具有弯曲抓握表面176。抓握表面176的形状优选使其基本上配合被管材夹具支撑的管件的圆周。在所示优选实施方案中，这些嵌件与嵌件载体组合，所述嵌件载体如上所述可以围绕其纵向轴线枢转。
当夹具接合管材时，嵌件的弯曲抓握表面有助于通过载体本体的枢转使嵌件本身相对于支撑在管材夹具的中心轴线上的管件定位。通过可移动安装的嵌件载体，允许通过嵌件载体的枢转使嵌件定位。因此，可枢转支撑的嵌件载体和具有弯曲抓握表面的嵌件的组合，进一步有助于夹具的嵌件本身相对于支撑在管材夹具的中心轴线中的管件调节，并且增强夹具在管材上的抓握力并且减少抓握表面的磨损。
所示嵌件载体161还具有球形底端180，所述球形底端180容纳在设置在夹持部108的狭槽172的底端的相应凹部中。因此，嵌件载体的底端设置有大接触面积，所述大接触面积有利于将负载力从嵌件载体传递至夹持部，并且如上所述还允许嵌件载体可枢转地安装在夹持部中。
在所示实施方案中，根据本发明的管材夹具的每个夹持设备104设置有定位设备140，从而当夹持部朝向管材移动时相对于夹持部容纳和定位支撑在中心管材通道中的管材。定位设备140的形状和功能与关于图19-21所示的夹持设备所讨论的定位设备40相似。在两种情况下，定位设备以V形定心板(更特别的是具有U形凹部的板)的形式设置，所述V形定心板相对于垂直于中心管材通道的轴线的平面以一定角度安装，使得一个支腿高于另一个支腿，这允许宽的容纳开口连同夹持设备的夹持部彼此紧邻并且靠近管材通道的中心轴线而定位。
因此，定位设备可以体现为简单坚固的形式，这还允许所述设备以可更换嵌件的形式设置。此外，相对于垂直于中心管材通道的轴线的平面以一定角度安装定心板能够实现管材夹具的紧凑设计。
定位设备140与图19-21所示的不同之处在于，其安装在夹持部108上而不是可移动夹持块61上。需要说明的是，在一个替代性实施方案中，定位设备140设置在嵌件载体上，当嵌件载体是如上所述的可枢转安装的嵌件载体时，通过使嵌件载体枢转，定位设备还能使嵌件载体的嵌件相对于管件定位。
定心设备140以嵌件(即定心嵌件)的形式设置，所述嵌件可移除地安装在设置在夹持部上的狭槽形状的凹部中，所述狭槽形状的凹部相对于垂直于中心管材通道的轴线的平面以一定角度延伸。
根据本发明的管材夹具可以用于夹持管材(例如钻管、套管、立管)并且因此支撑例如钻管柱。所述夹具通常用于海上工业。
本发明允许紧凑的管材夹具，例如高度在0.7m和1m之间(例如高度为0.8m)并且直径在1.4m和2m之间(例如直径为1.6m)的管材夹具，所述管材夹具具有中心管材通道，所述中心管材通道的直径可以在例如0.1m(夹持部位于其最内位置)至0.5m(夹持部位于其最外位置，即停放位置)的范围内变化。具有所述尺寸的夹具可以被构造成与旋转台配合。
已经特别参考某些优选实施方案详细描述了用于夹持管材(例如钻管)的管材夹具(特别是具有嵌件载体的夹持设备)，但是应理解特别是本领域技术人员可以在本系统的范围内进行改变和修改。例如，夹持设备可以设置有三个或更多个负载传递滚轮，每个负载传递滚轮具有其自身的轨迹和停放位置，和/或夹持设备可以在基部和夹持部的每一侧设置有多个平行安装的轭状件，所述轭状件可枢转地安装在框架部分或间隔臂等上。
图1-图31公开了管材夹具，其中可以使用根据本发明的夹持设备，即具有夹持部的夹持设备，所述夹持部被构造成支撑具有一个或多个嵌件的嵌件载体，从而提供根据本发明的管材夹具。特别地，夹持块61可以被根据本发明的嵌件载体替代，优选组合设置具有狭槽的夹持部，所述狭槽被构造成可枢转地支撑嵌件载体，如关于图32-图35所讨论的。需要说明的是，根据本发明的嵌件载体有利地与管材夹具的夹持设备一起使用，所述夹持设备包括基部和夹持部和设置在其间的一个或多个负载滚轮，因为这允许紧凑的夹具设计。
下文将更具体地讨论管材夹具。
图1和图2显示了根据本发明的管材夹具1。管材夹具1设置有环形框架2，所述环形框架2围绕具有轴线33的中心管材通道3延伸。根据本发明，三个或多个(在所示实施方案中为六个)夹持设备4沿着环形框架的内侧围绕中心通道3以等间隔设置。
在所示具体实施方案中，环形框架2包括多个片段5，两个片段5形成门从而允许环形框架2的开口接合管件。可以看出，环形框架的具体设计对于本发明来说并不重要。例如，环形框架可以包括多个联接在一起的片段，并且夹持设备安装至所述片段，或者例如通过彼此联接夹持设备等而形成环形框架。
图1显示了打开构造下的管材夹具1，而图2显示了关闭构造下的管材夹具。
在打开构造下，夹具1可以移动至一定位置同时管件支撑在作业线中，或者远离作业线移动同时管件支撑在作业线中。因此，通过提供门，无需拆开管材夹具从而在横向方向上容纳管件。
在图1中，管材夹具安装在转向器6上。转向器6安装在钻探船的甲板(未显示)中。作业线7延伸通过转向器的中心。
图26显示了设置在钻探船上的两个管材夹具1。在该设置中，两个管材夹具1设置在转向器6的对立侧。通过设置两个管材夹具，在另一个管材夹具失效或需要维修的情况下，一个管材夹具可以用作替补。管材夹具1被可移动地支撑，使其可以从图26所示的非活动位置滑动至活动位置，在所述活动位置下管材夹具1设置在转向器6的上方，从而支撑延伸通过所述转向器的作业线7中的管件。如上所述，在管件已经支撑在作业线中的同时，设置在环形框架中的门允许管材夹具1移动进入和离开活动位置。
因此，为了将管材支撑在作业线中，环形框架2打开并且管材夹具1从其非活动位置移动至其活动位置，因此使其中心轴线与作业线对齐并且在其管材通道中容纳管材。当管材夹具1从其非活动位置朝向其活动位置移动时，夹持设备4的夹持部9处于其升高位置，优选处于其停放位置，从而提供宽的中心管材通道3以容纳管件。
在管材夹具1定位在其活动位置(即其轴线与作业线一致)并且管材容纳在管材夹具中之后，环形框架2关闭并且固定。
因此，夹持设备4的夹持部9朝向管材移动直至其接合管材。在一个优选实施方案中，致动器夹持部挤压在管材上，从而提供夹持管材的初始夹持力。
然后，管材可以降低直至其完全被管材夹具支撑，在该条件下由管件施加在夹持部上的下拉力通过管材夹具的构造转变成夹持力。
图27示意性地显示了具有两个管材夹具1的另一种设置的两个工作位置。在该设置中，管材夹具当移动至其活动位置时支撑在环形轴承上，这允许旋转管材夹具，由此旋转由管材夹具支撑的管材。
应注意，根据本发明的管材夹具的设计允许管材夹具的紧凑构造，因此有助于应用如图26和27所示设置的(即可移动地支撑在钻探船的甲板上或陷入钻探船的甲板中)管材夹具，并且在支撑管件的同时旋转管材夹具。在优选的实施方案中，管材夹具被构造成与旋转台配合。
图15-图18显示了管材夹具1的另一个示例性实施方案。应注意，在构造和/或功能方面对应于参考图1-图4所示的管材夹具所描述的组件的组件具有相同的附图标记。还需要说明的是，图15-图18所示的管材夹具的设计和功能与图1-图4所示的管材夹具基本相似。下文将着重描述所示两个夹持设备之间的区别。
图15所示的管材夹具1与图1所示的管材夹具的区别在于，图15所示的管材夹具1设置有顶部壳体41，所述顶部壳体41限定夹持部容纳空间60，从而容纳处于升高位置的管材夹具的夹持部9。图17显示了图15的管材夹具1的横截面，其中夹持部9处于其完全降低位置，而图18显示了相同的管材夹具1，其中夹持部处于其升高位置，所述升高位置在所示具体实施方案中也是停放位置。在升高位置下，夹持部9从管材夹具1向上延伸，并且在所示实施方案中容纳在由顶部壳体41限定的夹持部容纳空间60中。因此，顶部壳体从上方遮挡管材夹具，特别是管材夹具的夹持设备的夹持部。此外，在所示实施方案中，顶部壳体设置有用于人员的工作表面。
此外，在所示优选实施方案中，管材夹具1陷入钻探船的甲板42中，图15中显示了所述甲板的一部分，使得顶部壳体41的顶表面与钻探船的甲板表面基本上齐平。因此，顶部壳体将人员工作表面延伸至管材夹具上方的区域。
在所示优选实施方案中，顶部壳体41设置有舱口43从而提供到达各夹持设备4(更特别地到达夹持设备的夹持部9)的通道。图15中显示舱口43打开，图16中显示舱口43关闭。
在所示优选实施方案中，顶部壳体41可释放地附接至管材夹具1，使得需要时可以将其移除，例如有助于维修和/或检查管材夹具1的夹持设备4。
图15中所示的管材夹具与图1所示的管材夹具的区别还在于，负载传递滚轮10、11设置有位于每个负载传递滚轮10、11的中心的周向引导肋46。基部8和夹持部9设置有引导凹槽47从而与相应的周向引导肋46配合工作，所述引导凹槽设置在夹持设备4的基部8和夹持部9的引导表面17、23中。图17的横截面图中显示了一部分周向引导肋46和一部分引导凹槽47。图5-图14中所示的夹持设备4的负载传递滚轮10、11设置有多个周向引导肋46，更特别地在负载传递滚轮10、11的每端设置有一个周向引导肋46。在替代性实施方案中，负载传递滚轮可以设置有三个或更多个周向引导肋。
图15中所示的管材夹具与图1所示的区别还在于，管材夹具1的环形框架2支撑在三个负载传感器48上，图16中显示了一个负载传感器。此外，在所示优选实施方案中，这些传感器48是设置在环形框架2和用于支撑环形框架的基板49之间的弹性安装的负载传感器。因此，当弹性支撑的负载传感器48压缩至一定程度时，图中未显示的环形框架4的部段停靠在基板49上，使得环形框架被基板支撑。因此，传感器48仅监视管材夹具的工作范围的下方部段。由于有限的工作范围，可以使用更精确地监视该特定范围中的负载的传感器。此外，由于传感器不需要承载夹具处于其工作范围的上端时的负载，因此可以使用更精致和更简单的传感器。
此外，在所示优选实施方案中，传感器48与结合至用于使夹持部9移动的致动器48的控制系统联接。控制系统被构造成当夹持设备的夹持部支撑负载时，阻止夹持设备的夹持部在远离管件的方向上移动。因此，当管件被外部设备(例如起重机或安装在井架上的滑车)支撑时，夹持部只能远离管件移动，这使得管件不被夹具支撑。因此，当夹持部移动时，不存在管件从夹具中脱落的风险。
图15所示的管材夹具与图1所示的管材夹具区别在于，环形框架2包括两个C形环形部段44，每个C形环形部段44支撑多个(更特别是三个)夹持设备4，所述夹持设备4组合形成环形框架2。C形环形部段44的一端可铰接地连接从而可以在用于容纳管件的打开构造和用于保持管件的关闭构造之间相对于彼此枢转，所述打开构造在图33的俯视图中显示同时容纳有管件63，所述关闭构造在图16的俯视图中显示。应注意，在图16中夹持部移动至其内部位置，并且在图33中夹持部移动至其停放位置，因此不可见。不同于铰链，环形框架2设置有可移动锁定销钉45形式的锁定设备，设置成使得两个C形环形部段相对于彼此固定。
图22显示了用于管材夹具(例如图1所示的管材夹具或图15所示的管材夹具)的夹持设备4的示例性实施方案的左侧视图。应注意，在构造和/或功能方面对应于参考图1描述的组件的组件具有相同的附图标记。
夹持设备4包括基部8、夹持部9、两个负载传递滚轮10、11、滑车支架12、轭状件13和致动器14。
基部8具有后侧15、前侧16和左侧18和右侧19，所述后侧15被构造成安装至环形框架2，所述前侧16限定面向中心管材通道3的引导表面17，并且左侧18和右侧19(图中不可见)设置有凸轮轨道。凸轮轨道基本上平行于由基部8的前侧16限定的引导表面17延伸。
夹持部9具有后侧22、前侧24和左侧25和右侧，所述后侧22限定的引导表面23面对由基部的前侧限定的引导表面17，所述前侧24面对中心基材通道3，所述左侧25和右侧设置有凸轮轨道，图中可见设置在左侧上的凸轮轨道27。凸轮轨道基本上平行于由夹持部9的后侧22限定的引导表面23延伸。两个负载传递滚轮10、11各自设置在基部8的引导表面17和夹持部9的引导表面23之间从而为夹持部提供滚动支撑。
滑车支架12被构造成使基部8、夹持部9和负载传递滚轮10、11相对于彼此定位。滑车支架具有位于夹持部9和基部8的左侧的左侧框架部29(图中可见)和位于夹持部和基部的右侧的右侧框架部。左侧框架部和右侧框架部之间承载两个负载传递滚轮10、11，所述负载传递滚轮各自可旋转地安装在所述框架部之间。
左侧框架部29和右侧框架部各自设置有凸轮从动件31，框架部通过所述凸轮从动件31接合基部8和夹持部9的侧面中的凸轮轨道20、27。
应注意，在所示具体实施方案中，滑车支架12被构造成可以通过将凸轮轨道20接合至基部8的每个凸轮从动件31、一个负载传递滚轮11的中心旋转轴线、和将凸轮轨道27接合至夹持部9的凸轮从动件31绘制一条直线。左侧框架部29和右侧框架部30各自为H形，H形框架部各自具有中心支腿，所述中心支腿沿着由基部和夹持部的引导表面17、23限定的用于负载传递滚轮10、11的引导轨道延伸。
轭状件13被构造成在基部相对于基部移动的同时，使滑车支架12相对于基部8和夹持部9定位。轭状件13的中心部分可枢转地安装在滑车支架12上，并且其对立端设置有狭槽34，一个狭槽接合基部8上的枢轴，并且另一个狭槽接合夹持部9上的枢轴。
基部8的引导表面17和夹持部9的引导表面23之间限定用于每个负载传递滚轮10、11的引导轨道35。在所示示例性实施方案中，这些引导轨道合并成单个引导轨道。在替代性实施方案中，负载传递滚轮各自设置有引导轨道，所述引导轨道的形式优选相似。
引导轨道35相对于中心管材通道3的轴线33以一定角度延伸，使得通过夹持部9相对于基部8的移动，夹持部沿着所述轴线并且在其径向方向上移动。
负载传递滚轮为夹持部提供滚动支撑，使得夹持部可以相对于基部移动。在图22-图25所示的实施方案中，夹持设备1设置有致动器36从而使夹持部移动。因此，管材夹具受致动器控制。替代性地，夹持部被构造成通过人力移动，例如其顶侧设置有抓手从而通过手或者通过手工操作的提升设备进行接合，从而提升夹持部。在一个实施方案中，夹持部被构造成通过外部提升设备(例如设置在甲板上的起重机或设置在钻探井架中的绞盘)进行接合。
然而在所示示例性实施方案中，夹持设备设置有致动器36，所述致动器包括两个液压缸，一个液压缸37位于基部和夹持部的左侧，还有一个液压缸(图中不可见)位于基部和夹持部的右侧。液压缸的一端连接至基部8，还有一端连接至滑车支架12。通过将致动器的另一端连接至滑车支架12而不是夹持部9，气缸的长度可以保持较短，因为框架的运行轨迹为夹持部的运行轨迹的一半。在一个替代性实施方案中，致动器包括气缸，所述气缸的一端连接至基部并且对立端连接至夹持部。在所述实施方案中，气缸直接接合夹持部，而不是经由滑车支架接合夹持部。因此，由气缸施加的提升力直接作用于夹持部，而不是经由滑车支架传递。因此，滑车支架及其与基部和夹持部的连接部可以保持相对较轻和较小。
图23-图25显示了相对于基部8处于不同位置的夹持部9。在图中，为了清楚的目的省略了致动器和滑车支架。附图清楚显示了当夹持部9相对于基部8移动时，负载传递滚轮10、11沿着夹持部9和基部8的引导表面17、23移动。此外，附图清楚显示了轭状件13充当调节器，所述调节器确定滑车支架12的位置，由此当夹持部9相对于基部8移动时，确定由滑车支架承载的负载传递滚轮10、11相对于夹持部9和基部8的位置。
图5和图6显示了图1-图4所示的管材夹具中使用的替代性夹持设备的立体图。该夹持设备的在构造和/或功能方面对应于参考图22-图25描述的组件的组件具有相同的附图标记。
图5显示了夹持设备1，其中夹持部9处于升高或回缩位置。图6显示了相同设备1，其中夹持部8处于降低或延伸位置。当夹持部9处于图6所示的降低位置时，致动器36的液压缸37、38延伸。当夹持部被致动器升高(例如用于释放保持在管材通道中的管件)时，致动器36的液压缸37、38回缩。
通过提升管材夹具的夹持设备的夹持部9，夹持部还在径向向外方向上移动。因此，中心管材通道打开，例如允许管件的套筒穿过所述通道。
可以看出，图5-图7所示的夹持设备的示例性实施方案与图22-图25所示的夹持设备的示例性实施方案的区别在于，致动器36的液压缸37、38的一端连接至基部8并且对立端连接至夹持部9。在所述实施方案中，气缸直接(而不是经由滑车支架)接合夹持部。因此，由气缸施加的提升力直接作用于夹持部，而不是经由滑车支架传递。因此，滑车支架及其与基部和夹持部的连接部可以保持相对较轻和较小。
图7和图8以相同位置显示了图5和图6所示的夹持设备，但是移除了致动器36的左侧液压缸37和滑车支架12的左部，以便清楚显示轭状件13和负载传递滚轮10、11的位置。
轭状件13的对立端设置有狭槽34，在每个狭槽34中容纳枢轴切口39，使得狭槽的一端可滑动地连接至基部8，并且对立端可滑动地连接至夹持部9。轭状件13的中心可枢转地连接至滑车支架12。
可以看出，图5-图7所示的夹持设备的示例性实施方案与图22-图25所示的夹持设备的示例性实施方案的区别在于，轭状件在中心可枢转地安装在滑车支架的中心部分上，而不是安装在滑车支架的沿着滚轮轨道(即由基部和夹持部的引导表面限定的用于负载传递滚轮的引导轨道)延伸的臂部上。此外，设置在轭状件的对立端的狭槽为打开狭槽，因此减小了轭状件的长度。因此，滑车支架以及轭状件可以保持紧凑，这有助于将液压缸安装在夹持部上，而不是安装在滑车支架上。
图9和图10以侧视图显示了图5和图6所示的相同位置下的夹持设备的基部8、夹持部9和设置在基部8和夹持部9的引导表面之间的负载传递滚轮10、11。附图因此清楚显示了引导表面的轮廓，和基本上平行于所述引导表面延伸的凸轮轨道的轮廓，更特别是这些引导表面的轮廓。
可以看出，图5-图7所示的夹持设备的示例性实施方案与图22-图25所示的夹持设备的示例性实施方案的区别在于，负载传递滚轮10、11各自设置有传递轨道，这两个轨道由基部和夹持部的引导表面限定并且具有相似形状。
此外，夹持部和基部的每一侧设置有两个凸轮轨道，每个凸轮轨道对应于一侧，并且每个凸轮轨道基本上平行于所述引导表面(更特别地基本上平行于所述引导表面的轮廓)延伸。
在图22-图25所示的实施方案中，引导表面还限定用于每个负载传递滚轮的凸轮轨道，然而引导轨道如同凸轮轨道那样组合成单个引导轨道。因此，负载传递滚轮可以共享引导轨道。重叠的引导轨道可以提供用于夹持部相对于基部移动的延长轨迹。
图9和图10所示的夹持设备的引导表面与图22-图25所示的夹持设备的引导表面的区别还在于，所述图9和图10所示的夹持设备的引导表面在引导表面的端部处(因此在引导轨道的上端的在径向向外方向上弯曲的端部处)限定凹部形式的停放位置，从而为夹持部提供停放位置。在图9中，显示夹持部处于升高位置并且负载传递滚轮处于停放位置。可以证明，容纳负载传递滚轮的这些凹部允许夹持部紧邻基部移动，因此当处于回缩或升高位置时实现夹持设备的紧凑构造。这进而提供了超宽的中心管材通道，因此有助于管材穿过所述中心管材通道，因此减少了在具有超宽直径的管材沿着作业线穿过管材通道时对于移除管材夹具的要求。
图19-图21显示了用于管材夹具(例如图1所示的管材夹具或图15所示的管材夹具)的夹持设备4的另一个示例性实施方案。应注意，在构造和/或功能方面与参考图1-图18描述的组件相对应的组件具有相同的附图标记。
需要说明的是，图19-图21所示的夹持设备在设计和功能上与图5-图14所示的夹持设备基本上相似。下文将着重描述两个夹持设备之间的区别。
图19-图21所示的夹持设备与图5-图14所示的区别在于，设置在基部上的凸轮轨道21和设置在夹持部上的凸轮轨道28具有打开端部。应注意，凸轮从动件(或简称凸轮)在各个凸轮轨道中的移动受到滑车支架12和轭状件13的限制，使得凸轮不能从凸轮轨道中脱落，如图19所示。然而，不以基部和夹持部为终点的凸轮框架允许更紧凑的基部和夹持部，这进而允许更紧凑的夹持设备，由此允许更紧凑的管材夹具。应注意，在一个替代性实施方案中，仅基部的一个或两个凸轮轨道或者仅夹持部的一个或两个凸轮轨道分别不以基部或夹持部为终点。
图19-图21所示的夹持设备与图5-图14所示的夹持设备的区别还在于，夹持设备4设置有定位设备40，所述定位设备40用于在夹持部9朝向支撑在中心管材通道中的管材移动时相对于夹持部9容纳和定位管材。夹持设备包括两个引导支腿，当在沿着中心管材通道的轴线的方向上观察时，所述两个引导支腿相对于彼此以一定角度延伸，从而限定V形。在所示优选实施方案中，夹持设备40的两个引导支腿还沿着中心管材通道的轴线相对于彼此交错，这使得当夹持部朝向中心轴线移动时，两个相邻引导设备的引导支腿重叠，正如图17所示的横截面侧视图显示的那样。
应注意，在所示实施方案中，在一个实施方案中，定位设备40以V形定心板的形式设置，所述V形定心板相对于垂直于中心管材通道的轴线的平面以一定角度安装，这使得一个支腿高于另一个支腿。在一个替代性实施方案中，例如两个引导支腿可以是安装在夹持设备的夹持部上的单独组件。
在管材夹具的一个实施方案中，夹持设备的基部和夹持部由不同元件组成。例如，基部和夹持部可以各自包括支撑实心轨道元件的框架形本体，所述实心轨道元件是限制引导表面的钢制本体，并且例如是以高级钢单一本体的形式制成的轨道元件。所述实施方案可以允许更换基部或夹持部的一部分。例如在由基部限定的轨道表面磨损的情况下，只需要更换轨道元件。
图28示意性地显示了夹持设备的设置有齿条和小齿轮机构的部分的四个工作位置。应注意在构造和/或功能方面与参考图5-图14所示的夹持设备描述的组件相对应的组件具有相同的附图标记。还需要说明的是，图28所示的夹持设备4在其整体功能方面的设计和功能与图5图-14所示的夹持设备基本上相似。下文将着重描述所示两个夹持设备之间的区别。
图28显示了夹持设备4的四个工作位置。在左侧，夹持设备8的夹持部8位于其下方最内夹持位置。在右侧，夹持设备4的夹持部8升高至其最上位置(也是停放位置)，即在该位置下负载传递滚轮10、11容纳在由基部8和夹持部9的引导表面17、23限定的凹部中。在左侧图和右侧图之间，显示了夹持设备4的夹持部8处于两个中间位置。
图28中示意性显示的夹持设备4与图5-图14所示的夹持设备4的区别在于，由基部8和夹持部9的引导表面17、23限定的负载传递滚轮轨道具有弯曲端部部段，所述弯曲端部部段为负载传递滚轮10、11提供停放位置(如右侧图所示)，而凸轮轨道21、28不具有这样的弯曲端部部段。这通过提供具有保持臂51、52的滑车支架50而成为可能，所述保持臂51、52可以相对于彼此枢转。
因此，图28示意性显示的夹持设备4与图5-图14所示的夹持设备4的区别还在于，夹持设备的滑车支架50具有位于夹持部9和基部8的左侧的下方保持臂(图中不可见)和上方保持臂(图中不可见)，以及位于夹持部9和基部8的右侧的下方保持臂51和上方保持臂52。在该实施方案中，一个负载传递滚轮10承载在左侧下方保持臂和右侧下方保持臂51之间，还有一个负载传递滚轮11承载在左侧上方保持臂和右侧上方保持臂52之间。负载传递滚轮10、11各自可旋转地安装。
此外，每个保持臂51、52在用于接合设置在基部21上的一个凸轮轨道的一端具有凸轮从动件32，并且在用于接合设置在夹持部28上的一个凸轮轨道的对立端具有凸轮从动件32。
因此，滑车支架50包括位于夹持设备4的每一侧的两个保持臂51、52，每个臂使夹持部9相对于基部8定位，并且将负载传递滚轮10、11正确地定位在夹持部和基部之间。在组合状态下，下方保持臂和上方保持臂还避免夹持部相对于基部枢转。
设置分离保持臂而不是单个框架部允许保持臂相对于彼此移动，由此相对于夹持设备枢转(对比外侧附图中的保持臂的位置和两个中间附图中的保持臂的位置)。因此，在停放位置下，相比于一体式刚性框架部，夹持部9可以更靠近基部8定位。
图30和图31示意性地显示了其它实施方案的夹持设备的设置有替代性凸轮轨道的部分的两个工作位置。同样在这些实施方案中，滑车支架50设置有保持臂51、52，当负载传递滚轮移动至其停放位置时(如相应右侧图所示)，所述保持臂51、52相对于夹持设备枢转。在这些实施方案中，设置在保持臂的对立端的凸轮从动件(或凸轮31、32)被构造成与凸轮轨道配合工作，从而避免保持臂枢转。凸轮轨道的一端设置有弯曲向外部段或分叉从而容纳凸轮从动件，并且当处于凸轮轨道的端部时允许保持臂相对于夹持设备枢转，使得由保持臂承载的负载传递滚轮弯曲至其停放位置。图中还显示了由基部8的引导表面和夹持部9的引导表面限定的用于每个负载传递滚轮10、11的虚拟引导轨道35，当夹持部相对于基部移动时负载传递滚轮沿行所述引导轨道。因此，负载传递滚轮可以沿着这些引导轨道在其径向最内位置和径向最外位置之间移动，所述径向最内位置用于夹持具有小直径的管材，所述径向最外位置可以是停放位置，从而允许管材沿着管材夹具的轴线移动通过管材通道。
图28示意性显示的夹持设备4与图5-图14所示的夹持设备4的区别还在于，滑车支架还具有至少一个间隔臂53，所述间隔臂的一端可旋转地连接至两个负载传递滚轮的一者10(在所示具体实施方案中可旋转地连接至滚轮本体10的轴)并且对立端可旋转地连接至两个负载传递滚轮的另一者11(在所示实施方案中可旋转地连接至滚轮本体11的轴)。因此滑车支架50(更特别是滑车支架的间隔臂53)还使两个负载传递滚轮10、11相对于彼此定位。
在所示实施方案中，单个间隔臂53设置在夹持设备4的中心，并且接合负载传递滚轮10、11的中段。
在管材夹具的一个替代性实施方案中，滑车支架具有位于夹持部和基部的左侧的间隔臂和位于夹持部和基部的右侧的间隔臂，所述左侧间隔臂优选以一端可旋转地连接至左侧下方保持臂并且以对立端可旋转地连接至左侧上方保持臂，并且所述右侧间隔臂优选以一端可旋转地连接至右侧下方保持臂并且以对立端可旋转地连接至右侧上方保持臂。在另一个优选实施方案中，间隔臂和保持臂都可旋转地连接至负载传递滚轮，优选连接至负载传递滚轮的轴，使得负载传递本体同轴地并且可旋转地安装在保持臂和间隔臂两者中。
图28示意性显示的夹持设备4与图5-图14所示的夹持设备4的区别还在于，夹持设备4包括齿条和小齿轮机构54，所述齿条和小齿轮机构54一方面设置在各个负载传递滚轮10、11，另一方面设置在基部8和夹持部9之间，从而在夹持部相对于基部移动的同时使负载传递滚轮相对于基部和夹持部定位。
在所示具体实施方案中，齿条和小齿轮机构54包括分别安装在每个负载传递滚轮10、11的对立端的左侧链轮和右侧链轮55，所述链轮安装在传递滚轮的轴端。
齿条和小齿轮机构54还包括位于夹持部和基部的左侧的下方链和上方链，以及位于夹持部和基部的右侧的下方链56和上方链57(图28中仅显示了夹持设备4的右侧)，所述链各自的一端连接至基部8并且另一端连接至夹持部9，并且所述链各自沿着基本上U形轨迹延伸。下方链56沿着支腿指向向下方向的U形轨迹延伸，并且上方链57沿着支腿指向向上方向的U形轨迹延伸。
两个负载传递滚轮之一的链轮55接合左侧下方链和右侧下方链，并且另一个负载传递滚轮的链轮接合左侧上方链和右侧上方链，使得当夹持部相对于基部移动时所述链被沿着链轮拉动。因此，负载传递滚轮的移动受到控制，并且避免滑移。
在管材夹具的一个替代性实施方案中，每个夹持设备还包括轭状件，所述轭状件被构造成当夹持部相对于基部移动时使间隔臂相对于基部和夹持部定位，所述轭状件的中心部分可枢转地安装在间隔臂上，并且其对立端设置有狭槽，一个狭槽接合基部上的枢轴，并且另一个狭槽接合夹持部上的枢轴。
图29示意性地显示了夹持设备的设置有替代性齿条和小齿轮机构的部分的第一工作位置和第二工作位置。在该实施方案中，齿条和小齿轮机构54包括设置在基部8上的齿条58和设置在夹持部9上的齿条59。齿条和小齿轮机构还包括安装在负载传递滚轮的轴线上的链轮55，所述链轮接合两个齿条，使得当夹持部相对于基部移动时链轮沿着链轮运行。因此，负载传递滚轮的移动受到控制，并且防止了打滑。图中还显示了由基部8的引导表面和夹持部9的引导表面限定的用于负载传递滚轮11的虚拟引导轨道35，当夹持部相对于基部移动时负载传递滚轮沿行所述虚拟引导轨道。
图5和图21所示的夹持设备4具有夹持部9，所述夹持部9被构造成用于支撑夹持块61(例如为聚氨酯本体或专用钢制本体的形式)，用于接合待被夹具1保持的管件本体。夹持块61形成夹持部9和被夹持部保持的管件之间的界面。在所示优选实施方案中，夹持块61以有助于更换而无需拆卸夹具或其部件的方式安装至夹持部9。夹持部9和夹持块61被构造成使得夹持块可以从上方滑入设置在夹持部9中的狭槽从而允许容易移除。应注意，由于由夹具支撑的管材的负载指向向下方向，夹持块被由夹具支撑的管件保持在原位。此外，夹持块可以例如使用螺栓或销钉而固定在狭槽中。