CN105164363B - 管材处理系统和装置 - Google Patents

Abstract

用于在基本上水平的位置和例如基本上竖直的位置的向上成角度的位置之间移动管材的系统和装置(1)。该装置包括基底(3)和吊杆(4)，该吊杆在基本上水平的位置与例如基本上竖直的位置的向上成角度的位置之间围绕水平吊杆枢转轴线附接至基底。吊杆枢转驱动(50)安装于所述基底上，并适配成枢转吊杆。管材夹具(7；80)附接至吊杆，并适配成夹持管材(20、20’、20”)。吊杆枢转驱动包括中心齿轮(53)，其围绕平行于水平吊杆枢转轴线(6)的中心齿轮轴线(54)而可旋转地安装于基底上，所述中心齿轮直接或经由传动装置而连接至吊杆。一个或多个驱动齿轮构件(51)各自可旋转地安装于基底上，且各自可围绕对应的驱动齿轮构件轴线(52)旋转，并与中心齿轮啮合。一个或多个马达(55)连接至所述驱动齿轮构件，并允许枢转吊杆。

Description

管材处理系统和装置

技术领域

本发明涉及一种用于在基本上水平的位置与向上成角度的位置 (例如基本上竖直的位置)之间移动管材的经改进的管材处理装置。所述装置包括基底、吊杆和吊杆枢转驱动，所述吊杆围绕在基本上水平的位置与向上成角度的位置之间的水平吊杆枢转轴线而枢转地附接至所述基底，所述吊杆枢转驱动安装于所述基底上，并适配成枢转所述吊杆。管材夹具附接至所述吊杆，并适配成夹持管材。

背景技术

在钻探工业中，通常使用这种管材处理装置以用于在钻探装置的作业线(firingline)与储存站之间移动钻探管材。通常，枢转吊杆驱动包括设置于基底与枢转吊杆之间一个或多个线性液压缸。具有钻探装置和管材处理装置的已知钻探系统的一个例子显示于WO2006/038790中。

管材处理装置受支配于许多不同的要求。例如，希望在钻探装置中，被携带至作业线中的管材与待连接管材的钻管柱准确对齐。也对操作速度具有高要求，使得钻探管材可以快速移动至作业线(钻探) 和从作业线移开(分离)。钻探常常在严苛条件下(例如如同沙漠的环境)进行。此外，可(道路)运输的钻探装置系统频繁地从一个位置移动至下一个位置，从而对管材处理装置的尺寸具有限制。

目前可得的管材处理装置就上述问题中的一个或多个而言并非完全令人满意的。因此，本发明的一个目的在于提供措施，其提供用于处理管材的经改进的装置，由此允许减少或克服现有装置的缺点中的一个或多个。

发明内容

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种根据权利要求1的前序部分的系统和装置，其中所述吊杆枢转驱动包括：

-中心齿轮，所述中心齿轮围绕平行于水平吊杆枢转轴线的中心齿轮轴线而可旋转地安装于基底上，所述中心齿轮直接连接至吊杆或经由传动装置而连接至吊杆，

-一个或多个驱动齿轮构件，所述一个或多个驱动齿轮构件各自可旋转地安装于基底上，且各自可围绕对应的驱动齿轮构件轴线旋转，并与所述中心齿轮啮合，

-一个或多个马达，所述一个或多个马达连接至所述一个或多个驱动齿轮构件，并允许驱动所述一个或多个驱动齿轮构件，以在所述基本上水平的位置与所述向上成角度的位置之间枢转吊杆。

通过提供中心齿轮和一个或多个相关的驱动齿轮，当适当设计时，可获得多个优点。

例如，所述管材处理装置的可运输性可受益于减少的装置尺寸，所述减少的装置尺寸源于使用中心齿轮而不是具有长的线性液压缸的已知设置。在现有设计中，使吊杆枢转的缸体需要具有大的行程，因此需要大的空间。本发明的吊杆枢转驱动可构造为紧凑单元。

另一优点在于，本发明的吊杆枢转驱动允许吊杆的平稳枢转运动。已观察到，在现有设计中，当吊杆到达其最终位置，特别是其向上成角度的最终位置时，发生摇动或振动。该振动是不利的，例如就将管材与待连接管材的钻柱快速对齐而言。已发现该振动由现有设计中的大的液压缸导致。提供中心齿轮和一个或多个驱动齿轮允许在到达吊杆的最终位置时获得平稳驱动，而具有降低的振动或无明显振动。例如，这允许将管材直接连接至展开的钻柱，而无需移交至钻探装置的另一管材排列设备。

另一优点在于可以配备枢转驱动，使得齿轮容纳于屏蔽壳体中，相比于目前使用的长的线性液压缸，所述屏蔽壳体对环境(砂、风) 的敏感性更低。

在一个优选实施方案中，一个或多个马达为具有连接至所述一个或多个驱动齿轮构件的旋转输出轴的电动马达。在一种替代方式中，提出具有旋转输出轴的液压马达。

在一个实际实施方案中，所述一个或多个驱动齿轮构件中的每一个的驱动齿轮构件轴线平行于中心齿轮轴线。例如，中心齿轮和驱动齿轮配置为具有直齿或螺旋齿的齿轮。

在一个替代方式中，中心齿轮和一个或多个驱动齿轮可配置为蜗轮组。

在一个优选实施方案中，存在至少两个驱动齿轮构件，每个驱动齿轮构件连接至相关的马达，所述马达配置为如下：如果一个或多个其他马达失效，则通过单个马达枢转吊杆。

应注意，在每个驱动齿轮与相关的马达(例如旋转输出轴马达) 之间可存在传动装置，例如减速齿轮传动装置，例如蜗轮。

考虑到枢转吊杆所需的转矩以及考虑到吊杆的平稳驱动，据信有利的是中心齿轮具有至少0.75米的节圆直径。通过使用极大的中心齿轮，可获得显著的转矩以及平稳运行和驱动持久性。

在一个实际实施方案中，中心齿轮为在其内表面上具有齿轮齿的环形齿轮。

本发明设想中心齿轮优选具有圆形有齿部分，所述圆形有齿部分具有齿轮齿。然而，由于吊杆的枢转通常显著小于一个完整旋转，也可设想如下实施方案：中心齿轮仅为真正圆形齿轮的一部分，例如配置为半圆部分齿轮。

所述“分段的中心齿轮”可例如用于允许进一步减小吊杆枢转驱动的尺寸。

中心齿轮和驱动齿轮优选为常见的正齿轮。中心齿轮有利地具有大的直径，而一个或多个啮合驱动齿轮具有更小的直径。所述组合产生机械益处，因为可使得驱动齿轮快速旋转，同时更大的中心齿轮的转矩成比例地更大。虽然一个啮合驱动齿轮可满足需要，但作为冗余设计并且就中心齿轮上的力的分布而言，提供两个或更多个啮合驱动齿轮(每个啮合驱动齿轮包括一个相关的驱动马达)是有利的。

本发明设想中心齿轮可直接连接至吊杆而与枢转的吊杆协同旋转，所述实施方案需要中心齿轮轴线与吊杆枢转轴线重合。

在一个可选择的优选实施方案中，设想枢转吊杆驱动还包括直接连接至中心齿轮的曲柄构件，所述曲柄构件围绕中心齿轮轴线与中心齿轮协同旋转，所述曲柄构件具有远离中心齿轮轴线的曲柄端部，其中所述枢转吊杆驱动还包括连杆，所述连杆通过第一枢转轴线而枢转地附接至曲柄端部，并通过远离吊杆枢转轴线的第二枢转轴线而枢转地附接至吊杆，其中水平吊杆枢转轴线和连杆的第一和第二枢转轴线彼此平行。

具有曲柄和连杆的这种吊杆枢转驱动的一个优点在于其允许实现紧凑的设计，并同时实现有吸引力的驱动，所述驱动可获得高转矩能力、平稳的驱动和吊杆的稳定的最终位置。吊杆枢转驱动连同吊杆和基底和所有的枢轴则有效形成平面四杆连杆机构的部分。作为该平面四杆连杆机构的结果，可在吊杆和由夹具保持的管材的整个移动中获得有吸引力的向吊杆的驱动转矩供应。

在一个实际实施方案中，枢转吊杆驱动包括可旋转曲柄盘形构件，所述可旋转曲柄盘形构件可旋转地安装至基底，以可围绕中心齿轮轴线旋转，所述曲柄盘形构件具有附接中心齿轮的内表面，所述曲柄盘形构件具有外表面，该外表面提供有与连杆关联的第一枢转轴线。例如，盘形构件形成枢转吊杆驱动的齿轮壳体或齿轮外壳的外部，且齿轮和一个或多个驱动小齿轮被容纳于所述壳体或外壳中。

在一个实际实施方案中，滚柱轴承设置于基底与齿轮之间，所述滚柱轴承围绕中心齿轮延伸。

在一个实施方案中，例如根据本发明的第三方面的夹具附接至吊杆，以总是通常沿着枢转吊杆的前侧或上侧设置，从而在吊杆在其水平位置的情况下接收管材，所述管材在其水平取向上，通常平行于吊杆，并与吊杆的前侧或上侧间隔一定距离。这允许避免使用适配成将夹具从水平吊杆的下侧移动至向上成角度的吊杆或竖直吊杆的前侧的夹具枢转驱动，例如如在WO2006/038790中那样。

优选避免使用适配成将夹具从水平吊杆的下侧移动至向上成角度的吊杆或竖直吊杆的前侧的复杂夹具枢转驱动，但本发明并不排除这种夹具枢转驱动。

本发明的确设想，例如在夹具附接至吊杆以总是通常沿着枢转吊杆的前侧或上侧设置的情况下，夹具可围绕平行于吊杆枢转轴线的夹具枢转轴线枢转地附接至吊杆，以允许夹具相对于吊杆(例如具有接近竖直的最终位置的吊杆)枢转，且在所述吊杆在接近竖直的最终位置的情况下夹具枢转而呈现完全竖直的最终位置。

在一个实施方案中，夹具通过夹具枢转驱动而相对于吊杆枢转，所述夹具枢转驱动例如包括距离夹具枢转轴线一定距离的在夹具与吊杆之间延伸的液压缸或螺杆驱动。在夹具枢转驱动中，诸如电动致动器、绞盘和缆线、液压旋转致动器等的其他动力致动器也是可能的。

在一个实施方案中，吊杆具有接近竖直的最终位置，且夹具枢转驱动允许使夹具达到完全竖直的最终位置。优选地，为了增加操作速度且同时也在达到竖直最终位置时避免不利的管材移动，夹具枢转驱动包括控制单元，所述控制单元例如适配成(例如程控为)在吊杆到达其接近竖直的最终位置之前进行夹具枢转运动。

本发明的第二方面涉及一种根据权利要求15所述的系统。所述系统包括一种用于在基本上水平的位置与向上成角度的位置(例如基本上竖直的位置)之间移动管材的管材处理装置，所述装置具有吊杆枢转驱动，所述吊杆枢转驱动包括：

-曲柄构件，所述曲柄构件围绕平行于吊杆枢转轴线的曲柄构件轴线而可旋转地安装至基底，并具有远离所述曲柄构件轴线的曲柄端部，

-连杆，所述连杆通过第一枢转轴线而枢转地附接至曲柄端部，并通过远离吊杆枢转轴线的第二枢转轴线而枢转地附接至吊杆，其中水平吊杆枢转轴线和连杆的第一和第二枢转轴线彼此平行，

-一个或多个马达，所述一个或多个马达驱动所述曲柄构件，以在所述基本上水平的位置与所述向上成角度的位置之间枢转吊杆。

应了解，已结合了借助根据本发明的第一方面的中心齿轮和一个或多个驱动齿轮来驱动曲柄构件而讨论了这种曲柄构件和连杆的提供。

然而，可设想结合驱动曲柄构件以枢转吊杆的一个或多个马达和任何相关的传动装置的另一设计的本发明的第二方面的措施也是有利的。

例如，可设想使用曲柄的齿条小齿轮驱动，其中曲柄安装于具有小齿轮的旋转轴上，且其中(例如液压传动的)往复齿条接合于所述小齿轮上，以旋转所述轴并因此旋转曲柄。所述轴也可以以另一方式驱动，例如通过液压叶轮马达或其他高转矩马达。

根据本发明的第一和/或第二方面的系统和管材处理装置可用于陆基(钻探)应用，但近海(钻探和海洋管道铺设)应用，例如其中所述装置基于(半潜水单体船)钻探或管道铺设船或近海钻探装置(如自升式钻塔平台)也是可能的。

在一个实际系统中，提供了一种与基本上水平的位置的吊杆相邻的管材储存站，且基本上竖直的位置位于管道铺设系统结构(例如 J-lay)的钻探装置结构的作业线中或与所述作业线相邻设置。优选地，处理装置将管材直接携带至所述作业线中，而无需任何中间运送至吊车等。

在一个实施方案中，所述系统还包括与管材处理装置相邻设置的的管材储存站，所述储存站允许储存多个管材，并将管材连续转移至管材处理装置。在一个实施方案中，当吊杆处于其基本上水平的位置时，储存站允许储存平行于夹具的处于水平位置的多个管材，例如，储存站适配成使管材朝向管道夹具滚动。

如果需要，则系统可包括运送吊车，以将管材从通过管材处理装置而达到的向上成角度(例如竖直)的位置运送至例如更高的另一位置至竖直作业线。例如，形成用于将管材从基本上竖直的位置运送至与钻探装置的作业线(钻柱)对齐的位置的钻探装置的部分。

也有可能竖直储存管材，并随后将管材提升至水平运送位置，例如当管材竖直储存于半潜船的支架中时。

装置允许使管材达到向上成角度的位置，所述向上成角度的位置可为竖直或接近竖直的取向，也可为倾斜取向，例如与水平呈至少45°，更优选至少55°的角度。通常，在向上成角度的位置中，将管材从夹具释放并运送至设备的另一部件。例如，将管材运送至用于将竖直取向的管材与钻探装置的钻探作业线中的钻柱对齐的对齐装置。

可使用根据本发明的第一和/或第二方面的管材处理装置或根据本发明的第三方面的夹具处理的管材可为任意类型的管材，例如钻探管，如油井、气井或水井钻探管和杆、钻管、钻铤、套管、采油管、抽油杆、泵柱管、测井工具、底部钻具组合、管道接头、用于近海管道铺设的烃类海底管线部分等。

有利地，根据本发明的第一和/或第二方面的管材处理系统和装置可在高速下操作，例如以使钻探操作的效率达到最大。该装置的另一优点在于装置由于其稳定的构造而可设计为极安全。

在可容易地例如通过道路车辆运输的根据本发明的第一和/或第二方面的管材处理装置的一个实施方案中，吊杆由多个吊杆部分(例如伸缩吊杆部分或可在现场组装而构成吊杆的吊杆部分)组成。这有利于运输以及现场组装和拆卸。

有利地，管材处理装置的基底设计为具有对应于ISO货物集装箱 (优选40英尺的集装箱)的长度和宽度，并可具有ISO货物集装箱角件。这改善了例如通过道路车辆将装置从一个钻探位置运输至下一钻探位置。

在一个实施方案中，处于其基本上水平的位置的吊杆具有比基底的长度更大的长度，其中吊杆由基本吊杆部分和延伸吊杆部分组成，所述基本吊杆部分通过吊杆枢转轴线连接至基底，并且所述基本吊杆部分在基本上水平的位置时具有不延伸超过基底的长度；所述延伸吊杆部分相对于基本吊杆部分为可伸缩的或者可释放地紧固至基本吊杆部分，且其中夹具附接至延伸吊杆部分。

在一个实施方案中，管材处理装置的一部分(例如吊杆)为可伸缩的，以将尺寸降低至ISO货物集装箱(优选40英尺的集装箱)的尺寸。

本发明的第三方面涉及一种用于处理管材的系统，所述系统包括管材夹具，所述管材夹具具有框架和在所述框架上的至少一个夹具设备，优选在间隔开的位置的至少两个夹具设备，所述至少一个夹具设备由框架支撑，并适配成夹持和保持具有直径和纵向管材中心线的圆形横截面的管材。

夹具可与本发明的第一和/或第二方面的装置组合使用，也可与其他设备组合使用，例如与用于在基本上水平的位置与向上成角度的位置(例如基本上竖直的位置)之间移动管材的系统或装置组合使用，所述装置包括：

-基底，

-吊杆，所述吊杆在基本上水平的位置与向上成角度的位置(例如基本上竖直的位置)之间围绕水平吊杆枢转轴线附接至基底，

-吊杆枢转驱动，所述吊杆枢转驱动安装于所述基底上，并适配成枢转吊杆，

其中管材夹具附接至所述吊杆，并适配成夹持管材。

与已知夹具相关的问题是夹具必须处理具有一些不同的直径的管材，例如井的不同的钻探活动涉及不同直径的管材。

在钻探工业中，许多常用的管材夹具具有如下缺点：由夹具保持的大直径的管材的中心线不与由夹具保持的小直径管材的中心线处于相同的相对于夹具的框架的位置。为了缓解该问题，已开发了“自定心夹具”，例如如US4403897中所公开。这些已知的夹具具有复杂的机械结构，以获得不同直径的管材在相对于夹具框架的共同中心线上的居中。这使得夹具易于故障，尤其是在钻探操作中遇到的严苛环境中。

本发明的第三方面旨在提供一种改进的系统和夹具设备，其构造为如下：对于一些或一系列不同直径的被夹持的管材，纵向管材中心线处于相对于夹具的框架的共同固定中心位置。例如，就随后竖直提升的管材与钻探装置的作业线对齐而言这是有利的，或者类似在管道铺设塔中(例如在J-lay中)这是有利的。

根据本发明的第三方面，系统包括：

-具有支撑表面的管材支撑件，所述支撑表面适配成抵靠其而接收待由夹具设备夹持的管材，以限定管材的预夹持位置，例如，所述管材支撑件连接至夹具框架，以提供相对于框架静止的支撑表面，

此外，根据本发明的第三方面，夹具设备包括：

-刚性第一夹爪，所述刚性第一夹爪围绕相对于框架静止的第一夹爪枢转轴线在其框架端部处枢转地附接至框架，所述刚性第一夹爪具有远离所述第一夹爪枢转轴线的一对第一和第二分叉管材接合表面，

-刚性第二夹爪，所述刚性第二夹爪围绕相对于框架静止的第二夹爪枢转轴线在其框架端部处枢转地附接至框架，所述刚性第二夹爪具有远离所述第二夹爪枢转轴线的一对第一和第二分叉管材接合表面，

其中所述第一和第二夹爪枢转轴线彼此平行，并且相对于框架静止，

-驱动组件，所述驱动组件适配成引起在如下位置之间围绕第一和第二夹爪各自的第一和第二夹爪枢转轴线在第一和第二夹爪的相对枢转方向上的同时枢转运动：

-夹爪的打开位置，其中待夹持的管材可抵靠静止管材支撑表面设置而不接触第一和第二夹爪，和

-夹爪的夹持位置，其中成对的第一和第二分叉管材接合表面在管材上建立四点夹持接合，

其中第一和第二夹爪的分叉管材接合表面成形为如下：当枢转运动至管材抵靠管材支撑表面的夹持位置时，夹爪的第一管材接合表面接合于管材上，并将管材移动远离管材支撑表面，直至夹爪的第二管材接合表面接合于管材上，

且第一和第二夹爪的分叉管材接合表面成形为如下：对于一些直径的管材，纵向管材中心线在相对于夹具的框架的共同固定居中位置处。

应了解，根据本发明的第三方面的管材夹具可与根据本发明的第一和/或第二方面的系统组合使用。本发明的第三方面的系统和夹具设备也可独立于本发明的所述第一和第二方面使用，例如，夹具设备应用在钻探装置排放架中，该钻探装置排放架配置为从储存站夹持竖直取向的管材(例如钻探管材)，并将管材转移至钻探装置的竖直作业线。

具有支撑表面的管材支撑件可整合至夹具框架中，以提供相对于框架静止的支撑表面，例如，当夹具框架处于水平位置时，允许将处于水平位置的待夹持的管材置于所述表面的顶部上。

也可设想管材支撑件不整合至夹具框架中，并且为不同于夹具框架的管材供给组件(例如与管材储存站相关的供给组件)的部分，其中管材以水平位置储存，并朝向(处于其水平位置的)夹具连续滚动，且管材支撑件在支撑位置与收缩位置(在已夹持管材之后)之间移动，在所述支撑位置时放置于所述管材支撑件上的管材以预夹持位置而被支撑，所述收缩位置在夹具的路径之外(例如当吊杆向上枢转时)。

在一个实施方案中，夹具框架具有前侧或上侧，其中适配成抵靠其而接收管材的静止管材支撑表面存在于所述前侧或上侧，且其中在其打开位置的夹具完全收缩至所述前侧或上侧的后方或收缩至所述前侧或上侧下方。该实施方案与具有支撑表面的管材支撑件组合是特别有利的，所述管材支撑件整合至夹具框架以提供相对于框架静止的支撑表面。

在一个实施方案中，当在整合至框架的前侧或上侧中的静止管材支撑表面上接收管材时，夹具适配成与其夹具框架水平取向，其中所述上侧配置为允许管材在上侧上朝向静止管材支撑表面滚动。

在一个实施方案中，夹爪的第一管材接合表面成形为具有连续凸曲率，夹爪的第二管材接合表面成形为具有连续凹曲率。在提供设想的管材的共同中心线居中的同时，基于夹爪的几何形状以及待由夹具设备处理的管材直径而计算曲率。

在一个实施方案中，驱动组件包括作用于从动夹爪(所述第一和第二夹爪中的一个)的马达，其中在所述从动夹爪与所述第一和第二夹爪中的另一个之间提供传动装置，例如引起夹爪的相同和相对枢转运动的具有啮合齿轮的齿轮传动装置。

本发明也涉及一种钻探装置系统，其具有钻探装置和用于与所述钻探装置相关的管材组的基本上竖直的作业线，所述钻探装置设置有用于提升和降低相互连接的管材组的绞车，钻探装置系统还设置有根据本发明的第一和/或第二方面的管材处理装置和/或根据本发明的第三方面的夹具，且所述系统设置有与吊杆的基本上水平的位置相邻的管材储存站。

本发明也涉及一种海洋管道铺设系统，其包括管道铺设塔(例如用于J-lay)和与所述塔相关的管道铺设作业线，所述系统还设置有管材储存站，所述海洋管道铺设系统还设置有根据本发明的第一和/或第二方面的管材处理装置和/或根据本发明的第三方面的夹具。

此外，本发明涉及一种用于在基本上水平的位置与向上成角度的位置之间处理管材的方法，其中使用根据本发明的第一和/或第二方面的管材处理装置和/或根据本发明的第三方面的夹具。

一种方法包括如下步骤：当管材处于所述基本上水平的位置和向上成角度的位置中的一个时，由夹具夹持管材，并且围绕水平吊杆旋转轴线相对于基底旋转吊杆，使得管材到达所述位置中的另一个，以被夹具释放。所述方法可例如为钻探操作或近海管道铺设操作的部分。

附图说明

在结合所附附图的如下详细描述中，将进一步描述本发明的各个方面。

图1以侧视图显示了根据本发明的第一和第二方面的在无管材的情况下的管材处理装置，其中吊杆处于基本上水平的位置，

图2以侧视图显示了图1的管材处理装置，其中吊杆处于中间位置，

图3以透视图显示了图1的管材处理装置，其中吊杆处于中间位置，

图4以侧视图显示了图1的管材处理装置，其中吊杆处于基本上竖直的位置，

图5a以侧视图示意性地显示了图1的管材处理装置的吊杆枢转驱动的图示，

图5b以横截面示意性地显示了图5a的吊杆枢转驱动，

图6示意性地显示了管材储存站的一部分和配备有根据本发明的第三方面的夹具的管材处理装置，

图7a-图7d示出了使用图6的夹具夹持管材，

图8a-图8d示出了使用根据本发明的第三方面的替代的夹具夹持管材。

具体实施方式

在图1-5中，显示了根据本发明的第一和第二方面的道路车辆可运输的管材处理装置1的例子。管材20(例如钻探管)本身仅示意性地显示于图4中。

装置1基本上包括基底3、吊杆4和用于管材的夹具7(示于图4 中)。

吊杆4围绕水平吊杆枢转轴线6相对于基底3在降低的基本上水平的位置(示于图1中)经由如图2、3所示的中间位置至向上成角度的(这里接近竖直的)位置(示于图4中)之间枢转。如所示，这里吊杆4在降低的位置中为基本上水平的，并枢转至接近竖直的位置。

在所示的实施方案中，基底3包括可能具有ISO货物集装箱角件 3a的平台基底部分3d，所述平台基底部分3d优选具有类似于40英尺集装箱的长度和宽度。优选地，装置的重量也在对ISO集装箱的道路运输的限制之内。

基底部分3b被设计用于枢转地附接并支撑吊杆4的下端部分。基底部分3c适配成支撑吊杆枢转驱动，如下文将进行解释的。

吊杆4可围绕水平吊杆旋转轴线6在吊杆枢转方向2上借助吊杆枢转驱动50而在降低的基本上水平的位置(示于图1中)经由如图2、 3所示的中间位置至提升的基本上竖直的位置(示于图4中)之间枢转。

这里，吊杆4由两个可拆卸地相互连接的吊杆部分4a、4b组成，其中下吊杆部分4a通过吊杆枢转轴线6连接至基底3，且上吊杆部分 4b保持住夹具7。

在所示实施方案中，下吊杆部分4a包括扭折(kink)4c，由于该扭折4c，吊杆的主要部分可以在基本上水平的位置处放置于基底3的平台基底部分3d上，如图1所示，而在吊杆枢转轴线6(其在相对于平台基底部分3d升高的位置处)与扭折4c之间延伸的吊杆的弯曲部分4d在图1的位置中略微向上延伸。

在所示实施方案中的吊杆枢转驱动50是根据本发明的第一和第二方面两者。

根据第一方面，设置了中心齿轮和啮合驱动齿轮，其在图1-4中不可见，但详细示于图5a、b中。

中心齿轮53安装为可围绕平行于水平吊杆枢转轴线6的固定的水平中心齿轮轴线54相对于基底3旋转。中心齿轮经由曲柄-连杆-传动装置(下文解释)连接至吊杆4。

考虑到枢转吊杆4所需的转矩以及考虑到吊杆的平稳驱动，被认为有利的是中心齿轮具有至少0.75米，例如0.75至2.0米之间的节圆直径。通过使用极大的中心齿轮53，可获得显著的转矩以及平稳运行和驱动持久性。

一个或多个啮合驱动齿轮51安装为可围绕平行于水平吊杆枢转轴线6的固定的水平齿轮轴线52相对于基底旋转。啮合驱动齿轮具有优选显著小于中心齿轮的直径。驱动齿轮由齿轮驱动进行驱动，这里，所述齿轮驱动包括设置有减速器(例如蜗轮减速器)的电动马达55。

在所示实施方案中，中心齿轮53直接连接至可旋转曲柄构件60 (这里配置为盘形构件)。

所述盘形构件60限定了曲柄，所述曲柄具有远离水平中心齿轮轴线54的曲柄端部61。在该实施方案中，可旋转曲柄构件60成形为盘形构件，所述盘形构件具有附接中心齿轮53的内表面。中心齿轮53 具有圆形内表面，所述圆形内表面设置有与驱动齿轮51的齿啮合的齿。

中心齿轮53被大的圆形滚柱轴承55围绕，所述大的圆形滚柱轴承55相对于基底3可旋转地支撑中心齿轮53，因此相对于基底3可旋转地支撑盘形构件60。

有效地，盘形构件60为将中心齿轮53和驱动齿轮51与环境屏蔽的壳体或外壳的部分。

曲柄构件60因此具有与中心齿轮轴线54重合的固定的水平轴线，且具有碗形形状，所述碗形形状具有允许容纳中心齿轮和一个或多个啮合驱动齿轮的内径。

在曲柄构件60的外侧处设置了曲柄端部构件61。连杆65通过第一枢转轴线66而枢转地附接至曲柄端部61，并通过远离轴线6的第二枢转轴线67枢转地附接至吊杆4。水平吊杆枢转轴线6、轴线54和连杆65的第一和第二枢转轴线66、67彼此平行，从而形成平面四杆连杆机构。

在该示例中，连杆65基本上在扭折4c的位置处连接至吊杆4，从而基本上平行于吊杆4延伸。由于该构造，吊杆4由吊杆部分4d和连杆65在扭折4c下方支撑。

夹具7围绕平行于吊杆旋转轴线6的夹具枢转轴线8枢转地附接至吊杆4，优选接近吊杆4的端部而枢转地附接至吊杆4。夹具7借助夹具旋转驱动9相对于吊杆4在夹具旋转方向11上枢转。

夹具7可包括任意数量和类型的合适的管材夹具构件以解除保持和可靠保持管材。

优选地，夹具7包括安装于夹具框架7b上的两个间隔的夹具7a。

这里，夹具框架7b为细长框架，该细长框架具有在待夹持的管材的方向上的纵轴。在该示例中，夹具旋转驱动9包括设置于吊杆4与夹具框架7b之间的液压缸。

夹具7可配备有适配成用于管材下端的端部止动件的一个或多个管材端部止动构件7d，使得管材相对于夹具7在纵向方向上正确定位。每个端部止动构件7d可在展开和收缩位置之间移动(参见图4)。

在该示例中，吊杆4的吊杆部分4a、4b可伸缩地或可释放地彼此附接。可提供特殊的驱动以引起伸缩运动。

这里，基底3设计为具有ISO货物集装箱的尺寸，并可能具有ISO 货物集装箱角件3a。由于吊杆4可减少长度以用于运输的目的，因此整个装置可减少至ISO货物集装箱，优选40英尺集装箱的尺寸。

吊杆枢转驱动50的操作如下：在静止时，如图1可见，吊杆4的大部分安置于基底3的平台基底部分3d处，而连杆65也基本上水平延伸。当致动齿轮传动马达55时，与中心齿轮53啮合的驱动齿轮51 使中心齿轮53和连接的曲柄构件60旋转。因此，曲柄端部61从图1 所示的位置(即在钟表的“9”点处)经由图2所示的位置(即在钟表的“5”点处)逆时针旋转至图4所示的位置(即几乎在钟表的“12”点处)。作为曲柄端部61的旋转和具有基底3和连杆65的平面四杆连杆机构构造的结果，吊杆4相应地在逆时针方向2上枢转至图4的基本上竖直的位置。为了将吊杆枢转回到图1的水平位置，可以致动驱动齿轮51，从而使曲柄端部61在逆时针方向上继续移动。这需要极准确地控制驱动齿轮51的齿轮驱动。可替代地，可以反致动驱动齿轮，使得曲柄端部在顺时针方向上移动回去。

现在将参照图6-8说明本发明的第三方面。

在图6中，显示了管材储存站70的一部分，其中管材20’、20”以水平取向储存。所述管材储存站包括滚动轨道71，管材20’、20”沿着所述滚动轨道71朝向配备有夹具80的管材处理装置的夹具80滚动。

为了说明夹具设备80，图7a-图7d显示了最大直径的管材20’和最小直径的管材20”。

管材处理装置可配置为如本发明的第一和/或第二方面，并可配置为如图1-5中所示。在图6中，显示了枢转吊杆4的一部分，其通过吊杆枢转驱动(例如如本文所述)相对于基底(例如基底3)枢转。

优选地，夹具80安装于吊杆4的前端或上端，使得夹具80在处于水平位置的吊杆4的“顶部”。在夹持管材20之后，吊杆4可向上成角度(例如如本文所述)，以将管材携带至钻探台的作业线中。

夹具80具有框架81，这里，所述框架81具有类似于图3所示的框架的纵向框架构件82、83。

优选地，在沿着框架81的长度的两个间隔开的位置处，设置夹具设备90以夹持管材20。每个夹持设备90适配成夹持和保持具有直径和纵向管材中心线的圆形横截面管材20。

在该示例中，也如图8中那样，夹具框架81设置有管材支撑件，例如横跨框架长度的一个或多个支撑件构件，所述支撑件具有一个或多个支撑表面84，所述一个或多个支撑表面84适配成在其上接收处于管材的预夹持位置的待由夹具设备夹持的管材20’、20”。

举例而言，滚动轨道71配置为使得管材20’、20”朝向限定预夹持位置A的表面84的内凹部分滚动至框架的管材支撑件上。滚动轨道可能包括移动轨道部分71a，所述移动轨道部分71a在处于收缩位置时允许吊杆4和夹具80的枢转运动，在处于展开位置(示于图6中)时允许将管材滚动至表面84上。

在这里未显示的另一实施方案中，管材储存站包括管材支撑件，所述管材支撑件支撑处于预夹持位置的管材，使得夹具不必具有用于此目的的表面84。例如，管材支撑件在展开位置与收缩位置之间在夹具80和吊杆4的路径之外移动。

由于图7和8所示的夹具设备基本上具有类似的结构，因此现在仅使用图7解释所述结构。

夹具设备90包括：

-刚性第一夹爪91，所述刚性第一夹爪91围绕相对于框架81静止的第一夹爪枢转轴线92在其框架端部附接至框架81，所述刚性第一夹爪91具有远离所述第一夹爪枢转轴线92的一对第一和第二分叉管材接合表面91a、91b，

和

-刚性第二夹爪95，所述刚性第二夹爪95围绕相对于框架81静止的第二夹爪枢转轴线96在其框架端部附接至框架81，所述刚性第二夹爪95具有远离所述第二夹爪枢转轴线96的一对第一和第二分叉管材接合表面95a、95b。

第一和第二夹爪枢转轴线92、96彼此平行，并且可能重合，且相对于框架81静止。

夹具设备还包括驱动组件(这里包括液压致动器100)，所述驱动组件适配成引起在如下位置之间围绕第一和第二夹爪91、95各自的第一和第二夹爪枢转轴线92、96在第一和第二夹爪91、95的相对的枢转方向上的同时枢转运动：

-夹爪的打开位置(参见图7a)，其中管材可抵靠管材支撑表面 84定位而不接触第一和第二夹爪91、95，和

-夹爪的夹持位置(参见用于管材20’的图7c和用于管材20”的图 7d)，其中成对的第一和第二分叉管材接合表面91a、91b、95a、95b 分别在管材20’和20”上建立四点夹持接合。

第一和第二夹爪91、95的分叉管材接合表面91a、91b、95a、95b 成形为如下：当枢转运动至管材20’、20”抵靠管材支撑表面84的夹持位置时，夹爪91、95的第一管材接合表面91a、95a接合于管材20’、 20”上，并将管材移动远离管材支撑表面84，直至夹爪的第二管材接合表面91b、95b接合于管材上。

而且，如可由图7c、d中看出，第一和第二夹爪91、95的这些分叉管材接合表面91a、91b、95a、95b成形为使得：对于一些直径的管材(这里由最小直径管材20”和最大直径管材20’示出)，纵向管材中心线在相对于夹具80的框架81的共同的固定居中位置(用B表示)处。

如可在图6和7a中看出，管材支撑件整合在夹具的框架81中，并提供静止支撑表面84，所述静止支撑表面84适配成抵靠其上在所述前侧或上侧处接收管材。处于夹爪的打开位置的夹爪91、95完全收缩至所述前侧或上侧的后方或完全收缩至所述前侧或上侧的下方，使得管材不与夹爪碰撞，且管材可朝向预夹持位置滚动至所述支撑表面84 上。当反向操作时(例如在分离过程中)，可通过如下方式进行从夹具上取出管材：打开夹爪91、95以释放管材20，然后使管材在表面 84上滚动至夹具的一侧，例如滚动至滚动轨道上以卸下管材。

优选地，为了实际的目的，夹具设备配置为使得纵向管材中心线在相对于夹具框架的共同固定居中位置B处的所述一些直径的管材具有8至2之间，例如6至4之间的最大与最小管材直径之间的比例。

应了解，夹爪91、95的设计和分叉管材接合表面91a、91b、95a、 95b的形状是基于几何形状计算，所述几何形状计算是基于应该由夹具处理的不同直径的管材的所需的范围和系列。

这可产生如图7a-图7d所示的笔直或直线表面，但也可设想夹爪的第一管材接合表面成形为具有连续凸曲率，夹爪的第二管材接合表面成形为具有连续凹曲率，如图8a-图8d所示。

如可以看出，夹具驱动组件包括作用于所述第一和第二夹爪的从动夹爪(这里为夹爪91)上的马达(这里为缸体100)，并且在所述从动夹爪91与所述第一和第二夹爪中的另一个(这里为夹爪95)之间提供传动装置。示意性地显示了所述传动装置可为具有直接联接至分别的夹爪的啮合齿轮101、102的齿轮传动装置，所述齿轮引起夹爪的相同或相对的枢转运动。也可提供其他传动装置，例如具有链条的传动装置。也可设想每个夹具具有其自身的马达100，因此形成驱动夹爪。

Claims (16)

1.用于处理管材的系统，所述系统包括用于在基本上水平的位置与基本上竖直的位置之间移动管材的装置，所述装置包括：

-基底(3)，

-吊杆(4)，所述吊杆(4)在基本上水平的位置与基本上竖直的位置之间围绕水平吊杆枢转轴线附接至所述基底，

-吊杆枢转驱动(50)，所述吊杆枢转驱动(50)安装于所述基底上，并适配成枢转所述吊杆，

-管材夹具(7；80)，所述管材夹具(7；80)附接至所述吊杆，并适配成夹持管材(20、20’、20”)，

其特征在于，所述吊杆枢转驱动包括：

-环形中心齿轮(53)，所述中心齿轮(53)具有环形内表面并且在所述中心齿轮的内表面上设置有齿轮齿，所述中心齿轮围绕平行于水平吊杆枢转轴线(6)的固定的中心齿轮轴线(54)而能够旋转地安装于所述基底上，其中在基底(3)与中心齿轮(53)之间设置滚柱轴承，所述滚柱轴承围绕所述中心齿轮延伸，

-一个或多个驱动齿轮构件(51)，所述一个或多个驱动齿轮构件(51)各自可旋转地安装于所述基底上，且各自能够围绕对应的固定的水平驱动齿轮构件轴线(52)旋转，并具有与所述中心齿轮啮合的齿，所述水平驱动齿轮构件轴线(52)平行于水平吊杆枢转轴线(6)，

-一个或多个马达(55)，所述一个或多个马达(55)连接至所述一个或多个驱动齿轮构件(51)，并允许驱动所述一个或多个驱动齿轮构件，以在所述基本上水平的位置与所述基本上竖直的位置之间枢转吊杆(4)，

-可旋转曲柄构件(60)：

-所述曲柄构件(60)体现为碗状盘形构件，所述盘形构件具有允许容纳中心齿轮和一个或多个啮合的驱动齿轮构件(51)的内径，并且中心齿轮(53)附接至所述盘形构件的内表面，

-所述曲柄构件(60)围绕固定的水平轴线能够旋转地安装至基底(3)，所述固定的水平轴线与中心齿轮轴线(54)重合，所述曲柄构件(60)直接连接至中心齿轮(53)并且围绕中心齿轮轴线(54)与中心齿轮(53)协同旋转，

-所述曲柄构件(60)外侧的外表面设置有远离中心齿轮轴线(54)的曲柄端部(61)，所述曲柄端部(61)具有第一枢转轴线(66)，

-连杆(65)，所述连杆(65)的一端通过第一枢转轴线(66)而枢转地附接至曲柄端部(61)，所述连杆(65)的相反端通过远离水平吊杆枢转轴线(6)的第二枢转轴线(67)而枢转地附接至吊杆(4)，其中所述水平吊杆枢转轴线(6)和所述连杆的第一和第二枢转轴线(66、67)彼此平行。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个马达(55)为具有连接至所述一个或多个驱动齿轮构件(51)的旋转输出轴的电动马达。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述一个或多个驱动齿轮构件(51)中的每一个的驱动齿轮构件轴线(52)平行于中心齿轮轴线(54)。

4.根据权利要求1所述的系统，其中存在至少两个驱动齿轮构件(51)，每个驱动齿轮构件(51)连接至相关的马达(55)，所述马达(55)配置为如下：如果一个或多个其他马达失效，则通过单个马达(55)枢转吊杆。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述中心齿轮(53)具有至少0.75米的节圆直径。

6.根据权利要求1所述的系统，其中夹具(7；80)围绕平行于所述水平吊杆枢转轴线的夹具枢转轴线(8)而枢转地附接至所述吊杆，以允许夹具相对于吊杆枢转。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述夹具通过夹具枢转驱动(9)而相对于所述吊杆枢转。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述吊杆具有接近竖直的最终位置，且所述夹具枢转驱动(9)允许使所述夹具达到完全竖直的最终位置，其中所述夹具枢转驱动包括控制单元，所述控制单元适配成在吊杆达到其接近竖直的最终位置之前进行夹具枢转运动。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述基底(3)具有对应于ISO货物集装箱的尺寸的长度和宽度。

10.根据权利要求1所述的系统，其中处于其基本上水平的位置的吊杆(4)具有比基底(3)的长度更大的长度，其中所述吊杆由基本吊杆部分(4a)和延伸吊杆部分(4b)组成，所述基本吊杆部分(4a)通过水平吊杆枢转轴线(6)连接至所述基底，所述基本吊杆部分(4a)在基本上水平的位置时具有不延伸超过所述基底的长度；所述延伸吊杆部分(4b)相对于基本吊杆部分为可伸缩的或者可释放地紧固至所述基本吊杆部分，且其中夹具(7；80)附接至所述延伸吊杆部分。

11.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括与所述移动管材的装置相邻设置的管材储存站(70)，所述储存站允许储存多个管材，并随后将管材转移至所述移动管材的装置。

12.根据权利要求11所述的系统，其中当吊杆(4)处于其基本上水平的位置时，所述储存站允许储存平行于所述夹具的处于水平位置的多个管材。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述系统还包括具有作业线的钻探装置，且所述移动管材的装置设置为在所述作业线与管材储存站之间移动管材。

14.根据权利要求11所述的系统，其中所述系统还包括适配成在海底铺设管道的海洋管道铺设结构，所述管道铺设结构具有作业线，且所述移动管材的装置设置为在管材储存站与所述作业线之间移动管材。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统还包括待由所述移动管材的装置处理的一个或多个管材(20、20’、20”)。

16.用于在基本上水平的位置与基本上竖直的位置之间处理管材的方法，其中使用根据权利要求1所述的系统，所述方法包括：

-由夹具夹持处于所述基本上水平的位置和所述基本上竖直的位置中的一个位置的管材，

-相对于基底枢转，使得所述管材达到所述基本上水平的位置和所述基本上竖直的位置中的另一个位置。