楔形装置 【技术领域】
本发明是一个楔形装置。更确切地说，是一个在石油生产过程中夹紧管子和工具的楔形装置。该楔形装置包含一个用于连接到平台或旋转台的环形装配元件，以及一些带有夹具的主楔子，可随着环形装配元件移动，且其可绕楔形装置的垂直中心轴环绕。每个夹具置于移动连接到主楔子的辅助楔子上。
背景技术
传统上，石油生产过程中的钻井机使用楔形装置来悬挂管子，尤其是在钻台里。
根据现有技术，通常使用所谓的置于锥形环内的板条，当管子和板条在锥形环内向下移动时该板条可夹紧管子。
通常是使用水力驱动的夹具来悬挂管子。
这些众所周知的方法有一个共同的特点：因不确定的操作而被频繁使用，在板条或水力驱动夹具随管子移动时可用安全的夹具夹紧管子。使用现有技术的装置通常适用的管子的尺寸范围相对较小。这样为了在使用不同直径的管子时能正常工作就需要不同的零件。
在重大垂直负载被置于板条上之前，板条也很难承接任何转矩。
【发明内容】
本发明的目的是修正或减少现有技术存在的至少一个缺陷。
根据本发明，通过下面和权利要求书中描述的特点，可实现上述目的。
一种根据本发明用于在石油生产过程中夹紧管子和工具的楔形装置，该楔形装置包含一个用于连接到平台或旋转台的环形装配元件，一些带有夹具的主楔子可连接夹具并随着环形装配元件移动，且其可绕楔形装置的垂直中心轴环绕。其特征在于夹具置于一个连接到相对于主楔子移动或旋转的辅助楔子上。
更方便地是，主楔子是由单独水力驱动，中心轴和主楔子移动方向间的角度经过特殊选择，所以处于缩回打开状态的夹具的间距和处于伸展关闭状态的夹具的间距之间的差别是可以接受的，而且如果水力驱动丧失水压可以防止主楔子意外向外移动。
中心轴和辅助楔子移动方向间的角度是经过特殊选择的，以确保辅助楔子能在主楔子中被固定在夹具中的管子的重量往下拉。
这样中心轴和辅助楔子移动方向间的角度就明显小于中心轴和主楔子移动方向间的角度。
根据应用，中心轴和主楔子移动方向间的角度为0度到60度之间，中心轴和辅助楔子移动方向间的角度在5度到30度之间会有很好效果。
根据应用，中心轴和辅助楔子移动方向间的角度若必须为0度到30度之间，中心轴和辅助楔子移动方向间的角度在1度到10度之间会有很好效果。
辅助楔子和主楔子之间由弹簧连接。该弹簧用于将辅助楔子产生的垂直力传递给主楔子。
若水压丧失，压缩弹簧会使辅助楔子相对主楔子移动。随着夹具的脱离，弹簧会使辅助楔子相对于主楔子移动到它最初的位置。
楔子装置的结构设计表明，无需更换楔子装置的零件就可在相对较大的管子直径范围内操作楔子装置。该包含两个主楔子形状的楔子和共同运转的辅助楔子的设计能防止在水压丧失情况下管子在楔子装置中滑动。
控制互锁及成组的楔子也能确保管子不会意外松开。例如，当管子重量相对较低时，就不需要在管子周围安装额外的安全夹具。
【附图说明】
在下面的附图中会描述无限制的优先实施例，其中：
图1是依照本发明的楔形装置的透视图；
图2是图3中的楔形装置的垂直剖面III-III，该楔形装置处于缩回状态；
图3是图2中楔形装置的平面图；
图4是图5中楔形装置的垂直剖面V-V，3个楔子都处于全伸展状态；
图5是图4中楔形装置的平面图；
图6是楔子整体的垂直剖面图；
图7是图6的VI-VI部分；
图8是楔形装置的平面图，其中3个楔子和另外3个楔子相互紧锁；和
图9演示一个可供选择的实施例，其中辅助楔子由离心支撑的枢轴楔子组成。
【具体实施方式】
在图示中，数字1表示一个位于平台2中的楔形装置，其包含一个环形装配元件4和一些环绕楔形装置1垂直轴8的主楔子6。
连接到钻井平台2上的环形装配元件4由两部分组成，并配有连接螺栓10。这样在需要的时候，环形装配元件4就可被打开。
每个主楔子6都可移动地与一个固定件12连接，尤其是通过一个主导向装置14。该主导向装置14与中心轴8间有一个角度，见图6。在该优先实施例中，该角度为20度。
一个水压汽缸16被通过铰接方式连接在固定件12上面部分和主楔子6之间。液水压汽缸16通过软管和管子5连接头(未显示)与液水压控制系统(未显示)相连接，且可在缩回打开状态，见图3，和伸展关闭状态，见图5，以可控同步方式沿主导向装置14移动主楔子6。
一个辅助楔子18通过一个辅助导向装置20可移动地与主楔子6相连，辅助导向装置与中心轴8间形成一定角度，见图6。在该优先实施例中，角度为5度。
在面向中心轴8一侧，辅助楔子18配有一个夹具22。该夹具22构状能紧紧啮合位于夹紧装置1的管子24，见图5。该夹具22可由单独的材料组成，或可作为辅助楔子18的内置部分。
主导向装置14和辅助导向装置20均是用来承接转矩。
主楔子6配有一个压缩弹簧26，与中心轴8平行伸出，抵在辅助楔子18的侧翼28上。这样压缩弹簧26就可将力从辅助楔子18传至主楔子6。
当辅助楔子18按与弹簧26力同方向移动时，侧翼28就可停住压缩弹簧26相对一侧的楔形锁30。这样楔形锁30就能防止辅助楔子18从辅助导向装置20中移出。也可在向下方向阻止辅助楔子18从辅助导向装置20中移出。
固定件12配有一个楔形榫头32，见图7，其为一个补充元件是为了适合环形装配元件4中的燕尾槽34。
固定件12、主楔子6、辅助楔子18和液压汽缸16形成了一个楔形组合36，该楔形组合能十分容易通过使用燕尾结合32和34来替换。这一点对有关石油钻井操作完成和干涉非常有利。
在优先实施例中，楔形装置1用来夹紧范围从直径60mm(2 3/s″)到压板间距330mm(13″)的管子并无需改变楔形组合36。另一套楔形组合36覆盖的范围从直径241mm(9.5″)到压板间距483mm(19″)。
为了夹紧管子24，根据管子的尺寸，三或六个主楔子6被各自的液压汽缸16驱动同步朝管子24移动，而夹具22则夹紧管子24。主楔子6的同步伸展使得夹具22能在楔形装置1的中心位置夹紧管子24。
若管子24直径相对较小，就只有三个夹具22能夹住管子24。剩余的主楔子6仍能紧靠夹紧的主楔子移动。控制装置(未显示)以一种在操作错误时只能松开三个夹具的方式向上连接，这样能防止管子以外松开掉进井里(未显示)。
若汽缸16失去液压，因为相对夹具22悬挂的管子24的重量，辅助汽缸18仍能在主楔子6中被向下拉，这样就能用一个更强的夹子夹紧管子24。
在一个可选择的实施例中，辅助楔子由一个离心支撑的枢轴楔子38组成，该枢轴楔子可绕轴40旋转。相对于主楔子6，枢轴楔子的运转模式与上述描述的相同，枢轴楔子38的倾斜度具体见图9。
枢轴楔子配有一个用来夹住管子24的夹紧表面42。图9中未显示管子24。来自管子24的向下的力会使枢轴楔子38旋转使其与管子24的接合更加紧。枢轴楔子38由几个相同的金属板组成。