BR112015008677B1

BR112015008677B1 - Aparelho de controle de carga e método para controlar uma carga

Info

Publication number: BR112015008677B1
Application number: BR112015008677-2A
Authority: BR
Inventors: Stephen W. Jewell
Original assignee: Fairfield Industries Incorporated
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2021-07-27
Also published as: BR112015008677A2; EP2909128A4; EP2909128B1; WO2014062792A1; MX2015004860A; RU2641390C2; AU2013331342A1; CA2888446A1; NZ707032A; US9834417B2; AU2013331342B2; CA2888446C; CN104903227A; RU2015114168A; CN104903227B; EP2909128A1; MX356405B; US20150266704A1

Abstract

aparelho de controle de carga, e, método para controlar uma carga que se deseja levantar, abaixar, posicionar ou manter em uma posição em um meio instável. um aparelho de controle de carga inclui um mecanismo de acionamento de cabo de amarra elástico, uma polia volante de cabo de amarra elástico sobre a qual uma linha de carga pode passar e um cabo de amarra elástico, em que a polia volante de cabo de amarra elástico pode se mover para uma posição ou onde a polia volante é espaçada e não está em contato com ou está em contato, mas sem alterar o trajeto em relação à linha de carga, e ainda em que a polia volante de cabo de amarra elástico pode ser movida para outra posição de modo que a polia volante engata na linha de carga e altera o comprimento do trajeto. assim, quando um navio de superfície marinha cai em um evento de hasteamento que, de outro modo, faria com que a carga na extremidade da linha de carga também caísse, a polia volante irá mover-se para aumentar o comprimento do trajeto provocando o encurtamento do comprimento do trajeto, evitando assim, que a carga caia.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Campo da Invenção

[001] Formas de realização da invenção são, em geral, no campo do controle e/ou posicionamento de uma carga física em um meio instável (por exemplo, ar, água) e, mais particularmente, referem-se a um método e aparelho para o controle e/ou posicionamento de uma carga em um meio instável e compensação para elevação ou outro movimento descontrolado induzida pelo meio (por exemplo, a ação das ondas marinhas) e suas aplicações.

Descrição da Arte Relacionada

[002] Compensação de elevação geralmente se refere a sistemas que se ajustam ou de outra forma compensam o movimento de um navio de superfície em equipamentos suspensos ao mar em uma coluna de água, levantados ou abaixados pela coluna de água, e/ou pousados no fundo do oceano, uma plataforma ou convés de superfície, ou outro navio. Em todos esses casos, o movimento do navio de superfície induzido pela ação das ondas agindo sobre ele é substancialmente transmitido, ou em alguns casos, amplificado e transmitido, para cargas suspensas pelo do navio por corda, cabo, cadeia, cinto ou meio de ligação semelhante, sendo flexível ou rígido.

[003] As Figuras 1 e 2 ilustram exemplos do problema que sistemas de compensação de elevação se destinam a resolver. Um navio de superfície 1 tendo um convés 10 flutua sobre uma superfície de um corpo de água indicado por uma linha de água 2. O convés 10 é elevado acima da linha de água 2 e maquinaria é afixada a ele. Um guindaste 40 ou mecanismo de elevação semelhante é configurado de modo a ser capaz de levantar uma carga 60 ao mar e subir ou baixar a carga 60 por corda ou cabo 30 ligado a uma extremidade da carga 60 e na outra extremidade a um guincho 20. O cabo 30 passa sobre uma polia além da borda 50 em que a direção do cabo 30 é alterada de quase horizontal para vertical. Quando em repouso, a tensão no cabo 30 é nominalmente igual ao peso da carga 60 mais o peso do cabo 30 entre a polia além da borda 50 e a carga 60.

[004] Na Figura 2, o navio 1 é levantado pela ação das ondas acima de uma linha de referência 100, o qual estava anteriormente abaixo como mostrado na Figura 1. Isto acontece durante um período de tempo finito em que o navio 1, e mais especificamente, a polia além da borda 50, é acelerada para cima. O navio 1 resiste a esta aceleração por sedimentação mais profunda na água, tal como indicado pela linha de flutuação 2 mais próxima do convés. A carga 60 também resiste a essa aceleração devido à gravidade agindo por sua própria massa mais a força de arrasto da água que age sobre a carga útil de 60, uma vez em movimento. A tensão no cabo 30 é, deste modo, aumentada até que a velocidade vertical da carga 60 é igual ou excede a velocidade da polia além da borda 50. O aumento da tensão no cabo 30 pode ser extremo e introduz cargas em todos os componentes do sistema incluindo o convés 10, o guincho 20, o guindaste 40, a polia além da borda 50, bem como a carga 60. Todo o sistema deve ser concebido de modo a suportar as forças que irão atuar sobre ele dado um estado de mar em particular definindo a janela de operação segura; caso contrário, um ou outro componente do sistema irá falhar, pondo em risco a missão, os equipamentos, o pessoal e/ou a carga.

[005] Quando o movimento para cima do navio 1 desacelera e, posteriormente, ele começa a cair de volta para sua posição inicial, todas as forças e tensões são reduzidas, mas o perigo de uma falha mecânica não está descartado, apenas adiada até que o movimento pare. As forças de arrasto sobre a carga 60 que trabalharam com a gravidade para resistir a seu movimento ascendente também agem contra a carga de 60 em movimento descendente tão rapidamente quanto a gravidade sozinha faria com que ela caísse. De fato, é possível que a polia além da borda 50 possa cair mais rápido do que a carga 60. Isto permitiria que a tensão no cabo 30 caísse para zero e evitasse o acúmulo em uma ou mais porções do cabo 30. Nessa circunstância, a carga 60 é acelerada para baixo e resistiu apenas pelo seu arrasto na água e não por qualquer tensão que anteriormente apoiando-a por cima pelo cabo 30. Quando o movimento descendente da polia além da borda 50 é finalizado e é subsequentemente revertido, o cabo 30 ficará tenso em um evento de “carga de pressão”. Cargas de pressão podem facilmente exceder a resistência à rotura do cabo 30 e/ou a capacidade operacional nominal de outros componentes mecânicos do sistema. A quebra do cabo 30 e/ou danos a outros componentes do sistema pode resultar em perda da carga 60, perda de tempo e dinheiro, bem como causar injúrias ou morte.

[006] Elevação pode ser definida como o movimento vertical da polia além da borda 50 induzida pela ação das ondas no navio e sistemas de compensação de elevação são empregados para minimizar os efeitos descritos acima alargando assim a janela de operação segura para o navio e sua maquinaria no cumprimento de sua missão.

[007] A Figura 3 ilustra um exemplo convencional de um sistema de compensação de elevação passivo que é inteiramente baseado em mola. É passivo porque, uma vez engatado, não requer energia extra além da energia introduzida no sistema pelo movimento do navio e as próprias cargas. Convés 10, guincho 20, cabo 30, polia além da borda 50, e carga 60 estão tal como ilustrados nas figuras anteriores. A polia além da borda 50 é suportada por um guindaste 40 (não mostrado) como anteriormente. Dois blocos de polias 70 e 80 estão separados um do outro por uma mola 90. O bloco de polia 70 é fixado no lugar, e pode ser referido como um “bloco de polia fixo”, enquanto o bloco de polia 80 é móvel e pode ser referido como um “bloco de polia não-fixa”. O bloco de polia não-fixa 80 opcionalmente se move verticalmente dentro de uma estrutura de suporte (não mostrada) que o mantém estavelmente centrado sobre o bloco de polia fixo 70. Tal como ilustrado, a mola 90 é substancialmente orientada verticalmente com os blocos de polia 70, 80 alinhados um por cima do outro, mas arranjos horizontais são possíveis e comuns. O cabo 30, que nas figuras anteriores passava do guincho 20 diretamente sobre a polia além da borda 50, agora primeiro faz um trajeto completo em torno tanto do bloco de polia fixo 70 quanto do bloco de polia não-fixa 80 antes de fazer o seu trajeto através da polia além da borda 50. Um trajeto completo em torno de ambas os blocos de polia 70, 80 é ilustrada, mas passagens múltiplas, tipicamente 2 (vantagem mecânica de 4), são frequentemente utilizadas de modo que excursões mais curtas do bloco de polia não-fixa 80 pode acomodar excursões de elevação mais longas à custa de uma mola mais forte. Outros arranjos de polia são possíveis e facilmente compreendidos pelos técnicos no assunto.

[008] A Figura 3A mostra a reação da maquinaria na Figura 2 para um evento de elevação ascensional. A elevação ascensional A aumenta a tensão sobre o cabo 30 e faz com que a mola seja comprimida, diminuindo a distância entre o bloco de polia B, e libertando uma parte de cabo 30 que passa em torno do bloco de polia para ser libertado, tal como ilustrado. Durante um evento descendente A mostrado na Figura 3B, a tensão reduzida no cabo 30 irá permitir que a mola se expanda, aumentando a distância entre o bloco de polia B, que por sua vez evite o que, de outra forma, poderiam ser uma folga na corda 30. Pode-se ver que a constante de mola deve ser combinada com a carga, que inclui a carga de 60 mais o peso do cabo entre 30 entre a polia além da borda 50 e a carga 60. Se o atrito é ignorado, o sistema passivo acima descrito é estritamente análogo a uma mola 70 inserida na corda 30 entre a polia além da borda 50 e a carga, como ilustrado na Figura 4.

[009] Na prática, não é prático alterar molas helicoidais com base na massa da carga a ser manuseada. Molas em sistemas de elevação passivos como descritos são “molas a gás” e os componentes típicos são ilustrados na Figura 5. Uma mola a gás 200 é composta por um êmbolo 210 livre para se mover dentro de uma caixa do êmbolo 220, com uma vedação inferior 230. O êmbolo tem vedações 211 que impedem a passagem de gás entre o êmbolo 210 e a caixa do êmbolo 220. Na parte inferior da caixa do êmbolo 220 há canalização que permite que o gás passe livremente entre o conjunto de êmbolo 239 e um acumulador 240. O volume no interior da caixa do êmbolo 220 abaixo das vedações do êmbolo 211 juntamente com o volume no interior do acumulador 240 constitui um recipiente de pressão. O volume do recipiente de pressão é ainda mais aumentado pela canalização de uma série de garrafas de gás 250. O gás é tipicamente nitrogênio ou ar, mas outros gases podem ser utilizados. À medida que o êmbolo 210 é avançado para dentro da caixa do êmbolo 220, o gás sob as vedações 211 é deslocado e, por conseguinte, comprimido de modo uniforme no interior de todos os componentes que constituem o recipiente de pressão. Desprezando detalhes bem compreendidos em relação à temperatura e gases não ideais, a constante de mola do sistema é ajustada pela variação da pressão no interior da parte cheia de gás da mola a gás 200 depender de Lei de Boyles, em que a pressão P multiplicada pelo volume de v é uma constante. A mola totalmente pneumática da Figura 5 representa uma mola de elevação passiva, mas tipicamente uma mola de combinação de gás-fluido tal como ilustrado na Figura 6 é utilizado por razões pouco importantes para esta discussão. Em tais molas, a caixa de êmbolo 220 é preenchida com o fluido 241 sob as vedações do êmbolo 211, que é uma porção substancial do acumulador 242 e a canalização 235 que liga os dois. Quando o êmbolo 210 é avançado para dentro da caixa do êmbolo 220, em vez de comprimir gás diretamente, ele desloca o fluido hidráulico para o fundo do acumulador. A interface gás-fluido 243 está dentro do acumulador 240. À medida que o nível de fluido no acumulador 240 é aumentado, ele comprime o gás na parte superior do acumulador 240 e o restante do recipiente de pressão apenas na maneira que o êmbolo em si faria em toda a versão pneumática da Fig. 5.

[010] A constante de mola de uma mola a gás pode ser facilmente ajustada alterando a pressão no recipiente de pressão.

[011] A Figura 7 mostra os principais componentes de uma mola a gás em um sistema de compensação de elevação passivo, como discutido. O sistema ilustrado e discutido aqui acima tinha um único êmbolo pneumático ou hidráulico, mas pode haver mais do que um êmbolo (normalmente dois) entre o bloco de polia não-fixa 80 e o bloco de polia fixo 70 geralmente alimentando o mesmo acumulador 240.

[012] Sistemas de compensação de elevação passivos com base em molas a gás são amplamente utilizados, simples e muito eficazes no isolamento do cabo 30 de flutuações extremas de tensão. No entanto, a mola somente responde a alterações na tensão da corda 30 na polia além da borda 50 e qualquer mudança nessa tensão fará com que a carga 60 seja deslocada verticalmente na coluna de água. Essa tensão é nominalmente igual ao peso na água da carga 60 mais o peso na água da corda 30 entre a polia além da borda 50 e a carga 60. Esta pode ser definida como “carga de pressão” e é em grande parte uma propriedade física invariante da carga 60, corda 30 e da gravidade da Terra. Na ausência de elevação, o peso-na-polia (WOS) na polia além da borda 50 vai ser nominalmente igual à carga de pressão. No entanto, o WOS é sensível à elevação devido à inércia da carga e as forças de arrastamento que atuam sobre a carga 60 e a corda 30. Se o WOS na polia além da borda 50 excede a carga de pressão, a carga 60 será levantada na coluna de água. E se o WOS na polia além da borda 50 está abaixo da carga de pressão, a carga vai cair 60 na coluna de água.

[013] Adicionalmente, a mola não pode responder até que a tensão diferencial seja suficiente para vencer o atrito nos componentes do sistema, que pode ser significativa. Existe uma fricção substancial a) entre as vedações 211 e a caixa do êmbolo, b) nas polias girando os seus eixos, que é aumentada com o aumento da carga de pressão, e c) entre o bloco de polia não-fixa e a sua estrutura de suporte (se usada; não mostrada) que restringe seu movimento. Adicionado ao atrito na maquinaria, o cabo 30 é provavelmente uma relativamente um grande fio metálico, corda sintético, ou armadura umbilical blindada. Tais cordas e cabos não se dobram facilmente sobre uma polia e uma vez dobrado, resistem contra deformação. Adicionado a isso está a inércia em todas as partes móveis de metal maciço, que resistem a ser postas em movimento em primeiro lugar, mas são particularmente ressentidas de mudança de direção. Finalmente, a energia armazenada na mola será recuperada quando a ação de elevação é desacelerada ou revertida. Transmissibilidade é uma propriedade de molas bem entendida, é sensível a frequência, e é definida como a relação entre amplitude de entrada e de saída da mola.

[014] Por todas estas razões, sistemas passivos baseados em mola são deficientes em manter uma carga 60 estacionária na coluna de água.

[015] Quando o movimento residual da carga 60 é muito extremo para a finalidade de uma missão em particular, compensação de elevação ativa deve ser empregada. Sistemas ativos controlam diretamente o pay-out e take-up do cabo 30 ao passar pela polia além da borda 50 e/ou a elevação da polia além da borda 50, de modo a compensar idealmente o movimento do navio 1, sobretudo limitado pela capacidade de medir e prever o movimento. Medição e previsão são normalmente deixadas para uma unidade de referência do movimento (MRU), composto por computador, software, e entrada de vários sensores. Estes sistemas são complicados e caros, mas mesmo se perfeitos na medição e previsão do movimento, fazendo ajustes em tempo real nesses sistemas físicos (início, término e reversão do guincho 20 (Figura 8) / elevação de polia / ajustes no guindaste 40 (Figura 9)) normalmente requerem energia substancial adicional (hidráulica ou elétrica) e fortalecimento substancial de máquinas associadas, aumentando ainda mais o custo.

[016] Há sistemas ativos que incorporam sistemas passivos, como descrito acima. Nesses casos, o sistema ativo fornece assistência de energia (geralmente hidráulica) para substituir o movimento do bloco de polia não-fixa 80. Esses sistemas são chamados sistemas ativo-sobre-passivo (AOP) como esquematizado nas Figuras 10 e 11. A Figura 10 é esquematicamente diferente, mas operacionalmente idêntica aos sistemas passivos de compensação de molas a gás como já foi discutido. Figuras 11 e 12 mostram a adição de uma substituição ativa implementada hidraulicamente 300. Pode-se ver por que esses sistemas precisam de pouco acréscimo de energia: a mola está fazendo maioria do trabalho tal como fazia agindo sozinha passivamente. A única força extra requerida é a necessária para vencer o atrito no sistema, a energia armazenada na mola, quando deslocada de seu ponto de ajuste neutro, e a inércia dos componentes móveis.

[017] A Figura 13 mostra um diagrama de blocos do sistema ativo sobre passivo descrito. O movimento do navio é monitorizado por uma unidade de referência de movimento (MRU). O movimento da polia além da borda e os ajustes necessários para compensar o mesmo são computados em um computador ou um controlador lógico programável (PLC) a partir dos dados fornecidos pelo MRU. O PLC, em seguida, direciona o fluido hidráulico para acionar o cilindro hidráulico na direção apropriada. O movimento real é retroalimentado para o PLC a partir de um dispositivo de medição. A parte ativa do sistema tal como descrito é implementado com um cilindro hidráulico, mas técnicos no assunto reconhecerão outros mecanismos que poderiam ser utilizados para adicionar a energia necessária, tal como, por exemplo, um motor que aciona uma cremalheira e pinhão.

[018] A Figura 14 ilustra outra deficiência de sistemas de compensação a molas a gás, seja ativo ou passivo. A linha de elevação carregando a carga a ser compensada percorre todas as polias da mola a gás. Isto é verdade não apenas quando para compensação, mas para toda a subida e descida do navio para a profundidade operacional final. Em cada polia as cordas ou arames se curvam sobre dita polia, causando desgaste. Isso é aqui referido como “compensação em linha” e todos os compensadores em linha são multiplicadores de dobra- sobre-roldana (BOS). A linha de elevação, seja arame ou nova fibra sintética, pode ser de três ou mais milhas de comprimento em operações marítimas, por exemplo, e custa um excesso de US$ 150.000; assim, o desgaste e deterioração da corda é um assunto sério, mesmo sem considerar o valor da carga conectada ao navio, por este único segmento. Além disso, é difícil controlar a condição da corda ao longo de todo o seu comprimento durante as operações de rotina.

[019] Por todas as razões acima mencionadas, existe uma necessidade de um aparelho de controle de carga baixa energia e sistemas de compensação de elevação (ativa ou passiva) e métodos associados em que a linha de carga com compensação de elevação não é obrigado a atravessar as polias de mola a gás, fazendo a maioria trabalho.

Sumário

[020] Uma forma de realização da invenção é um aparelho de controle de carga que inclui um conjunto de cabo de amarra, incluindo um mecanismo de acionamento do cabo de amarra, um conjunto de polia não-fixa de cabo de amarra incluindo pelo menos uma polia não-fixa sobre a qual uma linha de carga pode passar e um cabo de amarra tendo uma extremidade conectada ao mecanismo de acionamento de cabo de amarra e a outra extremidade conectada ao conjunto de polia não-fixa de cabo de amarra, em que o conjunto de polia não-fixa de cabo de amarra pode ser disposta de modo móvel através do mecanismo de acionamento de cabo de amarra para pelo menos uma posição tal que a polia não-fixa fica em uma de uma relação sem contato espaçada ou uma relação de contato sem alterar o trajeto com uma região da linha de carga tendo um comprimento de trajeto de linha de carga retilíneo, L1, em proximidade local a polia não-fixa, em que a linha de carga está conectada em uma região da mesma a um conjunto de guincho e em outra região da mesma a uma carga a ser levantada, abaixada, posicionada, ou mantida em uma localização estacionária de modo controlado, e ainda em que o conjunto de polia não-fixa de cabo de amarra pode ser disposta de modo móvel através do mecanismo de acionamento para pelo menos uma outra posição de modo que a polia não-fixa fica em contato engatado que altera o comprimento de trajeto de linha de carga retilíneo, L1, de tal modo que o trajeto da linha de carga alterado não é retilíneo e tem um comprimento de trajeto, L2, que é maior que L1. Deve ficar claro para o leitor que o comprimento da linha de carga entre o guincho e a carga não muda independentemente do movimento ondulante do navio; em vez disso, de acordo com o invento, o trajeto da linha de carga entre o guincho e a carga é alterado pelo deslocamento da polia não-fixa. Assim, para ilustração, quando o navio cai em um evento de elevação que, de outro modo, faria com que a carga também caísse, a polia não-fixa irá agir de forma a aumentar o comprimento do trajeto local para a polia não-fixa atravessada pela linha de carga, provocando o encurtamento do comprimento do percurso posterior para a polia não-fixa, impedindo, desse modo, que a carga caia. Em vários aspectos não limitativos, o aparelho de controle de carga pode ainda incluir ou ser ainda caracterizados pelas seguintes características ou limitações:- em que o cabo de amarra é um meio rígido;- em que o cabo de amarra é um meio flexível;- em que o cabo de amarra é de um de uma corda e um cabo;- em que a carga e pelo menos uma porção da linha de carga estão dispostos em uma coluna de água;- compreendendo adicionalmente uma ou mais polias rotativas posicionalmente fixas, dispostas no percurso da linha carrega em contato com ou contatável com a linha de carga, pelo qual a uma ou mais polias fixas proporcionam estabilização do trajeto de linha de carga quando uma polia não- fixa de conjunto de cabo de amarra é disposto na posição de contato engatado que altera o trajeto com a linha de carga;- em que ΔL = L2 - L1 é controlavelmente variável;- em que o conjunto de cabo de amarra compreende adicionalmente uma estrutura de guia de conjunto de polia não-fixa de cabo de amarra proporcionando um trajeto de conjunto de polia não-fixa no qual a polia não- fixa de conjunto de cabo de amarra está disposto de modo móvel de modo a orientar o movimento da polia não-fixa ao longo do trajeto de polia;- compreendendo adicionalmente um compensador ativo operativamente acoplado à estrutura de guia e a polia de conjunto de cabo de amarra;- em que o compensador ativo inclui um componente de controle de retorno de movimento e pelo menos um de um conjunto de cremalheira e pinhão motorizado, um cilindro hidráulico, um cilindro pneumático, uma terceira linha atuada, ou semelhante;- em que o mecanismo de acionamento de cabo de amarra inclui uma mola e pelo menos uma polia rotativa e móvel ativada pela mola.- em que a mola é uma mola pneumática;- em que a mola é uma mola hidropneumática;- em que o mecanismo de acionamento de cabo de amarra inclui um dispositivo de compensação de hasteamento passivo de qualquer forma;- em que a uma extremidade do cabo de amarra está afixada a uma parte imóvel do mecanismo de acionamento de cabo de amarra;- em que a uma extremidade do cabo de amarra está afixada a pelo menos uma polia móvel do mecanismo de acionamento de cabo de amarra.

[021] Uma forma de realização da invenção é um método para controlar uma carga que se deseja levantar, abaixar, posicionar ou manter em uma posição em um meio instável O método inclui as etapas de fornecer uma carga ligada a uma linha de carga tendo um trajeto de linha de carga localmente retilíneo e fornecer um aparelho de controle de carga como descrito acima; e utilizar o aparelho de controle de carga para estabilizar a carga em um meio instável, De acordo com um aspecto, o meio instável é água.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[022] As Figs. 1-14 são diagramas ilustrativos do estado atual da tecnologia e as deficiências da mesma;

[023] A Fig. 15 é um desenho que ilustra esquematicamente um aparelho de controle de carga em um estado não engatado de acordo com uma forma de realização da invenção;

[024] A Fig. 16 é um desenho que ilustra esquematicamente o aparelho de controle de carga mostrado na Fig. 15 em um estado engatado de acordo com um aspecto da invenção;

[025] A Fig. 17 ilustra esquematicamente um aparelho de controle de carga em um estado engatado de acordo com uma forma de realização ilustrativa da invenção;

[026] A Fig. 18 ilustra esquematicamente o trajeto não alterado localmente retilíneo l1 de comprimento L1 e o trajeto alongado l2 de comprimento L2 quando o aparelho está engatado de acordo com uma forma de realização ilustrativa da invenção;

[027] A Fig. 19 mostra uma porção de conjunto de polia não-fixa doaparelho de controle da carga da Fig. 17 em um estado não engatado;

[028] A Fig. 20 mostra uma porção de conjunto de polia não-fixa doaparelho de controle da carga da Fig. 19 em um estado engatado;

[029] A Fig. 21 mostra um componente de compensação ativa doconjunto de polia não-fixa de acordo com um aspecto da invenção; e

[030] As Figs. 22, 23, 24, 25 mostram, respectivamente, diagramas de bloco de polias que ilustram diferentes vantagens mecânicas que podem ser incorporadas na invenção concretizada.DESCRIÇÃO DETALHADA DE FORMAS DE REALIZAÇÃO EXEMPLARES NÃO LIMITATIVAS DA INVENÇÃO

[031] Uma forma de realização de um aparelho de controle de carga 1000 é ilustrada na Fig. 15. No aspecto mostrado, o aparelho está em um estado não engatado. Embora um guincho 1020, carga 1060, e um convés superior e convés principal de um navio marítimo são ilustrados, eles não formam uma parte da presente invenção per se; em vez disso, eles ajudam a ilustrar a operação da invenção.

[032] O aparelho 1000 inclui um conjunto de cabo de amarra 1002, incluindo um mecanismo de acionamento do cabo de amarra 1005, um conjunto de polia não-fixa de cabo de amarra 1006 incluindo pelo menos uma polia não- fixa 1006-1 sobre a qual uma linha de carga (1030) pode passar; e um cabo de amarra 1004 tendo uma segunda extremidade 1004-2 conectada ao mecanismo de acionamento de cabo de amarra e a uma primeira extremidade 1004-1 conectada ao conjunto de polia não-fixa de cabo de amarra 1006. O conjunto de polia não-fixa de cabo de amarra 1006 pode ser disposta de modo móvel através do mecanismo de acionamento de cabo de amarra para pelo menos uma posição tal que a polia não-fixa 1006-1 fica ou em uma de uma relação sem contato espaçada com uma seção da linha de carga 1030 (ver Fig. 15) ou uma relação de contato sem alterar o trajeto com uma região de um trajeto de linha de carga retilíneo tendo comprimento de trajeto da linha de carga, L1 (ver Fig. 18 e 19) da linha de carga que está conectada em uma segunda extremidade da mesma a um conjunto de guincho 1020 e em outra região (primeira extremidade) da mesma a uma carga 1060 a ser levantada, abaixada, posicionada, ou mantida em uma localização estacionária de modo controlado. O conjunto de polia não-fixa de cabo de amarra 1006 pode adicionalmente ser disposta de modo móvel através do mecanismo de acionamento para pelo menos uma outra posição de modo que a polia não-fixa 1006-1 fica em uma posição de contato engatado que altera o trajeto da linha de carga (ver Fig. 16) com a região do trajeto de linha de carga retilíneo (também Fig. 18 e 20) de tal modo que o trajeto de linha de carga não é retilíneo e tem um comprimento de trajeto da linha de carga local , L2, que é maior do que o comprimento do trajeto da linha de carga L1. Deve ficar claro para o leitor que o comprimento da linha de carga entre o guincho e a carga não muda independentemente do movimento ondulante da embarcação; em vez disso, de acordo com a invenção, o trajeto da linha de carga entre o guincho e a carga é alterado pelo deslocamento da polia não-fixa. A Figura 16 mostra um evento de elevação em que o navio caiu por uma distância D e a carga foi ajustada por um montante igual ΔL = L2 - Li, mantendo, assim, a carga 1060 estável na coluna de água.

[033] As Figs. 17-21 ilustram determinados aspectos detalhados de uma forma de realização exemplar da invenção. Fazendo referência às Figs. 17 e 21, o conjunto de cabo de amarra 1002 inclui um mecanismo de acionamento do cabo de amarra 1005 sob a forma de uma mola a gás 1008, que inclui polias fixas e móveis separadas pela mola 1008 (pneumática, hidropneumática, etc.). As figuras ilustram ainda um membro orientador de conjunto de polia não-fixa 1070 no qual o conjunto de polia não-fixa 1006 (e a polia não-fixa conectada 1006-1) pode controladamente se mover em uma direção retilíneo. Com referência à Fig. 19, polias fixas 1090 podem, mas não precisam estar em contato operacional com a linha de carga 1030, quando o aparelho é desengatado e não altera o projeto.

[034] Deve ser apreciado que, embora a descrição anterior da forma de realização da invenção utiliza um cabo de amarra sob a forma de uma corda ou cabo; ou seja, um meio de cabo de amarra flexível, o cabo de amarra 1004 tal como representado nas Figs. 15 e 16 poderia compreender um meio rígido e inflexível, tal como, por exemplo, uma haste, barra ou poste que pode ser utilizado para mover a polia não-fixa entre as posições que altera o trajeto da linha de carga e que não altera o trajeto da linha de carga. Como tal, a forma de realização do aparelho de controle de carga não necessita ter uma um mecanismo de acionamento do cabo de amarra que inclua uma mola a gás ou componente equivalente; em vez disso, uma polia não-fixa disposta de forma móvel por máquinas de acionamento irá ser suficiente.

[035] Como adicionalmente mostrado na Fig. 21, o conjunto de polia não- fixa pode incluir um conjunto de compensador ativo 1080 operacionalmente acoplado à estrutura de guia e o um conjunto de polia não-fixa de cabo de amarra. O compensador ativo inclui um componente de controle de retorno de movimento de sensores e dispositivos computacionais (não mostrados) que controlam o conjunto de cremalheira e pinhão motorizado 1080. O compensador ativo pode ainda ou alternativamente compreender, um cilindro hidráulico, um cilindro pneumático, uma terceira linha atuada (não mostrada) para ajudar no movimento da polia não-fixa.

[036] De um modo vantajoso, a maquinaria de acionamento de cabo de amarra 1005 (por exemplo, a mola a gás 1008) pode ser orientada conforme necessário, ou em qualquer lugar conveniente no navio. Além disso, o cabo de amarra pode ter um comprimento nominal de menos de 200 pés, uma vez que só precisa ser suficientemente longo para se estender do conjunto de polia não- fixa 1006 à maquinaria de acionamento para compensar distâncias de elevação bruta no meio instável. Como tal, o cabo de amarra pode ser facilmente inspecionado e substituído, se necessário, e ser feito de forma arbitrariamente forte. Com maior vantagem, o cabo de amarra relativamente longo, pesado, caro e de difícil controle não é necessário, e não atravessam as polias de mola a gás 1008, fazendo a maioria do trabalho de compensação de elevação.

[037] Tal como ilustrado nas Figs. 22-25 e será prontamente apreciado pelos técnicos no assunto, o mecanismo de acionamento do cabo de amarra (por exemplo, a mola a gás) pode ser concebido para ter uma vantagem mecânica Nx, N = 3, 4, 5, 6, respectivamente, e o arranjo dos componentes incluindo a adição de polias fixas opcionais 1090 é praticamente ilimitado.

[038] Embora diversas formas de realização da invenção tenham sido aqui descritas e ilustradas, os técnicos no assunto facilmente vislumbrarão uma variedade de outros meios e/ou estruturas para a execução da função e/ou a obtenção dos resultados e/ou uma ou mais das vantagens aqui descritas, e cada um de tais variações e/ou modificações são consideradas como estando dentro do escopo das formas de realização da invenção aqui descritas. De modo mais geral, os técnicos no assunto apreciarão facilmente que todos os parâmetros, dimensões, materiais e configurações aqui descritas destinam-se a ser um exemplo e que os parâmetros, dimensões, materiais e/ou configurações reais dependerão da aplicação ou aplicações específicas para as quais o(s) ensinamento(s) da invenção é/são usado(s). Os técnicos no assunto reconhecerão, ou serão capazes de determinar usando não mais do que experimentação de rotina, muitos equivalentes das concretizações específicas da invenção aqui descritas. É, por conseguinte, para ser entendido que as formas de realização anteriores são apresentadas apenas como exemplos e que, dentro do escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes, as formas de realização da invenção podem ser praticadas de outro modo que não o especificamente descrito e reivindicado. Formas de realização da presente invenção são dirigidas para cada característica, sistema, artigo, material, kit, e/ou método individual aqui descrito. Além disso, qualquer combinação de dois ou mais de tais características, sistemas, artigos, materiais, kits, e/ou métodos, se taiscaracterísticas, sistemas, artigos, materiais, kits, e/ou métodos não sãomutuamente incompatíveis, está incluído dentro do escopo inventivo da presente invenção.

[039] Todas as definições, tal como definido e utilizado aqui, devem ser entendidas como controlando definições de dicionário, definições em documentos incorporados por referência, e/ou significados comuns dos termos definidos.

[040] Os artigos indefinidos “um” e “uma”, tal como são aqui utilizados no relatório descritivo e nas reivindicações, a menos que expressamente indicado em contrário, devem ser entendidos como significando “pelo menos um”.

[041] A expressão “e/ou”, como aqui utilizado no relatório descritivo e nas reivindicações, deve ser entendido como significando “um ou ambos os” os elementos assim unidos, ou seja, elementos que são presentes de forma conjunta em alguns casos e presente de forma separada em outros casos. Múltiplos elementos indicados com “e/ou” devem ser interpretados da mesma forma, isto é, “um ou mais” dos elementos de forma conjunta. Outros elementos podem, opcionalmente, estar presentes diferente dos elementos especificamente identificadas pela cláusula “e/ou”, relacionada ou não a esses elementos especificamente identificados. Assim, como um exemplo não limitativo, uma referência a “A e/ou B”, quando utilizado em conjunto com língua aberta, tais como “compreendendo” pode referir-se, em uma forma de realização, apenas A (opcionalmente incluindo outros elementos diferentes de B); em outra forma de realização, apenas B (opcionalmente incluindo outros elementos diferentes de A); em ainda outra forma de realização, ambos A e B (opcionalmente incluindo outros elementos); etc.

[042] Tal como é aqui utilizado no relatório descritivo e nas reivindicações, “ou” devem ser entendidos como tendo o mesmo significado de “e/ou” tal como definido acima. Por exemplo, quando se separa itens em uma lista, “ou” ou “e/ou” deve ser interpretado como sendo inclusiva, ou seja, a inclusão de pelo menos um, mas também incluindo mais do que uma, de um número ou uma lista de elementos, e, opcionalmente, itens adicionais não listados. Somente termos claramente indicados o contrário, como “apenas um dos” ou “exatamente um dos”, ou, quando utilizado nas reivindicações, “que consiste em” irá se referir à inclusão de exatamente um elemento de um número ou uma lista de elementos. Em geral, o termo “ou” tal como é aqui utilizado apenas deve ser interpretado como indicando alternativas exclusivas (por exemplo, “um ou o outro, mas não ambos”) quando precedido por termos de exclusividade, tais como "um ou outro", “um de”, “apenas um de”, ou “exatamente um dos”. “Consistindo essencialmente em”, quando utilizado nas reivindicações, deve ter o seu significado comum como utilizado no campo da lei de patentes.

[043] Tal como é aqui utilizado no relatório descritivo e nas reivindicações, a frase “pelo menos um”, em referência a uma lista de um ou mais elementos, deverá ser entendido como significando pelo menos um elemento selecionado a partir de qualquer um ou mais dos elementos na lista de elementos, mas não necessariamente incluindo pelo menos um de cada um dos elementos especificamente listados na lista de elementos e não excluindo quaisquer combinações de elementos na lista de elementos. Esta definição também permite que possam, opcionalmente, estar presentes elementos outros que não os elementos especificamente identificados na lista de elementos aos quais a frase “pelo menos um” se refere, relacionada ou não com os elementos especificamente identificados. Assim, como um exemplo não limitativo, “pelo menos um de A e B” (ou, de modo equivalente, “pelo menos um de A ou B”, ou, de modo equivalente, “pelo menos um de A e/ou B”) pode se referir, em uma forma de realização, a pelo menos um, incluindo, opcionalmente, mais do que um, A, sem B estar presente (e opcionalmente incluindo outros elementos que não B); em outra forma de realização, pelo menos um, opcionalmente incluindo mais do que um, B, sem A estar presente (e incluindo, opcionalmente, outros elementos que não A); Em ainda outra forma de realização, pelo menos um, opcionalmente incluindo mais do que um, A, e pelo menos um, incluindo, opcionalmente, mais do que um, B (e opcionalmente incluindo outros elementos); etc.

[044] Deve também ser entendido que, a menos que expressamente indicado em contrário, em todos os métodos aqui reivindicados que incluem mais de uma etapa ou ato, a ordem das etapas ou atos do método não é necessariamente limitada à ordem em que as etapas ou atos do método são recitados.

[045] Nas reivindicações, assim como no relatório descritivo acima, todas as frases de transição, tais como “compreendendo”, “incluindo”, “carregando”, “tendo”, “contendo”, “envolvendo”, “mantendo”, “composto por”, e semelhantes devem ser entendidas de forma aberta, isto é, significando incluindo, mas não se limitando a. Apenas as frases de transição “que consiste em” e “consistindo essencialmente em” deve ser frases de transição fechadas ou semifechadas, respectivamente, conforme estabelecido no Manual de Procedimentos de Exame de Patente do Escritório de Patentes Norte Americano, Seção 2.111,03.

Claims

1. Aparelho de controle de carga (1000), caracterizado pelo fato de que compreende:um conjunto de cabo de amarra (1002), incluindo:um mecanismo de acionamento de cabo de amarra (1005);um conjunto de polia não-fixa de cabo de amarra (1006) incluindo somente uma única polia não-fixa (1006-1) sobre a qual uma linha de carga (1030) pode passar; eum cabo de amarra flexível (1004) tendo uma extremidade (1004-2) conectada ao mecanismo de acionamento de cabo de amarra (1005) e outra extremidade (1004-1) conectada ao conjunto de polia não-fixa de cabo de amarra (1006),em que o conjunto de polia não-fixa de cabo de amarra (1006) pode ser disposta de modo móvel através do mecanismo de acionamento de cabo de amarra (1005) para pelo menos uma posição tal que a única polia não-fixa (10061) está em uma de uma relação espaçada sem contato e uma relação de contato sem alterar o trajeto com uma região de um trajeto de linha de carga retilíneo tendo um comprimento de trajeto de linha de carga, L1, da linha de carga que está conectada em uma região da mesma a um conjunto de guincho (1020) e em outra região da mesma a uma carga (1060) a ser controladamente levantada, abaixada, posicionada, ou mantida em uma localização estacionária, euma ou mais polias rotacionáveis, posicionalmente fixas, disposta no trajeto de linha de carga;em que a uma ou mais polias fixas fornece uma estabilização de trajeto de linha de carga quando a polia não-fixa de conjunto de cabo de amarra é disposto na posição de contato engatado que altera o trajeto com a linha de carga;ainda em que o conjunto de polia não-fixa de cabo de amarra (1006) pode ser disposto de modo móvel através do mecanismo de acionamento para pelo menos uma outra posição de modo que a única polia não-fixa (1006-1) fica em contato engatado que altera o trajeto de linha de carga com a região do trajeto de linha de carga retilíneo da linha de carga de tal modo que o trajeto de linha de carga não é retilíneo e tem um comprimento de trajeto de linha de carga, L2, que é maior do que o comprimento do trajeto de linha de carga L1.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a carga e pelo menos uma porção da linha de carga estão dispostos em uma coluna de água.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ΔL = L2 - L1 é controlavelmente variável.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de cabo de amarra (1002) compreende adicionalmente uma estrutura de guia de conjunto de polia não-fixa de cabo de amarra proporcionando um trajeto de conjunto de polia não-fixa dentro do qual o a polia não-fixa de conjunto de cabo de amarra está disposto de modo móvel de modo a direcionar o movimento da única polia não-fixa (1006-1) ao longo do trajeto de polia.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um compensador ativo operativamente acoplado à estrutura de guia e polia de conjunto de cabo de amarra.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o compensador ativo inclui um componente de controle de retorno de movimento e pelo menos um de um conjunto de cremalheira e pinhão motorizado, um cilindro hidráulico, um cilindro pneumático, uma terceira linha atuada.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de acionamento de cabo de amarra (1005) inclui uma mola e pelo menos uma polia rotativa e móvel ativada pela mola.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a mola é uma mola pneumática.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a mola é uma mola hidropneumática.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de acionamento de cabo de amarra (1005) inclui um dispositivo de compensação de hasteamento passivo de qualquer forma.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a uma extremidade (1004-2) do cabo de amarra (1004) está afixada a uma parte imóvel do mecanismo de acionamento de cabo de amarra (1005).

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a uma extremidade (1004-2) do cabo de amarra (1004) está afixada a pelo menos uma polia móvel do mecanismo de acionamento de cabo de amarra (1005).

13. Método para controlar uma carga (1060) que se deseja levantar, abaixar, posicionar ou manter em uma posição em um meio instável, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:fornecer uma carga (1060) ligada a uma linha de carga tendo um trajeto de linha de carga retilíneo de comprimento L1;fornecer um conjunto de cabo de amarra (1002) incluindo:um mecanismo de acionamento;um cabo de amarra flexível tendo uma região conectada ao mecanismo de acionamento e outra região conectada a somente um único conjunto de cabo de amarra de polia não fixa (1002); euma polia de conjunto de cabo de amarra não-fixa que pode ser disposto de modo móvel através do mecanismo de acionamento para pelo menos uma primeira posição de tal modo que a polia está em uma de uma relação espaçada sem contato e uma relação de contato sem alterar a trajetória com uma região do trajeto de linha de carga retilíneo, em que a polia de conjunto de cabo de amarra pode ser disposto de modo móvel através do mecanismo de acionamento para pelo menos uma segunda posição de tal modo que a polia está em contato engatado que altera o trajeto com a região do trajeto de linha de carga retilíneo;fornecer uma ou mais polias rotacionáveis, posicionalmente fixas, disposta no trajeto de linha de carga, através das quais as uma ou mais polias fixas fornecem estabilização de trajeto de linha de carga quando a polia não-fixa de conjunto de cabo de amarra é disposto na posição de contato engatado que altera o trajeto com a linha de carga; emover a polia de conjunto de polia de cabo de amarra usando o mecanismo de acionamento entre a primeira posição e a segunda posição para alterar o trajeto de linha de carga de um modo que não é retilíneo e tem um comprimento L2 que é maior do que L1.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o meio é água.