BR112019010705B1 - Suspensão de unidades de mancal de torre axial, e método para desmontar e montar um eixo axial e unidade de mancal de torre - Google Patents

Abstract

a invenção descreve uma suspensão de unidades de mancal de torre axial (15) em um mancal de torre (6) e compreende uma estrutura de suporte de trilho (13) montada em uma estrutura de suporte de mancal de torre (7), um trilho circular (14) montado na estrutura de suporte de trilho, uma pluralidade de unidades de mancal axial (15, 71) que percorrem o trilho circular, um eixo para cada unidade de mancal axial (15, 71) com a unidade de mancal conectada à extremidade externa do eixo, e uma estrutura de suporte interna (29) para sustentar a extremidade interna de cada eixo. além disso, a suspensão das unidades de suporte de torre axial compreende uma suspensão de eixo externa (21) próxima a cada unidade de mancal, compreendendo um comando flexível 22 com uma largura interna similar à largura do eixo, e uma altura interna substancialmente mais elevada do que a altura do eixo, uma seção transicional (25) conectada ao comando 22, uma seção de chapa (24) conectada à seção transicional (25) e presa a uma estrutura de suporte de mancal (17, 17?) na torre, em que a seção de chapa 24 é grande o suficiente para espalhar as cargas aplicadas em tal estrutura. também compreende uma conexão liberável do eixo à estrutura de suporte interna (29), em que o eixo (19) termina logo fora da estrutura de suporte interna (29).

Description

Campo da Técnica

[001] A presente invenção refere-se a instalações fora da costa, em particular a um sistema para manusear grandes cargas de rodas em um sistema de mancal de torre geralmente encontrado na terminação de superfície de um riser em uma amarração de torre relacionada à extração de hidrocarbonetos. Isso é feito sem restringir as propriedades flexíveis do eixo para as rodas axiais, provendo, também, um posicionamento preciso dos pontos de suspensão, favoráveis para a resistência à fadiga, e permite uma substituição in-situ de todos os componentes no sistema de mancal de roda. Também é provido um método para desmontar e montar as rodas.

Fundamentos

[002] Os sistemas de amarração de torre estão sendo usados há algumas décadas, e pelo fato de a busca de hidrocarbonetos ter aumentado, a profundidade da qual os hidrocarbonetos podem ser extraídos aumentou. Os risers que emergem de maiores profundidade estão associados a cargas maiores, e os mancais de rodas da torre agora têm que lidar com centenas de toneladas. Se o mancal de roda da torre apresentar uma falha, é preciso parar a produção. Por este motivo é desejável manter o mancal de roda da torre enquanto opera ou minimiza a duração da parada. Para este fim, é muito importante uma suspensão para uma roda da torre que possa ser facilmente mantida e trocada sob carga.

[003] O fundamento para esta solução é prover um sistema de suspensão aperfeiçoado para o sistema de mancal de roda axial, conforme descrito em (patente APL de sistema de mancal de torre) WO2011115505 A2.

[004] É importante que todas as unidades de mancal em um grande sistema de mancal de torre contribuam de forma uniforme para a transferência de carga a partir da torre até a embarcação, uma vez que as cargas são grandes em comparação com o espaço disponível para o sistema de mancal.

[005] O tal sistema de mancal de roda utiliza eixos flexíveis para um bom compartilhamento de carga entre as rodas axiais. As rodas axiais transferem principalmente os componentes verticais das cargas de peso da torre e os efeitos da carga na amarração e no riser.

[006] As rodas axiais, naturalmente devido aos efeitos de atrito,também irão compartilhar, até certo ponto, os componentes horizontais das cargas da torre. O sistema de mancal radial terá algumas folgas radiais e alguma flexibilidade inerente. A torre irá, consequentemente, se mover para a frente e para trás no sistema de mancal, juntamente com as direções de mudança do vento, da onda, ações correntes e dinâmicas na torre. Portanto, as rodas axiais, conforme descrito abaixo, são equipadas com recursos que permitem que a torre com os eixos deslizem horizontalmente em relação às rodas. Os mancais da roda descritos abaixo manejam tanto a rotação quanto os movimentos das rodas ao longo do eixo. Deslocamentos horizontais, radiais da torre estabelecem, então, forças de carga de reação a atrito no sistema de mancal axial, em um mancal de deslizamento de cubo entre o eixo e a roda. Essas forças surgem além da resistência de torque de atrito a partir da roda que gira enquanto é submetida a elevadas cargas verticais.

[007] Assim, os deslocamentos horizontais da torre que são limitados pelas folgas no sistema de mancal radial, são feitos pelo mancal no cubo da roda, de modo que a roda deslize ao longo da direção longitudinal do eixo. Essas cargas de reação horizontais do movimento de deslizamento são transferidas através do eixo para o ponto de ancoragem para o eixo no ponto de ancoragem do eixo interno. O suporte externo contribuirá apenas um pouco para as cargas de reação horizontais, uma vez que o suporte do mancal é significativamente mais macio do que a estrutura de suporte a caminho do ponto de ancoragem do eixo interno. O suporte 21 é macio para as cargas horizontais, principalmente devido às partes finas. As cantoneiras que reforçam a estrutura de suporte são ilustradas de forma mais clara na figura. 3, e são dispostas em torno da carcaça cilíndrica. O torque que surge da rotação da roda é transferido tanto para a estrutura de suspensão quanto para o ponto de ancoragem do eixo interno.

[008] Os sistemas de mancal de roda axial são projetados para manejar essas cargas horizontais de torre de modos diferentes. Enquanto as rodas axiais, conforme aqui descrito, aplicam buchas de mancal entre a roda e o eixo, alguns sistemas de mancal são baseados em movimentos horizontais entre a roda e o trilho, e rodas especiais também podem manejar esses movimentos horizontais dentro da própria roda. De qualquer modo, o sistema de suspensão para o sistema de mancal de roda axial, conforme descrito aqui, é adequado para manejar tanto todas as forças horizontais e de torque quanto as elevadas cargas verticais da torre.

[009] O sistema de mancal radial da torre não é descrito abaixo. Porém, um sistema de mola baseado em eixo para o sistema de mancal radial pode se beneficiar da mesma forma usando os mesmos princípios de suspensão do eixo, conforme descrito no sistema de mancal axial.

[0010] As cargas verticais em um sistema de torre são imensas enquanto o espaço disponível para operar as mesmas é caro e limitado. Portanto, é preciso garantir o posicionamento preciso das rodas individuais em combinação com um sistema de mola adequado para lidar com o desvio na posição vertical real dos elementos de mancal individual e o caráter plano do trilho no qual as rodas deslizam. A flexibilidade é requerida, mas precisão e flexibilidade para bom compartilhamento de carga são características que, em geral, se contradizem; uma baixa precisão requer mais flexibilidade do que uma elevada precisão para a mesma distribuição de carga enviesada.

[0011] O sistema de mancal de torre é vital para a operação off shore, quase sempre unidades permanentemente amarradas. São altos os requisitos de regularidade e segurança para o sistema de mancal de torres. O mancal da torre maneja cargas elevadas, e estão aumentando as exigências para a substituição de unidades de mancal enquanto em operação e / ou ainda quando estão fora da costa. Qualquer desativação é algo bastante oneroso.

[0012] As cargas elevadas e as exigências quanto à flexibilidade requerem o uso de aços de elevada resistência nos elementos de suporte estruturais, tais como os eixos. Portanto, as conexões como soldas são evitadas, de forma benéfica.

[0013] O objetivo do sistema de suspensão, conforme aqui descrito para o sistema de mancal de roda axial são os aperfeiçoamentos nas seguintes características: posicionamento preciso dos pontos de suspensão tanto descarregado quanto sob cargas extremas, prover contato suave entre os dispositivos de suporte e os eixos altamente tensionados com resistência limitada a seus efeitos de mola desejados. É importante para o sistema de mancal que todas as rodas estejam em uma posição muito precisa para o bom compartilhamento de carga entre as rodas individuais, uma vez que sua capacidade precisa ser totalmente utilizada devido às cargas elevadas na torre. O eixo descrito em WO2011115505 A2 é sustentado por um coxim elastomérico. A vantagem do sistema de suspensão descrito abaixo é que independe dos materiais elastoméricos. É mais fácil obter tolerâncias rígidas usando um colar estrutural, em vez de um coxim elastomérico. Os coxins elastoméricos também são suscetíveis de envelhecimento.

[0014] WO 2011/036407 A1 descreve um sistema para a transferência de cargas grandes, em particular entre uma primeira unidade (1), tal como uma unidade flutuante com ancoragem giratória para um ponto único e uma segunda unidade (2) substancialmente imóvel em relação ao leito do mar e montada de forma articulável na primeira unidade, tal como uma torre montada de forma articulável in a poço (3) que passa através da carcaça da unidade flutuante, amarrada no leito do mar, o sistema incluindo um arranjo para guiar a torre, incluindo elementos giratórios inseridos entre as duas unidades também, como um meio para absorver deformações, principalmente da primeira unidade. O sistema é caracterizado pelo fato de que o arranjo de guia inclui um apoio axial (9) que contém um grande número de elementos giratórios (15), distribuídos de modo regular para formar pelo menos uma coroa(14) coaxial com o eixo de rotação, e em que os elementos giratórios (15) são capazes de deformar elasticamente para absorver tais cargas. A invenção pode ser usada para unidades flutuantes com um único sistema de ancoragem giratória.

[0015] O sistema de suspensão de colar é vantajosamente combinado com um ponto de suspensão de ancoragem 64 que maneja cargas tanto verticais quanto axiais, isto é, cargas na direção do eixo além de cargas para fora de plano, cargas horizontais transversais ao eixo.

[0016] O conjunto do eixo da roda, conforme descrito abaixo, refere- se a uma roda disposta em eixo. Porém, o mesmo sistema de suspensão de eixo também pode ser combinado com o eixo em combinação com um sistema bogie que compreende de 2 a 4 rodas. Uma junta entre o bogie e o eixo será, então, requerida.

[0017] O sistema de suspensão conforme descrito para a disposição de torre é montado na parte superior da estrutura da torre, conforme ilustrado na figura 3; a torre com sistema de amarração fica pendurada ou suspensa nos mancais da torre.

[0018] O mancal com sistema de suspensão pode também ser beneficamente usado em qualquer construção giratória pesada, com diâmetro grande, em terra ou fora da costa, independente da produção de óleo ou não.

[0019] O sistema de suspensão pode também ser usado beneficamente para unidades de mancal como coxins de mancal de deslizamento também para rodas. Os coxins de mancal serão, então, montados com uma conexão esférica entre o eixo e o coxim que, então, deslizarão em um trilho.

Sumário da invenção

[0020] A invenção refere-se a uma suspensão de rodas axiais de torre em um mancal de torre que compreende uma estrutura de suporte de trilho montada em uma estrutura de suporte de mancal de torre, um trilho circular montada na estrutura de suporte de trilho, uma pluralidade de rodas axiais que percorrem o trilho circular, um eixo para cada roda axial com a roda conectada à extremidade externa do eixo e uma estrutura de suporte interna para sustentar a extremidade interna de cada eixo, um ponto de ancoragem de eixo interno liberável para conectar o eixo à estrutura de suporte interna, em que o eixo é terminado fora da estrutura de suporte interna.

[0021] A suspensão de rodas axiais de torre em um mancal de torre compreende ainda uma suspensão de eixo externa próxima a cada unidade de mancal compreendendo um colar com uma largura interna similar à largura do eixo e uma altura interna substancialmente maior do que a altura do eixo, uma seção transicional conectada ao colar, uma seção de chapa conectada à seção transicional e presa a uma estrutura de suporte de mancal na torre, em que a seção de chapa é grande o suficiente para espalhar as cargas aplicadas em tal estrutura. Além disso, a seção de transição da suspensão do eixo externo é tão espessa quanto o colar mais grosso, perto do colar e depois diminui para uma espessura semelhante à seção da chapa mais fina próxima à seção da chapa e à largura da seção da chapa, na direção tangencial da torre, é mais largo que a largura do colar e da seção de transição; e a seção da chapa é presa à estrutura de suporte do mancal, proporcionando assim uma suspensão externa do eixo que é rígida em relação às forças na direção transversal (forças horizontais transversais ao eixo) e resiliente à flexão vertical do eixo.

Breve Descrição das Figuras

[0022] Para se compreender melhor a invenção, será descrito o dispositivo com referência às figuras. Números iguais descrevem partes iguais nas diferentes figuras.

[0023] A Fig. 1 mostra uma embarcação amarrada com torre.

[0024] A Fig. 2 mostra uma vista superior de uma seção transversal do mancal da roda da torre com rodas tanto horizontais quanto verticais.

[0025] A Fig. 3 mostra uma seção transversal de um mancal de torre ao longo da linha D-D na fig. 2.

[0026] A Fig. 4 mostra um segmento do mancal da roda da torre com uma vista clara das rodas.

[0027] A Fig. 5 mostra a seção transversal de um eixo e roda com uma seção adicional E-E.

[0028] A Fig. 6 mostra uma suspensão do eixo em maiores detalhes.

[0029] A Fig. 7 mostra uma seção transversal de um eixo e roda com porca e flange desmontados para a remoção da roda e eixo.

[0030] A Fig. 8 a e b mostram duas modalidades diferentes com parte principal da estrutura localizada acima do sistema de mancal.

[0031] A Fig. 9 mostra uma modalidade alternativa com coxins de mancal de deslizamento em vez de uma roda.

[0032] A Fig. 10 mostra dimensões preferidas típicas de uma suspensão de eixo externa.

Descrição detalhada

[0033] As direções referidas neste texto referem-se a uma torre com um eixo central vertical em operação no mar. Interno e externo referem- se ao eixo central, a menos que estipulado de outra forma. Embora o texto se refira principalmente a rodas (15), deve-se entender que também os conjuntos de mancais de deslizamento (71) poderiam ser usados em vez de rodas. Rodas e conjuntos de mancal de deslizamento são dois tipos de unidades de mancal (15, 71).

[0034] A Fig. 1 mostra uma torre em uma embarcação amarrada 1. A torre 5 é geoestacionária em relação ao fundo do mar 3. As linhas de amarração 2 mantêm a embarcação em posição e os risers 11 conectam as linhas de fluxo (não mostradas) no fundo do mar com a embarcação através do tubo 10 de terminação do riser 10 na torre através da conexão de tubo giratório (cabeça injetora) 9. O mancal de torre 6 apresenta uma rotação sem fim de baixo torque da embarcação em relação à torre.

[0035] Fig. 2 mostra uma vista superior da torre com mancal 6 e Fig.3 mostra uma seção da torre em conformidade com a linha D-D na Fig. 2. Nessa modalidade, o mancal de torre inclui um número igual de rodas axiais 15 e rodas radiais 16. As rodas são montadas nos eixos 19 e 18, respectivamente. Elas são fixadas à estrutura de suporte de mancal de torre 17, transferindo as cargas da torre advindas dos risers e cabos de amarração 2 através das rodas e no trilho 14 sustentadas por uma estrutura de suporte de trilho 13 na embarcação 1.

[0036] O sistema de mancal de torre inclui aqui um número igual de rodas axiais 15 e rodas radiais 16. As rodas encontram-se nos eixos 19 e 18, respectivamente. Os eixos são fixados à estrutura de suporte de mancal de torre 17 que transfere as cargas da torre para a estrutura da torre, incluindo o invólucro da torre 12.

[0037] Os cabos de amarração são comumente fixados à porção inferior do invólucro da torre, conforme ilustrado nas fig. 1 e Fig. 3 ou estendidos por toda a extensão até a porção superior da torre.

[0038] As rodas axiais deslizam na parte voltada para cima do trilho 14 (fig. 8) e as rodas radiais na parte voltada para dentro do trilho 14. Tanto as rodas axiais quanto as rodas radiais rolam beneficamente no mesmo trilho para minimizar os movimentos relativos dentro do sistema de mancal (entre as rodas e o trilho). Tais movimentos surgem devido à resiliência no sistema de mancal, a torre inclina e se move horizontal e verticalmente, sujeita às cargas dinâmicas que a afetam.

[0039] A Fig. 4 mostra um quarto da seção da roda e o sistema de mancal de trilho com sistema de suporte da trilho e Sistema de suporte de roda.

[0040] A Fig. 5 é uma seção através da linha central de uma roda axial que mostra uma roda axial 15 com eixo 19 montada na estrutura de suporte correspondente 17 que compreende um ponto de ancoragem interno 64 que compreende uma conexão de parafuso que fixa a extremidade do eixo interna à estrutura/torre de suporte. Compreende também uma suspensão de eixo externo 21, que, preferivelmente, é uma suspensão do tipo de colar, e um parafuso de fixação 26 que passa através de um orifício 38 no eixo, cujo propósito é impedir que a suspensão 21 se mova para dentro em relação ao eixo 19. A figura 5 também ilustra a deformação do eixo 19 e a suspensão do eixo externo 21 pelas duas linhas A e B. A roda axial 15 desliza em um trilho 14 sustentado por uma estrutura adjacente de suporte de trilho 13 que, por sua vez, é sustentado pela estrutura de suporte de mancal de torre 7. A carga na roda é tipicamente 50 a 200 tons, e o eixo deflete, tipicamente, 5-20 mm na roda 15 em relação ao invólucro da torre 12.

[0041] O comprimento do eixo está na faixa faixa de 1 a 3m,dependendo da carga e das deflexões requeridas. As deflexões requeridas dependem das tolerâncias para o sistema de mancal, e são de alguns mm (ab 5) até 10-20mm.

[0042] O eixo é preferivelmente em um aço de liga de baixa resistência, por exemplo, um aço CrMo, utilizado a um nível elevado para um efeito máximo de mola para a roda. Então, é importante que o eixo seja usinado de forma suave, sem mudanças geométricas abruptas e, muito importante, sem soldagem para boas propriedades de fadiga. O eixo tem, preferivelmente, uma seção transversal afunilada tanto em direção à roda quanto em direção ao suporte interno para deflexão máxima por seu comprimento, obtida por uma elevada utilização de material de alta resistência em todo o seu comprimento, desde a roda até o ponto de ancoragem interna 64.

[0043] A estrutura de suspensão externa 21, doravante denominada suspensão de eixo externa 21, apresenta uma conexão com o eixo, sem o uso de soldagem, e o eixo tem uma superfície suave, mesmo na forma de seu suporte na parte de colar da suspensão sendo possível por meio da utilização de uma suspensão do tipo de colar. A abertura 23 no colar tem uma forma verticalmente alongada (conforme visto na seção E-E, definida no esboço na fig. 5) tendo uma largura de encaixe de folga relativa ao eixo, fazendo com que o eixo fique pendurado de modo estável. A geometria do colar, larga e fina, torna o colar resiliente a curvas, mas resistente à tensão. Pelo fato de o orifício do colar ser feito com o mesmo diâmetro que o eixo, a forma circular do colar será mantida, e a parte de colar, então, será vantajosamente submetida a tensões, principalmente tangenciais. A altura da abertura 23 é, de forma benéfica, substancialmente maior do que o diâmetro do eixo, com o objetivo de dar espaço para o eixo na saída, durante as operações de recuperação. Isso significa que o eixo 19 pode ser articulado no colar 22 de modo suficiente para deixar a roda ainda montada no eixo a ser recuperado.

[0044] A espessura (medida ao longo do comprimento do eixo) do colar 22 é determinada pela pressão de superfície entre o colar e o eixo e as tensões de colar, e dá estabilidade adequada ao eixo para impedir que o colar pivote em torno da extremidade externa do colar. A espessura da suspensão de eixo externa 21 é reduzida gradativamente por uma região de transição 25 até uma estrutura fina do tipo de chapa 24, denominada a seção de chapa 24. Sua largura (seção E-E) se torna substancialmente maior na região inferior para a obtenção de um suporte que é rígido com relação às forças na direção transversal (forças horizontais transversais ao eixo). Assim, o ponto de suspensão é beneficamente mantido fixo em sua direção transversal, garantindo a direção correta do eixo durante a operação, evitando a convergência errada, prejudicial, da roda e a raspagem excessiva entre a roda e o trilho.

[0045] A seção de fina chapa 24 é beneficamente plana e se estende pela maior parte da distância do eixo até a estrutura de suporte, resultando em uma estrutura de suspensão resiliente que resulta em resistência moderada a tal deformação intencionada do eixo, que é ilustrada com a linha A na Fig. 5. A estrutura de suporte 21 também se estende beneficamente como uma peça, para baixo, para a subestrutura com ramificações estruturais para baixo e para dentro para ter as juntas de solda em áreas onde o estiramento na suspensão de eixo externa se espalhou em uma área de seção transversal maior. Essa geometria é ilustrada pelas juntas 50, 51, 65 (fig. 6). A junta em forma de T, onde o deque, o invólucro da torre 5 e suspensão de eixo externa 21 se encontram em uma área de transição 48 é normalmente uma área que tem, simultaneamente, tanto elevados fatores de concentração de tensão quanto poucas propriedades de fadiga. Esses problemas são mitigados ao se fazer a junta em uma só peça, com grandes raios de filetes como parte da suspensão de eixo externa. A peça pode ser ou em aço fundido ou forjado para a obtenção de boas propriedades de fadiga. As soldas unidas são, então, deslocadas para longe da área crucial 48 em geometrias mais simples de soldar onde as tensões são moderadas.

[0046] A carga de roda para uma “pequena” torre (9m de diâmetro) está na faixa de 100 a 150 ton, enquanto a carga de suspensão na suspensão de eixo externa 21 está, então, na ordem de 130 a 200 ton, de acordo com braços de alavanca representados pela distância da suspensão de eixo externa até a roda, em comparação com a distância até o ponto de ancoragem do eixo interno 64. O comprimento preferido do eixo depende da disposição da torre, das cargas de rodas e das tolerâncias de usinagem do sistema de mancal. O comprimento do eixo varia de 1 a alguns metros, e a distância da suspensão de eixo externa 21 para a roda 15 é na ordem de 0,25 a 1 m, enquanto a distância do tirante de suspensão 21 até o ponto de ancoragem interno 64 está na faixa de 3-5 vezes a distância até a roda. A deflexão da roda em relação à suspensão do eixo externa 21 está na faixa de 5 a 15 mm, dependendo das exigências de tamanho, carga e tolerância da torre. A resistência à elasticidade do material no eixo é tipicamente na faixa de resistência de 500 - 600 mPa, que pode ser utilizada apesar do desempenho dinâmico nas cargas da torre, uma vez que o eixo forjado, e, vantajosamente, não soldado, é feito com superfícies planas para elevada resistência à fadiga. O próprio suporte do eixo externo irá também contribuir para o efeito de mola vertical do sistema de mancal de roda axial com uma deformação vertical na vertical direção na faixa de 0,5 mm para um sistema de eixo com um efeito de mola vertical total de cerca de 10 mm, e, assim, também contribui para o efeito de mola total. A suspensão de eixo externa também é feita em material forjado sem soldagem nas porções com elevada tensão, tal como no colar 22 em torno do eixo 19, e na parte inferior da transição 25 para a seção de chapa mais fina 24, onde a combinação dos efeitos de tensão e curvatura têm os maiores efeitos na suspensão de eixo externa.

[0047] Foi, então, obtida, uma suspensão de eixo externa/dispositivo que é rígido no que se refere a deflexões fora do plano/transversais, mas resiliente a deformações de curvatura vertical no eixo (ref. linha A), enquanto ainda lida com elevadas cargas de suspensão.

[0048] A Fig. 5 mostra uma roda axial com conjunto de eixo conforme montada em estrutura de suporte correspondente que compreende um dispositivo de suspensão estrutural externo (relativo ao centro da torre) 21 e um suporte de eixo interno 64 que compreende uma conexão de parafuso que fixa a extremidade do eixo interna à estrutura de suporte/torre.

[0049] A Fig. 5 ilustra uma seção através do plano central de um conjunto de roda axial 15 com eixo 19 montado na estrutura de suporte de mancal de roda 17. A roda axial 15 desliza em um trilho 14 localizado em sua estrutura de suporte de trilho 13.

[0050] O eixo é fixado à estrutura de suporte de torre 17 pela suspensão de eixo externa 21 e um ponto de ancoragem do eixo interno 64 por meio de um reforço 30 na estrutura de suporte 29 localizada na extremidade interna (em relação ao centro da torre) do eixo.

[0051] A extremidade interna do eixo 19 é fixada a uma porca 31 por meio de parafusos padrão 32. O eixo correspondente e a porca formam um sulco, conforme ilustrado no detalhe F na Fig. 6 e posteriormente descrito abaixo. O reforço 30 é moldado de forma complementar com tal sulco e provê um ponto de ancoragem axial e radialmente para o eixo. A forma do sulco vista na direção de linha central do eixo pode ser circular ou um polígono. O reforço 30 é preso por aparafusamento ou soldagem à parte interna da estrutura de suporte 29. O eixo 19 é beneficamente terminado na parte externa da estrutura de suporte representada pelo reforço 30 para facilitar a recuperação do eixo, conforme ilustrado na Fig. 5. Portanto, a extremidade interna do eixo, de forma benéfica, não se estende através do reforço 30.

[0052] A suspensão de eixo externa de mancal externo 21 tem uma geometria conforme ilustrado na seção longitudinal através do eixo e é mostrada no lado direito na Fig. 5. O perfil visto em direção ao centro da torre é mostrado na seção E-E na Fig. 5.

[0053] O eixo é localizado dentro de um orifício na suspensão de eixo externa. O orifício tem a forma de uma fenda, com a largura apenas um pouco maior do que o diâmetro do eixo, e um comprimento na direção para baixo, substancialmente maior do que o diâmetro do eixo. O material que circunda a fenda provê uma grande superfície de contato de suporte entre o eixo 19 e a suspensão de eixo externa 21. A parte superior da suspensão de eixo externa tem uma largura e espessura que proveem resistência adequada para transferir as cargas no eixo 19 para a porção inferior da suspensão do eixo externa 21. A porção inferior da suspensão de eixo externa 21 é uma estrutura do tipo de chapa fina 24 que se estende para baixo até a estrutura de suporte de mancal 17. A área de transição 25 entre a parte superior com fendas da suspensão de eixo externa e a porção da chapa inferior 24 é compreendida de uma área com uma suave mudança na espessura, conforme ilustrado na Fig. 6. A Fig. 6 é uma vista ISO explodida da roda e estrutura de suportes, e descreve os detalhes de sustentação para o eixo na estrutura de suporte de mancal 17 em maiores detalhes:

[0054] A extremidade interna (relativa ao centro da torre) do eixo 19 e a porca 31 são presos juntos pelos parafusos 32. A posição axial da porca é acuradamente definida pela face 55 que se encaixa com a face de extremidade axial 58 do eixo, já que essas duas faces serão pressionadas juntas ao tensionarem os parafusos 32. A porca 31 tem uma face axial 63 com uma distância definida a partir da face axial 55 para corresponder à espessura de reforço 30 para posicionar acuradamente o eixo na direção axial.

[0055] O posicionamento radial acurado do eixo relativo à estrutura de suporte no ponto de sustentação interna é obtido primeiramente por meio do posicionamento radial acurado e fixo da porca em relação ao eixo, em segundo lugar pelo posicionamento preciso do conjunto de porca 31 de eixo em relação ao reforço 30.

[0056] A extremidade interna do eixo (na torre) tem, beneficamente, uma porção com reentrância 33, com uma face radial 60 acuradamente centralizando o eixo com a face complementar da porca 59. Assim, a porca 31 e o eixo 19 são travados um em relação ao outro, tanto axialmente quanto radialmente, e desempenham como uma unidade relativa ao reforço 30 que é fixado à estrutura de suporte 29, p.ex., por meio de soldagem ou de parafusos.

[0057] As faces 63, 61 da porca e o diâmetro maior da face 58 no eixo constituem um sulco moldado de forma complementar com o reforço 30. Isso caracteriza um ponto de ancoragem para o conjunto de porca do eixo em relação ao reforço com estrutura de suporte 29. A face radial 61 é complementar à face radial 62 do reforço 30 e provê um posicionamento radial acurado (vertical e horizontal) do eixo.

[0058] O suporte externo para o eixo também inclui um pino de fixação 26 que é disposto em um orifício 38 no eixo para dentro da porção de colar da suspensão de eixo externa. Sua função é impedir que o colar deslize para dentro (para longe da roda) durante a operação. É vantajosamente disposto no eixo neutro, onde as tensões são as menores.

[0059] A Fig. 7 mostra os princípios para a recuperação da roda e do eixo. A roda não deve ser recuperada enquanto é carregada. Isso causará danos ou na superfície do trilho ou na roda. Portanto, a roda deverá ser descarregada antes de ser desmontada. Isso pode ser feito recuperando-se a porca interna através do anel 30. A porca é recuperada usando-se um parafuso 85 (vide fig. 6) para empurrar o parafuso para fora do eixo, e para fora através do reforço. O parafuso pode ou ser localizado no centro da porca, ou pode haver alguns parafusos localizados entre os parafusos de fixação. A força requerida para empurrar o parafuso para fora é reduzida aplicando-se uma carga F no eixo, conforme ilustrado na fig. 7. Essa força, nesse ponto, é provida por um macaco hidráulico 37. O eixo pode ser inclinado para baixo quando a porca é recuperada através do reforço abaixando-se o macaco hidráulico. A carga de reação entre a roda e o trilho é rapidamente 0 quando o macaco hidráulico é abaixado. O eixo está livre para ser pivotado para um ângulo A suficiente para proporcionar uma saída livre para a roda em direção ao lado direito na fig. 7. O flange na fig. 7 é removido antes da recuperação da roda. Porém, o flange pode estar à esquerda se o ângulo A for um pouco maior. O eixo estará pivotando em torno da face inferior 70 do colar.

[0060] A altura da abertura no colar é suficiente para permitir que o eixo seja pivotado a um ângulo A.

[0061] Fig. 8 ilustra uma configuração alternativa do arranjo de suporte de mancal para a torre na Fig. 1, onde as cargas da torre são transferidas para o sistema de mancal a partir da parte de cima do nível do sistema de mancal. Este arranjo é, portanto, particularmente adequado para mesas rotativas onde uma grande porção da estrutura da torre se estende acima do nível do mancal, sistemas particulares tais como ilustrado na patente APL em sistemas de mesa rotativa, NO19983291.

[0062] A geometria do eixo, a roda e o sistema de trilho, assim como o ponto de ancoragem interno 64, são equivalentes ou similares aos da configuração do mancal da roda na Fig. 5. Também é um substituto benéfico para o sistema de suporte, conforme descrito na fig. 4A da referida patente, onde um coxim elastomérico 16 é usado para sustentar a carga dirigida para baixo a partir da estrutura da torre (5 na referida patente APL).

[0063] A Fig. 8 mostra uma solução inversa à fig. 5, de cabeça para baixo, onde a estrutura de suporte de mancal da roda 17’ é disposta acima do sistema de mancal de roda. Esse sistema é, em particular, adequado para aplicações onde a torre ou se estende para a parte acima do sistema de mancal ou para sistemas de mesa rotativa, conforme descrito em NO19983291, onde a porção principal da estrutura rotativa é disposta acima do sistema de mancal.

[0064] O suporte de eixo externo 45 é equivalente à suspensão de eixo externa 21, exceto pelo fato de que é virado de cabeça para baixo em comparação com o eixo de suspensão 21. Em vez de transferir a carga aplicada pela suspensão a partir da parte de baixo, a carga é transferida por compressão a partir do lado superior do sistema de mancal por uma estrutura de suporte 45 que se estende a partir de uma estrutura de suporte de mancal 17’ adequadamente localizada acima do sistema de mancal.

[0065] O suporte do eixo 45 compreende, em princípio, as mesmas partes como para a suspensão do eixo para fora 21, e com os mesmos princípios geométricos, exceto pelo fato de que a seção de chapa fina 42 do suporte de eixo 45 precisa ser projetada considerando o cambamento; um colar 44 para o suporte do eixo 45 inclui também uma área de transição 43 entre o colar grosso 44 e em direção à seção de chapa fina 42. Essa seção de chapa, conforme é mostrado na Seção BB da Fig. 8, também se estende favoravelmente para ambos os lados, para uma rigidez transversal adequada do suporte de eixo externo, semelhante às propriedades para a suspensão de eixo externa 21. A suspensão de eixo externa 45 é fixada à estrutura de suporte na conexão 56 também incluindo, vantajosamente, uma área curvada de transição 43 para uma transferência suave das cargas de reação no suporte inverso do eixo externo. O eixo, nessa versão de conexão de colar, será pressionado para cima, e o vão na abertura com fendas do colar ficará subjacente ao colar, conforme ilustrado no detalhe C na Fig. 8.

[0066] A parte subjacente ao colar é útil para enrijecer o colar, e provê um limiar inferior, ou suporte, para o eixo quando este é recuperado, equivalente à situação para o eixo na Fig. 6. Porém, de um ponto de vista de resistência, a versão mais simples será suficiente, conforme ilustrado na Fig. 8b.

[0067] A Fig. 8b mostra uma versão simplificada da fig. 8 onde o colar na estrutura de suporte para fora, 45, foi cortado a alguma distância abaixo do eixo, conforme ilustrado na seção B-B na fig. 7. O colar 44 é aqui apenas cortado no meio da abertura. O colar exibe, assim, um perfil em forma de U, visto na direção do eixo.

[0068] A Fig. 9 mostra uma modalidade alternativa da invenção. O conjunto de mancal de deslizamento 71 é compreendido de um coxim de mancal de deslizamento esfericamente sustentado que é conectado à extremidade externa do eixo flexível 74. O conjunto de coxim de mancal 71 inclui pelo menos um coxim de mancal de plano voltado para baixo, 78, que desliza no trajeto/caminho de deslizamento 72. Um mancal esférico é fixado a tal coxim, na parte superior, conforme mostrado no detalhe C na fig. 9. O mancal esférico é, de acordo com a tecnologia padrão para tais juntas, compreendido de dois discos. Um inferior, com uma superfície moldada esfericamente convexa, voltada para cima, e uma segunda com um disco complementar, moldado esfericamente côncavo, ou disposto de cabeça para baixo.

[0069] A junta esférica garante que o coxim sempre irá se alinhar com o trajeto de deslizamento, já que as deformações angulares no eixo serão absorvidas pela junta esférica. É claro que a junta irá manejar qualquer deformação relativa na superfície de deslizamento voltada para cima do trajeto de deslizamento circular 72.

[0070] O eixo é, neste exemplo, com uma seção transversal retangular, com a altura substancialmente maior do que a largura. Um eixo com perfil circular poderia ser usado, como foi ilustrado na fig. 5, para o sistema de mancal de roda. Da mesma forma, os eixos usados para o sistema de mancal de roda poderiam também ser baseados nos eixos com um perfil quadrado.

[0071] A vantagem em relação à seção transversal retangular é a maior utilização do material do que para a seção transversal circular com relação aos momentos de curvatura substanciais no plano vertical, causados pelas elevadas cargas verticais. Isso é óbvio ao se considerar o momento seccional em torno do eixo neutro horizontal para um retângulo, conforme comparado com um perfil circular. Uma outra vantagem com relação à utilização do material seria um perfil H girado 90 graus.

[0072] A vantagem com o eixo circular perfilado é a fabricação mais simples e o fato de se evitar uma forma menos resistente à fadiga do material na região de transição de uma seção transversal não circular para uma seção transversal circular, onde as rodas 15 são presas. Além disso, um colar circular sobre um eixo circular é favorável em comparação com um colar com abertura em formato retangular complementar com um eixo com uma seção transversal retangular. Isto é porque as tensões secundárias em um colar com formato circular sujeito a cargas para baixo são menores do que um colar em formato retangular para o mesmo peso de colar. Exemplos de colares sujeitos à tensão de cargas para baixo são mostrados na Fig. 5 e na Fig. 9. A estrutura de suporte com um colar, conforme mostrado na figura 8, é submetida a cargas a partir do lado de cima, a estrutura de suspensão é principalmente submetida a tensões de compressão e as cargas são transferidas diretamente para baixo, para o eixo. A parte de colar será, então, exposta a pequenas cargas. Para esses casos, um eixo em formato retangular será razoável.

[0073] A escolha entre os eixos em formato retangular vs eixos circulares depende, então, de uma série de aspectos, incluindo o tipo de unidade de mancal, e cargas, transferência de carga por suspensão pendurando-se as cargas ou suporte de cargas a partir da parte superior.

[0074] A Fig. 10 mostra a modalidade preferida para a estrutura de suspensão para uma disposição de torre, conforme mostrado nas figs. 3 e 4. As dimensões são dadas sem dimensões, como proporções relativas ao diâmetro 19 do eixo.

[0075] Em uma geometria vantajosa da suspensão de eixo externa 21 tem uma espessura L ao longo do eixo 19 de cerca de 1-1,2 vezes R1, onde R1 é o raio do colar. O raio R1 é feito de uma pequeno encaixe de folga com o diâmetro externo do eixo 19 na zona de contato entre eles. A suspensão de eixo externa é preferivelmente feita em uma peça, porém, também pode ser montada e unida/soldada a partir de peças menores em locais adequados.

[0076] A Fig. 11 mostra uma configuração alternativa onde o trilho é localizado na torre 5 e a roda com disposição de suspensão de eixo 21 é montada na embarcação. Esta configuração é, em relação aos princípios mais importantes, equivalente à versão da mesa rotativa na fig. 8. A vantagem com esta solução é que há mais espaço na torre para os sistemas de riser, e assim por diante. Pode ser visto que a estrutura de suporte de trilho 86 é na torre 5 em vez de na embarcação, e que a estrutura de suporte de mancal 88 é na embarcação em vez de na torre. A linha 87 é a linha central da torre. Definições 1 . embarcação 2 .cabo de amarração 3 .fundo do mar 4 .linha d’água 5.torre 6 .mancal de torre 7 .estrutura de suporte de mancal de torre 8 . poço da torre na embarcação 9 .Conexão giratória de fluido/gás/potência (cabeça injetora) 10 .Terminação do riser na torre 11 .Riser submarino 12.Invólucro da torre 13. estrutura de suporte de trilho 14. trilho 15. roda axial (mancal da torre) 16. roda radial (mancal da torre) 17. estrutura de suporte de mancal 18. eixo para roda radial 19. eixo para roda axial 20. deque de mancal 21. suspensão de eixo externa 22. colar, parte superior da estrutura de suspensão do eixo 23. vão entre eixo e colar, subjacente ao eixo 24. seção de chapa de estrutura de suspensão 2 5. seção transicional entre o colar 22 e seção de chapa 24 26 . parafuso de fixação 27 . forma de estrutura de suspensão de eixo externo deformada 21 28 . forma defletida de eixo 19 quando submetido a cargas na roda axial 15 29 . estrutura de suporte interno para eixo de roda axial 30 . Reforço em forma de anel na estrutura de suporte localizada na extremidade interna do eixo de roda axial 19 31 . porca para eixo 19 para roda axial 32 . parafusos para fixar a porca 31 no eixo de roda axial 19 33 . reentrância na extremidade interna do eixo complementar à porca 31. 34 . ponto de articulação para o eixo no colar quando o eixo e o conjunto de roda estão sendo recuperados. 35 . conjunto de roda axial ex flange da roda 36 .corpo da roda axial 37 . macaco hidráulico para suporte temporário da parte interna do eixo 19. 38 . orifício no eixo 19 para dar espaço para o parafuso de fixação 26 39 . extremidade inferior do colar para suporte alternativo de eixo 40 . colar em forma de U para suporte de eixo externo 45 41 .vão entre o eixo e o colar na parte subjacente do eixo 42 . seção de chapa de suporte de eixo alternativo. 43 . área de transição entre o colar 40 e a seção de chapa/porção fina 42. 44 . colar para suporte de eixo de estrutura de suporte de mancal acima do mancal da torre 45 . suporte de eixo externo alternativo (versão alternativa adequada para mesa rotativa) 46 .conexão para suporte de eixo externo 45 para a estrutura de suporte de mancal 17’ 47 . vão entre o eixo e o colar em forma de U subjacente ao eixo. 48 . transição entre a parte fina da suspensão de eixo externa e a extensão para baixo na estrutura de suporte. 49 . parte de chapa de estrutura de suspensão que se estende para dentro da estrutura de suporte de mancal. 50 . extensão horizontal da porção inferior da estrutura de suspensão para conexão com o deque na estrutura de suporte. 51 . junta no lado da porção inferior da estrutura de suspensão 66 para soldar à carcaça da estrutura de suporte 17, a extensão do invólucro da torre 12 52 .extremidade no lado da estrutura de suspensão axial 21. 53 . lado do colar 54 . orifício de parafuso afunilado no eixo (para parafusos com porca) 55 . superfície axial na porca 31, face do diâmetro interno para corresponder à porção interna da superfície 58 (localizada na extremidade interna do eixo 19) 56 . superfície axial na porca 31, face de diâmetro externo 57 . revestimentos de mancal no eixo, local para a roda axial no eixo 58 .face axial interna no eixo (para se encaixar à porca sob tensão do parafuso no menor diâmetro e com reforço 30 no maior diâmetro) 59 face radial na porca (para se encaixar à face 60 na porção de reentrância 33 do eixo 19) 60 face radial na reentrância 33 do eixo para se encaixar à face radial 61 da porca (isso centraliza a porca e o eixo) 62 face radial na porca (para se encaixar à face radial 62 para centralizar o eixo no reforço 30) 63 face radial no reforço 30 64 face radial no reforço 30 para corresponder à face da porca 56 65 ponto de ancoragem do eixo interno 66 . junta na estrutura de suspensão para soldar à estrutura de suporte de mancal 17 67 parte inferior da estrutura de suspensão 68 face correspondente ao colar com o eixo 19 69 face axial no reforço 39, voltada para fora para se encaixar com a face do eixo 58 70 face axial na porção de reentrância 33 na extremidade do eixo voltada para dentro. 71 face para baixo na fenda do colar 72 conjunto de mancal de deslizamento 73 trajeto de deslizamento circular 74 estrutura de suspensão externa para o eixo com uma seção transversal retangular 75 eixo com seção transversal retangular 76 conexão entre a estrutura de suspensão 73 e estruturas de suporte de mancal de torre/estruturas de torre 77 suporte interno para o eixo na estrutura de suporte da torre 78 conexão de porca entre o eixo e a estrutura de suporte 79 coxim de mancal de deslizamento 80 parte convexa da junta esférica 71 81 . conjunto de mancal compreendendo eixo flexível em suspensão de eixo externa e unidade de mancal 82 folga entre a parte subjacente do eixo em formato retangular e a estrutura de suspensão externa. 83 . extremidade lateral da estrutura de suspensão 73 84 parte de colar da estrutura de suspensão para o eixo retangular 85 parte côncava da junta esférica 71 86 parafuso para empurrar para fora 87 estrutura da torre 88 linha central da torre 89 estrutura de suporte de mancal na embarcação

Claims (14)

1. Suspensão de unidades de mancal de torre axial (15, 71) para um mancal de torre (6) compreendendo: uma estrutura de suporte de trilho (13) montada em uma estrutura de suporte de mancal de torre (7), um trilho circular (14) montado na estrutura de suporte de trilho, uma pluralidade de unidades de mancal axial (15, 71) que percorrem o trilho circular (14), um eixo (19) para cada unidade de mancal (15, 71), com cada unidade de mancal (15, 71) afixada à extremidade externa do eixo, uma estrutura de suporte interna (29) para sustentar a extremidade interna de cada eixo, um ponto de ancoragem de eixo interno liberável (64) para conectar cada eixo à estrutura de suporte interna (29), em que cada eixo (19) é terminado somente do lado de fora da estrutura de suporte interna (29), uma suspensão de eixo externa (21) próxima a cada unidade de mancal, caracterizada pelo fato de que cada suspensão de eixo externa (21) compreende: um colar (22) com uma largura interna similar à largura do eixo e uma altura interna maior que a altura do eixo, uma seção transicional (25) conectada ao colar (22), uma seção de chapa (24) conectada à seção transicional (25) e presa a uma estrutura de suporte de mancal (17, 17’) na torre, em que a seção de chapa (24) é grande o suficiente para espalhar as cargas aplicadas em tal estrutura, em que o colar (22) é mais espesso que a seção de chapa (24) e em que a seção transicional (25) da suspensão de eixo externa (21) é tão espessa quanto o colar, próximo ao colar, e depois se afunila para uma espessura similar àquela da seção de chapa (24), próxima à seção de chapa (24); em que uma largura da seção de chapa, na direção tangencial da torre, é mais ampla que a largura do colar e da seção transicional; e a seção de chapa (24) é presa àquela estrutura de suporte de mancal (17, 17’), proporcionando assim uma suspensão de eixo externa (21) que é rígida em relação às forças na direção transversal (forças horizontais transversais ao eixo) e resiliente à flexão vertical do eixo (19).

2. Suspensão de unidades de mancal de torre axial (15, 71) em um mancal de torre (6) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o ponto de ancoragem do eixo interno liberável (64) compreende um reforço (30) em torno de um orifício na estrutura de suporte interna localizada na extremidade interna do eixo (19), uma porca, com um formato complementar ao reforço (30) que é preso à extremidade do eixo por meio de parafusos (32), travando, assim, o eixo à estrutura de suporte interna (29).

3. Suspensão de unidades de mancal de torre axial (15, 71) em um mancal de torre (6) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que uma porção de reentrância (33) na face de extremidade da extremidade interna do eixo tem uma face radial (60) acuradamente centralizando o eixo com uma face complementar (59) na porca (31).

4. Suspensão de unidades de mancal de torre axial (15, 71) em um mancal de torre (6) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a unidade de mancal é uma roda (15).

5. Suspensão de unidades de mancal de torre axial (15, 71) em um mancal de torre (6) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a unidade de mancal é um conjunto de mancal de deslizamento (71).

6. Suspensão de unidades de mancal de torre axial (15, 71) em um mancal de torre (6) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a estrutura de suporte de mancal está abaixo do mancal de torre e a suspensão de eixo externa (21) maneja forças de tração.

7. Suspensão de unidades de mancal de torre axial (15, 71) em um mancal de torre (6) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a estrutura de suporte de mancal está acima do mancal da torre e a suspensão de eixo externa (21) maneja forças compressivas.

8. Suspensão de unidades de mancal de torre axial (15, 71) em um mancal de torre (6) de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o colar é cortado na altura do lado inferior do eixo.

9. Suspensão de unidades de mancal de torre axial (15, 71) em um mancal de torre (6) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as rodas são presas aos eixos por meio de um conjunto de mancal de deslizamento que permite um movimento limitado das rodas (15) ao longo do comprimento do eixo (19).

10. Suspensão de unidades de mancal de torre axial (15, 71) em um mancal de torre (6) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o eixo (19) tem uma forma que se afunila em cada direção a partir da suspensão de eixo externa (21).

11. Suspensão de unidades de mancal de torre axial (15, 71) em um mancal de torre (6) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o eixo (19) tem uma seção transversal circular.

12. Suspensão de unidades de mancal de torre axial (15, 71) em um mancal de torre (6) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o eixo (19) tem uma seção transversal retangular.

13. Suspensão de unidades de mancal de torre axial (15, 71) em um mancal de torre (6) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um parafuso de segurança (26) passa através do orifício (38) no eixo localizado imediatamente no lado interno do colar (22) e se estende para além do colar.

14. Método para desmontar e montar um eixo axial e unidade de mancal de torre (15, 71) como definida na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a) travar a torre em uma posição rotacional fixa, b) elevar com macaco hidráulico a extremidade interna do eixo para liberar a carga da extremidade interna do eixo, c) remover a porca (31) da extremidade interna do eixo (19), d) remover o parafuso de travamento (26) de seu orifício (38), e) remover o macaco hidráulico, f) remover o eixo e a unidade de mancal (15, 71), em que montar o eixo axial e a unidade de mancal de torre compreende as etapas a- g na ordem inversa, exceto pelo fato de a etapa e e b mudarem de lugar.