CN1072638A - 钻井或生产船的转塔 - Google Patents

Abstract

用于如海上回收油的钻井或生产船那样的船的 转塔，所述转塔的设置是使其能在船身上在一贯通开 口或井中转动，并且它包括装有轴向和径向轴承元件 的支承臂(15)，该轴承元件与装在船上的相应轴承元 件配合工作。支承臂(15)联于转塔的一个底部结 构。它提供了单独的悬架并能吸收轴承的不均匀度 和变形。此外，轴向轴承轨道被装在一支座状升高区 域(30，47，56，57，58)，它在轴向上是刚性的。支座 状升高区域基本在船的中性轴高度位置上联于船身， 并且装在船上的径向轴承元件是圈形结构(52， 61)。

Description

本发明涉及一种用于如海上回收油的钻井或生产船那样的船的转塔，所述转塔的设置是使其能在船身上在一贯通开口或井中转动，并且它具有悬架，所述悬架装有轴向和径向轴承元件，所述轴承元件相对于装在船上的相应轴承元件运转。

上述类型的转塔通常装有带弹簧装置的轴承元件，以确保轴承力的均匀分布。悬架结构具有相当大的挠度，以部分地缓冲船的伸长，并且它常常被铰接，以承受角变形并使其载荷均匀。为了使悬架力和轴承、船、以及转塔的变形得到最佳控制，常常使用复杂的机械或液力方法。欧州专利申请第0.207，915号给出了一种液力解决方案。它包括一个上部径向轴承、一个轴向轴承和一个下部径向轴承。这些轴承均包括许多液力活塞/缸装置，它们均安装在一个轴承元件上。

这些解决方案的一个主要缺点在于是它们是复杂的，并且因此制造和维护它们是昂贵的。进一步的缺点是：由于相对运动和结构误差（由悬架/轮结构和在船上的运动造成的）原因，轴承表面易受磨损。对于轮结构，由于较大的相对运动，不得不使用球端轮（Pommelled  wheels）.这些球端轮限制了轴承的承载能力，因此，并且在大型重载旋转轴承结构的情况下，不得不使用滑动轴承，或者轮和滑动轴承的组合形式。

但是，采用有滑动轴承的缺点在于：为转动转塔需要大型机械，并且为使轴承免受船在海上的腐蚀性环境影响，需要采取特殊和昂贵的保护措施。

挪威专利申请第87511号给出了一种转塔的轴承系统，它试图通过使用悬架结构消除径向轴承的磨损和破环。但是，这种悬架结构已经限制了单独的悬架，特别是在大型重载转塔的情况下，它必须在不使用与轴向轴承元件相联的特定机械或液力弹簧情况下保持较好的载荷分布。采用这种解决方案并不能很好地消除径向轴承表面的磨损和破坏。

此外，对于上述的挪威专利申请，转塔的径向轴承也使用机械悬架，并且这种悬架也如上所述的那样，制造和维护都是昂贵的，并且它将引起轴向轴承的磨损和破坏。

本发明一个目的在于提供一种船的转塔，它实际上消除了转塔的轴向和径向轴承的磨损和破坏，但尽管如此与现有解决方案相比，其制造和维护费用是低的。另一目的在于提供用于这种转塔的轴承结构，对于这种结构，船所产生的应力和伸长将不产生作用于轴承和转塔上的不希望的反作用力。第三个目的在于减小由于作用于转塔上的外力而使其产生的位移。第四个目的在于提供一种转塔，对于这种结构，轴承轨道等等的不均匀度由转塔和/或轴承轨道它们自己的底部结构吸收。最后，但并非不重要的，一个主要目的在于提供一种能用于大型重载、易受巨大外力的转塔的解决方案。

根据本发明，一种用于如海上回收油的钻井或生产船那样的船的转塔，转塔的设置是使其能在船身上在一贯通开口或井中转动，并且它包括支承臂，该臂装有轴向和径向设置的轴承元件，所述轴承元件与装在船上的相应轴承元件相配合工作，其特征在于，所述支承臂连接于转塔的一个底部结构，它为所述支承臂提供单独的弹性和柔性，使得它能吸收轴承的不均匀度和变形;轴向轴承轨道被装在一支座状升高区域上，所述的区域在轴向上是刚性的;支座状升高区域最好在船的中性轴高度位置处与船身相连;并且装在船上的径向轴承元件由一圈状结构构成。

根据本发明的转塔，还有以下特征：

由一个或多个环形支柱将刚性箱联于甲板;

用于径向轴承的圈状结构由一环形支柱壳构成，它通过一薄壳板形式的底座连于甲板;

通过联接器将支柱壳和底座相互连在一起;

用一环形支撑件加强所述支柱壳。

轴向轴承和径向轴承的底座由一整体装置构成，其中，由两个环形支柱将刚性箱连于甲板，并且径向轴承的圈形结构（61）由一个在刚性箱上的内环形板构成;

轴向轴承和径向轴承均是滚柱轴承，从而轴向轴承包括一装在每一臂上的四轮转向架，所具有的轮在装于箱上的两个平行导轨上运行，并且径向轴承的轮相互紧密相邻地安装在一刚性轮缘上，所述轮缘与所述臂相连;

底部结构包括一基本上呈圆筒形的支柱，在支柱内垂直安装有支撑件，所述支撑件联于臂;一个上部顶板;和一个下部环形箱座;

由密封隔板将下部箱座分隔成若干个箱，从而根据系泊绳索的拉力，可由管线和泵系统充满或排空所述箱。

下面将参照附图以实施例的形式更详细地描述本发明，其中：

图1示出了安装于船上的本发明转塔的纵剖面。

图2以透视的方式示出了通过图1所示转塔的底部结构的剖面。

图3以放大图的方式示出了通过转塔的现行轴承装置的剖面。

图4示出了同一轴承装置，只是该图是从上部看去而得到的。

图5和6示出了两种可供采用的轴承设计。

图7示出了转塔的平衡系统的工作原理。

图1所示转塔在船身上被安装在贯通开口或井3中。转塔的下部分4，即底部结构由一个大的圆筒形结构形成;而转塔的上部分1，即支管（窒）由一个圆形甲板形成，它提供了管路系统和设备的安装空间。油、气立管9通过导管19被通向一个节流和支管系统（未示出）。带有一组管路21的回转接头20通过框架结构22将来自于转塔的所生产油气流与船的加工设备相连。

船可被动态定位或通过连于转塔的系泊绳索8锚固。在此所示实施例中，系泊绳索8由安装在转塔外侧上的导管11引导，并且它与装在转塔顶部内侧的制动器12相连接。安装于甲板上的系泊绳索升降机构13或安装于转塔上的绞盘（未示出），用于张紧经过导轮10的系泊绳索。另一种方案是，在转塔下部用链式制动器代导轮11。导轮/链式制动器11最好被安装于高位置处（相对于船的基线），以降低由于绳索伸长而产生的倾覆力矩，和简化船的船坞。

转塔轴承28、30沿船的中性轴安装于井3的增大的上部41处。通过将轴承大至安装于船的中性轴高度位置处，从而降低了轴承表面的由船身所引起的移动。也降低了倾覆作用，即轴承28、30和导轮11之间的距离将是尽可能地小。

能够借助于钢索升降机构13通过沿转塔周向安置的驱动链（未示出细节）转动转塔;或者也可使用一个单独安装的转动装置转动转塔，它包括一个由马达23驱动的齿轮24。齿轮24与一个装于转塔上的齿圈6相啮合。

转塔下部分包括一整体环形箱座35。它形成了系泊绳索的导轮11的底座。环形座具有一腔室34，它最好可由径向隔板分隔成单独的箱。借助于平衡系统（参看以后的附图），这些箱可按要求被充满或放空（根据系泊绳索的拉力），以降低转塔的倾覆力矩。

图2示出了转塔的底部结构4。它包括垂直支承件16、径向臂15、一个基本上为圆筒形的支柱36、环形箱座35和一个顶板32。径向臂15被固定于垂直支承件16，而后者依次被连于箱座35上。在图2中，垂直支承件是T型支承，但H型支承件、箱形或某些其他合适的型式也是有益的。

垂直支承件16之间的结构板36在垂直平面上基本上是抗剪的，但最好在径向上是柔性的。

顶板32是抗剪的，并且能用法兰环29或类似部件加强它，以达到足够的径向刚度。除此之外，在水平平面内它基本上是刚性的，但在横向平面内它是柔性的。该板也具有立管导管19（参见图1）的开口33。

如上所述，每一径向臂15被固定于一个垂直支承件16上。由臂产生的力矩载荷将使其在臂固定点处转动，并且垂直支承件将偏转，而不影响到相邻支承。由于在垂直支承之间的结构（板/加强板）在转塔的径向具有小的变形刚性，上述的是可能达到的。

转塔具有以上所给的底部结构，每一臂实现了单独的悬架结构，它对于吸收轴承轨道的不均匀度是必须的。具有这种悬架结构，也将有益于在径向轴承上使用轮，因为在大载荷的情况下，轴承元件的大部分横向移动被避免。当转塔转动时，在轴向轴承（也在径向轴承）上使用轮也降低了其转动力矩。

所建议的底部结构也体现了本发明第二个重要特征，因为它与以下所提及的已知的使用液力或机械悬架以吸收同样的不均匀度相比，它是相当便宜的。在此连接中，应提及挪威专利申请第875111号，它使用具有径向臂的转塔，但其臂被连于一扭矩箱。该扭矩箱提供的柔性可以克服作用于整个转塔上的轴向载荷，这是因为其所有的臂均固定于一个共用箱结构。但是它不是更有助于单独的偏转，而它对于吸收轴承轨道上的不均匀度是必须的。

图3和4以放大的形式示出了转塔的轴承布置。正如以上所提及的，该轴承布置大至与船的中性轴对齐，以降低船身所引起的作用于轴承上的移动和载荷。

轴承装置包括一个径向滚轮轴承28和一个轴向轴承31。连于转塔的每一臂15的转向架用于轴向轴承。转向架轮对41固定于切向撑杆42的每一端。这些撑杆装有一个宽的、较低的法兰或剪切板43，该板对于来自于径向臂15的径向载荷是刚性的。切向撑杆的设计是使其对于轴向载荷基本是刚性的。但允许其相对于径向臂15转动。这将确保切向撑杆对于径向和轴向变形是刚性的。但尽管如此，它能使转向架的四个轮之间的载荷均匀分布。下述条件是重要的：撑杆42是柔性的，它足以容许臂15向下弯曲但它将不在轮45上形成过大的反作用力。另一种方案是：使臂具有一定的预载角，该角与转塔受到最大载荷时向下弯曲的方向相反，其目的是当转塔受到急剧载荷时，作用于轮上的载荷尽可能地均匀。

轮45装在一抗剪框架46上，使得轮相互之间是刚性的。因此轮45最好具有圆柱形表面。最好将一滑动轴承用在轮的轮毂上，以实现合适的滚动阻力并同时允许轮沿其轴轴向滑动，以便吸收径向轴承和轴向轴承之间的相应径向变形，并且吸收径向轴承和导轨位置之间的结构误差。

与球端轮相比使用具有平表面的轮具有的优点是，它具有相当大的轴承承载力。

轴向轴承的转向架40在双轨系统44上滚动，而该轨依次安放在一个支架状底座上，该底座由两个圆柱支柱30和一个扭矩箱47构成。在箱47上，具有所需支承的支柱30和甲板48之间不具有允许两壳体（支柱）在径向自由变形的结构。上扭矩箱也能称为上刚性环，它使轴承轨道在径向平面内保持其形状，而支柱吸收轴承轨道和甲板支撑之间全部的相应移动。位置序号37示出了板结构36上的开口，其设计是用于允许空气流过。

支柱分别刚性地支撑在船的结构件、井3以及船的甲板的一个支撑件上，使得当船身受到载荷并伸长时两轨的轴向位置基本上保持于相同的高度。

本发明底座设计的一个主要优点在于：借助于船甲板48和轴承轨道44之间的柔性间隔件（支轮30）从而过滤掉了船身的径向伸长。与已知的解决方案相比，这将显著地降低轴承表面的磨损。为进一步降低磨损和破坏，并有可能相对于臂增加转向架的悬架，在转向架40和臂15之间插入一个橡胶垫片。所述垫片也将消除在转向架40上轮的轴承的滑动移动，并将有助于使作用于轮45上的载荷保持均匀。

径向轴承包括有轮49，它们相互紧密地装在一轮缘50上，该轮缘与径向臂15相联。轮49顶在一径向轴承导轨51上工作，该轨道固定于一柱形圈52上。圈52和导轨51具有相当大的切向抗拉强度，但其具有局部柔性，以使其能适应确定导轨51和轮相互径向位置的微小误差。关于轮的径向位置，可通过楔形装置27固定，该装置可使轮相对于轮缘50移入或移出，或者也可使用一种偏心轴装置。

此处上圈由一柱形壳构成，它从导轨的下边缘向上延伸，并且略微越过该导轨。它的宽度由导轨所需切向强度和径向柔性确定。该圈能由一额外的环形支撑件53加强，支撑件53与导轨有一定距离。此处所示径向轴承的底座由一支柱构成，它从圈52向下延伸至甲板48。它最好由一薄壳板54制成。

来自于紧密安装的径向轮的径向载荷，以环绕轴承圈的切向力的形式传送至导轨/圈。圈的伸长通过下部54被转移给船的甲板，相对于载荷方向它是在45-135度范围内转移。因此限制了转塔的径向位移。

轮被安装在转塔的一刚性轮缘上，而轴承圈必须具有足够的柔性，以补偿导轨和轮的不足。必须使轮相互紧密设置，以便在导轨/圈部分上仅引起有限的弯曲。

这种已描述类型的径向轴承设计的优点在于：圈具有足够的悬架结构以补偿导轨和轮安装的局部公差（不均匀度）。围绕井的甲板的椭圆形由底座54吸收和或由导轨和轮之间的一定的间隙吸收，使得径向轴承能承受恶劣海上气候使船伸长产生的最大载荷。

圈52和底座54相对于径向变形一般也是如此之柔软，以使得转塔的全部椭圆（不足）不会显著地影响轴承的反作用力。

另一种可供选用的方案是，可通过联接器55将圈52和底座54相互联在一起。此联接的目的是给予支柱有限的附加柔性（相对于甲板），从而井的径向变形降低了径向轴承的力，并且由椭圆转塔对径向轴承的反作用力的影响较小。

图5示出了另一可供选用的实施例，在此，轴向轴承的箱结构56直接安装在甲板48上，即设有甲板和箱结构之间柔性联接。对于这种解决方案，底部结构得到略微较低的制造精度，但这将使轴承表面稍微易于磨损和破坏。

图6示出了另一种轴承的解决方案，其中，轴向轴承和径向轴承装在一共用支座57上，并且箱结构58提供了垂直轴承的导轨59以及径向轴承的导轨60的支撑。内板61起到类似于上述圈（图3中52）的作用，因为它是用于补偿轮和导轨（板未被支撑）的小的不均匀度。

这种轴承和图3与4所示轴承的区别在于：取消了径向轴承的一个单独的支柱，并且径向轴承是处于一较低位置-这将抑制由水平力形成的倾覆力矩的形成，而作用于转塔的力矩越小，所需钢底座越小。

图7是本发明转塔的平衡系统工作原理的草图。如上所述，转塔的下部包括一整体环形箱座35，在转塔周向它能被分成单独的箱6、7。借助于箱之间的泵系统和管线61，能将平衡液从位于一侧的一个或多个箱泵送垂位于相反侧的一个或多个箱，并且降低了转塔的倾覆力矩。泵最好根据来自于系泊绳索上的拉力检则器14的信号，由电力控制装置控制。

以上涉及的转塔的实施例，其轮装置被用于轴向和径向轴承。但是，如所附权利要求所限定的那样，在本发明范围内也可使用滑动轴承，或滑动轴承与滚柱轴承的组合。

Claims (9)

1、一种用于如海上回收油的钻井或生产船那样的船的转塔，转塔的设置是使其能在船身上在一贯通开口或井中转动，并且它包括支承臂(15)，该臂装有轴向和径向设置的轴承元件，所述轴承元件与装在船上的相应轴承元件相配合工作，其特征在于，所述支承臂(15)连于转塔的一个底部结构，它为所述支承臂提供单独的弹性和柔性，使得它能吸收轴承的不均匀度和变形；轴向轴承轨道被装在一支座状升高区域(30，47，56，57，58)上，所述的区域在轴向上是刚性的；支座状升高区域最好在船的中性轴高度位置处与船身相连；并且装在船上的径向轴承元件由一圈状结构(52，61)构成。

2、如权利要求1所述的转塔，其特征在于，由一个或多个环形支柱（57）将刚性箱（47）联于甲板（48）。

3、如权利要求1所述转塔，其特征在于，用于径向轴承的圈状结构由一环形支柱壳（52）构成，它通过一薄壳板形式的底座（54）连于甲板（48）。

4、如权利要求4所述的转塔，其特征在于，通过联接器（55）将支柱壳（52）和底座（54）相互连在一起。

5、如权利要求4和5所述的转塔，其特征在于，用一环形支撑件（53）加强所述支柱壳。

6、如权利要求1所述的转塔，其特征在于，轴向轴承和径向轴承的底座由一整体装置构成，其中，由两个环形支柱将刚性箱（58）连于甲板（48），并且径向轴承的圈形结构（61）由一个在刚性箱（48）上的内环形板构成。

7、如权利要求1～7所述的转塔，其特征在于，轴向轴承和径向轴承均是滚柱轴承，从而轴向轴承包括一装在每一臂（15）上的四轮转向架（40），所具有的轮在装于箱（47，58）上的两个平行导轨（59）上运行，并且径向轴承的轮（49）相互紧密相邻地安装在一刚性轮缘（50）上，所述轮缘与所述臂（15）相连。

8、如上述权利要求所述的转塔，其特征在于，底部结构包括一基本上呈圆筒形的支柱（36），在支柱（36）内垂直安装有支撑件（16），所述支撑件（16）联于臂（15）;一个上部顶板（32）;和一个下部环形箱座（35）。

9、如上述权利要求所述的转塔，其特征在于，由密封隔板将下部箱座分隔成若干个箱，从而根据系泊绳索的拉力，可由管线和泵系统（61）充满或排空所述箱。

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