-
Verfahren und Einrichtung zum Verlegen von Leitungen in große Tiefen
unter Wasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlegen von Leitungen in
große Tiefen unter Wasser, bei welchem dem zur Wasseroberfläche hochgebogenen Endabschnitt
des bereits verlegten Leitungsteiles durch die gemeinsame Wirkung der Schleppkraft
eines Schiffes, der Auftriebskräfte von über den Endabschnitt verteilten Schwimmern
und des Eigengewichts der Leitung eine S-förmige Krümmung verliehen wird, die das
Anschließen weiterer Leitungsstücke an das freie Leitungsende in horizontaler Lage
ermöglicht. Ein solches Verfahren ist bereits Gegenstand des älteren Patentes
1181505. Es besteht im wesentlichen darin, daß die Schwimmer beim Absenken
mit der Leitung untertauchen und in einer vorbestimmten Tiefe etwa am Wendepunkt
des S-förmig gekrümmten Leitungsabschnittes nacheinander von der Leitung gelöst
werden, oder z. B. durch Zusammendrücken ihre Schwimmfähigkeit verlieren.
-
Bei diesem Verfahren ist es nachteilig, daß die Durchführung entweder
das Loshaken wenigstens einiger der Schwimmer entsprechend dem Fortschreiten der
Verlegung unterhalb einer bestimmten Tiefe und ihre Wiederbefestigung an neu hinzugefügten
Leitungsteilen erfordert oder die Verwendung von Schwimmern mit einer Schwimmfähigkeit,
die von einer gewissen Tiefe an abnimmt, notwendig ist. Die vorliegende Erfindung
dient einer Verbesserung des früheren Verfahrens, die es erlaubt, im erstgenannten
Fall die zyklische Vertauschung der Schwimmer zu vermeiden, und im zweiten Fall
den Verlust von Schwimmern mit veränderlicher Schwimmfähigkeit zu verhindern.
-
Diese Nachteile werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch
vermieden, daß die Auftriebskräfte der Schwimmer an eine längliche, vorzugsweise
rohrförmige, nach allen Querrichtungen biegsame Führungseinrichtung angelegt werden,
die in an sich bekannter Weise von dem Schiff geschleppt wird und durch die der
jeweilige Endabschnitt der Leitung gleitet.
-
In besonders vorteilhafter Weise wird dabei die Verlegungsgeschwindigkeit
der Leitung durch Änderung einer zwischen der Leitung und der Führungseinrichtung
wirkenden Bremskraft gesteuert.
-
Bei konstanter Länge der Führungseinrichtung kann die an ihr angreifende
Auftriebskraft je Längeneinheit gleichbleibend sein und der Verlegevorgang an Änderungen
der Verlegetiefe durch eine Veränderung der Eintauchtiefe der Führungseinrichtung
angepaßt werden.
-
- In ihrer Weiterbildung empfiehlt die Erfindung, daß die auf die
Führungseinrichtung je Längeneinheit einwirkenden Auftriebskräfte im unteren Teil
der Führungseinrichtung größer sind, als in ihrem oberen Teil.
-
Durch die Erfindung wird auch eine Führungseinrichtung zur Durchführung
des Verfahrens verfügbar gemacht, die durch ein nach allen Seiten biegsames zylindrisches
Führungsrohr gekennzeichnet ist, das mit trichterförmig erweiterten Endstücken versehen
und in Abständen von Ringen zum Befestigen von Schwimmern umgeben ist.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei am oberen Endstück
des Führungsrohres eine z. B. aus einem aufblasbaren, durch eine Schlauchleitung
mit einer Druckmittelquelle verbundenen, hohlen Ringkörper bestehende Bremsvorrichtung
für die Leitung vorgesehen.
-
Zweckmäßig sind zum Ausgleich des Eigengewichts der Führungseinrichtung
parallel zu dem Führungsrohr verlaufende, langgestreckte Schwimmer vorgesehen, die
z. B. als aus zellenförmigem Material bestehende Stäbe ausgebildet und durch Scheiben
gehalten sind.
-
Dabei besteht eine Besonderheit darin, daß zur Erzeugung eines über
die Länge des Führungsrohres veränderlichen Auftriebs wenigstens einer der mit dem
Führungsrohr verbundenen, langgestreckten Schwimmer als hohles Schwimmerrohr ausgebildet
ist,
das an seinem unteren Ende offen ist und an seinem oberen Ende mit einer Preßluftquelle
in Verbindung steht.
-
In Weiterbildung weist dabei jedes Schwimmerrohr einen vom oberen
zum unteren Ende zunehmenden Durchmesser auf.
-
Mit Vorteil sind wenigstens einige der zur Erzeugung der Auftriebskräfte
dienenden Schwimmer in an sich bekannter Weise so ausgebildet, daß sich mit zunehmender
Tauchtiefe ihre Auftriebskraft vermindert.
-
Obwohl die Führungseinrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine verhältnismäßig große Länge aufweist, kann sie großen Beanspruchungen auf Grund
ihrer Biegsamkeit widerstehen. Es ist zum Verlegen von- Leitungen unter Wasser eine
Führungseinrichtung bekannt, die bei der zu verlegenden Leitung eine sanfte Krümmung
ausbildet und einen Knick vermeidet. Diese brückenartig gestaltete und daher sehr
aufwendige Führungseinrichtung ist aber starr und besitzt nicht die Eigenschaften
der erfindungsgemäßen Führungseinrichtung. Insbesondere werden von dieser bekannten
Führungseinrichtung auf Grund ihrer mangelnden Biegsamkeit auch nicht eine Anzahl
weiterer Vorteile der Erfindung verwirklicht, die vor allem in einer besseren Anpassung
an die Gegebenheiten, wie z. B. das Leitungsgewicht, die Verlegungstiefe usw. liegen.
-
Die Erfindung bietet weiter die Vorteile, daß die Länge der zu verlegenden
aufeinanderfolgenden Leitungsstücke unwesentlich ist, so daß das erfindungsgemäße
Verfahren erlaubt, die Leitung an Bord des Verlegungsschiffes mit Hilfe kurzer,
verschraubter oder verschweißter Leitungsstücke herzustellen. Weiter braucht die
Leitung an der Oberfläche nicht mit einer beträchtlichen Zugkraft bewegt zu werden,
so daß die Benutzung von Schleppern mit verhältnismäßig geringer Leistung möglich
wird.
-
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Verfahrens und den dazu erforderlichen Führungseinrichtungen dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Skizze der Verlegung einer Rohrleitung nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren, bei dem eine Führungseinrichtung mit gleichmäßig verteilter Auftriebskraft
verwendet wird, F i g. 2 einen Schnitt durch die Führungseinrichtung längs der Linie
II-II in F i g. 1, F i g. 3 eine Skizze ähnlich F i g. 1, in der eine Führungseinrichtung
mit veränderlichem Auftrieb über ihre Länge verwendet wird, F i g. 4 einen Schnitt
durch die Führungseinrichtung entlang der Linie IV-IV in F i g. 3.
-
Auf den noch nicht abgesenkten Teil einer in eine Tiefe H zu verlegenden
Unterwasserleitung 10 wird durch nicht dargestellte Schlepper ein durch den Pfeil
A bezeichneter horizontaler Zug ausgeübt. Das obere Ende einer röhrenförmigen Führungseinrichtung
11 mit trichterförmig erweiterten Endstücken 12 und 13 ist einige Meter eingetaucht
und mit Hilfe von Kabeln 14, z. B. an einem Verlegungsschiff 15 befestigt. Die röhrenförmige
Führungseinrichtung 11 besteht aus einer Anzahl von Stahlrohren, in denen die Leitung
10 gleiten kann. Jedes der Stahlrohre ist außen mit einem durch Lochscheiben 18
a gehaltenen Bündel von Stäben 16 aus zellenförmigem Material, wie Polystyrolschaum
umgeben (F i g. 2), das einen primären Auftrieb ergibt. Schwimmer 17 sind über etwa
15 m lange Halteseile 19 an Halteringen 18 befestigt, die in Abständen auf dem Führungsrohr
11 sitzen und die einzelnen Stahlrohre verbinden.
-
Eine Bremsvorrichtung für die Leitung besteht aus einem hohlen ringförmigen
Körper 20 aus elastischem Material, der um die Leitung an deren oberen Endstück
12 angeordnet ist und der über ein biegsames Rohr 21 mit einer Druckflüssigkeitsquelle
an Bord des Schiffes 15 verbunden ist.
-
Die Führungseinrichtung führt die Leitung zwischen dem Eingang 12
in der Nähe der Oberfläche und dem Ausgang 13 in einer gewissen Tiefe hl mit einer
nach unten konkaven Kurve zwischen einer im wesentlichen waagerechten Anfangsrichtung
am Eingang 12 und einem Punkt des Abbiegens in der Nähe des Ausgangs 13.
-
Das erste zu verlegende Leitungsstück wird in das Führungsrohr 11
gebracht, und zwar auf der Baustelle an Land, wo die Stücke vorbereitet werden.
Dann wird das Ganze bis zur Stelle des Beginns der Verlegung gebracht und das hintere
Ende des von der Führungseinrichtung getragenen Leitungsstückes an dem Endteil der
bereits verlegten Leitung befestigt. Dieser Endteil kann in der zu diesem Zweck
erforderlichen S-Lage, z. B. mit Hilfe geeigneter Schwimmer etwa gemäß dem Verfahren
nach Patent 1181505 provisorisch gehalten werden. Diese S-Form der F i g. 1 bildet
sich mit der Führungseinrichtung in dem Maße, wie der Endteil der bereits verlegten
Leitung zum Grund absinken kann, wobei er bei dieser Bewegung das erste von der
Führungseinrichtung gehaltene Leitungsstück mitzieht. Wenn die gewählte Form erreicht
ist, erhält man die Regelung der Verlegungsgeschwindigkeit von da an mit Hilfe der
pneumatischen oder hydraulischen Bremse 20 als Funktion der gewünschten Geschwindigkeit
und der Verlegungstiefe. Weitere Leitungsstücke werden z. B. durch Schlepper herangeführt.
-
Die Form der Führungseinrichtung kann sowohl während der Verlegung
als auch in Ruhe geändert werden. Zu diesem Zweck sind über die Führungseinrichtung
eine Anzahl von z. B. manometrischen Tiefenmeßgeräten oder Neigungsanzeigern verteilt.
Die Angaben dieser Geräte werden mit Hilfe von Signalkabeln zur Oberfläche übertragen.
Diese Anordnungen entsprechen bekannten und bewährten Verfahren, weshalb sie auf
den Zeichnungen nicht dargestellt sind.
-
Die beschriebene Führungseinrichtung bietet den Strömungen eine nur
wenig größere Angriffsfläche als die Leitung selbst. Ihr Vorhandensein erhöht daher
die Schwierigkeiten bei Verlegung quer zum Strom nicht wesentlich. Ihre Biegsamkeit
erlaubt ihr im übrigen leicht die Form einer Kurve im Wirkungsbereich eines Stromes
anzunehmen, der schräg zur Verlegungsrichtung liegt.
-
Bei schlechtem Wetter, das die Fortsetzung der Verlegung unmöglich
macht, wird die aus der Leitung und der Führungseinrichtung bestehende Gesamtanordnung
bis zum Meeresgrund eingetaucht, so daß sie geschützt gegen Meeresströmungen und
Wellenschlag ist. Um das Eintauchen zu erleichtern,, ist- es vorteilhaft, einen
Teil des Auftriebs der Führungseinrichtung durch Schwimmer zu bewirken, die in an
sich bekannter Weise so eingerichtet sind, daß sie ihre Schwimmfähigkeit mit der
Tiefe fortlaufend verlieren.
-
Der an der Führungseinrichtung anzubringende Auftrieb muß unter Berücksichtigung
der Gleichgewichstbedingungen
beim Anhalten der Verlegung bestimmt
werden. Während der Verlegung erzeugt die horizontale Bewegung, der durch die Leitung
und die Führungseinrichtung gebildeten S-Kurve hydrodynamische Kräfte, deren horizontale
Komponenten sich einer Verschiebung widersetzen, deren vertikale Komponente jedoch
nach oben gerichtet sind und zur Auftriebskraft der Schwimmer der Führungseinrichtung
hinzugefügt werden.
-
Man kann zeigen, daß die Gleichgewichtsbedingung beim Anhalten der
aus der Leitung und Führungseinrichtung bestehenden Gesamtanordnung zwischen dem
Grund und der Oberfläche durch folgende Gleichung bestimmt ist:
wobei p das Gewicht der Leitung im Wasser, H die Verlegungstiefe,
f(h) die aufsteigende Kraft je Meter an einem mit der Tiefe h der Führungseinrichtung
und h, die Tiefe des unteren Punktes der Führungseinrichtung in der Nähe des Punktes
1 des Abbiegens der S-Kurve sind.
-
Der Auftrieb der Führungseinrichtung muß so bemessen werden, daß diese
Bedingung erfüllt wird. Es ist weiter notwendig, daß der Krümmungsradius in der
Nähe der Oberfläche im ungünstigsten Fall, d. h. beim Anhalten größer als der Minimalwert
ist, der durch den mechanischen Widerstand der Leitung und der Führungseinrichtung
entsteht.
-
Wenn mit A der horizontale Zug bezeichnet wird, der an der Oberfläche
auf die aus der Leitung und der Führungseinrichtung bestehenden Gesamtanordnung
ausgeübt wird und f(o) die Schwimmfähigkeit der Führungseinrichtung an der Oberfläche,
kann gezeigt werden, daß der Krümmungsradius R des oberen Teils der S-Kurve bei
Vernachlässigung der Steifheit der Leitung und der Führungseinrichtung durch die
Gleichung gegeben ist:
Dabei ist zu bemerken, daß die Steifheit stets einen günstigen Einfluß auf das Verhalten
der Leitung hat, daß ihr Einfluß auf die Form der S-Kurve jedoch im allgemeinen
vernachlässigbar ist.
-
Wenn man diese Voraussetzungen berücksichtigt, kann man verschiedene
Arten des Auftriebs der Führungseinrichtung ins Auge fassen.
-
Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein gleichmäßig
über die Führungseinrichtung verteilter Auftrieb vorgesehen, der die einfachste
Anordnung darstellt.
-
Diese einfachste Anordnung ist insofern unzweckmäßig, als sie zu einer
verhältnismäßig beträchtlichen Länge der Führungseinrichtung führt, so daß der Preis
der Führungseinrichtung und der Auftriebseinrichtung erhöht wird. Es besteht ein
Interesse, den Punkt des Abbiegens 1 so weit wie möglich der Oberfläche zu nähern,
indem der Auftrieb f erhöht wird, wobei es gleichzeitig notwendig ist, den horizontalen
Zug A zu vergrößern, um den minimalen Krümmungsradius nicht zu unterschreiten.
-
Die Länge der Führungseinrichtung ist für die maximale in Betracht
kommende Verlegungstiefe vorzusehen. Wenn die Tiefe geringer als dieses Maximum
ist, befindet sich nur ein Teil der Führungseinrichtung in die Tiefe eingetaucht,
während der andere Teil in der Nähe der Oberfläche bleibt, derart, daß die Schwimmfähigkeit
der Führungseinrichtung dem Gewicht der Leitung während der Verlegung entspricht.
Die vereinigte Wirkung des horizontalen Zugs A und der Bremsung erlaubt diese Veränderung
der Eintauchlänge der Führungseinrichtung wie auch der Tiefe h, des Punktes des
Abbiegens. Unterhalb einer gewissen Mindesttiefe wird diese Regelung der Bremsung
unmöglich. Dann ist es notwendig, die Führungseinrichtung beim Anbringen eines neuen
Leitungsstücks zu verkürzen.
-
An Stelle des oben betrachteten gleichmäßigen Auftriebs kann man gemäß
dem Beispiel nach F i g. 3 einen Auftrieb vorsehen, der mit der Tiefe nach der Gleichung:
zunimmt, wobei R eine Konstante und f den Abstand des betrachteten Punktes vom Anfang
S der Führungseinrichtung an der Oberfläche darstellt. Dann wird die durch die Führungseinrichtung
gebildete Kurve ein Kreisbogen mit dem Radius R, der die Oberfläche S berührt.
-
Diese Auftriebsverteilung kann im allgemeinen nicht bis zum Punkt
des Abbiegens I beibehalten werden, da der Auftrieb dann zu große Werte erreichen
würde, die in der Praxis schwierig zu verwirklichen wären.
-
Von einem bestimmten Punkt M an empfiehlt es sich, einen Auftrieb
mit dem konstanten Wert fM beizubehalten, so daß die Kurve von diesem Punkt M an
als Kettenlinie fortgesetzt wird.
-
Diese Auftriebsverteilung führt zu einer viel geringeren Länge und
Tiefe der Führungseinrichtung als ein gleichmäßig verteilter Auftrieb. Auch kann
dabei der an der Oberfläche auszuübende Zug verhältnismäßig gering sein und nur
durch die Krümmung in der Nähe des Grundes begrenzt sein.
-
In den F i g. 3 und 4 werden zur Bezeichnung der dort dargestellten
Teile die in den F i g. 1 und 2 bereits benutzten Bezugszahlen unter Beifügung des
Index X wiederholt.
-
An der Führungseinrichtung 11X sind die Schwimmer 17 X mit
Hilfe der Halteseile 19 X und der an den Halte- und Verbindungsringen befestigten
Lochscheiben 18 aX befestigt. Der veränderliche Ergänzungsauftrieb wird durch
ein Schwimmerrohr 25 bewirkt, dessen Durchmesser vom oberen Ende der Führungseinrichtung
nach unten zunimmt. An ihrem unteren Ende 27 sind die Schwimmerrohre offen und stehen
infolgedessen mit dem umgebenden Wasser in Verbindung, während sie an ihrem oberen
Ende 28
über eine biegsame Röhre in Verbindung mit einer Preßluftquelle auf
dem Schiff 15 stehen.
-
Die beschriebene Einrichtung erlaubt die Regelung der Länge des zusätzlichen
Auftriebs an der Führungseinrichtung, da der durch die Schwimmerrohre 25 hervorgebrachte
ergänzende Auftrieb nur oberhalb des Niveaus vorhanden ist, auf das das Wasser in
ihrem Inneren gestiegen ist. Dieses Niveau ist durch den Luftdruck der Preßluftquelle
bestimmt. Wenn die Führungseinrichtung die Tendenz hat, zur Oberfläche aufzusteigen,
wird der Druck verinindert, so daß der untere Teil schwerer wird; wenn sie
andererseits
die Tendenz hat zu sinken, wird der Druck der Preßluftquelle erhöht, bis das Gleichgewicht
hergestellt ist.
-
Bei dem betrachteten Beispiel wird dieser veränderliche Auftrieb durch
zwei Röhren gebildet, die an beiden Seiten der Führungseinrichtung angebracht sein
können und deren Durchmesser sich zwischen 80 mm am oberen Teil und 400 mm am unteren
Teil ändert.
-
Die Bedingungen für die Bremsung und für die Längskompression der
Führungseinrichtung bleiben unverändert.
-
Bei der Durchführung des in F i g. 3 dargestellten Verfahrens wird
das obere Ende 12 X der Führungseinrichtung an Bord des Schiffes 15X herangeführt,
wo das Anfügen der weiteren Stücke der Leitung geschehen kann. Das Ende der Führungseinrichtung
bildet in diesem Fall einen Teil des Schiffes, wobei die Bremsung der Leitung z.
B. durch eine Bootsbremse oder eine Raupe erfolgen kann, wie sie bei 20X dargestellt
ist.