DE2102129C3 - Verfahren zum Ablenken einer Rohrleitung aus Metall beim Verlegen derselben vom Deck einer schwimmenden Plattform auf dem Grund eines Gewässers - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ablenken einer Rohrleitung aus Metall beim Verlegen derselbe.) vom Deck einer schwimmenden Plattform auf den Grund eines Gewässers, wobei die auf die Nabe einer auf dem Deck drehbar angeordneten Winde aufgewickelte Rohrleitung von dieser abgewickelt und vor Einführen ins Wasser geradegerichtet wird.

Bei diesem als Windenauslegverfahren bekannten Verfahren (deutsche Offenlegungsschrift 1 475 819 und USA.-Patentschrift 3 372 461) wird die Rohrleitung vorzugsweise am Land auf die Nabe einer Winde aufgewickelt, welche auf dem Deck des Lastkahnes drehbar angeordnet >st Der Lastkahn wird dann von dem Lande weg zu der Rohrauslegestelte gefahren, wo dte Rohrleitung von der Winde abgewickelt, der abgewikkelte TeU der Rohrleitung gerade gebogen und der geradegebogene Teil ins Wasser abgesenkt wird. Hierbei besteht die Gefahr, daß sich itt der Rohrleitung Knicke ausbilden, daß eine zu starke Durchbiegung der Rohrleitung eintritt oder daß die Grenzen für die zulässige Beanspruchung der Rohrleitung überschritten werden.

ίο Zum störungsfreien Verlegen der Leitung sind bei diesem bekannten Verfahren an der schwimmenden Plattform Rampen oder Führungsteile für die Leitung beim Absenken in das Wasser erforderlich.
Bei einem anderen bekannten Rohrauslegeverfahren wird die Rohrleitung am Deck der schwimmenden Plattform durch Zusammenschweißen einzelner Rohrlängen hergestellt (USA.-Patentschrift 3 266 256). Hierbei wird ein senkrechter Rahmen verwendet welcher an der Rückseite des Auslegelastkahnes bzw. der schwimmenden Plattform angeordnet ist In diesem Rahmen wird die Rohrleitung durch Zusammenschweißen von senkrecht aneinander geordneten Rohrlängen hergestellt, wobei dieser Rahmen den geeigneten, durch die Rohrleitung erforderlichen Abhebewinkei

*5 vorsieht welche zwischen der schwimmenden Plattform und dem Meeresboden hängt. Dieses bekannte Rohrauslegeverfahren ist sehr langsam und unpraktisch für sparsame, wirtschaftliche Anwendungen.

3ei sämtlichen bekannten Rohrauslegeverfahren muß somit die schwimmende Plattform eine Rampe oder andere Führungsteile für die Leitung aufweisen. Bei den verwendeten Rampen sind in der Regel eine Mehrzahl von in der Längsrichtung im Abstand angeordneten Rohrabstützungen angeordnet welche ge-

wohnlich als Säulen bekannt sind. Die Anordnung einer jeden Säule ist einstellbar, um einen gewünschten, abfallenden Bahnverlauf vorzusehen, welcher allmählich nach unten geneigt ist. Ein besonderer Bahnverlauf wird für jede Durchmessergröße eines Rohres ausgewählt

Andere, gewöhnlich als »Stinger« bezeichnete Rohrabstützmittel werden an dem hinteren Ende der schwimmenden Plattform an dem Ende der Rampe befestigt. Der Stinger stützt die abfallende Rohrspannweite von dem hinteren Ende des Lastkahns zu einer Abhebestelle auf dem Stinger ab. An dieser Abhebestelle kann die Rohrspannweite sicher auf das Seebett absinken. Der Hauptzweck des Stingers besteht darin, übermäßige Konzentrationen an Krümmungsspannungen in der abfallenden Rohrspannweite zu vermeiden. Diese Konzentrationen können die Rohrleitung ausbeulen oder mit einer ständigen Biegung versehen. Verschiedene Arten von Rohrstingern sind bekannt. Einige sind gerade und andere haben Gelenkverbindungen.

Ein gerader Stinger besteht üblicherweise aus einem langen starken Bauteil. Er weist zwei Auftriebs-Pontons auf, welche durch zahlreiche Querträger untereinander verbunden sind, auf welchen waagerecht und senkrecht Rollen angeordnet sind. Die Rollen stützen die Rohrspannweite ab, wenn sie sich von dem hinteren Ende des Lastkahnes zu der Abhebestelle bewegt.

Die Nachteile von geraden Stingern sind bekannt. Beispielsweise erfordern stark unterschiedliche Wassertiefen Stinger von verschiedenen Längen. Das Ab-

⁶S ändern von Stingern ist zeitraubend.

Die Länge eines geraden Stingers beträgt 4 bis 6 mal die Wassertiefe, in welchem die Rohrleitung verlegt wird. Praktische Stinger haben jedoch eine obere Län-

genbegrenzung von etwa 180 Meter. Derart lange Stinger müssen hohen Belastungen widerstehen können, welche durch Wasserströmungen und Relativbewegungen zwischen dem Stinger und der schwimmenden Plattform hervorgerufen werden. Stinger müssen infolgedessen aus hochwertigen Materialien, vor allen aus hochwertigem Stahl hergestellt werden. Einige Nachteile von einem geraden Stinger werden durch Verwendung eines freigelenkigen Stingers vermieden, welcher aus mehreren in Reihe miteinander du* ch Gelenkverbindungen verbundenen Segmenten besteht Während ein frei angelenkter Stinger dazu bestimmt ist, der Krümmung der abfallenden Rohrspannweite zu folgen, können zerstörende Konzentrationen von Rohrkrümmungsspannungen entlang dem Stinger auftreten, wenn der Auftrieb des Stingers nicht genau verteilt ist. Wellenbewegungen und Stoßbewegungen der schwimmenden Plattform neigen dazu, den Stinger bei hoher See und starkem Seegang auf und ab zu bewegen und dadurch die Rohrleitung, welche zwischen je zwei Stingersegmenten liegt, auszubeuten oder zu verbiegen.

Ein halbgelenkiger Stinger ist als Kompromiß zwischen einem freigelenkigen Stinger und einem geraden Stinger vorgeschlagen worden. Bei dem halbgelenkigen Stinger sind die Segmente mit besonderen Gelenkverbindungen verbunden, welche einen begrenzten Grad an senkrechter, seitlicher und Bewegung zwischen den Segmenten zulassen. Ein gmeinsamer Nachteil von allen Stingern besteht darin, daß sie eine erhebliche Zeitspanne zum Einbauen, Betätigen und Entfernen, insbesondere während eines drohenden Sturrrss oder anderer nachteiliger Betriebsbedingungen erfordern. Wenn ein Stinger während des Rohrauslegens ausfällt, kann die Ausfallzeit der schwimmenden Plattform sowie der damit verbundene finanzielle Verlust beträchtlich sein.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem ein einwandfreies und gefahrloses Verlegen einer Rohrleitung ohne die Verwendung von Rampen, Stingern od. dgl. möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß so ausgestaltet, daß die Rohrleitung nach dem Abwickeln von der Winde zu einer gleichbleibenden gekrümmten Form plastisch gebogen und danach in eine im wesentlichen senkrechte Lage zum Wasser und der Spannung geradegerichtet wird.

Die Erfindung gestattet ein schnelles und wirtschaftliches Verlegen von Rohrleitungen unter Wasser und vermeidet die Nachteile bekannter Verfahren. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, die eine Rohrableitvorrichtung für ein plastisches Biegen der Rohrleitung zu einer gleichbleibenden gekrümmten Form sowie eine Rohrgeradebiegevorrichtung zum Geradebiegen des Rohres nach Verlassen der Rohrableitvorrichtung aufweist.

Da der Deckraum auf dem Auslegelastkahn beschränkt ist, wird eine Winde mit einem sehr großen Rohrspeichervermögen gewöhnlicherweise verwendet. Diese erfordert eine V/inde mit einer Nabe mit einem kleinsten Innendurchmesser entsprechend dem größten Rohrdurchmesser, welches auf die Nabe aufgewickelt wird. Die Rohrleitung wird um die Nabe der Winde gewickelt, so daß die maximale Beanspruchung in mindestens einem Teil des Rohrmetalls die kritische Beanspruchung übersteigt.

Wenn ein gerades Metallrohr zu einem als kritischer Radius bekannten Biegeradius gebogen wird, heißt es, daß sich das Rohr an der Grenze seines elastischen oder linearen Boreichs befindet

Wenn ein gerades Rohr elastisch gebogen wird, welches nicht seinen elastischen Bereich übersteigt, bleibt keine restliche Verformung oder Krümmung in dem Rohr nach Aufhebung des ausgeübten Biegemoments zurück. Ein gerades Rohr ist demgemäß ein Rohr mit einer Nullkrümmur.g oder einer Rohrbiegung mit einem unendlichen Radius. Jeder Stahlqualität und jedem Rohr von einer Durchmessergröße entspricht ein kritischer Biegeradius, dessen Wert die Grenze zwischen dem elastischen und plastischen Bereich des Rohres markiert

In dem plastischen Bereich des Rohres ist das Spannungs-Dehnungsverhältnis nicht linear. Bei einer verhältnismäßig kleinen Vergrößerung in der Spannung oder Belastung wird ein verhältnismäßig großer Anstieg an Spannung erhalten. Eine permanente Restkrümmung verbleibt jetzt nach dem Freigeben des aus geübten Biegemoments oder der Biegespannung zurück. Wenn solch eine ständige Verformung nicht zu beanstanden ist, kann das Rohr bis zu einem äußersten Biegeradius plastisch gebogen werden. Wenn jetzt der Biegeradius kleiner als der äußerste Biegeradius des Rohres gemacht wird, wird sich das Rohr wahrscheinlich ausbeulen und zusammenfallen.

Bei der obigen Darstellung beträgt der kritische, eiastische Biegeradius bei einem typischen Rohr von 20 cm Durchmesser, dessen Stahl eine Streckgrenze von 2450 kg/cm² hat, ungefähr 92 m. Das heißt, wenn das Rohr zu einem größeren Radius als 92 m gebogen wird, bleibt keine wahrnehmbare Restkrümmung in dem Rohr beim Freigeben des Biegemoments zurück. Wenn es notwendig ist, das gleiche Rohr mit einem beträchtlich kleineren Radius als 92 m zu biegen, kann das Metall des Rohres bis herab zu einem Radius von ungefähr fe m plastisch gebogen werden, ohne sein äußerstes oder absolutes Biegemoment zu überschreiten.

Wenn jetzt das plastische Biegemoment freigegeben wird, behält das Rohr eine permanente Restkrümmung. Es ist zu bemerken, daß, während das oben beschriebene Rohr zu einem Radius von ungefähr 6 m gebogen wird, sein kreisförmiger Querschnitt nicht wahrnehmbar zerstört oder oval ausgebildet wird.

Bei jeder Qualität an Stahl und jeder Durchmessergröße kann der Wert des äußersten plastischen Biegeradius experimentell und theoretisch bestimmt werden. Demgemäß können aus der Kenntnis solch eines Wertes die notwendigen Elemente für die Rohrumlenkvorrichtung nach dieser Erfindung bestimmt und entworfen werden.

In der Praxis werden diese Elemente so verwendet, daß der Querschnitt des Rohrstahles fast vollständig plastisch beansprucht wird. Auf diese Weise wird der Wert der Winde ein maximales Rohrspeichervermögen erteilt.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.

F i g. 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht einer Rohrumlenkvorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Erfindung;

F i g. 2 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig-1.

Ein Rohrauslegekahn 10 hat ein Deck 13, welches eine allgemein mit 12 bezeichnete Winde trägt Eine Nabe 15 der Winde 12 ist drehbar um eine waagerechte Achse 11 dargestellt. Die Winde 12 nimmt eine sehr

lange Rohrleitung 34 auf, welche zu einer mehrschichtigen Wicklung 28 aufgewickelt wird. Jede Rohrschicht in der Wicklung 28 enthält mehrere Ringe 30. Wenn die Winde in F i g. 1 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird eine gebogene Rohrspannweite 16 abgewickelt.

Die abgewickelte Rohrspannweite 16 hat, wenn sie von der innersten Schicht 32 ausgeht, eine verhältnismäßig große Krümmung und umgekehrt, wenn sie von der äußersten Schicht 34 kommt, eine kleine Krümmung. Es hat sich im Gegensatz zu den Erwartungen herausgestellt, daß weder das Rohr noch sein plastischer Überzug, wenn ein solcher vorhanden ist, durch das aufeinanderfolgende Biegen und Zurückbiegen nach dem Verfahren nach dieser Erfindung beschädigt wird.

Es wird gewünscht, daß die Winde 12 ein maximales Rohrspeichervermögen hat. Somit wird der Durchmesser der Nabe 15 so ausgewählt, daß sogar das darauf aufgewickelte Rohr von größestem Durchmesser nicht zu einem kleineren Radius als dem äußersten oder absoluten plastischen Biegeradius, wie oben beschrieben, gebogen wird.

Die abgewickelte Rohrspannweite 16 enthält infolgedessen eine ständige Restkrümmung, deren Größe sich mit dem Durchmesser der Schicht in der Wicklung 28 ändert, von welcher die Rohrspannweite 16 ausgeht.

Die Rohrumlenkvorrichtung 18 lenkt die Rohrspannweite 16 aus einer allgemein waagerechten Richtung in eine allgemein senkrechte Richtung um bzw. ab. Die Vorrichtung 18 ist auf einer Plattform 24 angeordnet, welche auf waagerecht angeordneten Säulen 26 hin- und herbeweglich ist.

Die Umlenkvorrichtung 18 ist mit einer Rohrbiegevorrichtung versehen, welche allgemein mit 20 bezeichnet ist. Die Rohrspannweite 16 tritt in die Biegevorrichtung 20 bei einem mit Bezug auf die Waagerechte veränderlichen Winkel und mit einer veränderlichen Restkrümmung je nach dem Durchmesser der Lage in der Wicklung 28 ein. aus welcher die Rohrspanmveite 16 abgeht Die Biegevorrichtung 20 biegt die Rolirspannweite 16 zu einem konstanten Biegeradius, dessen Wert so ausgewählt wird, daß er nicht den höchsten oder absoluten plastischen Biegeradius des Rohres übersteigt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform weist die Biegevorrichtung 20 eine Umlenkbacke 40 auf, welche einen Rohreingriffsumfang hat welcher das Rohr zu der erforderlichen Krümmung biegt. Der Biegeradius der Backe 40 wird so ausgewählt, daß fast der Gesamtquerschnitt des Rohrstahls plastisch beansprucht wird. Infolgedessen wirkt die Umlenkbacke 40, da das Rohr zu der Biegevorrichtung 20 mit einer veränderlichen Spannungsverteilung entsprechend seiner veränderlichen Krümmung kommt sowohl als eine Vergleichmä-Bigungsvorrichtung für die Restspannung als auch als S5 eine Krümmungsumlenkvorrichtung.

Die Rohrspannweite 16 hat nach Verlassen der Bak ke 40 an einer Stelle 48 einen hu wesentlichen gleichförmigen Restspannungsverteihmgsverlauf ml Bezug auf die Längsachse and somit eine konstante Restkrümmung.

Um die konstante Restkrümmung aus der Rohr Spannweite 16 zu entfernen, ist eine Geradebiegungsvorrichtung 21 vorgesehen, welche aus Gründen der Einfachheit eine Geradebiegungsbacke 42 und eine f>s Führungsbacke 44 aufweisen kanu. Die Umlenkbacke 40, die Geradebiegungsbacke 42 und die Führungsbakke 44 bilden zusammen eine Dreiradgeradebiegungsvorrichtung, deren Arbeiten bekannt ist. Die Geradebiegungsbacke 42 biegt umgekehrt die Rohrspannweite 16 um einen Betrag, welcher ausreichend ist, um zu ermöglichen, daß die Rohrspannweite 16 die Backe 42 an einer Stelle 54 mit einer konstanten Krümmung verläßt, welche sich Null nähert. Ein Rohr mit einer Nullkrümmung ist ein gerades Rohr.

Von der Führungsbacke 44 verläuft die Rohrspannweite 16 nach unten entlang einem abfallenden Bahnverlauf 50 und bei einem Abhebewinkel A bezüglich der Waagerechten. Der Winkel A kann einen Wert von wenigen Grad bis hinauf zu 90° je nach der Tiefe des Meereswassers über dem Meeresgrund haben.

Um das Aufrechterhalten der abfallenden Rohrleitung unter der richtigen Spannung zu unterstützen, kann zusätzlich eine Rohrspannvorrichtung vorgesehen werden. Während die Spannvorrichtung unabhängige Elemente haben kann, kann die gewünschte Spannung zweckmäßig dadurch erhalten werden, daß eine Spannbacke 22 gegenüber der Geradebiegebacke 42 angeordnet wird, wobei die Rohrspannweite 16 zwischen den Rohreingriffsumfängen von den gegenüberliegenden Backen 22 und 42 hindurchläuft. Der Betrag an dem Rohr erteilter Spannung hängt von der durch die Spannbacke 22 gegen die Geradebiegungsbacke 42 ausgeübten Kraft ab. Es können geeignete hydraulisch betriebene, nicht dargestellte Zylinder verwendet werden, um die Spann- und Geradebiegungsbacken zusammen oder getrennt voneinander zu bewegen, je nachdem, wie es notwendig ist Da die Ausführung der Bakken 40. 42, 44 und 22 im einzelnen in der gleichzeitig eingereichten Anmeldung beschrieben ist. ist keine weitere Beschreibung hierfür notwendig.

Die verschiedenen Backen sind an im Abstand liegenden Stellen auf der Plattform 24 und relativ zueinander beweglich angeordnet Der Rohreingriffsumfang von jeder Backe ist vorzugsweise mit einer beweglichen, nicht dargestellten Kette versehen, welche aus Rohreingriffwiderlagern hergestellt ist, welche gebogen geformt sind und die Wandung des sich bewegenden Rohres aufnehmen und fest damit im Eingriff stehen. Die Ketten in den Geradebiegungs- und Spannbacken 42 und 22 bewegen sich in der durch die Pfeile 52 angezeigten Richtung.

Die Spannbacken können auch ausgelassen werden. Die Funktion der Spannvorrichtung kann durch den nicht dargestellten Schlepper erreicht werden, welcher den Lastkahn während des Rohrauslegens. zieht, und ferner durch die Antriebsmittel der Winde in einer an sich bekannten Art

Jede geeignete hin- und hergehende Vorrichtung 56 kann dazu verwendet werden, die Plattform 24 in waagerechter Richtung hm- und herzubewegen. Die Hin- und Herbewegung wird durch bekannte Mittel mit der Drehgeschwindigkeit der Winde 12 synchronisiert. Die Plattform 24 besteht vorzugsweise aus zwei schwenkbar miteinander gekuppelten Plattformabschnitten 24/4 und 24ft Der Abschnitt 24ff kann im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht und bei jedem gewünschten Winkel durch herkömmliche Mittel abgestützt werden, um den Abhebewinkel A einzustellen, wie es durch die strichpunktierten Linien in F i g. 1 dargestellt ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   1 Verfahren zum Ablenken einer Rohrleitung aus Metal] beim Verlegen derselben vom Deck einer schwimmenden Plattform auf den Grund eines Gewässers, wobei die auf die Nabe einer auf dem Deck drehbar angeordneten Winde aufgewickelte Rohrleitung von dieser abgewickelt und vor Einführen ins Wasser geradegerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung nach dem Abwickeln von der Winde zu einer gleichbleibenden gekrümmten Form plastisch gebogen und danach in eine im wesentlichen senkrechte Lage zum Wasser unter Spannung geradegerichtet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abhebewinkel der geradegerichteten Rohrleitung von dem Deck der Plattform relativ zur Waagerechten entsprechend der Tiefe des Wassers eingestellt wird.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Rohrableitvorrichtung (18) für ein plastisches Biegen der Rohrleitung (16) zu einer gleichbleibenden, gekrümmten Form und eine Rohrgeradebiegevorrichtung (21) zum Geradebiegen des Rohres (16) nach Verlassen der Rohrableitvorrichtung (18).
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Rohrführung zum Führen der geradegebogenen Rohrleitung (16) in das Wasser bei einem ausgewählten Abhebewinkel bezüglich der Oberfläche des Deckes (13).
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrableitvorrichiung (18) und die Geradebiegevorrichtung (21) auf einer Plattform (24) angeordnet sind, und eine Vorrichtung vorgesehen ist um die Plattform (24) in waagerechter Richtung hin- und herzubewegen.
6. 6. Vorrichtung nach Anspiuch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkvorrichtung (18) und die Geradebiegeworrichtung (21) auf der Plattform (24) winklig einstellbar angeordnet sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Plattform (24) sus mindestens zwei schwenkbar miteinander verbundenen Plattformabschnitten (24Λ, 245) besteht
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch eine auf der Plattform angeordnete Spannvorrichtung zur Unterstützung der Reglung der Spannung in der geradegebogenen Rohrspannweite.