DE2134768C3 - Schwimmende Arbeitsplattform - Google Patents

Description

und	und:	Λ» =	[Α+(51,21 t/m) (H/Bfi	1354	Entwurfstiefgang [m]	B
liegt, wobei	C» =		ß	Wasserverdrängunj form [t]	616000
'3 =	»4 =	1 + [CI(LIH)Yi	1785
	sowie:	0,426. - ψ H- ti	ß"
3	H =	H
	B —	60,0
		2087 B	B 26Ö8ÖÖ
I + [CJ(LIH)Y*	1785
0,4305 - -^8 +
H
	I der Arbcilsplatl-

L = Hohe ü(i3 Auftriebskörpers [m] sind.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Säule und der

Auftriebskörper zylindrisch ausgebildet sind und das Verhältnis rihfef Radien zwischen

liegt, wobei

T₁ = 1 +

C₁ = 0,4261 -

-(1,68

t/m) (H/aß

1785 B

r₂ = I +

= 0,4271 - W ₊ Π73

ίο

25

30

;i₂ = - 0,088 +

sowie:

H = Entwurfstiefgang [m]

B = Wasserverdrängung der Arbeitsplattform [t]

L = Höhe des Auftriebskörpers [m] sind.

Schließlich zeichnet sich eine vorteilhafte Weiterbil- 35 dung der Erfindung noch dadurch aus, daß die Säule und der Auftriebskörper zylindrisch ausgebildet sind und das Verhältnis rihrer Radien zwischen

liegt, wobei
r_b, = 1 +

[r₆,-(l,68 t/m*) (FP/Bß t/m) (H/BJl

C = 0,4265 -

η = —0,0X8 +

407500

40

45

50

H = Entwurfstiefgang [m]

B = Wasserverdrängung der Arbeitsplattform [t]

L = Höhe des Auftriebskörpers [m] sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer schwimmenden Arbeitsplattform,

einem der in F i g. 1 gezeigten vertikalen Schwimmer, F ig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 nach F i g. 1, Fig.4a eine Ansicht bezüglich der relativen vertika-

len Kräfte für die Verhältnisse der Radien und Längen der SäUlenäbschfiitte und der HilfsäUftfiebsabschnitte der vertikalen Schwimmer bei einem Tiefgang von ungefähr 30 m (100 ft) in ruhendem V/asser.

Fig.4B ähnlich Fig.4A die Auswahl von Grenzen für die Säulenverhältnisse für denselben Tiefgang in ruhigem Wasser von 30 m (100 ft),

Fig.5A eine der Fig.4A ähnliche Darstellung mit dem Unterschied, daß sie für einen Tiefgang in ruhigem Wasservon38m (125 ft) gedacht ist,

Fig 5B eine der Fig.4B ähnliche Darstellung, mit dem Unterschied, daß sie für einen Tiefgang in ruhigem Wasser von 38 m gedacht ist,

F i g. 6A, 6B und 6C die Änderung der Verankerungskräfte für drei Grundtypen vertikal verankerter Plattformen, welche nur aus (6A) einem schlanken, vertikalen Schwimmer, (6B) einem vollständig unterpe tauchten Schwimmer und (6C) einem vorgeschlagenen Schwimmer bestehen,

Fig.7A die Form eines typischen vorgeschlagenen vertikalen erfindungsgemäßen Schwimmers,

Fig. 7B die auf eine typische vertikal verankerte Plattform mit nur einem vorgeschlagenen Schwimmer einwirkenden Kräfte,

Fig.8 ein Beispiel eines Kippmomentes auf eine schwimmende Arbeitsplattform, wie er in F i g. 1 gezeigt ist,

Fig.9 ein Beispiel einer Änderung der Verankerungskräfte für einen gegebenen Schenkel aufgrund der in F i g. 8 dargestellten Kippmomente,

Fig. 10 den typischen Einfluß auf eine vorgeschlagene schwimmende Arbeitsplattform aufgrund des Kräftepaares zwischen den resultierenden Vertikalkräften einzelner Schenkel,

Fig. 1IA und 1IB die resultierende Änderung der Verankerungskräfte an einem Schenkel einer vertikal verankerten Plattform, welche vertikale Schwimmer gemäß einer typischen vorgeschlagenen Ausführung aufweist

Fig. 12A und 12B die resultierende Änderung der Verankerungskräfte in einem Schenkel einer vertikal verankerten Plattform, weiche vertikale, aus einem säulenförmigen Zylinder hergestellte Schwimmer aufweist

Fig. 13A und 13B die resultierende Änderung der Verankerungskräfte an einem Schenkel einer vertikal verankerten Plattform, wobei die Schwimmer nur aus tiefen kugeligen Schwimmern bestehen,

F i g. 14 die maximale Änderung der Verankerungskräfte bei einem gegebenen Schenkel, ausgedrüc' *■ als Prozentsatz der Verdrängung pro Schenkel für verschiedene Werte von Fonnparameter r und (L/H), (wobei die Begriffe R, L und //später erklärt werden) und für besondere Plattforrngröße und Entwurfsbedingungen,

Fig.l5Abis23A

(a) die besten Kombinationen der Formparameter rund (Xd

55

(b) den Bereich praktischer Kombinationen dieser Parameter für unterschiedliche Plattformgrößen und Entwurfsbedingtmgen, und

Fig.l5Bbis23B

(a) die besten Kombinationen von Formparametern ρ und .rund

Parameter für unterschiedliche Plattformgrößen und Entwurfsbedingungen.
In der Zeichnung ist mit 10 allgemein eine

schwimmende Plattform bezeichnet. Die schwimmende Plattform 10 weist ein Arbeitsdeck 12 auf, auf welchem ein Bohrgerüst 14 angeordnet sein kann. Das Deck 12 ist vorzugsweise ein geschlossener Raum, In welchem Quartiere, Werkstätten usw. untergebracht sind. Dies trägt dazu bei, das System strömungsgünstig zu gestalte». Verschiedene Hilfseinrichtungen einschließlich einer Hubschrauberplattform können vorgesehen sein.

Das Deck ii wird mindestens von drei vertikalen Schwimmern 16 getragen. Sie bestehen aus oberen dünnen Säulen 18 und unteren getauchten Auftriebskörpern 20. Es sind genügend solche vertikale Schwimmer 16 vorgesehen, um Stabilität herzustellen. Gewöhnlich Hegen drei oder mehr Schwimmer vor. In Fig.3 sind vier dargestellt Die Größe und Anordnung der unteren Auftriebskörper 20 der Schwimmer werden später bciiüiideli.

Die Plattform ist mit geeigneten Einrichtungen am Meeresboden verankert. In der Zeichnung ist eine Grundplatte 22 dargestellt. Verankerungselemente 24 erstrecken sich in den Meeresboden, so tief wie es notwendig ist, um die richtige Verankerung sicherzustellen, z.B. 152m (500ft). Diese Verankerungselemente werden an ihrem Platz, z. B. mit einem Bindemittel 26, festgehalten. Zur Verbindung der Verankerungselemente 24 mit der Plattform sind eine Vielzahl von langgestreckten Elementen 28, auch Steigelemente genannt, angeordnet Diese langgestreckten Elemente sind ve · zugsweise Stahlrohre mit großem Durchmesser, z. B. mit einem Durchmesser von 500 bis 750 mm (20 bis 30 inch). Die Elemente 28 können auch Stahlkabel, Ketten oder dergleichen sein. Jedoch werden Rohre bevorzugt da durch Rohre von der schwimmenden Plattform aus Arbeiten an den Bodenformationen durchgeführt werden können. Vorzugsweise wird durch die Rohre gebohrt.

Die in F i g. 1 dargestellte Konstruktion ist im wesentlichen in vertikaler Richtung starr, jedoch kann sie sich in horizontaler Richtung relativ frei bewegen. Die Haltekraft gegen horizontale Bewegung besteht lediglich in der horizontalen Komponente der von den Elementen 28 ausgeübten Kraft die proportional zur Winkelabweichung der Elemente aus der Vertikalen ist. Unter der Einwirkung von Wind, Strömung oder anderen ständigen Kräften wird die Plattform horizontal verschoben, bis die dabei auftretende horizontale Rückstellkraft gleich den einwirkenden Belastungen ist Entsprechend der Wirkung von Wellen wird die Plattform hin und her um die Mittellage schwingen. Die Plattform wird bei Sturmwellen im allgemeinen horizontal schwingen, so daß sie sich mit der umgebenden Flüssigkeit bewegt Die Horizontalbewegung der Plattform folgt im wesentlichen der folgenden Gleichung:

X = A'

worin bedeuten;

^H'

G'+M ITJT]²

- 1

(1)

X — die Einzelamplitude der Horizontalbewegang der Plattform,

A' = die horizontale Wellenbewegung des Wassers in der Höhe des Auftriebsmittelpunktes der Plattform (s. Gleichung 2) in ft=0ß m

B = der Auftrieb oder die Verdrängung der Plattform

die »hydrodynamische Masse« des Wassers in Verbindung mit der Beschleunigung der Plattform in ft=0,3 m. In den meisten Beispielen ist H' im Wesentlichen gleich dem Auftrieb*

M = das effektive Gewicht der Plattform

T = die Wellenperiode

Γ« = die normale Schwingungsperiode, berechnet nach Gleichung (3). Die Wasserbewegüng A' wird für einfache Welleritheorie nach der folgenden Gleichung berechnet:

A-=i

wobei

h = Wellenhöhe, vom Berg bis zum Tal

S = die Eintauchtiefe des Auftriebsmittelpunktes der

Plattform unter dem ruhenden Wasserspiegel,
λ = Wellenlänge (= 5,12 "P; nach der Airy Theorie).

Die natürliche Schwingungsperiode der Plattform wird ausgedrückt als

L'(Η¹+ M)

B-M

wobei

L' = die Länge der vertikalen Verankerungstrossen oder Elemente in ft = 0,3 m darstellt, und die anderen Symbole die gleiche Bedeutung haben, wie zuvor definiert wurde.

Eine für die meisten Plattformausbildungen maßgebende Entwurfswelle mit 30 m Höhe (100 ft) würde die Plattform veranlassen, sich 15 m (50 ft) nach jeder Seite aus der Mittellage zu bewegen. Es wird im allgemeinen bevorzugt, daß die ständige Verschiebung der Plattform durch Sturm ungefähr gleich der einfachen Amplitude der durch die Welle herbeigeführten Bewegung ist Bei dem gerade beschriebenen Fall würde eine entsprechende Entwurfsverschiebung 15 m betragen. Für Wassertiefen, welche vertikale Elemente von 300 m Länge (1000 ft) erforderlich machen, würde eine solche horizontale Verschiebung einer horizontalen Rückstellkraft entsprechen, die gleich ¹Zm der Spannung in den vertikalen Ankertrossen oder Elementen ist So sollte die Spannung in den Elementen im allgemeinen ziwischen 15- und 25-mal so groß sein wie die Belastung so durch ständigen horizontalen Sturm. So können typischerweise benötigte Gesarnispsnnungcn in der Größe von 4500 Tonnen (10 000 0001b) erwartet werden. Typisch könnte eine solche Spannung von 16 oder 20 Steigelementen getragen werden, welche 500 mm (20 inch) Außendurchmesser bei einer Wanddicke von 16 mm (0,625 inch) haben.

Es hat sich herausgestellt, daß bei unter Zugspannung stehenden und einer Drehung unterworfenen Rohren, wie den Elementen 28, der Einfluß der Zugspannung darin besteht die Drehung an den Enden des Rohres zu konzentrieren. Entsprechend sind Einrichtungen in den Elementen 28 vorgesehen, um diese Winkeldrehung zu erlauben, wobei diese an den zwei Enden des Elementes 28 vorgesehen sind. Sie sind in Form einer Kugelgelenkes verbindung30 bzw. 32 am unteren Ende vorgesehen.

Eine andere Einrichtung den übermäßigen Beanspruchungen zu begegnen, welche sich in der Nähe der Enden der Elemente 28 aufbauen, wenn sie nicht

angelenkt wären, wäre einen Abschnitt besonderer Größe und Wanddicke am Ende des Rohres vorzusehen, um es genügend fest zu machen, damit es den erteilten Beanspruchungen widersteht. Die vertikalen Schwim» mer 16 sind mit kreuzweisen Streben 34 verbunden. Diese Streben sind vorzugsweise vollständig unter der Wasserlinie 36 bei ruhigem Wasser angeordnet. Wie früher schöifl erwähnt wurde, ist dieser Aufbau verschiedenen Wellenkräften unterworfen. Wenn im Schiffbau schwimmende Bauten für diesen Zweck entworfen werden, ist es üblich, eine maximale Entwurfswelle auszuwählen. Die maximale Entwurfswelle hat einen Berg 38 und ein Tal 40.

Es werden hier Konzepte beschrieben, weiche an Beispielen erläutern, wie die Verankerungskräfte auf ein Minimum vermindert werden können, wie beispielhaft in F i g. 1 dargestellt ist. Eine besonders wünschenswerte Form für die vertikal angeordneten, langgestreckten Schwimmer ist in F i g. 1 dargestellt Unter Bezugnahme auf solch eine Form läßt sich das Folgende anwenden. Das Volumen des Schwimmers oder die Verdrängung können als aus zwei Abschnitten bestehend betrachtet werden. Der erste Abschnitt besteht aus einer geraden vertikalen Säule, welche den Durchmesser des oberen Teils aufweist und sich entlang der gesamten Länge des Aufbaus erstreckt. Das Volumen dieses Säulenabschnitts des Aufbaus enthält zwischen ungefähr 40 und ungefähr 80% der gesamten Verdrängung. Das zweite oder Hilfsvolumen der Verdrängung ist derjenige Teil, welcher den Ringraum zwischen dem Säulenraum und der Innenwand des dicken Abschnittes 20 ausfüllt. Dieses Hilfsvolumen ist unterhalb des Wellentales 40 der maximalen Entwurfsquelle angeordnet

Das Hilfsvolumen sollte in glatter und strömungsgünstiger Form angeordnet werden, wie es oben dargestellt ist, als ringförmiger Raum um das säulenförmige Grundvolumen. Die Größe des Hilfsvolumens im ringförmigen Teil der Schwimmer sollte bis auf das Ausmaß der Verdrängung vermindert werden, welches für die Kreuzstreben 34 innerhalb der Arbeitsplattform geschaffen ist die unterhalb des Tales der Entwurfswelle liegen. Das HilfsvoLvnen im ringförmigen Raum könnte strömungsgünstig ausgebildet sein und in das säulenförmige Grundvolumen so übergehen, wie es zweckmäßig ist Während ein Säulenvolumen und ein Hilfsvolumen beschrieben wurden, versteht es sich, daß diese zwei Räume durchgehend sein können und daß es nicht notwendig ist daß sie in zwei getrennte Abteile unterteilt werden.

Wenn eine vertikal verankerte Plattform verwendet werden soll, ist es gewöhnlich notwendig, daß Änderungen der vertikalen Verankerungskräfte, weiche als Reaktion auf auf den Aufbau durch Wellenwirkung aufgebrachte Kräfte auftreten, innerhalb des Bereiches von wichtigen Wellenlängen auf ein Minimum verringert werden. Bedeutende Wellenlängen ändern sich von einem Wellenbereich zum anderen, aber viele sind typisch im Bereich zwischen 150 m und 600 m (500 ft bis 2000 ft). Welleneinwirkungen auf den Aufbau bringt (a) eine vertikale Kraft auf den Aufbau, (b) ein resultierendes Kräftepaar auf die Plattform wegen vertikaler Kräfte in verschiedenen Schwimmern und (c) ein resultierendes Kippmoment auf den Aufbau wegen der horizontalen Wellenkräfte mit sich. All diese Kräfte tragen zur Ändoi ung der Verankerungskräfte bei.

Die vorgeschlagenen Arbeitsplattformen, im folgenden Aufbau gt-nannt, verringern die Änderung und Verankerungskräfte für den Bereich wichtiger Wellenlängen auf ein Minimum, indem sie es ermöglichen, Beiträge von jedem der beitragenden Faktoren abzusetzen: Von den resultierenden vertikalen Kräften, den resultierenden Paaren vertikaler Kräfte und den

ίο resultierenden Kippmomenten. Wenn der vorgeschlagene Aufbau nicht verwendet würde, um eine richtige Verteilung zu erzielen, könnte eine dieser Kräfte zu groß werden. Wenn z. B. vertikale Kräfte an einzelnen Schwimmern entfernt oder auf ein Minimum vermindert werden, so daß dadurch aufgrund einer vertikalen Kraft am Aufbau die resultierenden vertikalen Kräfte und d?s resultierende Kräftepaar vertikaler Kräfte am Aufbau verringert oder auf ein Minimum herabgesetzt werden, beruht die Änderung der Verankerungskraft vollständig

2b auf dem Kippmoment und kann unerwünscht groß werden, insbesondere bei längeren Wellenlängen. Wenn andererseits die Auftriebsanordnung so ist, daß ein kleinerer Betrag resultierender vertikaler Kraft bei allen Wellenlängen zulässig ist, so ist mit dieser Kraft eine Erscheinung verbunden, und zwar das resultierende Paar vertikaler Kräfte, welche eine Verminderung der Kippmomente bei größeren Wellenlängen herbeiführt. Dadurch kann eine sorgfältige Auswahl der Auftriebsverteilung zu einer Verminderung der Änderungen der Verankerungskraft über den gesamten Bereich wichtiger Wellenlängen führen.

Die vertikalen Kräfte im Aufbau werden von Kräften beherrscht welche in zwei Gruppen zerfallen; insbesondere (a) veränderlicher Auftrieb und (b) vertikale Wasserbeschleunigungskräfte. Wenn andere Einflüsse auf die resultierenden vertikalen Kräfte auftreten, sind sie von geringerer Bedeutung. Alle diese Kräfte am Aufbau werden durch elementare normal verständliche Mittel berechnet Jedoch die zwei vorherrschenden Kräfte werden für die Berechnungen zu einer resultierenden Kraft, dem Hub, vereinigt, welcher im folgenden beschrieben wird. Die zwei Gruppen vorherrschender vertikaler Kraft wirken in entgegengesetzter Richtung zueinander und eines der vorgeschlagenen Konzepte besteht darin, sorgfältig die Größen dieser Kräfte einzustellen, um die gewünschte resultierende vertikale Kraft zu erzielen. Dies ist möglich mit der Auslegung für bestimmte Verhältnisse (L/H), der Länge (L) des dickeren Abschnitts zum Gesamtentwurfstiefgang (H) und für bestimmte Verhältnisse (r)des Radius R] des verdickten Teiles zum Radius Ro des säulenförmigen Teiles für einen gewählten Tiefgang, wobei L₁H₁Ro unf Rj in F i g. 1 definiert sind. Wie oben gezeigt, ist das Säulenverhältnis »p« als Verhältnis der Verdrängung des säulenförmigen Teiles zur gesamten Verdrängung definiert

Die resultierenden vertikalen Kräfte am Abbau werden zuerst betrachtet Das resultierende Kippmoment und wie mit dem Aufbau dieses Moment auf ein Minimum verringert wird, werden später betrachtet werden. Diese veränderlichen resultierenden vertikalen Kräfte können durch Verwendung folgender Gleichung berechnet werden.

= AU,)- >\(O)-kogr, f A{y)0(y)

wobei
F

resultierender Wechsel der vertikalen Kraft in Aufwärtsrichtung, Gesamtverdrängung unterhalb des augenblicklichen Wasserspiegels Entwurfsverdrängung, oder Ges&intverdrängung oberhalb des ruhenden Wasserspiegels,

2 π

d. h. = -4- wobei λ = Wellenlänge (Airy Theorie)

Wellendämpfungsfaktor,

Dichte des Wassers,

Erdbeschleunigung

Querschnitlsbereich (ändert sich mit der Tiefe oder mit y)

hydrodynamischer Massenkoeffizient, ändert sich mit der Tiefe, d. h.

Uy)

_ Masse des Zylinders + zugefügte Flüssigkeitsmasse

Masse des Zylinders
Entwurfstiefgang

vertikale Koordinate gemessen nach oben von der Basis des Auftriebskörpers vertikale Koordinate gemessen nach oben von der Höhe des Entwurfswasserspiegels zum augenblicklichen Wasserspiegel (= y - A)

Die Glel·. iiung (4) gibt der Ausdruck
[/1(1I)-Zl(O)]

die Kraft aufgrund des veränderlichen Auftriebes und der übrige Ausdruck gibt die Kraft aufgrund der vertikalen Wasserbeschleunigung.

Zuerst werden zwei sehr elementare Arten vertikal verankerter Aufbauten betrachtet, wie sie in den Fig.6A und 6B dargestellt sind. Fig.6A zeigt einen Auftriebskörper, welcher lediglich aus einem Zylinder besteht Dieser Auftriebskörper ist durch ein oder mehrere vertikale Halteseile verankert, so daß er sich nicht frei vertikal bewegen kann. Aber er kann sich vertikal bewegen oder drehen. Der Auftriebskörper hat keinen ringförmigen oder Hilfsabschnitt Die gesamte Verdrängung stammt von dem säulenförmigen Abschnitt Daher ist das Säulenverhältnis p, welches das Verhältnis der Verdrängung des säulenförmigen Teiles zur Gesamtverdrängung darstellt, gleich eins (p = 1). Die drei Kurven in Fig.6A zeigen die Änderung der resultierenden vertikalen Kraft auf den Zylinder auf Grund des Durchganges einer einzelnen Welle dreier verschiedener Wellenzüge. Die drei Wellenzüge haben Perioden von 10,14 und 20 Sekunden. Die entsprechenden Wellenlängen sind 156, 306, 624 m (512, 1004 bzw. 2048 ft). In diesem Beispiel und allen folgenden Beispielen wird angenommen, daß die jeder Wellenlänge entsprechende Wellenhöhe gleich entweder '/to der Wellenlänge oder die maximale Entwurfswellenhöhe ist, und zwar jeweils die kleinere von beiden. In diesem und den meisten der folgenden Beispiele, angenommen der besonders bezeichneten, ist die maximale Entwurfswellenhöhe 30,5 m (100 ft). Daher sind die entsprechenden Wellenhöhen für die Kurven in F i g. 6A 15,6 m, 30,5 m bzw. 30,5 m (51,2, 100 bzw. 100 ft). Die Änderung der resultierenden vertikalen Kräfte wird ausgedrückt als Prozentsatz der Gesamtverdrängung. Z. B. verursacht eine 20-Sekunden-Welle eine Verminderung der resultierenden Vertikalkraft von ungefähr 32% der Verdrängung, wenn das Wellental mit der Achse des zylindrischen Auftriebskörpers ausgerichtet ist Wenn der Wellenberg mit der Achse des zylindrischen Auftriebskörpers ausgerichtet ist, tritt ein Anwachsen der resultierenden Vertikalkraft von ungefähr 22% der Verdrängung auf. Durch das Abfallen der resultierenden Vertikalkraft im Wellental und das Ansteigen auf dem Wellenberg zeigt dieses Beispiel, daß die Kräfte auf Grund des veränderlichen Auftriebs für das hohe Säulenverbältnis vorherrschend sind. Zur Erklärung der verwendeten Terminologie soll der Ausdruck »vorderer Nullagendurchgang« für den Teil der Welle auf der Hälfte zwischen dem Wellenberg verwendet werden.

Der Ausdruck »hinterer Nullagendurchgang« ist der Teil des Wellenzuges an einem Punkt auf dem halben Wege zwischen dem Wellenberg und dem nächsten

Wellental.

Fig.6B zeigt ähnliche Kurven für einen anderen

jo grundlegenden Entwurf eines vertikal verankerten Aufbaus. In diesem Fall wird die gesamte Verdrängung durch einen kugeligen Hohlraum am unteren Teil des Aufbaues, welcher von der Kugel nach oben ragt, hat einen extrem geringen Querschnitt Folglich trägt der säulenförmige Abschnitt im wesentlichen nicht zur gesamten Verdrängung bei und der ringförmige oder Hilfsabschnitt bringt die gesamte Verdrängung auf. Das Säulenverhältnis ist gleich Null (p = 0). Die Kurven der Fig.6B zeigen, daß die maximale Änderung der resultierenden Vertikalkraft ungefähr 30% der Verdrängung bei der Welle mit der langen Periode, der 20-Sekunden-Welle, beträgt. Jedoch erfährt bei diesem Beispiel der vertikale verankerte Aufbau einep Anstieg der resultierenden Vertikalkraft, wenn das "Wellental mit dem Auftriebskörper ausgerichtet ist eher als eine Verminderung, die bei dem zylindrischen Auftriebskörper in Fig.6A. Dieses Beispiel zeigt, daß bei einem niedrigen Säulenverhältnis die Kräfte aufgrund vertikaler Wasserbeschleunigung vorherrschen.

so Bei einem niedrigen Säulenverhältnis herrschen die Kräfte aufgrund der vertikalen Wasserbeschleunigung vor, während bei einem hohen SäuienverhältP.is die Kräfte auf Grund der Auftriebsänderung vorherrschen. Darüber hinaus gibt es für einen dazwischenliegenden Wert des Auftriebsverhältnisses p, ein Gleichgewicht zwischen den veränderlichen Auftriebskräften und den Wasserbeschleunigungskräften, so daß die Änderung der resultierenden Vertikalkraft für die interessierenden Wellenlängen wesentlich kleiner als bei den zwei oben untersuchten grundlegenden Fällen ist

Man betrachtet z. B. einen vertikal verankerten Aufbau, wie er in F i g. 6C dargestellt ist In diesem Fall sind die Parameter, welche die körperlichen Eigenschaften des Auftriebskörpers beschreiben: r= 1,853 (LJH — 0,5 und ρ = 0445. Zusätzlich ist die maximale Entwurfsweilenhöhe, ft_roax = 30,48 m (100 ft) und der Tiefgang //ist 38,1 m (125 ft) und somit derselbe wie bei den zwei vorhersehenden BeisDielen. Die Kurven der

Fig.6C zeigen die Änderung der resultierenden Vertikalkraft, wenn der Auftriebskörper denselben drei Wellen ausgesetzt ist In diesem Fall ist die maximale Änderung der Kraft ungefähr 7% und sie tritt sowohl unter dem Einfluß der 10- als auch der 20-Sekunden-Welle auf, obwohl ein Anwachsen für die 10-Sekunden-Welle und ein Abfallen für die 20-Sekunden-Welle auftritt F i g. 6C zeigt daß für einen Auftriebskörper mit dieser spezifischen Verteilung der Verdrängung vertikale Wasserbeschleunigungskräfte bei kurzperiodigen ι ο Wellen vorherrschen, während veränderliche Auftriebskräfte bei Iangperiodigen Wellen vorherrschen. Darüber hinaus gibt es eine Welle (ungefähr eine 16-Sekunden-Weile), bei welcher keine wirkliche Änderung der resultierenden Vertikalkräfte erfolgt, weil ein vollkommenes Gleichgewicht zwischen den veränderlichen Auftriebs- und vertikalen Wasserbeschleunigungskräften herrscht

Wenn das Säulenverhältnis ein wenig ρrößer gewesen wäre würden öi£ Auftriebskräfte vor^eherrscht haben wie in Fig.6A und folglich die maximale Änderung aufgrund der 20-Sekunden-Welle (ein Absinken der resultierenden Vertikalkraft) würde größer als 7% gewesen sein. Wenn das Säulenverhältnis kleiner gewesen wäre wie in Fig.6B, wurden die vertikalen Beschleunigungskräfte überwogen haben und folglich die maximale Änderung aufgrund der 10-Sekunden-Wt. ile (ein Ansteigen der resultierenden Vertikalkraft) würde größer als 7% gewesen sein. Daher ist im Bereich der im Interesse stehenden Wellen, der 10- bis 20-Sekunden-Wellen, das beste Gleichgewicht zwischen den zwei beeinflussenden Vertikalkräften bei einer Kombination der Parameter in Fig.6C r= 1,853; LJH = 0,5 und ρ = 0,545 erreicht

Es gibt andere Kombinationen der Parameter r, LJH und p. für welche ein bestes Gleichgewicht zwischen den zwei Vertikalkräften erreicht wird. Diese werden durch Untersuchen eines großen Bereiches praktischer Kombinationen der Parameter in derselben Weise gefunden, wie sie für Fig.6C beschrieben ist Für jeden Satz Parameter wird die maximale Änderung der resultierenden Vertikalkräfte aufgrund irgendeiner Welle im Bereich des Interesses notiert Die maximale Änderung wird dann für jeden Satz Parameter in einer Art Kurvenaufzeichnung, wie in den F i g. 4A. 4B. 5A und 5B aufgezeichnet. Solch eine Aufzeichnung zeigt die Kombination von Parametern an, welche den kleinsten Wert für die maximale Änderung, die »Täler« angibt und auch zeigt welcher Satz von Parametern ein wenig höhere, jedoch praktisch annehmbare Werte der Änderung angibt Die F i g. 4A und 4B geben Werte für einen Tiefgang von 303 m (100 ft) und die F i g. 5A und 5B für einen Tiefgang von 38,1 m (125 ft).

Die grundsätzliche Auslegung des Auftriebskörpers wird durch jeweils zwei der drei Parameter beschrieben. Der fundamentalste Satz sind r und L/H, wobei ρ eine Funktion dieser zwei Parameter ist Auf der anderen Seite ist es zweckmäßig, den Entwurf der Auftriebselemente in Ausdrücken von ρ und r darzustellen. Dabei werden beide Kombinationen von Parametern in den Fig.4A bis 5B verwendet, um den bevorzugten Eptwurfsaufbau darzustellen- In F i %. 4A stellt die dicke Linie 80 das Verhältnis zwischen r und L/H dar, für welches die Größe der resultierenden Vertikalkraft über einen ausgewählten Bereich von Wellenlängen auf ein Minimum herabgesetzt wurde. Dasselbe Verhältnis wird durch eine dicke Linie 80Λ der Fig.5A dargestellt Diese Kräfte werden unter Verwendung der Gleichung

(4) berechnet

Es ist festzustellen, daß die praktischste Auswahl von r und L/H nicht immer für die kleinste resultierende Vertikalkraft vorhanden ist und daher einige Kenntnis des Einflusses der Änderungen vom Minimum her notwendig ist Der Bereich 82 auf jeder Seite der Linie 80 in Fig.4A (oder Bereiches S2A der Fig.5A) stellt die Änderungen von r und UH dar, we'.che auftreten können oder möglich sind, wenn eine resultierende Vertikalkraft gleich 10% der Gesamtverdrängung zugelassen würde. Wenn eine resultierende Vertikalkraft gleich 123% der Gesamtverdrängung zugelassen werden kann, können sich r und L/H so lange ändern, wie ihre entsprechende Ordinate und Koordinate einander innerhalb des schraffierten Bereiches 84 in F i g. 4A schneiden.

In Fig.4B stellt die dicke Linie 90 das beste Verhältnis von ρ und r für einen Entwurfstiefgang von 30^ m (100ft) dar, d.h. die Größe der resultierenden Vertikalkraft ist über den ausgewählten Bereich der Wellenlängen für den Wert von ρ und r, welcher auf die ausgezogene Linie fällt auf ein Minimum reduziert worden. In Fig.5B stellt die Linie 90Λ die beste Auswahl von ρ und 5 für einen Entwurfstiefgang von 38,1 m (125 ft) dar. In Fig.4B stellen die schraffierten Bereiche 93 bzw. 94 Bereiche dar, für weiche Änderungen kleiner als 10% und 123% der Gesamtverdrängung sind. In F 1 g. 5B stellt der schraffierte Bereich 92A Bereiche dar, für welche Wechsel kleiner als 10% der Gesamtverdrängung bei 38.1 m (125 ft) Tiefgang sind.

Die F i g. 4A und 4B zeigen, daß für den Entwurf eines vertikal verankerten Aufbaues, welcher aus einem einzelnen Auftriebskörper mit einem Tiefgang von 303 m (100 ft) besteht, die maximale Änderung der resultierenden Vertikalkraft am Aufbau auf ein Minimum verringert werden könnte, indem die Verdrängung aufgrund des säulenförmigen Abschnitts zwischen 40 und 60% der gesamten Verdrängung ist

(0,4<p<0,6).

Genauer gesagt, ein praktischerer Entwurf, einer für den die maximale Änderung der resultierenden Vertikalkraft innerhalb 123% der gesamten Verdrängung liegt, kann erzielt werden, indem die Kombination der Entwurfsparameter ausgewählt wird, welche in den schraffierten Bereich 84 der Fig.4A oder 94 der Fig.4B fällt Eine Kombination, für welche die

maximale Änderung der resultierenden Vertikalkraft innerhalb 10% der Verdrängung liegt, kann erzielt werden, indem eine Kombination von Entwurfsparametern ausgewählt wird, welche innerhalb des schraffierten Bereiches 82 der F i g. 4A oder 92 der F i g. 4B liegen. Darüber hinaus wird die maximale Änderung der resultierenden Vertikalkraft auf den kleinstmöglichen Wert vermindert, wenn die Kombination der Entwurfsparameter auf der ausgezogenen Linie 80 in F i g. 4A oder 90 in F ig. 4B liegt

Die F i g. 5A Und SB zeigen, daß für den Entwurf eines vertikal verankerten Aufbaues dieser Art mit einem Tiefgang von 28,1 m (125 ft) die maximale Änderung der resultierenden Vertikalkraft am Aufbau auf ein Minimum Vermindert werden könnte, indem die Verdrän* gung aufgrund des säulenförmigen Abschnitts zwischen 45 und 65% der Gesamtverdrängung gehalten wird

(0,45<p<0,65).

Genauer gesagt kann ein praktischerer Entwurf für einen vertikal verankerten Aufbau, für den die maximale Änderung der resultierenden Vertikalkraft innerhalb 10^c<b ier Gesamtverdrängung liegt, erreicht werden, indem eine Kombination der Entwurfsparameter ausgewählt wird, weiche in den schraffierten Bereich der F i g. 5A und 5B fällt Darüber hinaus kann die ma «male Änderung der resultierenden Vertikalkraft auf den kleinstmöglichen Wert vermindert werden, wein die Kombination der Entwurfsparameter auf der diesen Linie in F i g. 5A oder F i g. 5B liegt

Die Auslegung eines typischen Auftriebskörpers ist in Fig.7A dargestellt, in der die grundsätzlichen Entwurfsparameter L₁H, Ro und R\ definiert sind. Es ist am besten, die ringförmige oder Hilfsverdrängung so tief am Auftriebskörper wie möglich anzubringen. Auf diese Weise wird die ringförmige oder Hilfsverdrängung unterhalb des Wellentales 40 gehalten. Die Änderung der resultierenden Vertikalkraft steigt scharf an, wenn der ringförmige Abschnitt der Verdrängung in das Wellental eintritt Daher wird die Höhe der ringförmigen oder Hilfsverdrängung vom unteren Punkt CK des Auftriebskörpers gemessen. Folglich ist die vorteilhafteste Auslegung eine solche für die:

L< H - h_max 2 (5)

[L H)< I -¹, (/i„,„ H). (6)

F i g. 7A zeigt auch die ungefähre Anordnung des Schwerpunktes CG und des Auftriebsmittelpunktes CB einer typischen Auftriebskörperausführung. Der Sch« rrpunkt einer vertikal verankerten Plattform liegt im allgemeinen aufgrund der großen Massen des Aufbaues, wie z. B. der Verlängerung des Auftriebskör- Ί5 pers oder des Decks und der Ausrüstung, welche gut oberhalb des Entwurfswellenpaares angeordnet sind, höher als der Auftriebsmittelpunkt. Solch ein Aufbau wäre normalerweise unstabil, wenn nicht die vertikale Haltekraft T gewöhnlich in der Nähe der Basis des Aufbaues z. B. CK angreifen würde.

Dieser einfache Typ des vertikal verankerten Aufbaues besteht aus einem einzelnen Auftriebskörper, welcher an der vertikalen Bewegung gehindert ist, sich jedoch frei horizontal bewegen kann und darüber hinaus 4-, Roll- und Nickbewegungen ausgesetzt ist. Wenn er der horizontalen Komponente schwingender Wellenkräfte ausgesetzt ist, bewegt sich die Plattform durch das Wasser zurück und vor. F i g. 7B zeigt den Auftriebskörper in seiner weitesten Auslenkung nach rechts. In ίο diesem Moment ist der Aufbau bewegungslos und seine Beschleunigung nach links ist ein Maximum. In diesem Moment befinden sich die horizontalen Kräfte im Gleichgewicht. Die herrschenden Horizontalkräfte sind (a) die gedachte Kraft aufgrund der Plattformbeschleu- ίί nigung Fp, welche ihren Angriffspunkt im Schwerpunkt hat, (b) die horizontale Wasserpartikelbeschleunigungs-(oder Trägheitskraft F_w, welche ihren Angriffspunkt in der Nähe des Auftriebsmittelpunktes CB hat und (c) schließlich die horizontale Komponente der Haltekraft &o Tu, welche im Punkt GK einwirkt. Die oben erwähnten Kräfte können nach den Gfundiiandbüchern der Dynamik und Hydrodynamik berechnet werden. Während diese Kräfte in Ausdrücken der Horizontalkraft im Gleichgewicht sind, erzeugen sie Momente, welche nicht untereinander im Gleichgewicht sind. Diese Momente werden im folgenden als »Kippmomente« bezeichnet. Der Widerstand der Wasserpartikel erzeugt auch Komponenten horizontaler Kraft und ein Kippmoment, welche aufgrund der Form des Auftriebskörpers klein sind und daher vernachlässigt werden.

Im Fall der einfachen, vertikal verankerten Plattform, welche aus einem einzelnen Auftriebskörper besteht, veranlassen die Kippmomente den Auftriebskörper, sich um einen Winkel Θ zu neigen, welcher der Grad der einzelnen Amplitude der Nickbewegung ist Der Grad des Nickens ist groß genug für das Kräftepaar zwischen den statischen Vertikalkräften, weiche ausreichen, die Kippmomente im Gleichgewicht zu halten. Die statischen Vertikalkräfte bestehen aus (a) der Vertikalkomponente, der Spannkraft Tv, (b) der Auftriebskraft B und (c) dem Gewicht der Plattform M.

Ein komplexerer Typ der vertikal verankerten Plattform, welcher aus drei oder mehr Auftriebskörpern besteht, ist in den F i g. 1,2 und 3 dargestellt u&r besteht aus vier Schwimmern oder Schenkeln. Die einzelnen Schwimmer oder Schenkel sind untereinander durch einen Deckaufbau oberhalb des Wasserspiegels und Versteifungsstreben unterhalb des Wasserspiegels verbunden. Der gesamte Aufbau ist äußerst steif. Vertikale Verankerungstrossen, entweder Kabel oder langgestreckte Rohre sind am Boden jedes Schwimmers oder Schenkels angebracht Daher kann sich die Plattform nur in einer horizontalen Richtung bewegen und Nickoder Rollbewegungen ebenso wie vertikale Bewegungen werden verhindert Die Plattform ist denselben Kräften und Kippmomenten unterwerfen, wie die einzelnen zuvor besprochenen Auftriebskörper: den vertikalen und horizontalen Wasserpartikelbeschleunigungskräften, den veränderlichen Auftriebskräften und der Trägheitskraft der Plattform.

Die dynamischen Vertikalkräfte sind in erster Linie der veränderliche Auftrieb und die vertikalen Wasserbeschieunigungskräfte wie vorher. Es ist auch eine vertikale Widerstandskraft vorhanden, jedoch ist diese im Vergleich zu den ersten zwei Kräften unbedeutend. Der Resultierenden dieser Vertikalkräfte wird ebenso wie beim einzelnen Schwimmer durch Änderung der Haltekräfte entgegengewirkt. Ebenso wie beim einzelnen Schwimmer wird den Horizontalkräften wie der Plattformträgheitskraft und den horizontalen Wasserträgheitskräften durch die horizontale Komponente der Haltekraft entgegengewirkt. Weil sich diese komplexere, vertikal verankerte Plattform jedoch nicht frei Nickoder Rollbewegungen unterordnet, muß den Kippmomenten durch eine zusätzliche Änderung der Haltekraft entgegengewirkt werden. Das Kippmcnent für eine mehrbeinige vertikal verankerte Plattform wird noch durci' Kräfte zwischen Horizontalkräften aufgrund der (a) Plattformträgheit, (b) horizontalen Wasserpartikelbeschleunigungskräfte und (c) der horizontalen Komponente der Spannkraft beherrscht. Es gibt auch noch andere, weniger bemerkenswerte Quellen von Kippmomenten, wie sie in Fig. 8 für eine 30,5 m (100 ft) 20-Sekunden Welle dargestellt sind. Wie zuvor erwähnt wurde, erzeugt der horizontale Widerstand einen kleinen aber unbedeutenden Beitrag zum Kippmoment.

Vertikale Wasserpartikelwiderstandskräfte aufgrund der Phasendifferenz des Wellenzyklus an verschiedenen Schenkeln liefern ebenfalls einen kleinen Betrag zum Kippmoment. Windhub am Deck kann einen kleinen Momentbetrag erzeugen, Wenn langgestreckte Elemente verwendet werden, um die Plattform anstelle von Kabeln zu halten, und wenn die Enden dieser Elemente starr an der Plattform anstatt durch eine gelenkige Verbindung wie ein Kardangelenk angebracht sind, tritt

01

7AQ / \j "j

ein bedeutender Betrag als Endmoment am Ende auf, welches zum Kippmoment einer Plattform hinzukommt Die gestrichelte Linie in F i g. 8 zeigt das resultierende Kippmoment bei einer typischen vierbeinigen vertikal verankerten Plattform aufgrund einer Welle mit 30,5 m (100 ft) Höhe mit einer 20-Sekunden-Periode. Das resultierende Kippmoment ist nicht vollständig verschieden von dem Kippmoment aufgrund des horizontalen Kräftepaares allein.

Unter Verwendung der bekannten Statik wird die Änderung der resultierenden Haltekraft aufgrund des Kippmomentes berechnet, in dem die naheliegendste Annahme getroffen wird, daß die Plattform im Vergleich zu den vertikalen Haltern sehr starr ist, weiche wie elastische Federn wirken. Für eine vierschenklige Plattform ist das Kippmoment am stärksten abhängig von den Halteseilen an jedem gegebenen Schenkel, wenn der Sturm oder die Wellen die Plattform entlang einer Diagonalen anstatt in einer Richtung normd.¹. zu einer Seite erreichen. In diesem Falle bringen die Halteseüe an den zwei diagonal gegenüberliegenden Schenkeln, welche in einer Linie in der Sturmrichtung liegen, die gesamte Reaktion auf das Kippmoment auf. Wenn der Abstand von Mitte zu Mitte der Schenkel entlang einer Seite »A« ist, ist die Reaktion auf das Kippmoment in jedem übrigen Schenkel der Wert des Kippmomentes geteilt durch A ■ j/2. Die Haltekräfte in den zwei anderen Schenkeln werden durch das Kippmoment nicht beeinflußt.

Betrachtet man den Einfluß der statischen Horizon- jo talkräfte, wie Wi?d und Strömung bei einer Änderung der vertikalen Haltekräfte, so wird einer der zwei dem Kippmoment widerstehenden Schtnkel stärker belastet als der andere. Dieser Schennei, welcher im folgenden als Schenkel 4 bezeichnet wird, ..ie es in Fig. U a angedeutet ist, ist der Schenkel oder der Schwimmer, welcher in Richtung zu den ankommenden Wellen ausgerichtet ist. Während der Einfluß der statischen Horizontalkräfte hier nicht betrachtet wird, ist es zweckmäßig, diese Schenkel von den anderen zu unterscheiden. Bei einem positiven Kippmoment, wie in F i g. 8 gezeigt, ist die Änderung der Haltekraft am Schenkel 4 positiv wie ein Fig. 9 dargestellt bei jeder der drei unterschiedlichen Wellen. F i g. 9 zeigt die Änderung der Haltekraft im Schenkel 4 nur aufgrund 4"> des Kippmomentes. Die Änderung wird durch einen Prozentsatz der Verdrängung pro Schwimmer oder Schenkel ausgedrückt. In diesem Fall beträgt der Prozentsatz ' /4 der Gesamtverdrängung.

In einem schwimmenden Aufbau, wie er hier w beschrieben wurde, können die Schenkel 61 m (200 ft) oder mehr oder weniger voneinander entfernt sein. Aufgrund des großen Schenkelabstandes kann jeder der Schenkel verschiedene resultierende Verlikalkräfte in einem gegebenen Augenblick erfahren. Folglich ist es r> unmöglich, daß alle Schenkel gleichzeitig die maximale resultierende Vertikalkraft bei langperiodigen Wellen erfahren. Daher wird die resultierende Vertikalkraft auf den gesamten vierschenkeligen Aufbau niemals viermal so groß wie die resultierende Vertikaikraft an einem mi einzelnen vertikal verankerten Schwimmer sein und folglich die Reaktion in den Halteseilen an jedem Schenkel allein aufgrund der resultierenden Vertikal· kraft niemals so groß sein wie die Reaktion in den Verankerungsseilen eines einzelnen Schwimmers. b^r>

Darüber hinaus geben aufgrund der Größe des Schenkelabstandes die Unterschiede der resultierenden Vertikalkräfte an einzelnen Schenkeln in jedem Augenblick einen Zuwachs zu Kräftepaaren, welchen ebenfalls durch Änderungen der Haltekräfte widerstanden werden muß. Betrachtet man das in Fig. 10 gezeigte Beispiel, bei welchem die vier Schenkel 61 m (200 ft) an der Außeniinie eines Quadrates voneinander entfernt sind und eine Welle mit einer Wellenlänge von 122 m (400 ft) Wellenlänge läuft unter der Plattform hindurch, so gibt es ι inen Augenblick, wenn der Wellenberg der Walle mit zwei Schenkeln und tas Tal mit zwei anderen Schenkeln ausgerichtet ist Wenn die veränderlichen Auftriebskräfte bei dieser Welle herrschen, sind die resultierenden Vertikalkräfte in den Auftriebskörpern am Wellenberg nach oben gerichtet und im Wellental nach unten, wie es mit den Pfeilen in F^; g. 10 gezeigt ist Während die resultierende Vertikalkraft des gesamten Aufbaus ungefähr ausgeglichen sein kann, ist ein relativ großes Kräftepaar oder ein Moment vorhanden, welches auf den Aufbau aufgrund der Unterschiede der resultierenden Vertikaikraft einwirkt Diesem Kräftepaar muß durch Änderungen in den Haltekräften in der gleichen Weise wie bei Kippmomenten begegnet werden.

Es kann gezeigt werden, daß, wenn der Betrag des veränderlichen Auftriebes zur resultierenden Vertikaikraft größer als der aufgrund der Beschleunigung der vertikalen Wasserpartikel ist, so wie bei langperiodigen Wellen, daß dieses Paix der resultierenden Vertikalkräfte in entgegengesetztem Sinn zu vorherrschenden Quelle des zuvor erwähnten Kippmomentes wirkt Folglich neigt das Kräftepaar zwischen resultierenden Vertikalkräften an jedem Schenkel dazu, den Einfluß des Kippmomentes zu vermindern, insbesondere bei langperiodigen Wellen. Wenn jedoch die resultierende Vertikaikraft an einzelnen Schenkeln gesteigert wird, um die Wirkung des Kippmomentes zu vermindern, wird die resultierende Vertikaikraft am gesamten Aufbau gesteigert. Mit anderen Worten, wenn die Änderung der Verankerungskraft über eine Verminderung der Wirkung des Kippmomente vermindert wird, wird sie zur selben Zeit aufgrund des Anstieges der resultierenden Vertikalkraft der Plattform gesteigert. Es gibt einen genauen Betrag an resultierender Vertikaikraft bei einzelnen Schwimmern, für den die resultierende Wirkung dieses Einflusses auf ein Minimum verringert wird. Es ist ein Konzept dieses Vorschlages, die Änderung der Verankerungskraft am am stärksten belasteten Schenkel auf ein Minimum zu verringern und dadurch die maximale Verankerungskraft über den Bereich wichtiger Wellenlängen, durch eine genaue Auswahl der Verhältnisse der veränderlichen Auftriebskräfte und vertikalen Wasserbeschleunigungskraft, wie es zuvor getan wurde, um die resultierende Vertikalkraft für den einzelnen vertikal verankerten Auftriebskörper auf ein Minimum zu verringern.

Es gibt drei Beiträge zur Änderung der Verankerungskraft des am stärksten belasteten Schenkels. Diese sind (a) die Reaktion auf die resultierende Vertikalkraft am gesamten Aufbau, (b) die Reaktion auf Kippmomente und (c) die Reaktion auf Kräftepaare vertikaler Kräfte an einzelnen weit voneinander entfernten Beinen. Fig. HA zeigt die Änderungen der Verankerungskraft im Schenkel 4 aufgrund jeder dieser Einflüsse bei einer 30,5 m (100 ft) 20-Sekunden-Welle. Die resultierende Änderung ist ebenfalls mit der dicken Linie dargestellt. Bei diesem Beispiel hat die Plattform vier Schwimmer, wobei jeder dieselben körperlichen Eigenschaften wie in Fig.6C hat, γ=1853, UH= 0,545, Die Änderung der Verankerungskraft wird in einem

Prozentsatz der Verdrängung pro Schwimmer ausgedrückt Die maximale Änderung für die 20-Sekunden-WeIIe beträgt ungefähr 13,5% und tritt auf, kurz nachdem das Wellental die Mitte der Plattform passiert hat In Fig. 1IA ist darauf hinzuweisen, daß für die Iangperiodige Welle die Änderung aufgrund des Kräftepaares der resultierenden Vertikalkräfte an einzelnen Schenkeln, während sie klein ist, entgegengesetzt zur Änderung aufgrund der Kippmomente wirkt

Fig. 1IB zeigt die resultierende Änderung der Verankerungskräfte lür drei verschiedene Wellen. Es geht deutlich aus diesen Kurven hervor, daß die maximale Änderung der Verankerungskraft aufgrund jeder der Wellen im Interessenbereich 14,1 % ist Bei der in F i g. 11 untersuchten Plattform beträgt der Tiefgang 38,1 in (125 ft), der Schenkelabstand 48,8 m (160 ft), die Gesamtverdrängung 12 010 t (28 675kips, wobei 1 kip= IGOOIb), das Gewicht des Aufbaus und der Ausrüstung ungefähr 8460 t (18 675kips) und die gesamte Verankerungskraft, die noch im Wasser ist, 4540 t (19 000 kips). Während die maximale resultierende Änderung der Verankerungskraft 14'% der Verdrängung pro Schenkel ist, beträgt sie ungefähr 40% (14,1 χ 28 675/10 000 ==40,4) der Verankerungskraft pro Schenkel bei ruhigem Wasser.

Die Fig. 12 und 13 zeigen den Einfluß anderer Schwimmerausbildunjjen auf die maximalen resultierenden Änderungen der Verankerungskraft Bei jedem dieser Beispiele ist die Plattformgröße einschließlich der Verdrängung dieselbe wie in F i g. 11 und nur die Verhältnisse der säulenförmigen und ringförmigen Verdrängungen sind durch Änderung der Form der einzelnen Schwimmer geändert Die Änderung der Verankerungskraft aufgrund des Kippmoments ist in jedem Fall bei ähnlichen Wellen im wesentlichen dieselbe. Daher wird die Änderung der Resultierenden der Verankerungskraft nur durch die Änderung der resultierenden Vertikalkräfte bei einzelnen Schwimmern geändert

In den Fig. 12A und 12B wird die gesamte Verdrängung durch zylindrische, säulenförmige Abschnitte hervorgerufen (p = 1). Es ist bemerkenswert, daß die Änderung aufgrund des Kräftepaares der resultierenden Vertiknlkräfte an einzelnen Schwimmern fast vollständig die Änderung aufgrund des Kippmomentes ausgleicht Folglich rührt die resultierende Änderung der Verankerungskraft beinahe vollständig von der gesamten resultierenden Vertikalkraft auf die Plattform her. Das Ergebnis ist, daß die maximale Änderung der Veranken:ngskraft 32% der Verdrängung pro Schwimmer ist und auftritt, wenn das Wellental h der Mille der Plattform ist. Dies ist sehr einfach im Hinblick auf den vertikal verankerten einzelnen zylindrischen Schwimmer.

In den Fig. I3A und 13B wird die Verdrängung vollständig durch den ringförmigen Teil am unteren Ende des Schenkels hervorgerufen (p = 0). In diesem Fall ist die resultierende Änderung der Verankerungskraft eine komplexe Kombination der drei Einflüsse, wie die Fig. 13a für eine :?0-Sekunden-Welle darstellt. Weil Vertikale Wasserbeschleunigungskräfte anstelle veränderlicher Auftriebskräfte vorherrschen, wirken die Einflüsse aufgrund der resultierenden Vertikalkräfte an einzelnen Schenkeln in entgegengesetztem Sinne, wie bei Fig. 12A, Folglich trägt die Änderung der Verankerungskraft aufgrund des Kräftepaares der resultierenden Vertikalkraft an den einzelnen Schenkeln zur Änderung der Verankerungskraft aufgrund des

Kippmomentes bei. Darüber hinaus ist die maximale resultierende Änderung der Verankerungskraft 45% und somit viel größer als die resultierende Vertikalkraft bei einem einzelnen Schwimmer dieser Art

Bei einem Vergleich der F i g. 11B mit den F i g. 12B und 13B ist es klar, daß die maximale Änderung der Verankerungskräfte für den interessierenden Wellenbereich abhängig von der Ausführung der einzelnen Schenkel beträchtlich veränderlich sein kann. Es gibt bestimmte Kombinationen von Entwurfsparametern r, UH und p, bei weichen ein minimaler Wert für die maximale Änderung der Verankerungskraft erreicht werden kann. Eine Art Konturverlauf ähnlich dem für die Vertikalkräfte an einzelnen Auftriebskörpern in den Fig.4 und 5 entworfenen, kann entworfen werden, welcher die prozentuale Änderung der Verankerungskraft als Funktion der Formparameter r, UH und ρ darstellt

Um solch eine Zeichnung zu entwerfen, ist es notwendig, eine große Anzahl von Beispielen wie in den Fig. 11, 12 und 13 für den Bereic* interessierender Wellen und für einen großen Bereich an ^ormparametern zu untersuchen. Für jeden Satz Formparameter wird die maximale Änderung der Verankerungrkraft aufgezeichnet Als nächstes können die Werte der maximalen Änderung als Funktion der Formparameter so wie in den Fig. 14 oder 15 aufgezeichnet werden. Wirklich hilft die Fig. 14 beim Entwerfen der Fig. 15. In Fig. 14 ist die maximale Änderung (bezeichnet mit |/471) als Prozentsatz der Verdrängung pro Schenkel (bezeichnet mit ^gegenüber /-für feste Werte von UH aufgezeichnet. Dies vereinfacht den Vorgang zum Bestimmen der Werte von /■ und UH, bei welchen die maximale Änderung ein gleicher Wert ist wie bei 0,14; 0,16:0,18:0,20 usw. Schließlich werden die Konturen für feste Werte maximaler Änderungen gegenüber UH und r aufgezeichnet, wie in F i g. 15A oder gegenüber ρ und r. wie in Fig. 15B. Die Fig. 14, 15A und 15B sind aus Berechnungen für besondere Plattform- und Entwurfskriterien entworfen worden. Die zugehörigen Daten sind-

(1) maximale Entwurfswellenhöhe = 30,5 m (100 ft)

(2) Tiefgang = 38,1m (125 ft)

(3) Schenkelabstand = 48,8 m (160 ft)

(4) Gesamtverdrängung = 13 0101(28

(5) Plattformgewicht = 8470 t (18 675 kips)

(6) gesamte Verankerungskraft bei ruhigem Wasser = 4540 t (10 000 kips)

Aus Fig. 14 geht hervor, daß der geringste erreichbare Wert der maximalen Änderung ungefähr 13,5% der Verdrängung pro Schenkel (28 675/4 = 7170 kipO beträgt. Dieses würde für ungefähr eine 39%igc Änderung der Verankerungskräfte bei ruhigem Wasser pro Schenkel gelten (13,5 χ 28 672/10 000 = 38,7). Es mag nicht immer praktisch sein, eine Entwurfrart auszuwählen, bei welcher die Formparameter den niedrigsten Wert der maximalen Änderung anzeigen, jedoch ein praktischer Bereich der maximalen Ände rung, z.B. geringe·· als das l,2fache des niedrigsten Wertes ist erreichbar, wenn der Satz der Formparameter innerhalb der 16% Kontur liegt (1,2 χ 13,5 = 16,2), den schraffierten Bereichender Fig, 15Aodei^l löß.

Wenn eine Plattform für die oben bezeichnete Größe und maximale Entwurfswellenhöhe entworfen wird, können die maximale}! Änderungen der Verankerungskräfte für den Bereich der Wellenlängen von praktischem Interesse auf einen Bereich praktisch annehmbarer Werte vermindert werden (d.h. geringer als

ungefähr 16%), wenn die Formparameter, welche die Form der einzelnen Schwimme' beherrschen, innerhalb oder nahe der schraffierten Bereiche der F i g. 15B oder 15A liegen. Darüber hinaus fällt die beste Auswahl von Formparametern, um die Änderung der Verankerungs^ kräfte zu vermindern, auf die dickgestrichelte Linie in einer der Fig. 15A oder 15B.

F i g. 15 stellt die beste Auswahl von Formparametern für einen begrenzten Fall dar, insbesondere für einen Fall, welcher einer maximalen Welle, einem Tiefgang, einer Verdrängung usw., gleich den Werten, wie sie oben genannt wurden, entspricht. Die beste Auswahl von Formparametern für andere Werte von Schenkeläbständen, Tiefgang maximaler Entwurfswellenhöhe, Verdrängung und Plattformgewicht wird im folgenden H dargestellt

Ein Vergleich der F ig. 16,15 und 17 in dieser Hinsicht

HpmnnclnArl Aan Ptnflufl vprcpKiprlpnpr Qoh^nlfplal·*-

stände. In diesen Beispielen bleiben alle anderen Parameter konstant Während die Schenkelabstände Werte von 42,7 m, 48,8 m bzw. 61 m (140, 160 bzw. 200 ft) annehmen. Der Wechsel der Schenkelabstände hat die Lage der dickgestrichelten Linie, welche die beste Auswahl von Formparametern beschreibt, nicht wesentlich geändert noch hat er bemerkenswert den Bereich der Auswahl der praktischsten Kombinationen von Formparametern, den schraffierten Bereich in jeder Figur, geändert (In diesen Beispielen und allen folgenden Beispielen begrenzen die schraffierten Bereiche die Gruppen von Formparametern, für welche die maximale Änderung geringer oder gleich dem 1 ^fachen des niedrigsten erreichbaren Wertes der maximalen Änderung ist) Jedoch für den Bereich der Werte der untersuchten Schenkelabstände ist der minimale erreichbare Wert der maximalen Änderung ungefähr umgekehrt proportional dem Schenkelabstand.

Die beste Kombination von Formparametern ist durch die dicke gestrichelte Linie in Fig. 15 bestimmt und die praktischste Kombination von Entwurfsparametern, wie sie durch den schraffierten Bereich in Fig. 15 bezeichnet ist sind unabhängig vom Schcnkelabstand. Jedoch ist der niedrigste erreichbare Wert maximaler Änderung dem Schenkelabstand umgekehrt proportional.

Ein Vergleich der F i g. 18.15 und 19 demonstriert die Wirkung der Änderung des Tiefgangs. In diesen drei Beispielen sind alle Parameter, welche oben erwähnt wurden, dieselben, ausgenommen des Tiefganges der Schwimmer bei n<higem Wasser, welcher 30,5 m, 38,1 m bzw. 45.7 m (100 ft 125 ft bzw. 150 ft) ist Der Wechsel des Tiefganges ändert ein wenig die Lage der dicken gestrichelten Linie und des schraffierten Bereiches, welche die beste Kombination von Formparametern ' und bzw. den Bereich der praktischen Kombinationen von Formparametern bezeichnen.

Beispielsweise bei einer Plattform mit den folgenden Eigenschaften:

1 maximale Entwurfswellenhöhe = 30,5 m (100 ft)

2 gesamte Verdrängung = 13 010 t(28 675 kips)

3 Plattformgewicht = 8470 t (18 675 kips)

4 gesamte Verankerungskraft bei ruhigem Wasser = 454Ot(IO 000 kips)

und bei einem Tiefgang von 30,48 m (iOOfi) fällen die praktischsten Kombinationen von Formparametern in den schraffierten Bereich der Fig. 18a und 18b und die besten Auswahlen von Formparametern sind diejenigen, welche auf oder in der Nähe der dicken gestrichelten Linie in den Fig. 18A und 18B liegen. Auch für eine Plattform mit den obigen Eigenschaften, aber einem Ticfang von 45,7 m (150 ft) liegen die praktischsten Kombinationen von Formparametern in dem schraffierten Bereich der Fig. 19 und die besten Auswahlen von Formparametern sind diejenigen₍ welche auf oder in der Nähe der dicken gestricheitert Linie der Fig. 19 liegen. Darüber hinaus wird für eine Plattform mit den obigen Eigenschaften, welche für eine maximale Entwurfswellenhöhe, wie sie oben beschrieben wurde, entworfen ist, jedoch einen Tiefgang zwischen 100 und 150 ft hat, der Bereich der praktischsten Sätze von Formparametern annähernd durch Interpolation zwischen den schraffierten Bereichen der Fig. 18, 15 und 19 gefunden. Die beste Kombination von Formparameiern wird annäherni! durch 'p.ter'vjla'.ion z^wisch?n d?" HipUp.n gKstrirhpltpn Linien in den Fig. 18, 15 und 19 bestimmt Für diese Figuren ist der maximale Wert für das Säulenverhältnis ρ ungeiilhr 0,8 und der kleinste Wert ungefähr 0,5. Jedoch in Fig.4 beträgt der minimale Wert von ρ ungefähr 0,4. Für einen großen Bereich von Entwürfen ve^ru!cal verankerter Plattformen (welche die allgemein üblichen Größen einschließen) sollte das Säulenverhältnis ungefähr zwischen 0,4 und 0,8 liegen.

üarü'^r hinaus wird der niedrigste erreichbare Wert der maximalen Änderung bemerkenswert durch Wechsel im Tiefgang, insbesondere bei flacherem Tiefgang beeinflußt Der niedrigste Wert ist ungefähr 15% für einen Tiefgang von 30,5 m (100/t) im Vergleich zu 13,5% für einen Tiefgang von 38,1 m (125 ft) und ungefähr 13,2% für einen Tiefgang von 45,7 m (150 ft). Bei einer Verringerung des Tiefganges unter 39,5 steigt der niedrigste Wert für die maximale Änderung sehr schnell. Während bei einer Steigerung des Tiefganges über 45,7 m eine geringe zusätzliche Verminderung des niedrigsten Wertes der maximalenÄnderung vorhanden ist. Daher wird zumindest bei einer maximalen Entwurfswellenhöhe h_mäx von 30,5 m (100 ft) die Einbuße im Wert der Änderung der Haltekraft sehr schwerwiegend bei einem Tiefgang H von weniger als 303 Meter

60 Darüber hinaus wird für dieselbe maximale Enrwurfswellenhöhe h_max die Einbuße an nicht notwendiger Struktur kostspielig bei einem Entwurfstiefgang ^r/ von mehr als 145,7 m

<0,67).

Daher beträgt für eine Plattform mit der Verdrängung von 13010 t (28 675 kips) das beste Verhältnis (h_mJH), der maximalen Entwurfswellenhöhe zum Tiefgang, ungefähr 0,8 und der praktische Bereich für dieses Verhältnis liegt zwischen 0,67 und 1,00

(0,67 <

In F i g.'. 8 demonstriert das scharfe Zusammenlaufen der Konturen für die Werte L/H>Qß die Wirkung des ringförmigen Abschnittes der Verdrängung, welcher aus dem Wellental herausragt Das Ergebnis ist, daß die Werte der maximalen Änderung der Verankerungskraft

stark ansteigende mehr die ringförmige Verdrängung in das Wellental hineinragt. Daher ist die beste Auswahl an Formparametern eine solche, welche das obere Ende des ringförmigen oder Hilfsabschnittes der Verdrängung in der Nähe oder unterhalb des Tales der maximalen Entwurfswelle hält. Mathematisch ist diese durch die Grenzen formuliert, welche durch die Unfeic'ichungen (5) oder (6) gesetzt sind. Die beste Auswahl an Tiefgang für eine gegebene maximale Ehtwurfsweilenhöhe sollte durch das Verhältnis h_mij It s 0,8 bestimmt werden, aber es ist ebenso lehrreich, auf den Einfluß der Veränderung des Tiefganges für konstante Werte dieses Verhältnisses zu achten. Die Fig. 20 und 21 zeigen die Werte maximaler Änderung der Verankerungskräfte für andere maximale Entwurfswellen, von 18,3 m (60 ft) und 24,4 m (80 ft) und entsprechenden Tiefgang 22,9 m (75 ft) bzw. 30,48 m (100 ft). In jedem Fall sind der Schenkelabstand, die Verdrängung und die Fiatiformmasse dieselben wie in Fig. 15. Auch das Verhältnis der maximalen Entwurfswellenhöhe zum Tiefgang ist in jedem Fall dasselbe (h_mJH = 0,8).

Ein Vergleich der F i g. 20,21 und 15 zeigt den Einfluß veränderlichen Tiefgangs für feste Verhältnisse von hmaxlH. Die Wirkung kleineren Tiefgangs ändert die Lage der dicken gestrichelten Linie und des schraffierten Bereichs, welcher der besten Kombination von Formparametern bzw. dem praktischsten Bereich von Formparametern entspricht. Eindrucksvoll zeigt ein solcher Vergleich, daß der niedrigste erreichbare Wert maximaler Änderung der Verankerungskraft nicht bemerkenswert durch eine große Änderung des Tiefgangs geändert wird. In den drei Beispielen beträgt der Wert ungefähr 12,1 bis 13,5%. Daher ist das beste Verhältnis der maximalen Entwurfswellenhöhe zum Tiefgang ungefähr 0,8 (h_mix/H a 0,8), unabhängig vom Wert entweder des Tiefgangs oder der maximalen Entwurfswellenhöhe. Jedoch die Dichte der Linien in F i g. 20 zeigt an, so klein eine Änderung des Tiefgangs auch ist, daß der Wert der maximalen Änderung der Verankerungskraft sehr empfindlich in bezug auf die Auswahl der Entwurfsparameter ist (oder genauer für eine ebenso große Verdrängung bei gegebenem Tiefgang).

Zum Beispiel fallen bei einer Plattform mit den folgenden Eigenschaften:

1. Verhältnis h_mJH = 0,8

2. Gesamtverdrängung = 13 010 t,

3. Plattformmasse = 84701,

4. Gesamtverankerungskraft bei
ser = 45401

ruhigem Was-

und für einen Tiefgang von 22£m (75 ft) die praktischsten Kombinationen von Formparametern in den schraffierten Bereich der Fig.20 und die beste Auswahl von Formparametern ist eine solche, welche auf oder in der Nähe der dicken gestrichelten Linie in Fig.20 liegt Bei einer Plattform mit der obigen Liste von Eigenschaften aber einem Tiefgang von 30,5 m (100 ft) fällt die praktischste Kombination von Formparametern in den schraffierten Bereich der F i g. 21 und die beste Auswahl von Fonnparametern liegt auf oder in der Nähe der dicken gestrichelten Linie der Fig.21. Darüber hinaus wird für eine Plattform mit den oben beschriebenen Abmessungen und für Tiefgänge zwischen 22,9 m nnd 38,1 m der Bereich der praktischsten Kombinationen von Formparametern angenähert durch Interpolation zwischen den schraffierten Bereichen der F Ϊ g. 20,21 und 15 gefunden und die beste Kombination von Formparametern wird angenähert durch Interpolation zwischen den dicken gestrichelten Linien der '> Fig.20,21 und 15gefunden.

Zur Darstellung der Wirkung der Gesamtverdrängung auf die maximale Änderung der Verankerungskraft werden die Fig.22, 15 und 23 verglichen. Für jeden Fall beträgt die maximale Entwurfswellenhöhe

ίο 30,5 m, der Tiefgang 38,1 m und der Schenkelabstand 48,8 m. Die gesamten Verdrängungen sind 66701, 13 010 t bzw. 26 010 t (14 700 kips, 28 675 kips bzw. 57 350 kips). Das Verhältnis (M/B) der Plattformmasse zur Gesamtverdrängung ist in jedem Fall dasselbe.

Folglich sind zwei Parameter gleichzeitig geändert worden. Jedoch wie es kurz besprochen werden wird, hat die Änderung der Plattformmasse innerhalb praktischer Grenzen keinen bemerkenswerten Einfluß auf die werte der maximalen Änderung der Verankerungskraft. Weil die gesamte Verankerungskraft bei ruhigem Wasser T einfach die Differenz zwischen Gesamtverdrängung und Plattformmasse ist, ist auch das Verhältnis T/B in jedem Fall dasselbe. Um die Änderung der Verankerungskraft in Prozent der Verankerungskraft bei ruhigem Wasser auszudrücken, wird daher der Wert der Verankerungskraft in den Konturaufzeichnungen gefunden, welche in Prozent der Verdrängung pro Schenkel ausgedrückt ist, multipliziert mit 2,87 (= 28 675/10 000) in jedem dieser Beispiele.

Wie aus dem Vergleich zu sehen ist, hat der Wechsel der Verdrängung einen bemerkenswerten Einfluß auf die Auswahl der genauen Formparameter. Darüber hinaus steigt der niedrigste erzielbare Wert maximaler Änderung mit einer Verminderung der Verdrängung, wobei dieser Wert nicht wesentlich bei einem Ansteigen der Verdrängung abfällt Aus der Untersuchung verschiedener anderer, nicht hier dargestellter Beispiele wurde gefunden, daß die Werte maximaler Änderung stark ansteigen bei Verdrängungen von weniger als ungefähr 9070 t mit den spezifischen Entwurfseigenschaften, wie sie oben bezeichnet sind.

Daher fallen für eine Plattform mit den folgenden Entwurfsparametern und Abmessungen

0,8

1. Verhältnis h_mJH -■

2. Tiefgang 38,1 m

3. Verhältnis M/B = 8470/13 010

4. Verhältnis T/B = 4540/13 010

und für eine Verdrängung von 66701 die praktischsten Kombination von Formparametern in den schraffierten Bereich der Fig.22 und die beste Auswahl von Formparametern liegt auf oder in der Nähe der starken gestrichelten Linie in Fig.22. Bei einer Plattform mit den oben bezeichneten Eigenschaften aber einer Verdrängung von 26 0101 fallen die praktischsten Kombinationen von Formparametern in den schraffierten Bereich der Fig.23 und die beste Auswahl von Formparametern liegt auf oder in der Nähe der dicken gestrichelten Linie der Fig.23. Darüber hinaus werden für eine Plattform mit den oben bezeichneten Eigenschaften und Verdrängungen zwischen 66701 und 26 010 t der Bereich der praktischsten Kombinationen der Formparameter angenähert durch Interpolation zwischen den schraffierten Bereichen der Fig.22, 15 und 23 gefunden, und die besten Kombinationen von Formparanietern werden angenähert durch Interpolieren zwischen den dicken gestrichelten Linien der

F i g. 22,15 und 23 bestimmt.

Verschiedene, nicht hier enthaltene Fälle wurden Untersucht, bei welchen die Plattfofmmassen unabhängig von allen anderen Parametern geändert wurden. Es wurde beobachtet, daß solche Änderung von Plattformmassen innerhalb praktischer Grenzen in keinem Falle bemerkenswert den Befeich der praktischsten Kombinationen von Fofmparametern der schraffierten Bereiche änderte und entsprechend in keinem Falle die Werte der besten Kombinationen von Formparametern die dicke gestrichelte Linie bemerkenswert änderte.

Der praktische Bereich von Plattformmassen wurde wie folgt bestimmt. Die Plattformmasse besteht (a) aus der Ausrüstung vom Gewicht Q zum Bohren oder Fördern und (b) der baulichen Masse der Plattform. Die Masse des benötigten Decks, um die notwendige Tragkraft für die Ausrüstung vom Gewicht Q zu schaffen, beträgt ungefähr 0/4. Auch die Masse, die notwendig ist, um die benötigte Verdrängung B zu erzielen, beträgt ungefähr BA. Diese zwei Werte sind genügend genau für einen praktischen Bereich von Plattformabmessungen. Daher ist die gesamte Plattformmasse die Summe der drei obigen Anteile, oder

= Q +Q/4 +ß/4 = (5Q

(7)

Zum Bohren unii Fördern von Erdöl entfernt von der Küste können die Gewichte der Ausrüstung zwischen 2040 t (4500 kips) und 8160 t (18 000 kips) schwanken. Daher sind die Grenzen für die Plattformmasse eine Funktion der Entwurfsverdrängung wie folgt:

2540 t + ß/4 < M < 10200 t + B/4

10 Daher sind für den Bereich der Verdrängungswerte (6670 t < B < 26 010 t) die praktischen Werte der Plättformmasse durch die obige Ungleichung begrenzt. Im Hinblick auf die obige Beschreibung des praktischen Bereiches für Plattformmassen wird die maximale resultierende Änderung der Verankerungskraft, wenn sie als Funktion der Verdrängung pro Schenkel ausgedrückt wird, nicht bemerkenswert durch eine Änderung der Plattformmasse beeinflußt. Jedoch

kann die maximale Änderung der Verankerungskraft, ausgedrückt als Prozentsatz der gesamten Verankerungskraft, durch Verminderung der Plattformmasse und folglich Steigerung der gesamten Verankerungskraft für eine feste Verdrängung vermindert werden, wie es durch die folgende Ableitung gezeigt wird:

¹^ _ (in. β _ ( ή. β

BJ

Während die beste Auswahl von Formparametern nur für ein paar von vielen untersuchten Beispielen beschrieben wurde, wird nun eine Einrichtung zum Bestimmen der besten Auswahl von Formparametern für den gesamten Bereich jedes der Parameter beschrieben. Viele Beispiele, von denen nicht alle hier enthalten sind, wurden untersucht Diese Beispiele wurden aus dem großen Bereich ausgewählt, welcher von den Grenzen der folgenden Parameter eingeschlossen ist:

(1) maximale Entwurfswellenhöhe
183 m < h_mlx < 30,5 m

(2) Tiefgang = 22,9 m < H < 45,7 m

(3) Schenkelabstand = 42,7 m < A < 61 m

(4) Verdrängung = 6670 t < B < 26 010 t

(5) Plattformmasse, siehe Gleichung (8) für die

Grenzen von M
(6) gesamte Verankerungskraft T=B-M

Offensichtlich konnten nicht alle der möglichen Kombinationen dieser Parameter untersucht werden. Jedoch eine genügende Anzahl von Beispielen wurden untersucht, so daß eine empirische Formel abgeleitet werden konnte, bei welcher Kurvenanpassungstechniken verwendet wurden, welche mit zweckmäßiger Annäherung die beste Auswahl von Formparametern angeben.

— Beste Kombination von Formparametern — Diese Kombinationen von Formparametern, welche den niedrigsten Wert maximaler Änderung der Verankerungskraft ergeben (die Kombinationen, welche durch die dicken gestrichelten Linien in den Fig. 15 bis 23 definiert wurden) sind durch die Formel

bestimmt, wobei
C = (0,4505) - -

r_bl = 1 +

(4588 kip) (10)

- (0,07)1 + (-—-) Γ(0,05) -

[l - (0,

η = - (0,088) +

mit 1 kip = 0,453 kp

Formel (10) ist gültig für

und gibt den besten Wert für r für jeden Wert von L als Funktion des Tiefganges H, der Verdrängung B und des Verhältnisses h_m3JHder maximalen Entwurfswellenhö(0,561)

(3928,5 kip)
B

(12)

C 3)

he zum Tiefgang. Der beste Wert von r für jeden Wert von L ist unabhängig vom Schenkelabstand A ijnd von der Plattformmasse M wie bereits früher gezeigt

Der Bereich praktischer Werte₍ wie zuvor erwähnt wurde, wird der Bereich der praktischsten Kombination ien der Formparämeter beliebig bestimmt, wsil er alle Sätze umfaßt, für welche die maximale Änderur'rg der Verankerungskraft innerhalb von 20% des niedrigsten erreichbaren Wertes einer maximalen Änderung für den

-ο

0,3441

kip\
~WJ

gegebenen Tiefgang, Verdrängung usw. liegt. In den Fig. 15 bis 23 wurde dieser Bereich durch die schraffierten Linien bestimmt. Durch die Anwendung von Knrvenanfassungstechriiken kann der Bereich praktischer Werte von r für jeden Wert von L zweckmäßig angenähert bestimmt werden durch

34,41

wobei rbi durch die Formel (10) bestimmt ist.

Die empirischen Formeln (10) bis (14), welche die besten oder praktischsten Kombinationen Von Formparametern bestimmen, sind nur Ausdrücke von r und L Das Säulenverhältnis ρ entsprechend jeder Kombination von r und L wird direkt aus den Werten r und L bestimmt, hängt aber von der gesamten Schwimrneraüslegung ab. Für die allgemeine Form des Schwimmers (Fig. 7) ist ρ ungefähr durch

r (4^_+_2r+ 23)_ /L _ _3\ ₂ _ L 30 \H \0)^[ >

gegeben. Für andere praktische Auslegungen werden die Werte von ρ nicht bemerkenswert verschieden sein, solange R\ immer der maximale Radius des Schwimmers, Ro der Schwimmerradius in der Wasserlinie bei ruhigem Wasser und L die Höhe des ringförmigen oder Hilfsabschnittes, gemessen am tiefsten Punkt des Schwimmers, ist

C = (0,4265) - i²⁹

Zuvor wurde der beste Eritwurfstiefgang für eine maximale Entwurfswellenhöhe durch das Verhältnis h_max/H=0,8 bestimmt. Wenn dieser spezifische Wert für das Verhältnis gewählt wurde, ist die beste Auswahl der Formparameter durch Formel (10) gegeben und der beste praktischste Bereich von Formparameterh durch Formel (14), wobei Cund π spezifisch durch

(3670,4 kip)
B

(895,310 kip)

η = - (0,088) + -

(226,76')

(3928,5 kip)
B

bestimmt werden.

Die Auswahl einer genauen maximalen Entwurfswellenhöhe ist etwas zweifelhaft Die einfache Wellentheorie, die hier Verwendet wurde, ist zwar angenähert aber zweckmäßig. Es gibt andere Wellentheorien, welche etwas abweichende Ergebnisse bei einer spezifischen Entwurfswellenhöhe und Plattformgröße ergeben würden. Daher ist es praktischer, von einem Bereich von Formparametern zu sprechen, in welchem die beste Auswahl von Formparametern enthalten ist, aber durch diese Definition wird die beste Kombination von Parametern nicht genau beschrieben.

Zum Beispiel ist es unmöglich, zu sagen, daß das Verhältnis h_mJH genau 0,8 ist, aber der Konstrukteur ist begründet überzeugt daß dieser Bereich durch

40

0,75 < h„,JH < 0,85

begrenzt ist

Die Erfindung lehrt dann, daß der Konstrukteur begründet sicher beim Entwerfen der besten Auslegung ist, wenn bei einem gegebenen Wert von L, rbt begrenzt ist durch

'Ί <, O« 4

C₁ - (0,

^(29J7y) 4- ^{(M41 kip)}

(,,018,670kip)

MI)T

C₁ - (0,4271, - (²⁹^lL ₊ i^OO no

(793,080 kip)

(24)

„, = _ (0,088) +

-(238,9'!

(3928,5 kip)

(25)

Darüberhinaus werden die Bereiche von praktischsten Kombinationen von Formparametern, die schraffierten Bereiche, die »Einheit« für alle durch (14) definierten Bereiche für alle Werte von Ji^₁JH, welche durch (18) begrenzt sind. Genauer gesagt ist der Bereich der »praktischsten Werte« von r für jedes L begrenzt durch

(26)

Früher war der annehmbar oder der praktische Bereich für das Verhältnis A_mjx///ungefähr

0,65 ^ (luH< 1,00.

(27)

Für ein Verhältnis 0,5 würde zuviel Struktur für die maximale Entwurfswellenhöhe vorhanden sem und folglich der Aufbau unnötig teurer werden. Wenn das Verhältnis größer als eins ist, ist zu wenig Struktur für die maximale Entwurfswellenhöhe vorhanden und folglich wird die maximale Änderung der Verankerungskraft unerträglich. Daher ist die beste Auswahl des Tiefganges so, daß das Verhältnis (hmJH) wie in der Formel (27) begrenzt ist Unter diesen Bedingungen wird die beste Auswahl von Formparametern begrenzt durch

(έ)Γ

(28)

(29)

C₃ = (0,4261) - —

[29J75-)_

C-.982.2 kip) B

(1,356,200 kip)

(30)

n_} = - (0,088) + -

(196.7') (3928,5 kip) B

(31)

)P

G) (32)

c - (04305) - ^(29J75>)

C, - «W305) ^-

7573^001

(33)

,. . - ,cess, ₊ -_ÖA (34)

Die maximale Änderung der Verankerungskraft ist annehmbar, wenn die Formparameter in die durch Formel (28) bis (34) bezeichneten Begrenzungen fallen. Jedoch muß auch betrachtet werden, daß der wahrhaft beste Entwurf nicht definiert sein kann.

Der Bereich der praktischsten Werte für r und jedes L wird begrenzt durch:

-0

H² B

ΗίΡΛ
"ft/

"1 ßj

(35)

mitl ft=0,3 m.

Dieser Bereich umfaßt die Vereinigung aller Kombinationen der Formparameter, welche als praktischste Kombinationen durch die Formeln (10) bis (14) für Werte h_mJH definiert sindj welche der Formel (27) genügen.

Die Fig.3, ein Schnitt entlang der Linie 3-3 der F i g. 1, zeigt hier vertikale, im Quadrat angeordnete und durch kreuzweise Verstrebungen 34 verbundene Schwimmer. Wie zu sehen ist, sind eine Mehrzahl — in

65 diesem Falle vier — Elemente 28a vorgesehen, welche nach oben durch die vertikalen Schwimmer zum Deck 12 ragen. Das Bohrgerät 14 trägt eine Bohrausrüstung, welche zum Bohren von Löchern in den Meeresboden durch die Elemente 28ä Vorgesehen ist In diesem System kann die Kopfausrüstung einschließlich der Ausblaspreventer usw. an der Oberfläche angeordnet sein. Aus der Anordnung der F i g* 3 ist zu erkennen, daß soviel wie sechzehn Bohrungen herkömmlich mit diesem einen Aufbau gebohrt werden können. Nachdem

die Bo lrujigen niedergebracht sind, kann der Aufbau, wenn gewünscht, an der Stelle bleiben und als Förderjnd Sammeleinrichtung verwendet werden.

Fig.2 J.eigt, wie der obere Teil der Elemente 28a durch das untere Endstück 42 des Abschnittes 20 des Schwimmers ragt Diese Rohre sind starr, z. B. durch Schweißen, an den Schwimmern oder Teilen des Aufbaus angebracht, so daß der Aufbau durch die Elemente 28a starr mit dem Meeresboden verbunden ist ίο

Die vorherrschenden vertikalen Kräfte wirken auf eine genau entworfene, vertikal verankerte Plattform und weisen Trägheit und Beschleunigungseigenschaften auf. Im Hinblick auf diesen Vorschlag erleichtert es das Verständnis, wenn diese vertikalen Kräfte in zwei is Gruppen geteilt werden, insbesondere veränderlicher Auftrieb und vertikale Wasserbeschleunigungskräfte. Diese zwei Gruppen von Kräften wirken in entgegengesetzter Richtung und es ist das Grundkonzept dieses

Vorschlags, die Kräfte auszugleichen, um eine Änderung der Verankerungskräfte so klein wie möglich zu machen. Um dieses gewünschte Gleichgewicht zu erreichen, kann es für manche Entwürfe wünschenswert sein, die auf die Plattform wirkende Beschleunigungskraft zu steigern oder einzustellen. Die Beschleunigungskraft kann durch Hinzufügen von Klappen 50 gesteigert werden. Dabei ist zu bemerken, daß Beschleunigungskräfte mit Volumina verdrängten und daher beschleunigten Wassers in Verbindung stehen. Die Wirkung der Klappen beruht darauf, eine umgehende hydrodynamische Masse oder ein Volumen von Wasser zu fangen. Auf diese Weise werden die Beschleunigungskräfte durch Öffnen der Klappen gesteigert, um mehr hydrodynamische Masse einzufangen. Andererseits beeinflussen die Klappen nicht die Beschleunigungskräfte, wenn sie in eine vertikale Lage geklappt sind.

Hierzu 22 Blatt Zeichnun°eii

909 627/111

Claims (9)

O1 7ßö Patentansprüche:

1. Schwimmende Arbeitsplattform mit einem Arbeitsdeck und mehreren Schwimmern, die je aus einer senkrechten, teilweise getauchten Säule und einem voll getauchten Auftriebskörper bestehen und über Verankerungsmittel mit dem Grunde des Gewässers verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede teilweise getauchte Säule (18) zwischen 40 und 80% und jeder voll getauchte Auftriebskörper (20) zwischen 20 und 60% der Gesamtverdrängung des Schwimmers (16) aufweist

2. Schwimmende Arbeitsplattform nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß der voll getauchte Auftriebskörper (20) so tief angeordnet ist, daß er immer unterhalb des Tales einer erwarteten maximalen Welle liegt

3. Schwimmende Arbeitsplattform nach Anspruch

I oder 2, «iidurch gekennzeichnet, daß an den voll

§0 to tischten A %M(trio\\c\rnrnc*tTt /ΟΛι um piiia \\f\if?f\r\~ tale Achse schwenkbare Klappen (50) vorgesehen sind.

4. Schwimmende Arbeitsplattform nach Anspruch

I_I dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis hmaJH zwischen 0,65 und 1,00 beträgt, wobei Am«=die erwartete maximale Wellenhöhe, i/=der Tiefgang des Schwimmers bei ruhigem Wasser sind.

5. Schwimmende Arbeitsplattform nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (18) und der Auftriebskörper (20) zylindrisch ausgebildet sind und das Verhältnis rihrer Radien zwischen

legt, wobei
r₃ =

[r₃-(l,6&t/tn²) (H¹ZBJ] Um)(HZBJl

C₃ = 0,426. - ⁹f

616000

= - °·⁰⁸⁸

= 1 + \ CJiLfH)Y*

Q = 0,4305 -

= - 0,088 ₊ ^

260800

sowie:

H - Entwurfstiefgang [m]

B = Wasserverdrängung der Arbeitsplattform Et]

L — Höhe des Aüftriebskörpers [m] sind.

6. Schwimmende Arbeitsplattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (18) und der Auftriebskörper (2Q) zylindrisch ausgebildet sind und das Verhältnis rihrer Radien zwischen

und [r, -(1,68 t/m²) (H¹IBJ]
[n+{5\?.\ Um) (HZB)] H)Y' liegt, wobei ,08 1563 ^ri = 1 + IC₁I(L/ π ο C\ — 0,4261 ⁹ H 1785 »i - - 0,088 + ·

461500

r₂ = 1 +

9,08
H

1773
B

1785
B

361000

n₂ = - 0,088

sowie:

H = Entwurfstiefgang [m]

B = Wasserverdrängung der Arbeitsplattform [t]

L = Höhe des Auftriebskörper [m] sind.

7. Schwimmende Arbeitsplattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (18) und der Auftriebskörper (20) zylindrisch ausgebildet sind und das Verhältnis rihrer Radien zwischen

[r_bl+(5\,2\ Um)(HZBJ]

liegt, wobei

r_t, = 1 + [CI(LIH)Y

C = 0,4265 - ψ ₊

ti

= - 0,088 + ~_T

1669
ß

1785

407500

H = Entwurfstiefgang [m]

B = Wasserverdrängung der Arbeitsplattform [t]

L = Höhe des Auftriebskörpers [m] sind.

8. Schwimmende Arbeitsplattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede Säule (18) in der vertikalen Verlängerung des jeweiligen Auftriebskörpers (20) befindet.

9. Schwimmende Arbeitsplattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängung des getauchten Auftriebskörpers (20) die Verdrängung der unterhalb des Wasserspiegels der erwarte-

ten maximalen Welle liegenden Kreuzstreben (34) zugerechnet ist.

Die Erfindung betrifft eine schwimmende Arbeitsplattform mit einem Arbeitsdeck und mehreren Schwimmern, die je aus einer senkrechten, teilweise getauchten Säule und einem voll getauchten Auftriebskörper bestehen und über Verankerungsmitiel mit dem Grunde des Gewässers verbunden sind

Eine derartige Arbeitsplattform ist in der US-PS 23 99 656 beschrieben, bei der die einzelnen Schwimmer über Fiaschenzugseile als Verankerungsmitiel mit dem Gewässergrund verbunden sind Der Auftrieb der Schwimmer ist größer als zum Tragen der Plattform selbst srfordsrüch so Ö3S ciis Plsschsnzu⁰¹SSiIs unter Spannung stehen, wodurch eine im wesentlichen senkrechte Ausrichtung von Plattform und Verankerungsstellen am Gewässergrund gesichert werden soll. Die Verankerungsstellen sind jedoch erheblichen Kräften insbesondere bei Wellengang und den damit verbundenen dynamischen Vertikalbewegungen der Schwimmer ausgesetzt während andererseits diese Kräfte aus Kostengründen so klein wie möglich gehalten werden sollten. Ein grundsätzlich ähnliche jo Plattform wird in der US-PS 31 54 039 beschrieben, bei der jedoch die voll getauchten Auftriebskörper nahezu den gesamten Auftrieb liefern und über pfahlartige Stützen mit der Plattform verbunden sind. Die Plattform wird so stets oberhalb des Niveaus des höchsten zu erwartenden Wellenberges liegen. Auch hierbei sind die Verankerungsstellen bei Wellengang wegen der vorliegenden Vertikalbewegungen der Auftriebskörper erheblichen Kräften ausgesetzt Schwimmer, u. a. auch für Arbeitspia '.formen, bestehend aus teilweise getauchten Säulen und voll getauchten Auftriebskörpern sind auch Gegenstand der GB-PS 1151997 und pollen durch Wellengang hervorgerufene Vertikalbewegungen der Plattform mildern. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Aufteilung der Schwimmer in voll getauchte Auftriebskörper und teilweise getauchte Säulen allein die Vertikalbewegungen und die damit verbundenen Verankerungskräfte nich» zufriedenstellend lösen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine schwimmende Arbeitsylattform mit dem eingangs w erwähnten Aufbau zu schaffen, bei der die von der Konstruktion auf längliche Verankerungselemente durch Wellengang ausgeübten Verankerungskräfte erheblich reduziert sind

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede teilweise getauchte Säule zwischen 40 und 80% und jeder voll getauchte Auftriebskörper zwischen 20 und 60% der Gesamtverdrängung des Schwimmers aufweist

Durch die erfindungsgernäße Aufteilung der Wasser- bo Verdrängung der Schwimmer auf die teilweise getauch' ten Säulen und voll getauchten Auftriebskörper konnte eine bislang nicht erreichte Verringerung in den Vertikalkräften erzielt werden, die bei Durchlauf einer Welle auftreten and Folge von Vertikalbewegungen der Arbeitsplattform sind. Die Schwimmer der Arbeitsplattform sind über eine Vb'iahl von parallelen, in Abstand Voneinander angeordneten länglichen Verankerungselementen mit dem Gewässergrund verbunden, so daß die Arbeitsplattform eine begrenzte laterale Bewegungsmöglichkeit hat Das Volumen der Schwimmer kann als aus zwei Abschnitten bestehend definiert werden. Der erste Abschnitt wird durch die gerade vertikale Säule gebildet, die sich längs der gesamten vertikalen Länge von jedem Schwimmer erstreckt Das Volumen dieses Säulenabschnittes umfaßt zwischen 40 und 80% der Gesamtwasserverdrängung des Schwimmers unterhalb der Ruhewasserlinie Ein zweites Volumen unterhalb des Tales der größten zu erwartenden Welle führt zum R.est der' Wasserverdrängung. Diese kritische Anordnung des zweiten oder Hilfsvolumens und die kritische Größe vermindern die durch den Aufbau aufgrund der kreisenden Bewegung einer vorbeiziehenden Welle auf die vertikalen Verankerungselemente ausgeübten Verankerungskräfte.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der voll getauchte Auftriebskörper so tief angeordnr' ist daß er immer unterhalb des Tales einer erwartenden maximaler. Welle liegt

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können an den voll getauchten Auftriebskörpern um eine horizontale Achse schwenkbare Klappen vorgesehen werden.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt das Verhältnis h_maJH zwischen 0,65 und 1,00, wobei h_m3x—die erwartete maximale Wellenhöhe, //=der Tiefgang des Schwimmers bei ruhigem Wasser sind

Die Säule und der Auftriebskörper können vorteilhafterweise zylindrisch ausgebildet, sein, wobei das Verhältnis rihrer Radien zwischen