DE2143943C3 - Ausgleichsvorrichtung zum Steuern und Aufrechterhalten einer vorbestimmten Spannung in einem Strang - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichsvorrichtung zum Steuern und Aufrechterhalten einer vorbestimmten Spannung in einem Strang, mit zumindest einem Kraftheber aus einem Zylinder und einem darin verschiebbar angeordneten Kolben, von denen der eine mit dem Strang und der andere mit einer Abstützung

verbunden sind, mit einem Akkumulator zum Aufrechterhalten des Druckes einer den Kolben im Zylinder einseitig beaufschlagenden Druckflüssigkeit wahrend Relativbewegungen zwischen Kolben und Zylinder in beiden Längsrichtungen, der durch einen

Schwimmkolben in zwei Bereiche unterteilt ist, von denen der eine durch einen Teil der Druckflüssigkeit und der andere durch ein Druckgas beaufschlagt sind, und mit einer Pumpe zur Einspeisung zusätzlicher Druckflüssigkeit in den Druckflüssigkeitsbereich des Akkumulators und den Zylinder des Krafthebers.

Beim normalen Bohren von Bohrlochern an Land oder bei Unterwasserbohrungen von einer vom Grund des Gewässers her in fester Stellung verankerten Bohrplattform, Bohrinsel od.dgl. aus entspricht das

auf den Drehbohrmeißel aufgebrachte Gewicht dem Gesamtgewicht des Bohrstranges abzüglich des vom Hebezeug, z. B. einer Winde, getragenen Gewichts des Bohrrohres. Üblicherweise ist das auf den Drehbohrmeißel aufgebrachte Gewicht dem Gewicht der an das untere Ende des Bohrstranges angeschlossenen SchwcrslangcnabschniHc gleich. Bei Unterwasserbohrungen von einem schwimmenden Bohrschiff od. dgl. aus ergeben sich auf Grund des Wogens des Schiffes infolge von Ebbe und Flut, Windverhältnissen und Wellengang Probleme, das Bohrgewicht auf den Drehbohrmeißel auf einem gewünschten Wert zu hallen. Gegenwärtig wird ein Ausgleich für Jas Heben und Senken des Schiffes allgemein durch eine gleitende Schiebekeilverbindung in dem Bohrstrang oberhalb der Schwerstangen herbeigeführt. Solche Schiebekeilverbindungen sind /war weitverbreitet, werfen jedoch viele Schwierigkeiten auf. die hauptsächlich aus der Notwendigkeit der Drehkraftübertragung resultieren. Wenn die Keilverbindung einem hohen Drehmoment ausgesetzt wird, so entsteht eine se hohe Reibung, daß ein freies Gleiten der Verbindung verhindert wird. Außerdem können derartige Schiebekeilverbindungen nur verhältnismäßig niedrige Torsionsmomente aufnehmen, woraus nicht seiter deren Versagen und damit verbundene hohe Rohrfangkosten resultieren. Zuweilen ist ein derartige! Versagen Grund für ein Aufgeben einer kostspieliger Bohrung.

Zur Überwindung der vorstehend erwähnter Schwierigkeiten ist bereits eine Ausgleichsvorrichtuii{ der eingangs angegebenen Art bekannt geworder (USA.-Patentschrift 3 208 728), bei der die Pumpe zur Einspeisung zusätzlicher Druckflüssigkeil in der

Druckflüssiglceitsbereich des Akkumulators und den Zylinder des Krafthebers, um dessen Kolben bei vertikalen Schiffsbewegungen in konstanter Höhe zu halten, kontinuierlich in Betrieb ist und ständig Druckflüssigkeit in den Akkumulator bzw. Zylinder des Krafthebers aus einem Vorratsbehälter pumpt, in den die überschüssige Druckflüssigkeit zurückgeleitet wird. Die Notwendigkeit, Flüssigkeit ständig bei hohem Druck durch das System zu pumpen, erfordert einen Motor hoher Leistung zum Antrieb der Pumpe. Die dadurch entstehenden hohen Betriebskosten sind ckier praktischen Verwendung eines derartigen Systems abträglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ausgleichsvorrichtung zu schaffen, bei der es nicht erforderlich ist, ständig Druckflüssigkeit durch die Vorrichtung zirkulieren zu lassen, um die auftretenden Vertikalbewegungen des Schwimmfahrzeugs auszugleichen.

Ausgehend von einer Ausgleichsvorrichtung der eingangs angegebenen Art wird dies nach der Erfindung durch ein in die Verbindung zwischen der Pumpe und dem Druckfiüssigkeitsbereich des Akkumulators und den Zylinder des Krafthebers eingeschaltetes, bei seinem Öffnen die Pumpe für die Druckflüssigkeitseinspeisung in Betrieb setztendes Ventil und eine das Ventil in Abhängigkeit von einer bei Absinken des Schwimmkolbens auf das Ende des Druckflüssigkeitsbereiches des Akkumulators auftretenden wesentlichen Gasdruckerhöhung öffnenden Vcntilsteuercinrichtung erreicht. Hierbei wird die Pampe nur dann in Betrieb gesetzt, wenn der Schwimmkotben des normalerweise hinsichtlich des Gas- und Flüssigkeitsdruckes ausgeglichenen Systems auf das Ende des Druckt!üssigkeitsbcrdchs des Akkumulators bei einer wesentlichen Gasdruckerhöhung absinkt, indem dann die Ventilsteuereinrichtung das Ventil zur Inbetriebnahme der Pumpe öffnet. Somit wird die Pumpe nur gelegentlich zur vorübergehenden Einspeisung zusätzlicher Druckflüssigkeit in den Druckflüssigkeitsbereich in Betrieb gesetzt, was zu einer wesentlichen Verringerung des Leistungsbedarfs der Pumpe führt und den Betrieb der Ausgleichsvorrichtung wirtschaftlich gestaltet.

Bei einer Ausgleichsvorrichtung zum Steuern und Aufrechterhalten einer vorbestimmten Spannung in einem Strang lediglich unter Verwendungeines Krafthebers in Form eines Hydraulikzylinders, dessen eines Ende mit einem Druckgas konstanten Druckes und dessen anderes Ende mit Druckflüssigkeit beaufschlagt ist (USA.-Patentschrift 3 259 371). ist zwar schon eine Ventilsteuereinrichtung zur Steuerung der Ausgleichsbewegung des Hydraulikzylinders bekannt, jedoch wirkt hierbei keine Druckflüssigkeit auf den Zylinder zur Aufrechterhaltung der Spannung im Strang, vielmehr wird diese Spannung durch den konstanten Druck des Druckgases bewirkt, wobei in Abhängigkeit von den vertikalen Schiffsbewegungen über ein entsprechend erzeugtes elektrisches Signal mittels der Steuereinrichtung dem Zylinder Druckflüssigkeit zugeführt oder von diesem abgeführt wird, um das zum Heben und Senken des Laufblocke:* verwendete Kabel einzuholen oder auszugeben.

Bei einer vergleichbaren bekannten Ausgleichsvorrichtung (USA.-Patentschrift 2 945 677) ist zwar eine Anpassung der Pumpengeschwindigkeil an den jeweils im Kraftheber anstehenden Druck vorgesehen, jedoch handelt es sich hierbei um einen Dauervorgang bei kontinuierlicher Förderung der Pumpe in einem Flüssigkeitskreislauf.

Bei Verwendung der Ausgleichsvorrichtung nach der Erfindung zum Aufrechterhalten der Spannung

in einem in einem Bohrloch angeordneten und durch ein Bohrgerüst abgestützten Strang sind zweckmäßigerweise der Kolben des Krafthebers dem Strang und der Zylinder des Krafthebers dem Laufblock des Bohrgerüsts zugeordnet. Hierbei trägt die Aus-

gleichsvorrichtung in den Bohrstrang trotz Auf- und Abbewegungen des Schwimmfahrzeugs eine im wesentlichen konstante Auftriebskraft ein und sichert dadurch die Beibehaltung eines gewünschten Bohrgewichts auf den am unteren Ende des Bohrstranges befestigten Drehbohrmeißel. Zweckmäßigerweise ist hierbei eine Einrichtungzum Ändern des Druckes der Druckflüssigkeit vorgesehen, wodurch die Auftriebskraft oder Spannung im Strang zur Bestimmung des auf den Drehbohrmeißel wirkenden Bohrgewichts variieri werden kann.

Die Ausgleichsvorrichtung nach der Erfindung findet auch mit Vorteil zum Aufrechterhalten der Seilspannung bei einem Kran od. dgl. mit einem Hebezeug und über ein Roüensystem geführtem Seil zum Tragen einer Last Anwendung, indem der Zylinder des Krafthebers dem Krangestell und der Kolben des Krafthebers einer Seilrolle zugeordnet sind. Hierbei wird trotz einer unvermittelten, völligen oder teilweisen Entlastung am Hebezeug, z. B. als Folge eines Absenkens einer Last auf einen schwimmenden und auf- und abwogenden Bohrkahn od. dgl., verhindert, daß die Last schlagartig auf das Deck des Kahns aufgesetzt wird. Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der mehrere Ausfuhrungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung näher veranschaulicht sind. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer auf einem Schwimmfahrzeug od. dgl. zum Bohren einer Unterwasserbohrung angebrachten Bohranlage,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Stirnansicht einer Ausgleichsvorrichtung bei der Anlage nach Fig. 1. Fig. 3 ein Diagramm des Ausgleichssystems,
Fig. 4 eine Seitenansicht einer abgewandelten Ausführung nach der Erfindung.

Die Fi g. 1 bis 3 zeigen die Vorrichtung in Anwendung bei einer Anlage zum Bohren eines vertikalen Bohrloches W auf dem Grund F eines Gewässers, über dem ein Schwimmfahrzeug V. z. B. ein Bohrkahn, schwimmt. Das Schwimmfahrzeug ist zwecks Zentrierung des Bohrstrangs .9 zum Bohrloch gegen seitliche Bewegungen verankert. Ein Drehbohrmeißel B ist an dem unteren Ende des 1. B. aus Bohrgestänge oder Bohrgehäusen bestehenden Bohrstrangs befestigt, wobei der obere Mitnehmerstangenteil K des Bohrstrangs den üblichen, von einem (nicht dargestellten) Antrieb in Umlauf versetzten Drehtisch T durchgreift. Das obere Ende der Mitnehmerstange ist an einem Spülbohrkopf R befestigt, der von einem Bohrhaken C herabhängt, welcher drehbar mit dem unteren Ende einer Ausgleichsvorrichtung D verbunden ist. Deren oberes Ende ist drehbar mit dem Laufblock bzw. Hampelmann E verbunden, dem die üblichen Seile H zugeordnet sind. Diese laufen über die Turmrolle J am oberen Ende des auf dem Sdiwimmfahrzeug angebrachten Bohrgerüsts L und sind zu einer auf dem Schwimmfahrzeug angebrachten Winde ,V geführt.

Eine Bohrschiammleitiing P ist mit dem Spülbohr-

kopf R verbunden, um dem Bohrstrang Bohrschlamm zuzuführen. Dieser tritt aus dem Drehbohrmeißel B aus und dient zum Entfernen des durch den Drehbohrmeißel bei entsprechender Gewichtsbelastung erzeugten Bohrkleins, während der Bohrstrang durch den Drehtisch Γ mit der gewünschten Geschwindigkeit in Umlauf versetzt wird. Üblicherweise wird das Bohrgewicht durch eine geeignete Länge von im unteren Teil des Bohrstrangs unmittelbar oberhalb des Drehbohrmeißels angeordneten Schwerstangen aufgebracht, wobei der Bohrstrang oberhalb der Schwerstangen durch die Winde N und die Seile H unter Spannung gehalten wird. Die Winde ermöglicht beim Bohren des Bohrloches W das Absenken des Bohrstrangs.

Die Ausgleichsvorrichtung D ermöglicht dem Schwimmfahrzeug V und der von diesem getragenen Anlage Vertikalbewegungen relativ zum Bohrloch If und zum Bohrstrang S, ohne das auf den Drehbohrmeißel B aufgebrachte Bohrgewicht merklich zu verändern D'e Ausgleichsvorrichtung umfaßt ein unteres, mit dem Bohrhaken verbundenes Stützteil oder Joch 10 und ein oberes, mit dem unteren Ende des Laufblocks £ verbundenes Stützteil oder Joch 11. Bei der dargestellten speziellen Ausführung der Ausgleichsvorrichtung ist das untere Joch 10 an den unteren Enden von zwei Kolbenstangen 12 befestigt, die sich nach oben in zwei am oberen Joch 11 hängende Zylinder 13 hineinerstrecken. Die oberen Enden der Kolbenstangen sind mit Kolben 14 verbunden, die zur Abdichtung gegen die Zylinderwände (nicht dargestellte) Dichtungsringe tragen. Die stangenseitigen EnJen der Zylinder tragen ihrerseits Dichtungen 12a zur Abdichtung gegen den Umfang der Kolbenstangen 12. Die Zylinder 13 sind an entgegengesetzten Seiten des Laufblocks E angeordnet und erstrecken sich über diesen hinaus, um die Gesamtlänge der Ausgleichsvorrichtung D zu verkürzen und dabei den Kolben 14 und Kolbenstangen 12 dennoch einen erheblichen Hubweg innerhalb der Zylinder zu geben. Die Kolben belassen auch in ihrer Stellung an den oberen Kopfenden der Zylinder noch immer die Möglichkeit, den Laufblock und die Ausgleichsvorrichtung in einem Ausmaß anzuheben, bei dem- Bohrrohrabschnitte üblicher Länge an den Bohrstrang angeschlossen oder von diesem abgenommen werden können.

Wie ersichtlich ist der Laufblock £ über das Joch 11 mit den Zylindern 13 verbunden und kann mit diesen eine Vertikalbewegung ausführen. Die Kolben 14 samt Kolbenstangen 12 sind über das Joch 10 mit dem Bohrhaken C und über den Spülbohrkopf R mit dem oberen Ende des Bohrstrangs S verbunden. Das Gewicht des Bohrstrangs wird durch den Bohrhaken C auf die Kolbenstangen 12 samt Kolben 14 und dann auf die die Zylmderräume unterhalb der Kolben 14 füllende Flüssigkeit IS übertragen, von wo es über die unteren Zylinderköpfe 13a, die Zylinder 13 selbst, den Laufblock E und die Seile H auf die Turmrolle J übertragen wird. Wie oben ausgeführt wird das Aufziehen und Abiassen des Laufblocks und damit der Ausgleichsvorrichtung D mit der von dieser herabhängenden gesamten Last 5 durch den Betrieb der Winde bzw. des Hebezeuges N bestimmt.

Die in den Zylindern befindliche Flüssigkeit 15 wird unter einem im wesentlichen konstanten, vorbestimmten Druck gehalten. Die Druckflüssigkeit wirkt in Richtung nach oben auf die Kolben 14 und damit auf den Bohrhaken C, den Spülbohrkopf R und den daran angeschlossenen Bohrstrang S. Dai das Gewicht des gesamten Bohrstrangs bekiannt ist, wird der Einheitsdruck der Druckflüssigkeit derart gewählt, daß das gesamte Gewicht m\l Ausnahme des auf den Drehbohrmeißel B üblicherweise von den S hwerstangen aufgebrachten Bohrgewichts von der Lm kflüssigkeit getragen wird, die in Richtung nach oben auf die unteren Bereiche der Kolben wirkt. Dieser

ίο Druck wird von einem gasförmigen Medium 16, :t. B Stickstoff, abgeleitet, das in einer Reihe von auf dem Schwimmfahrzeug V angeordneten Akkumulatoren 17 vorgesehen ist. Die stangenseitigen Enden der Zylinder 13 sind mit Flüssigkeitsleitungen 18 verbunden, die sich zu einem Steuerventil 19 erstrecken, von dem Flüssigkeitsleitungen 20 zu den Flüssigkeitsbereichen 21 der zylindrischen Akkumulatorengehäuse 22 laufen. Die unteren Bereiche der Akkumulatoren sind mit der Flüssigkeit 15 und die oberen Bereiche 23

ao mit dem Druckgas 16 gefüllt, wobei Gas und Flüssigkeit in jedem Akkumulator durch einen Schwimmkolben 24 getrennt sind, der eine geeignete Gleitdichtung zur zylindrischen Innenwand des Akkumulatorgehäuses 22 hin bildet. Dementsprechend wird der

as Druck des Gases 16 über den Schwimmkolben 24 auf die Flüssigkeit 15 übertragen, wobei derselbe Flüssigkeitsdruck in den Ausgleicherzylindern 13 herrscht. Die Kolben 14 können sich in den Zylindern 13 bewegen, und die Schwimmkolben 24 verlagern sich entsprechend der Verdrängung, während sie den Druck des Gases 16de: Druckflüssigkeit 15 in den Akkumulatoren aufprägen, der sich von dort durch die Leitungen 20,18 in der Flüssigkeit 15 bis in die Ausgleichen zylinder 13 fortpflanzt.

Die Möglichkeit für die Flüssigkeit, aus den Zylindern der Ausgleichsvorrichtung in die Akkumulatoren und umgekehrt überzutreten, wird durch das Veniil 19 gesteuert. Dieses Ventil kann ein druckluftbetätigtes Ventil sein, bei dem eine Feder 25 das Ventil normalerweise in Offenstellung vorspannt. Das Schließen des Ventils kann dadurch erfolgen, daß eine Bedie nungsperson ein Handsteuerventil 26 betätigt, um eine Zufuhr von Druckluft aus einer (nicht darguslcllten) Druckluftquelle über einen VentileinlaB 27 in das Ventilgehäuse zu ermöglichen, in dem sie auf eine (nicht dargestellte) Membran oder einen Kolben einwirkt und das Ventil 19 gegen die Kraft der Feder 25 in Schließstellung überführ:. Wenn sich das Ventil 19 wieder öffnen soll, wird das Handstcuerveritil 26 umgeschaltet und die Luftzufuhr über den Einlaß 27 unterbrochen· und die (nicht dargestellte) Membranoder Kolbenkammer über die Auslaßleitung 28 in die Umgebung entlüftet. Beim Betrieb der Ausgleichsvorrichtung D befindet sich das Ventil 19 normalerweise in seiner Offenstellung, um den freien Übertritt von Flüssigkeit zwischen den Zylindern 13 und den Akkumulatorgehäusen 22 zu ermöglichen.

Ein Vorrat an Gas unter Hochdruck ist in einer Reihe von Vorratsbehältern 29 enthalten, die mit ei ncr Sammelleitung 30 in Verbindung stehen, wobei ein Absperrventil 31 zwischen jedem Vorratsbehälter und der Sammelleitung vorgesehen ist. Die Sammelleitung weist ein Ventil 32 auf, das normalerweise durch eine Feder 33 in Schließstellung vorgespannt, S₅ jedoch jederzeit durch Hand in Offenstellung umgestellt ist, wenn das Hochdruckgas durch ein einstellbares Druckregclventil 34 strömen soll, um mit dem gewählten Druck aus diesem in die zu den Akkumula-

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torgehäusen 22 führenden Leitungen 35, 36 iiberzu- Flüssigkcitshereichcn 21 der Akkumulatoren und den strömen. Jede zu ihrem zugeordneten Akkumulator- Zylindern 13 in Verbindung stehenden Flüssigkeitsgehäuse führende Leitung 36 wird durch ein Ventil leitung 20 verbunden ist.

37 gesteuert, das normalerweise durch eine Feder 38 Normalerweise spannen Federn 58a einen Über-

in Schließstellung vorgespannt, jedoch durch Hand in 5 brückungskontakt 59 in eine von den Kontakten 52, Offenstellung umstellbar ist, um ein Einströmen von 53 abgehobene Stellung vor, und der Schalter bleibt Gas mit dem eingestellten Druck in den Akkumula- so lange offen, wie der Druck in den Bourdon-Röhren torgasberi-ich 23 zu ermöglichen. Ein in jeder zu ei- 56, 57 im wesentlichen gleich ist. Je nachdem, ob der ncm Akkumulator führenden Leitung vorgesehenes Druck in der Bourdon-Röhre 56 für den Gasteil des Meßgerät 37« zeigt den darin herrschenden Druck 10 Systems gegenüber dem Druck der Bourdon-Röhre an, wobei der Gasdruck in den jeweiligen Akkumula- 57 fur den hydraulischen Teil bedeutend ansteigt oder torbereichen 23 überall gleich ist. der letztgenannte Druck gegenüber dem Gasdruck

Wenn auch zum Zwecke d<:r Darstellung nur wc- bedeutend abfallt, dehnt sich die Röhre 56, oder die nige Akkumulatoren 17 und Vorratsbehälter 29 ge- Rohre 57 zieht sich zusammen, wodurch der Schalterzeigt sind, so können diese doch in der Praxis in ir- 15 arm 55 den Schalter und den Stromkreis zu dem Elekgendeiner beliebigen Zahl vergesehen und samtlich tromagneten 49 schließt. Dadurch öffnet der Elektrowie dargestellt an das System angeschlossen sein. magnet das Ventil 43, woraufhin der Druckluftmotor

Die Druckflüssigkeit 15 wird von einem Sammel- 45 unverzüglich die Pumpe 40 zum Einspeisen von behälter 38a abgeleitet, wobei eine Saugleitung 39 Druckflüssigkeit in den hydraulischen Teil des Syvon dem Sammelbehälter zu einer Pumpe 40 lauft, *o stems antreibt. Das Pumpen wird fortgesetzt, bis ein die über ihre Auslaßleitung 41 die Druckflüssigkeit hydraulischer Druck aufgebaut ist, der im wesentiiüber ein Rückschlagventil 42 und ein normalerweise chen dem Gasdruck gleich ist. In diesem Fall ist der geschlossenes Magnetventil 43 in die Leitung 20 drük- Druck in beiden Bourdon-Röhren im wesentlichen ken kann, die mit den Flüssigkeitsbereichcn 21 der gleich, und der Schalterarm 55 wird veranlaßt, sich Akkumulatoren in Verbindung steht. Das Rück- 25 in eine den Schalter und den Stromkreis des Elektroschlagventil 42 ermöglicht das Strömen von Druck- magneten öffnende Stellung zu bewegen, in der es der flüssigkeit von der Pumpe in Richtung zu den Akku- Feder 44 möglich ist, das Ventil 43 in Schließstellung mulatorengehäusen 22 und den Zylindern 13 der zu drücken und die Zufuhr von Druckflüssigkeit in Ausgleichsvorrichtung, verhindert jedoch ein Rück- den hydraulischen Teil des Systems zu unterbrechen, strömen zu der Pumpe. 3° Steigt der Druck der Flüssigkeit 15 im System auf

Das Magnetventil 43 wird normalerweise durch einen vorbestimmten Wert oberhalb des Druckes des eine Feder '44 geschlossen gehalten und nur dann ge- Gases 16 in den Akkumulatoren 17 an, so wird der öffnet, wenn der Gasdruck in den Akkumulatoren 17 übersteigende Flüssigkeitsdruck reduziert. Ein irauf einen vorbestimmten Wert ansteigt, der über dem gendwie geartetes Ausgleichsventil 80 kann ein Venhydraulischen Flüssigkeitsdruck in den Zylindern 13 35 tilgehäuse 81 aufweisen, das mit einem mit der Flüs- und den Akkumulatoren 17 liegt. Wenn dies ge- sigkeitsleitung 58 verbundenen Flüssigkeitseinlaß 82 schieht, führt die Pumpe 40 dem hydraulischen Teil und einem Flüssigkeitsauslaß 83 versehen ist, der an des Systems zusätzliche Druckflüssigkeit vom Sam- eine zu dem Sammelbehälter 38a führende Leitung melbehälter 38a zu. Die Pumpe wird durch einen 84 angeschlossen ist. Zum Steuern des Flüssigkeits-Druckluftmotor 45 angetrieben, dem ständig Druck- 40 durchtritts zwischen Einlaß 82 und Auslaß 83 ist im luft zugeführt wird, obgleich «lie Luftzufuhr gegebe- Ventilgehäuse ein Kolben 85 verschiebbar angeordnenfalls mittels eines Ventils 46 in der Luftzufuhrlei- net, der durch eine Feder 86 und außerdem durch tung 47 unterbrochen werden kann. Auf Grund der den Druck des auf ihn einwirkenden Gases 16, das Pumpenbauart kann bei geschlossenem Magnetventil durch die Leitung 36a an ein Ende des Ventilgehäuses 43 der Luftdruck den Motor 45 nicht zur Einspeisung 45 angeschlossen ist, in Schließstellung gedrückt wird, von Druckflüssigkeit antreiben. Beim öffnen des Ma- Die Leitung 58 hat eine Abzweigung 87, die zu dem gnetventils 43 beginnt der Motor jedoch unverzüglich, anderen Ende des Ventilgehäuses 81 führt, so daß die die Pumpe 40 zum Einspeisen zusätzlicher Druckflüs- Druckflüssigkeit das andere Ende des Kolbens 85 besigkeit in das System zu betätigen. aufschlagt und ihn entgegen der vereinten Kraft von

Wie aus der Zeichnung ersichtlich steuert ein Dif- s» Feder 86 und Gasdruck in Offenstellung drückt, die ferentiatdruckschaJter 48 den Stromkreis zu dem einen Flüssigkeitsübertritt zwischen Einlaß 82 und Elektromagneten 49des Ventils 43. Von einer Strom- Auslaß 83 gestattet.

quelle läuft Strom über einen zu der Magnetspule 49 Wenn der Druck der Druckflüssigkeit 15 auf einen

geführten Leiter 50 und einen anderen, zu einem Wert ansteigt, der den vereinten Druck des Gases 16 Kontakt 52 des Schalters führenden Leiter 51. Der 55 und des Druckäquivalentes der Kraft der Feder 86 andere Kontakt 53 des Schallers ist an eine mit der übersteigt, verlagert sich der Kolben 85 in eine Stel-Magnetspisle verbundene Leitung 54 angeschlossen. lung, die das Ausgleichsventil 80 öffnet (nach oben; Wenn der Stromkreis zu dem Elektromagneten ge- Fig. 3). und es der Druckflüssigkeit gestattet, aus schlossen werden soll, kann ein Schalterarm 55 die der Leitung 58 durch die Leitung 84 in den Sam-Kontakte 52,53 überbrücken. Der Schalterarm ist da- 60 melbehälter 38a zu fließen. Dadurch vermindert sich bei an die freien Enden zweier Bourdon-Röhren 56, der Flüssigkeitsdruck im System. Eine derartig über-57 angeschlossen, welche die druckbetätigten EIe- mäßige Flüssigkeitsdruckdifferenz könnte im Betrieb mente des Differentialdruckschalters bilden. Eine dadurch entstehen, daß die Druckflüssigkeit 15 die dieser Bourdon-Röhren 56 ist durch eine Leitung 36a Akkumulatorkolben 24 nach oben an das obere Ende an die mit den Gasbereichen .23 der Akkumulatoren 65 der Akkumulatorengehäuse 22 schiebt und der Flüs-17 verbundenen Gasleitungen 36 angeschlossen, wo- sigkei'sdruck dann den Druck des Gases 16 wesentlich gegen die andere Bourdon-Rcihre 57 an eine Flüssig- übersteigt. Ferner könnten die Kolben 24 bei einem kcitsleitung 58 angeschlossen ist, die mit der mit den einleitend erfolgenden Auffüllen des Systems mit

ίο

Druckflüssigkeit 15 nach oben in den Gehäusen 22 his an ihr Hubende verschoben werden. Auch dann würde der Flüssigkeilsdruck weiter ansteigen und ein Öffnen des Ausgleichsventils 80 zum Ablassen überschüssiger Druckflüssigkeil xurri Sammelbehälter 38« bewirken.

Sollte der Flüssigkeitsdruck über einen maximalen, festgesetzten Sicherheitswert, der wesentlich über dem normalen Betriebsdruck der Flüssigkeit liegt, hinaus ansteigen, so *ird der C'berdt uck über die Lei tung 58 und ein auf einen gewünschten Wert eingestelltes Sicherheitsventil 60 in den Sammelbehalter 38a durch Entnahme von Flüssigkeit aus dem hydraulischen Teil des Systems abgelassen.

In den Kammern 61 der Z\ linder 13 oberhalb der Kolben 14 ist ein unter gewünschtem Druck stehendes Schutzgas, z. B. Stickstoff, vorgesehen. Dieses Gas kann in einem Behälter 62 gespeichert werden und von diesem durch ein handbcläligtes Ventil 63 und einen Druckregler 64 in eine Leitung 65 strömen, die mit dem Flüssigkeitsfehlraum 66 im Sammelbehälter 38a und einer Leitung 67 in Verbindung steht, die zu den kopfendigen Kammern 61 der Zylinder 13 führt. Der Druck dieses Gases ist an einem mit der Leitung 67 verbundenen Druckanzeiger 68 ablesbar. Das unter Druck stehende Gas wirkt als Schutz für die Ausgleichsvorrichtung D, indem es im Falle der Aufwärtsbewegung der Kolben 14 über ihre maximale Hublänge in den Zylindern ein Gaskissen bildet. Bei Bewegen der Kolben 14 relativ zu den Zylindern 13 ändert sich ferner das Gasvolumen und damit der Gasdruck in den Zylinderkammern 61. Durch Beobachten des Gasdruckes an dem Druckanzeiger 68 erhält eine Bedienungsperson somit Hinweise über die Stellung der Kolben 14 in den Zylindern 13.

Zum Mindern des Druckes in der Sammelleitung bei geschlossenen Absperrventilen 31 kann ein Ventil 70 an die Leitung 30 angeschlossen sein. Der Druck in der Sammelleitung ist an einem Druckanzeiger 71 ablesbar. Das Ventil 63 in der von dem Behälter 62 ausgehenden Leitung kann jederzeit geschlossen werden, wenn der Behälter zum Ergänzen des darin befindlichen Gasvorrats ausgewechselt werden soll.

Im Betrieb der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Vorrichtungen sind die Akkumulatoren 117 mit unter gewünschtem Druck stehendem Gas lit geladen, wobei soviel Druckflüssigkeit 15 im System vorhanden ist, daß der gleiche Druck in der Flüssigkeit in den Zylindern 13 herrscht. Diese übt eine nach oben gerichtete Kraft auf die Kolben 14 und damit den Bohrstrang 5 aus. wobei die Stützlast von den Zylindern 13 über den Laufblock £ und die Seile H zu der Turmrolle J übertragen wird. Das Bohren erfolgt durch Umlaufen des Drehtisches T, wobei Bohrschlamm durch den Bohrstrang nach unten gepumpt wird und in bekannter Weise durch eine (der einfacheren Darstellung wegen nicht eingezeichnete) sich von dem Schwimmfahrzeug V zur Bohrung W erstreckende Unterwasserrohrleitung zum Schwimmfahrzeug zurückkehrt. Verlagert sich das Schwimmfahrzeug in vertikaler Richtung, z. B. aufwärts, so bewegen sich die Zylinder 13 nach oben entlang den Kolben 14 und Kolbenstangen 12, wobei die Druckflüssigkeit auf im wesentlichen demselben Druck bleibt, da sie lediglich durch die Leitungen 18, 20 in die unteren Bereiche 21 der Akkumulatoren 17 gedrückt wird. Dadurch werden die Schwimmkolben 24 nach oben gedruckt und drükkcn das Gas 16 in geringem Umfamg weiter zusammen. Hieraus resultiert ein gewisser Anstieg des Druckes in der Druckflüssigkeit 15, jedoch praktisch nur in einem so geringen Ausmaß, daß keine erhebliehe Wirkung auf das auf den Drehbohrmeißel B äufgebrachte Bohrgewicht eintritt. In ähnlicher Weise wurden sich die Zylinder 13 bei einer Abwärtsbewegung des Schwimmfahrzeuges V mit diesem nach unten bewegen, wobei das Zylindervolumen unterhalb der Kolben 14 ansteigt und das unter Druck stehende

ίο Ga* 16 Druckflüssigkeit 15 aus den Akkumulatoren in die Zylinder 13 /uruckdrückt. Dabei bleibt wiederum der Druck in der Druckflüssigkeit 15 im wesentlichen gleich. Somit kanu sich das Schwimmfahrzeug innerhalb des Arbeitshubes der Ausgleichsvot· richtung relativ zum Bohrstrang S heben und senken, ohne dalA das Bohrgewicht auf den Drehbohrmeißel wesentlich verändert wird. Die Anzahl der Akkumu latoren 17 und deren vereinte Querschnittsfläche betragt vorzugsweise ein Vielfaches der ringförmigen Flachen und Kolben 14, so daß eine große Veränderung des Flüssigkeilsvolumens in den Zylindern 13 eine weitaus geringere Volumenveränderung in jedem Akkumulator erzeugt und dadurch nur eine relativ geringe Bewegung eines jeden Kolbens 24 und geringe

Änderung des Druckes im Gas in dem oberen Bereich 23 des Akkumulators eintritt.

Wenn eine Bedienungsperson die Kolben 14 in einer Zwischenstellung innerhalb der Zylinder 13, 7. B. auf halbem Hubweg, zu halten wünscht, kann sie den Druck auf dem Druckanzeiger 68 beobachten, der die Lage der Kolben in den Zylindern anzeigt, und ent sprechend dem Bohrfortschritt das Seil H von der Winde in der bei Bohrungen an Land üblichen Weise abwickeln. Die Bedienungsperson kann jedoch auch die Winde in einer eingestellten Hubstellung halten, so daß sich die Kolben 14 entsprechend dem Bohrfortschritt entlang den Zylindern 13 senken, während der Druck der Flüssigkeit 15 aufrechterhalten wird, um den erforderlichen Teil des Gesamtbohrgewichts des Bohrstrangs S zu tragen und sicherzustellen, daß der Rest des Gewichts als Bohrgewicht auf den Drehbohrmeißel ß aufgebracht wird. Wenn sich die Kolben 14 genügend abwärts bewegt haben, kann die Bedienungsperson das Seil H von der Winde abwickeln.

wodurch die Zylinder 13 sich wieder entlang den Kolben 14 und Kolbenstangen 12 nach unten verschieben können. Während einer solchen Verschiebung nach unten führt das Druckgas 16 in den Akkumulatoren 17 Flüssigkeit 15 in die Zylinder 13 zurück und hält diese Flüssigkeit innerhalb des gewünschten Druckbereiches, um das Bohrgewicht auf den Drehbohrmeißel auf einem im wesentlichen konstanten Wen zu halten.

Somit hält das Druckgas 16 den erforderlichen Flüssigkeitsdruck in den Zylindern 13 aufrecht, unc die Zylinder 13 und Kolben 14 können sich in vertikaler Richtung zueinander bewegen und durch Wind Ebbe und Flut, Wellengang etc. verursachte vertikale Bewegungen des Schwimmfahrzeuges V ausgleichen Die Zylinder 13 und Kolbenstangen 12 können ζ. Β eine solche Länge haben, daß sie eine vertikale Bewe gung des Schwimmfahrzeuges von etwa 3,5 m erlau ben, innerhalb der der Bohrstrang S durch die Druck flüssigkeit 15 zuverlässig auf der gewünschtei Spannung gehalten wird.

Das Bohrgewicht auf den Drehbohrmeißel kann je derzeit dadurch verändert werden, daß lediglich de Druck des Gases 16 in den Akkumulatoren 17 verän

derl wird. Hieraus ergibt sich die gleiche Druckbcaufschlagung der Flüssigkeil 15, da der Gasdruck durch die Schwimmkolben 24 auf die Flüssigkeit übertragen wird.

Im Betrieb der Vorrichtung ist der Druck von Gas und Flüssigkeit normalerweise gleich. Sollte das System jedoch aus dem Gleichgewicht geraten, weil beispielsweise der Gasdruck die Schwimmkolben 24 nach unten gegen die unteren Enden der Akkumulatorcngehäuse 22 treibt, so könnte der Flüssigkeitsdruck unter den Gasdruck abfallen. Dies hätte ein Zusammenziehen der Uourdon-Rohre 57 zur Folge, wodurch ein Schließen des Schalters 48 und der Stromkreise zu dem Elektromagneten 49 sowie ein Offnen des Magnetventils 43 einträte. Der Druckluftmotor 45 würde in Tätigkeit gesetzt weiden und die Pumpe 40 so lange zusätzliche Druckflüssigkeit in das System hineinpumpen, bis die Druckflüssigkeit wieder einen dem Druck des Gases gleichen Druck erreicht hat und die Kolben 24 nach oben in eine Zwischenslellung innerhalb dfi Akkumulatorengehause gelangt sind.

Wenn die Akkumulator- oder Schwimmkolben 24 jedoch durch die Kolben 14 der Zylinder 13 in Anlage am oberen Ende der Akkumulatorengehause 22 gedruckt werden, könnte der Flüssigkeitsdruck den Einstcllwert am Sicherheitsventil 60 übersteigen, das sich dann öffnet, um ein Abfließen von überschüssiger Druckflüssigkeit in den Sammelbehälter 38a zu ermöglichen. Das Druckgas 16 fuhrt dann die Schwimmkolben 24 in ihre Zwischcnstellungen zurück.

Sowohl der Gas- als auch der Flüssigkeitsdruck können gleichzeitig steigen. Ein solcher Druckanstieg hat die Folge, daß sich die Bourdon-Röhren 56, 57 dehnen. Em Ausdehnen beider Röhren kann, obwohl der Schalteram 55 in einem bestimmten Maß zu den Kontakten 52, 53 hin bewegt wird, dazu führen, daß der Schaltera· m doch nicht genügend bewegt wird, um den Stromkreis zum Elektromagneten 49 des Ventils 43 zu schließen.

Angenommen, der Gasdruck würde über den hydraulischen Druck hinaus ansteigen (anstatt daß der hydraulische Druck wie oben beschrieben abfällt)', so würde sich die Bourdon-Röhre 56 dehnen und den Schalter 48schließen, wodurch der Stromkreis zu dem Elektromagneten 49 geschlossen und das Ventil 43 geöffnet würde und die Pumpe 40 zusätzliche Druckflüssigkeit 15 in das System einpumpen könnte, bis der Ausgleich zwischen Gas- und Flüssigkeitsdruck wiedeT hergestellt ist, der Schalter sich öffnet und die Feder 44 das Ventil 43 in Schließstellung zurückbewegt.

Wie ersichtlich kann die Vorrichtung beim Elohren eines Bohrloches die vertikalen Bewegungen de· Schwimmfahrzeuges V ausgleichen. Dieselbe Funktion würde bei Durchführung anderer Arbeilen indem Bohrloch. z.B. beim Einfahreri von Leitungen, bei Fangvorgängen etc. oder selbst bei Anbringen von Unterwasser-Bohrausrüstungen auf dem Meeresgrund F, ebenso eintreten. Die Ausgleichsvorrichtung wird stets die gewünschte Spannung in der Anlage

ίο aufrechterhalten. Die gewünschte Spannung kann dabei durch entsprechendes Einstellen des Druckregelventils 34 und damit des Druckes des Gases 16 verändeii werden.

Dasselbe System kann auch andere spezielle Ver-Wendungen finden, z.B. als eine Bewegungsausgleichsvorrichtung bei einem Kran.

Wie in Fig. 4 dargestellt, ist der Kranausleger 100 eines Krans an einem Traggestell 101 angelenkt, das auf einem Unterbau 102 schwenkbar angeordnet sein kann. Fin Lasthaken 103 hängt von einem Laufblock

104 herab Ein Seil bzw. eine Trosse 105 ist über Rollen 106 im Kronenblock am Ende des Ki anauslegers, über eine Rolle 107 am Traggestell des Krans und über eine weitere Rolle 108 geführt, die drehbar an einer Kolbenstange 109 gelagert ist. Diese ist mit einem Kolben 110 verbunden, der in vertikaler Richtung in einem am Traggestell 101 des Krans angebrachten Zylinder 111 hin- und herbeweglich ist. Das Seil ist von der Rolle 108 zu einem Hebezeug bzw. einer Winde 112 geführt. Eine weitere Winde 113 kann über ein geeignetes Seil- und Rollensystem 114 zum Heben und Senken des Kranauslegers 100 diesen um seine Achse schwenken.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausgleichsystem kann auch in Verbindung mit der Flüssigkeit 15 in dem Zy linder 111 verwendet werden, das einen entsprechenden Aufwärtszug und damit eine Spannung in dem zu dem Laufblock 104 laufenden Sei! 105 erzeugt. Der Druck der Flüssigkeit 15 in dem Zylinder 111 wird im wesentlichen konstant gehalten und entspricht im allgemeinen der von dem Haken 103 herabhängenden Last. Wenn die Last beispielsweise auf einen auf See schwimmenden Lastkahn od. dgl. heruntergelassen wird, kann ein Wogen des Lastkahns ein Aufschlagen der Last auf dem Deck verursachen. Ein solcher Aufschlagvorgang wird jedoch erheblich abgeschwächt, da ein Nachlassen der Spannung in dem Seil

105 ein schnelles Hochsteigen des Kolbens 110 und der Kolbenstange 109 in dem Zylinder 111 und die Wiederherstellung der Spannung im Seil 105 zur Folge hat. Dadurch sind die Möglichkeiten für Beschädigungen der Last auf ein Mindestmaß herabgesetzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

2 143 94M Patentansprüche:

1. Ausgleichsvorrichtung zum Steuern und Aufrechterhalten einer vorbestimmten Spannung in einem Strang, mit zumindest einem Kraftheber aus einem Zylinder und einem darin verschiebbar angeordneten Kolben, von denen der eine mit dem Strang und der andere mit einer Abstützung verbunden sind, mit einem Akkumulator zum Aufrechterhalten des Drucks einer den Kolben im Zylinder einseitig beaufschlagenden Druckflüssigkeit während Relativbewegungen zwischen Kolben und Zylinder in beiden Längsrichtungen, der durch einen Schwimmkolben in zwei Boreiche unterteilt ist, von denen der eine durch einen Teil der Druckflüssigkeit und der andere durch ein Druckgas beaufschlagt sind, und mit einer Pumpe zur Einspeisung zusätzlicher Druckflüssigkeit in den Druckflüssigkeitsbereich des Akkumulators und den Zylinder des Krafthebers, gekennzeichnet durch ein in die Verbindung /wi sehender Pumpe (40) und dem DruckOüssigkeitsbereich (21) des Akkumulators (17) und dem Zylinder (131 des Kraft hebers (D) eingeschaltetes, bei seinem öffnen die Pumpe für die Druckflüssigkeitseinspeisung in Betrieb setzendes Ventil (43) und eine das Ventil in Abhängigkeil von einer bei Absinken des Schwimmkolbens (24) auf das Ende des Druckflüssigkeitsbereiches (21) des Akkumulators (17) auftretenden wesentlichen Gasdruckerhöhung öffnende Ventilsteuereinrichiung (48, 56, 57).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine auf einen Druckanstieg in der Druckflüssigkeit (15) über einen vorbestimmten Wert hinaus ansprechende, den Druck der Druckflüssigkeit (15) herabsetzende Druckbegrenzungseinrichtung (81; 60).

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (13, 111) des Krafihebers (D) auf der der Druckbeaufschlagung durch die Druckflüssigkeit (15) abgcwandten Kolbenseite an eine zweite Druckgasquclle (62) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (68) zum Anzeigen der Stellung des Kolbens (14. 110) im Zylinder (13, 111) des Krafthebers (D).

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (29, 30, 31, 32, 34, 37) zum Ändern des Druckes des Druckgases (16) und der damit verbundenen Änderung des Druckes der Druckflüssigkeit (15).

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine auf einen höheren Druck der Druckflüssigkeit (15) im Vergleich zum Druck des Druckgases (16) ansprechende Einrichtung (80) /um Absenken des Druckes im Druckmittel.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, zum Aufrechterhalten der Spannung in einem in einem Bohrloch angeordneten und durch ein Bohrgerüst abgestützten Strang, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) des Krafthebers (D) dem Strang (5) und der Zylinder (13) des Krafthebers (D) dem Laufblock (E) des Bohrgerüstes (L) zugeordnet sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, zum Aufrechterhaltender Seilspannung bei einem Kran od. dgl. mit einem Hebezeug und über ein Rollensystem geführtem Seil zum Tragen einer Last, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (111) des Krafthebers dem Krangestell (101) und der Kolben (110) des Krafthebers einer Seilrolle (108) zugeordnet sind.