DE2221654A1

DE2221654A1 - Vorrichtung zur Lieferung eines Arbeitsfluids unter einem bestimmten Druck

Info

Publication number: DE2221654A1
Application number: DE19722221654
Authority: DE
Inventors: Andre Castela; Philippe Joubert
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1971-05-03
Filing date: 1972-05-03
Publication date: 1972-11-30
Also published as: SE393429B; CA956922A; DK135866B; JPS554913B1; DE2221700A1; NL149259B; IT954956B; NO131616B; NL7205930A; CA957360A; SU633496A3; US3788074A; DK135865B; US3788073A; DK135865C; JPS5429961B1; GB1394201A; FR2147771B1; ES402339A1; DE2221654B2

Description

Affaire

INSTI« PHANCAIS DU ,

DES CARBURAN¹JiS EU! LUBHIi¹IANi¹S

RUEIL-MALMAISOiV !Frankreich

"Vorrichtung zur Lieferung eines Arbeitsfluids unter einem bestimmten Druck"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sum Liefern einea Arbeitsfluids unter einem bestimmten Druck»

Insbesondere befaßt sich, die Erfindung mit Vorrichtungen, die ein Arbeitsfluid unter einem bestimmten Druck halten und wenigstens einen Oasspeicher, beispielsweise einen ö!pneumatischen Speicher, benutzen, der bei den vorgesehenen Vorrichtungen benutzbar ist, um die auf ein längliches Element ausgeübte Spannung im wesentlichen konstant zu halten.

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Ein nicht als begrenzend anzusehendes Arbeitsgebiet hierfür sind Operationen wie Bohroperationen, die im Meer von einer schwimmenden Installation aus durchgeführt werden, an der beispielsweiae ein längliches Element, beispieisweise eine Bohrkolonne hängt. Während dieser Vorgänge muß man die Bohrkolonne unter einer im wesentlichen konstanten Spannung halten, derart, daß, diese sich unter den vertikalen Stampfbewegungen der schwimmenden Installation substräniert.

Im allgemeinen ist das obere ISnde der Bohrkolonne fest mit einem, von einem hängenden beweglichen Flaschenzugblock getragenen Haken durch ein zur Betätigung der Bohrkolonne dienendes Kabel mit einem '.turmrollenblock verbunden, der sich am Kopf eines von der schwimmenden Installation getragenen Bohrturmes befindet.

Um selbsttätig die Bewegungen des Stampfens der schwimmenden Installation zu kompensieren wurde bereits die Verwendung einer hydraulischen Zylinderanordnung in Erwägung gezogen, die an einem ihrer Enden am Kopf des Bohrturmes befestigt war und den Turmrollenblock trug, wobei diese Zylinderanordnung in der Verschiebungsrichtung der schwimmenden Installation, d.h. in einer im wesentlichen vertikalen Richtung, angeordnet war· Die selbsttätige Kompensation der Bewegung der schwimmenden Installation erhält man, indem man die Zylinderanordnung durch ein Pluid unter Druck speist, welches von einem ölpneumatischen Sammler geliefert wird. Wenn unter dem Einfluß des Stampfens der Kolben sich im Körper der Zylinderanordnung verschiebt, variiert der Druck des Speichers und folgt im wesentlichen einem polytropen Gesetz*' P V* = const.

Man kann zeigen, daß in erster Näherung die Änderungen des Volumens AY_Q und des Druckes ^P₀ der im Speicher enthaltenen Gasmasse, die durch die vertikalen Bewegungen der schwimmenden Installation hervorgerufen werden, definiert werden durch die Beziehung: ^ ^Po = K^

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·■- 3 -

In diäeen Poritioln bezeichnet P_Q den Anfangsdruck des Gases im Speicher* und somit den Druck dos hyärauliachehvin der Zylinderanordnung enthaltenen Fluids, der es ermöglicht, eine bestimmte Zugkraft auf die Bohrkolonne auszuüben;

V bezeichnet das Volumen dee Gases beim Druck des Speichere ο

und )£ einen Koeffiaienten, der unter anderem von dem im Speicher enthaltenen GaB abhängig ist·

Läßt man beispieleweise eine maximale Änderung von 10$ der in der Bobrkolomie ausgeübten Zugspannung zu, was einer Änderung von 10% des Druckes in der Zylinderanordnung entspricht, so muß man einen speicher mit einem Volumen V verwenden, das definiert ist durch die Beziehung: V_Q ^, 10 K AV_ß e

In Praxis wird die Wahl dea Druckes P festgelegt durch die Koixetruktionaerfordern!sse für Speicher und Zylinderanordnung sowie durch die Amplitude des Stampfens der schwimmenden Installation Man muß aoinit Speicher von sehr großen Volumen V verwenden, die äußerst teuer sind und viel Platz bezüglich dsr schwimmenden Installation fort«nehmen.

Man hat somit vorgeschlagen, zur vertikalen Zylinderanordnung oder an Stelle der vertikalen Zylinderanordnung ein oder mehrere Zylinderanordnungen voreusehen, die jweils mit einem ünde gelenkig am Bohrturm sind, wobei das andere Ende den festen Turmrollenblock trägt. Die Verwendung dieser Zylinder-

nord/nmg, dje gegenüber der Bahn der Verschiebung des 'Xurmrolleri-. blockes geneigt sind, sorgt für eine bessere Steuerung der auf die Bohrkolonne ausgeübten Spannungsbeanspruchung und ermöglicht es ν in beachtlicher Weise das Gesamtvolumen V der verwendten Speicher zvt vermindern«. Die Nachteile solcher Vorrichtungeliegen in der Tatsache, daß einerseits ö.ie notwendigen-Volumina

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V₀ der verwendeten Speicher noch ziemlich groß sind und dass andererseits das erhöhte Gewicht der am Kopf des Bohrturmes festen Zylinderanördnungen die Stabilität der schwimmenden Installation verhindert und zu erhöhten dynamischen Beanspruchungen im Bohrturm führt«

Erflndungsgewäß sollen die Nachteile der bekannten Einrichtungen eliminiert oder zumindestens vermindert werden. Hierzu wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die ein Fluid unter einem bestimmten Arbeitedruck hält, wobei die Vorrichtung insbesondere bei Geräten brauchbar ist, die die auf ein längliches Element ausgeübte Spannung im wesentlichen konstant halten«

Mach der Erfindung nun zeichnet sich die Vorrichtung zum Liefern eines Arbeitsfluides unter einem bestimmten Druck aus in Kombination durch eine wenigstens ein Fluid unter Druck, insbesondere ein Gas, enthaltende Quelle, deren Druck mit dem vom Gas dieser Quelle eingenommenen Volumen variiert; und wenigstens eine Gruppe von Zylinderanordnungen, wobei ein Element wenigstens einer der Zylinderanordnungen durch bewegliche Gelenkverbindung mit wenigstens einem Element wenigstens einer anderen Zylinderanordnung der gleichen Gruppe verbunden 1st und wenigstens eine der Zylinderanordnungen der Gruppe drehbar an einem bezüglich der Installation festen Punkt mit demjenigen seiner Elemente gelagert ist, das der beweglichen Gelenkverbindung nicht ausgesetzt ist, wobei diese bewegliche Gelenkverbindung veranlaßt ist, sich längs einer vorbestimmten bezüglich der Installation festen Bahn zu verschieben und

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die Achse dieser drehbaren Zylinderanordnung bezüglich dieser Bahn während der Drehung geneigt verbleibt; und wobei wenigetaue eine der Zylinderanordnungen aus dieser Gruppe mit einem Fluid unter Druck durch, diese Quelle gespeist wird und wenigstens eine der Zylinderanordnung dieser Gruppe das Arbeitsfluß liefert·

Einer der Haupt-vorteile der Vorrichtung nach der Erfindung, besteht darin, daß die Benutzung eines Speichers von sehr geringem Volumen, von vermindertem Gewicht und Platzbedarf möglich wird, wobei dieser Speicher ein Hilfsfluid unter einem variablen Druck liefert»

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun anhand der beillegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen .

Pig, 1 schematisch eine Vorrichtung zeigt, die im wesentlichen den Zug konstant hält, der auf eine an einer schwimmenden Bohrinstalittion Im Meer hängenden Bohrkolonne ausgeübt wird, wobei diese Vorrichtung mit der Ausbildung nach der Erfindung ausgerüstet ist;

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ;

Pig. 3 zeigt schematisch eine Variante zur Vorrichtung ' nach Pig* 2;

Pig. 4 zeigt schematieoh eine andere Ausführungsform der Vorrichtung unter Benutzung der in Pig. beschriebenen Ausbildung und

Pig. 5 zeigt achematisch eine andere Bauart eines hydraulischen Speichere, wie er bei der Vorrichtung nach der Erfindung Verwendung findet.

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die Figuren 6 und 7 zeigen jeweils die Änderungen des

der Hauptzylinderanordnung gelieferten Arbeitsdruckes sowie der auf die Bohrkolonne ausgeübten Spannung als Funktion der Verschiebungen des Kolbens dieser Zylinderanordnung unter öem Einfluß der

Vertikalbewegungen der schwimmenden Installation. Fig. 1 zeigt schematiseh die Ausbildung einer Vorrichtung, die die auf ein längliches Element, beispielsweise eine an einer im Meer schwimmenden Installation aufgehängte Bohrkolonne, ausgeübte Spannung im wesentlichen konstant hält, wobei diese Vorrichtung mit der Ausbildung nach der Erfindung ausgestattet ist.

Mit 1 ist eine schwimmende Installation bezeichnet, über der sich ein Bohrturm oder Bohrgestell 2 erhebt. Eine nicht dargestellte Bohrkolonne ist von der schwimmenden Inetallation über ein Betätigungsorgan abgehängt, welche in diesem besonderen Fall gebildet wird durch einen fest mit einem beweglichen Flaaohenzugblock 4 verbundenen Haken 3, wobei der Flaschenzugblock über ein Kabel 5 an einem Turmrollenblock 6 hängt. Das Kabol 5» welches eur Betätigung der Bohrkolonne dient, läuft über eine Vorrichtung, die keinen Xeil der Erfindung bildet und sieh ate Gelenkarmen 7 und und Blockrollen 9 und 10 zusammensetzt, wodurch ein Verschleiß des Kabels vermieden wird, der durch Reibungen am Turmrollenblock sonst hervorgerufen würde.

Der lurrarollenblook ist an das Ende der Stange einer Hauptzylinderanordnung oder eines fest mit dem Bohrturms verbundenen Zylinderträgers 1t angehängt, und bildet das Mittel zur Aufhängung der Bohrkolonne* Diese Zylinderanordnung ist im wesentlichen in der Richtung der Stampfbewegung der schwimmenden Installation angeordnet, d.h. in einer im wesentlichen vertikalen Richtung. Die Zylinderanordnung 11 ist über eine leitung 12 mit der Vorrichtung oder Ausbildung nae& der Erfindung verbunden, die inagesamt mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet 1st· Die Einrichtung 15 hält das die Zylinderanordnung 11 speisende Arbeitsfluid unter einem bestimmten Druck.

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Dieser Speicher ist beispielsweise, wie in Pig· 1 schematisch dargestellt, ein ö'lpncumatischer Speicher geringer Kapazität·

Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird im folgende», angegeben.«

Da der Druck der Zylinderanordnung 11 einen bestimmten Wert hat, übt diese auf die Bohrkolonne die gewünschte Zugkraft T aus*

Kähert sich die schwimmende Installation dein Meeresboden, ao neigt die Spannung in der Bohrkolonne zum abnehmen; der Druck in der Zylinderanordnung 11 jedoch hat einen bestimmen Wert; der Kolben des Zylinder verschiebt sich nach oben in der Figur bezüglich des Körpers der Zylinderanordnung und nimmt den Turmrollenblock 6 mit, was dazu führt, daß die auf die Bohrkolonne ausgeübte Spannung im weeentliehen konstant gehalten wird.

Entfernt sich, die Bohrlcolonne vom Meeresboden , so wird die auf die Bohrkolonne ausgeübte Spannung dazu neigen au wachsen; der Druck in der Zylinderanordnung 11 hat jedoch einen bestimmten Wert; dor Kolben der Zylinderanordnung verschiebt sieh nach unten in der 3?igur besügliöh des Körpers der Zylinderanordnung und nimmt den Turmrollenblock 6 mit, was dazu führt, daß die auf dae Bohrkolonne ausgeübte Spannung im wesentlichen konstant gehalten wird»

Diese Vorrichtung bietet unter anderem den Vorteil, daß nur ein einsiger Zylinderlager 11 am Kopf des Bohrturms notwendig ist, um das Betätigungsorgan für die Bohrkolonne abzustützen, was es gegenüber den bisher verwendeten Vorrichtungen ermöglicht, die Instabilität der schwimmenden Installation aufgrund dea erhol/Liehen (rewichtes der Zylinderanordnung,, die sehr hob.·.* Lasten tragen mü£!sen_r sr.u vermindern«,

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Eine solche Ausführungsform der Vorrichtung, die es ermöglicht, mit ausreichender Genauigkeit die auf ein längliches Element ausüt.te Spannung konstant zu halten, wird durch Verwendung der Einrichtung '3 möglich gemacht, die das den Zylinderträger 11 speisende Arb^ltsfluid unter einem bestimmten Druck hält <,

Tn Pig. 1 sind die die Vorrichtung 15 bildenden Elemente in einer Vertikalebene aus Gründen der Zeichnungsklarheit dargestellt, ohne daß dies als beschränkend anzusehen wäre. Me Einrichtung umfaßt eine erste Zylinderanordnung 14, bei der eines ihrer sie bildenden Elemente, beispielsweise der Körper dieses Zylinders gelenkig an einem seiner Enden um einen festen Punkt ist, der fest gegenüber der schwimmenden Installation istj . nde

weiterhin weist die Einrichtung eine zweite sie bilde/ Zylinderanordnung 16 auf, bei der eines der sie bildenden Elemente, beispielsweise der Körper dieser Zylinderanordnung, gelenkig an einem ihrer Enden um einen festen Punkt 17 iet, der fest mit der schwimmenden Installation verbunden ist, wobei die beiden festen Punkte 15 und 17 unter Abstand zueinander sich befinden. Die anderen, die Zylinderanoranungen 14 und 16 bildenden Elemente, d«h. die Stangen der Kolben dieser Zylinderanordnungen sind miteinander vereinigt und untereinander an einem beweglichen Organ 18 gelenkig, welches ein gemeinsames Gelenkorgan darstellt und sich längs einer Führungsbahn I9 zu verschieben in der lage ist, welche den Weg für das bewegliche Organ 18 bestimmt_f, Die Bahn.des durch die Führungsbahn I9 begrenzten beweglichen Organs 18 wurde aufgrund der festen Gelenkpunkte If) und 17 der Zylinderanordmmgen 14 und 16 derart bestimmt, daß die ZylJnderanordnimgen M und 16 ssur Führungsbahn geneigt sind, daw j t :in ;jedera Augenblick die kleinsten durch die Richtung der Führungsbahn 19 und. diejenigen der Zylinderanordnungen 14 und 16 gebiJunten Winkel (dieae Winke] sind

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mit d- bzw« β bezeichnet) in entgegengesetztem Sinne miteinander variieren, wenn das bewegliche Organ 18 eich, längs der Führungsbahn verschiebt»

Die Zylinderanordnung 16 ist über die Leitung 12 mit dem Zylinderträgei· Vi verbunden; die Kammern der Zylinderanordnungen 11 und 16 der Leitung 12 sind mit einem beispielsweise inkompressiblen Fluid gefüllt s.B« Öl oder Wasser, welches unter einem bestimmten Druck durch die Einrichtung 13 gehalten wird.

Die Zylinderanordnung 14 ist mit einem hydraulischen Energie speicher 20 veitanden, bei dem es sich, hier um einen Ölpneumatischen Speicher mit einem Treibdruck P unter einem Volumen Y₀ handelt, wobei der Druck dieses Speichere mit den Relatiwerschiebungen der die Zylinderanordnung 14 bildenden Elemente variiert.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist die folgende;

Befinden sich die Zylinderanordnungen 14 und 16 in einer bestimmten Lage, beispielsweise der in Pig, 1 dargestellten, so hat der durch den Kolben der Zylinderanordnung 16 auf das hydraulische Arbeitsfluid ausgeübte Druck Pu den Wert ϊ

Pu= P -.-Α--s

Pu, oC und /b haben die vorher angegebene Bedeutung₉ Λ bedeutet den Querschnitt des Kolbens der Zylinderanordnung H und S den Querschnitt des Kolbens der Zylinderanordnung 16, wobei P der Druck des Hilfsfluids des Speichers 20 für die betrachtete Lage des beweglichen Organs 18 ist·

Verschiebt sich das bewegliche Organ 18, so variiert der Druck

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des Hilfsfluids des Speichers zwischen einem Maximalwert P_n= P

Jd

für den das bewegliche Organ 18 sich am Punkt B auf der Mhrungsbahn befindet, und einem Minimalwert ?„, für den das bewegliche Organ sich im Punkte H befindet.

Aufgrund der für die Zylinder I4 und 16 vorgesehenen Anordnung, wobei die Winkel oL> und ß in entgegengesetztem Sinne variieren, variiert dieses 'Verhältnis ττγΙτ-τγ"- in einer Richtung

vOS /d

entgegengesetzt zu der des Druckes P, derart, daß das Produkt P ^£|~2p- und somit der Druck Pu im ZyIInder 11 wenig variiert. Dies ermöglicht es, einen Speicher mit vermindertem Volumen au benützen, der eine erhebliche Druckänderung Pg .- P_fi aufweist.

Nähert sich die schwimmende Installation dem Meeresboden, so versucht der Druck des.Arbeitsfluldes im Zylinder 11 abzunehmen und unter der Wirkung de» Zylinders 14 versdiebt sich dae bewegliche Organ 18 längs der !Führungsbahn 19 gegen den Punkt H und versucht, den Druck des im Zylinder 16 enthaltenen Arbeitafluids durch Verschiebung des Kolbens dieses Zylinders zu erhöhen.

Entfernt sich die Installation vom Meeresboden, so neigt der Druck im Zylinder 16 dazu zuzunehmen und sorgt für die Verschiebung des beweglichen Organs 18 gegen die Wirkung des Zylinders 14 unter der Wirkung des Zylinders 16, wobei die Verschiebung des Bauteils 18 in Richtung des Punktes B erfolgt.

Die Vorteile in der Benutzung der Vorrichtung sind im wesentlichen zu sehen in:

-der Möglichkeit einen ö!pneumatischen Speicher 20 zu verwenden, der ein Volumen aufweist, das in beachtlicher Weise geringer als das bei bekannten Einrichtungen !»nutzte ist. Bei sonst gleicher Leistung wird es möglich, einen Speicher mit einem

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n Y₀ au vürtreuden, während bei den Ätilier benutzten Vorr.i chtuiigen sur Ko/'iipenßs.tiG:a der Vertikalbewe{£ui»gen eir-er ooaw:in)iae:arleu Tust« Llation Speieber benutzt werden muß tan., die «in AnfawgtsvOluinen von wenigstens 3V aufwiesen.« Außer ä«r Verminderung dftö Platjsbedarfes soll darauf hingewiesen werden; daß der Prein der Speicher wit, ihre «ι Vo .lumen WaCh^t₅ was- sich als eine η i eht-τ e rna eh«· Iä3fligbare Eineperimg ävci Preis der Speicher, ausdrückt.

- des Geeicht der um Kopf de« Bohrturms installierten Organe ifird gleichseitig um 30 Ms 60 $> -vermindert _s _T was es ermbg-'Jielii-j die. Stabilität cKr aclwämmenäeYL Installation nicht SH beeinflussen, viu ν.'ίυΐι-- .v{jüi· -Paliiior _f wenn es sich bei· dic-Bcr- Tiiatalluiiio.n beisi.ji^luwoiee iuu oin Sc3ilt'>" (uiiidelti au.cii werden keine dynarninn;]iej:. Kräfte in den Bohrturm indu-

Selbstverständlich werden die Charakteristiken der Einrichtung 15_S d«h_e die Grensawerte der Winkel oC unf]/3_s das Volumen der Speicher etc« durch den Sechniker als Punktion äea.Benut.Äungsfalles bestimmt.

Um beispielsweise in einer Bohrkolonne eine Spannung von etwa 200 Sonnen aufrechtzuerhalten, kann man eiaen Speicher mit einem Druck P von 300 bar bei einem Gasvolumen tob. 2nr verwenden, wobei der Winkel oG zwischen 20° und 45° variiert und der Winkel j& swiachen 45° und 20° varij QT-I-, wobei die Änderung des Druckes des Hilfsriuififl ir.i i-jpeiclier 70 bar für eine Amplitude des Stampfens -.ion 4,5m bf;1;rägt; die Zugkraft in dar Bohrkfi."i.o-itri'^:. v/vi'ö. vilt olnc-r Genauigkeit von wehr als '5,5 ^

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Fig» 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung·

Nach dieser Ausführungsform werden die durch die Zylinder H und 16 auf das Organ 18 ausgeübten Kräfte senkrecht βατ Bahn T praktisch durch zwei zusätzliche Zylinder 14a und 16a kompensiert. Jeder dieser Zylinder ist mit einem seiner Enden gelenkig an einem fest mit der schwimmenden Installation verbundenen Punkt gelagert (Punkte 15a und 17a) diese sind jeweils symmetriech zu den Zylindern 14 und 16 bezüglich der Bahn T. Die anderen Enden dieser Zylinder sind miteinander vereinigt und gelenkig am beweglichen Punkt 18.

Die Zylinderanordnung 14a ist mit dem Speicher 20 verbunden, während die Zylinderanordnung 16a mit der Leitung 12 verbunden ist.

Eine solche Anordnung ermöglicht es, wesentlich den Wirkungsgrad der Einrichtung 13 zu steigern.

Fig. 3 zeigt eine Variante zur Vorrichtung der Fig. 2, bei der die Zylinderanordnungen 14» 14a, 16 und 16a entsprechend zwei im wesentlichen parallelen Ebenen angeordnet sind, die es ermöglichen, der Einrichtung 13 einen minimalen Platzbedarf zu verleihen.

Fig. 4 zeigt schetnatisch die Ausbildung einer Reihe η von Einrichtungen nach der Erfindung, die es ermöglichen^ in beachtlicher Weise das notwendige Volumen V des Speichers 20 zu vermindern.

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In Reihe sind η Einrichtungen, wie ζ,B. die Einrichtung 13 nach Fig. 2 geschaltet; jede dieser Einrichtungen ißt mit ihrem Index 13|j ¹^** · ^_n]' ¹\ k^ezeicnne"k worden. Die Zylinder 14-j und 14„-i der Einrichtung 13-j sind mit dem Speieher 20 verbunden» während die Zylinder 16 ^ und 16a.j reit den Zylindern 14^ und 14_ag der Einrichtung )3p verbunden sind, etc. , ♦».

Auf diese Weise wird der Druck P_n am Austritt aus der Einrichtung 13_tt zu: .

P ap^i χ·^2^χ '"^nI ^Ai ^c°3°^-| ·» Coac^ ».♦ Cos ^ 8 X

η üoB/5 ^ ♦ uoa^ VTTGob yö/_n-1 \

und Jn äetn i'all» wo die B-inrichtungen gleich sind, vrird: ρ ν Κ* Γ /6f

was en eraögliehtj einen bestiiiiaten Druck P zu erhalten» in dem Dian einen Speicher 20 mit sehr großer Druckänderung und damit aehr geringem Tolucaen verwendet·

Wie die voratehende Beschreibung gezeigt hat» ermöglicht es die Einrichtung nach der Erfindung, einen Speichsr für hydraulische Energie zu benutzen, deaen Druck in einem Sinne entgegengesetzt zu dem seinea Volumens variiert. Tm Vorstehenden wurden ölpneumatiache Speicher beachriöen; es ist jedoch auch möglich, einen Speicher der in Pig· 5 gezeigten Art zu verwenden. Dieser Speicher besteht aus einem Körper 21, in welchem ein Kolben 22 gleiten kann, wodurch zwei Bäume 23 und 24 begrenzt sind·

Der erste Raum 23 ist mit einem inkonfpressiblen Hilfafluid, bei-r spielsv/eise öl, gefüllt, während im zweiten ein eleatisches Organ, beispielsweise eine Schraubenfeder 25» angeordnet ist, die auf das i?lu.id über den Kolben 22 einen Druck proportional aur Zusammendrückung Überträgt. Ein solcher Speicher weist den Vor-

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teil auf, daß er weniger aufwendig als die ölpneumatischen Speicher ist.

Modifikationen im Rahmen der Erfindung können ohne weiteres vorgenommen werden. So ist es beispielsweise möglich, Gas-Speicher zu benutzen, deren Druck und Volumen in entgegengesetztem Sinne Verlieren·

Man kann auch die Körper der Zylinder nicht an ihrem Ende sondern an einem beliebigen Punkte anlenkenj die Führungsbahn de« bew-eglichen Punktes kann eine beliebige Bahn bestimmen, vorausgesetzt, das Verhältnis der Kosinuejejläer Winkel 06 und ß variiere» in einem Sinne entgegengesetzt zum Druck des Hilfsfluids, wenn der bewegliehe Punkt sich auf seiner Bahn verschiebt·

Eine der Zylinderanordnungen 14 oder 16 braucht auch nicht um ihren festen Haltepunkt gelenkig aeinj diese Zylinderanordnung wird dann in der Achse der Bahn des beweglichen Punktes angeordnet, vorausgesetzt, daß die Zylinderanordnung bezüglich der Bahn derart geneigt ist, daß das vorher definierte Verhältnis ttj^"?^ *ⁿ einem Sinne entgegengesetzt zu dem des Druckes des Hilfsfluides variiert, wenn der bewegliche Punkt «lob auf seiner Bahn versölöbt·

Durch geometrische Modifikationen kann flor Fachmann die Einrichtung nach der Erfindung so anpassen, daß er .in der leitung 12 einen Druck erhält, der nach einem festgelegten CJ als Punktion der nachgesuchten Benützung??art variiert-

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Der vom Zylinder 16 gelieferte Druck Pu ist mit dem Druck P im Speicher 20 verknüpft durch die Beziehung:

_D„ τ» Λ Cos o6 /- %

Pu « P —«(1)

Die Vierte dieses Druckes, weiche den extremen Stell-ungen (B und H) dea? beweglichen Gelenkanorclnunß 18 auf der
Führungsbahn 19 entsprechen (Pig« 1) ergeben sich jeweils au;

und - ; j .

_κ Cos c6 _H

^PuH ^{s 1}H -^- "

wobei die Tndi.cf5.'3 B und H die von den verschiedenen
Variablen Pu, P„ «6 und β der Beziehung (1) für die
Stellung B und H der beweglichen Gelenkverbindung. 18
«•enommenen Werte bezeichnen«

Tn Praxis wählt man beispielsweise die Werte Pug und jj fies Druclies Pu, über die man im Zylinderträger 11 zu verfugen wünscht und d.ie den Extremstellungen dee beweg-,
liehen Elementes der Zylinderanordnung 11 entsprechen.
(Diese Werte von Pug und PUg können gegebenenfalls unterschiedlich sein)«

V\e Werte Pu-g und Pu„ werden als "funktion der Bedingungen jeder in Betracht gezogenen Benutzung gewählt«

Mach dem betrachteten Benutzungsbeispiel .für diesen Druck wert!en in einem Zylinderträger aur Regelung der an eine
Bnhrko.1 onne gelegnen. Spannung bsw„ Zugkraft Ψ. die Werte

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von Pu-n und PUtt beispielsweise festgelegt, in dem der Einfluß einer Plaschenzuganordnung berücksichtigt ist, welche zwiochen Bohrkolonne und Zylinderträger 11 zwischenge-8ehaltet ist·

Man wählt Verauchwerte für die Konstruktionsparameter der Regelanordnung, wobei diese Parameter (Fig. 1) die Werte von d^ und d^ sind, (jeweilige Entfernungen der Gelenkpunkte 15 und 16-von der Achse der Führungsbahn I9) sowie die Extremwerte ©£ „, 06 _Ώ und β „, /3 der Winkel oL und β

JtI Ja Jl JtJ

und die Werte der Querschnitte von A> und S der Zylinder bzw. 16.

Aus den Beziehungen (2) und (3) leitet man für Pu-n und Pur, erhaltene Werte, die V/er te P_x, und P„ des Druckes des Hi If &~ fluides im Speicher 20 als Funktion der Werte o(,-n,06„, ß> _Β> ß-a (Fig, 1), die man eich vorgegeben hat, her.

Diese Bestimmung der Werte von Bg und ?„ ermöglicht es, das für den Speicher 20 notwendige Volumen zu berechnen.

Der Druck P in dieeem Speicher variiert im wesentlichen entsprechend einem physikalischen Gesetz der Form: PV as Konstant, wobei K ein Koeffizient ist, dessen Wert unter anderem von der Art des komprimierten Gases abhängt und V das Volumen des Gases beim Drucke P des Speichers 20 ist, das an den Kolben der Zylinderanordnung 14 übertragen wird«,

Es ergibt sich somit die Beziehung

PytVttK = PrXnK. (5)

wobei Vg und V^ die Werte für das Volumen des Gases unter Druck sind, wenn die bewegliche Galenklagerung 18 sich jeweils

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im Punkte Bund im Punkte H der Führungsbahn 19 befindet.

Setzt man Vg - V-g = A^» so leitet man aus der Beziehung (5) her:

Der Wert von Δ V ist bekannt, da er gleich dem Produkt des Querschnittes *■& des Zylinders 14 und der Bahn seines Kolbens ist, wenn die bewegliche Gelenklagerung 18 sich zwischen den Punkten B und E verschiebt, wobei V₁, der minimale Wert

volumens -⁰ des komprimierten Gas/ ist· Das Hennvolumen des Speichers ist somit festgelegt, da die Werte P-g und P« bereits bestimmt sind, (Tarierungsdruck dieses Speichers ist im wesentlichen gleich Pg),

Man erstellt dann in der unten angegebenen Weise die Kurve:

T=I¹ (h) (6)

die die Änderungen der an die Bohrkolonne gelegten Zugkraft 3? als Funktion der Verschiebung h des Kolbens dee HauptZylinders 11 aus seiner untersten Stellung angibt·

Jedem W_ert von h entspricht nämlieh eine genau definierte Position der beweglichen Gelenklagerung 18 auf der Führungsbahn 19, d.h· der definierten Werte für die Winkel oL und ß wenn man die Werte β _H fi^, d^g und S festgelegt hat. Der Verschiebung h des Kolbens des Zylinders 11 aus seiner untersten Lage entspricht nämlieh eine bestimmte Änderung des

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V°lumens dea hydraulischen Fluids im Zylinder der Zylinderanordnung 16 über die Leitung 12 (die Verschiebungen der Kolben der Zylinder 11 und 16 in jedem Augenblick gegenüber ihrer Auagangsponititionfcuiterste Stellung ) geben den gleichen prozentualen An^-eil ihres maximalen Weges wieder)·

In dieser Stellung der beweglichen Gelenkverbindung, der eine bestimmte Lage des Kolbens der Zylinderanordnung 14 entspricht, nimmt das Gas beim Druck des Speichers 20

das Volumen V-g + 6 V ein und sein Druck P ist definiert durch die -Beziehung

P_BV_BK β P (V_B + ei V)^K und hieraue

Man kann eomlt den Druck P für jeden Wert von h, dem ein genau definierter Wert jedes der Winkel pC und ß entspricht, festlegen*

Pur jeden so erhaltenen Wert von P berechnet man den entsprechenden Wert von Pu nach der obenjangebenen Beziehung (1): ,

und man leitet den entsprechenden Wert der Zugkraft X her, der im betrachteten Arbeitsbeispiel den Einfluß der Flaschenzuganordnung deutlich werden läßt»

Die graphischen Darstellungen der Pig. 6 und 7 zeigen jeweils die Änderungen von Pu (ausgedrückt in kg/cm ) und von ΐ

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(ausgedrückt in Tonnen) als Funktion des Weges li, (ausgedrückt in Metern) dee Kolbens der Zylinderanordnung 11, wie sie init den folgenden Daten ( es wird auf Pig· I Bessttg genommen) ertasten wurden;

Achsen der

- horizontale Entfernung der/Blockrollen 9 und 10 von

der Acb.ee der BloeJirolle 6, wenn diese sieh in ihrer unter«ten Stellung gleich 3_S5 ta befindet;

- vertikale Entfernung der Achsen der Blockrollei 9 und 10 von der Achse der Blockrolle 6, wenn diese sich in ihrer unteroten Lage -. 1,8 m befindet.

Das Kabel 5 bildet feiMei? 12 l'rumms zwischen der Blockrolle und dem beweglichen Flaschenzug 4»

Maximalweg h^ (Fig. 1) des Hauptkoibens 11, der durch die Amplitude aer Vertikalbewegungen der schwimmenden Installation gleich 4,6 m aufgezwungen ist«

Im übrigen wurden die folgenden Werte gewählt:

d₁₄ = 3,50 m

O₁₆ « 3,90 m

/⁶H = 4-1°

ß_B = 20°

In den Diagrammen der Fig. 7 und 6 zeigen die gestrichelten Linien die für Pu bisw» 1 erhaltenen Änderungen, wenn man · wählt:

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- 2 O -

23°

, 45°

Die durchgezogenen Kurven zeigen die diesmal erhaltenen Ergebnisse:

= 26°

o4_B = 50°

Die strichpunktiert dargestellte Kurve zeigt den gewünschten Verlauf an. Es ist also möglich, die Anordnung zu optimieren, indem man für die Konstruktionsparameter <?6 „, 06 _, d^, h und A υ, /3 _B» d^g , S die Werte entsprechend der Versuchskurve des Druckes Pu wählt, die am nächsten zur strichpunktierten Kurve verläuft, die ja die gewünschten Werte für diesen Druck Pu in diesem besonderen Fall angibt, um die Änderungen der von de? Zylinderanordnung 11 auegeübten Kraft su erhalten, die es ermöglichen, die auf die Bohrkolonne ausgeübte Zugkraft ΐ im weseifLichen konstant zu halten.

Es soll auch darauf hingewiesen werden, daß im Diagramm der Fig, 7 der Maßstab der Ordinaten stark auseinandergebogen wurde, da die relativen Änderungen der Spannung T in der Bohrkolonne - 1,5 f« nicht überschreiten·

Selbstverständlich kann man die Grenzwerte für Pu^ und Pu*. flr den Arbeitsdruck unterschiedlich wählen, um so den untersehiedliclien Benutzungsbedingungen, und somit beispiels

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weise der Wahl eines neuen Sollwertes für die Zugkraft T zu entsprechen.

Dieb kann erfolgen, indem man auf die Masse des in den Speicher 20 eingeführten Fluids^ z.B. über einen Schieber 20b (Pig. 1) einwirkt.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1,) Vorrichtung zum Liefern eines Arbeitsfluides unter einem bestimmten Druck» gekennzeichnet in Kombination durch eine wenigstens ein Fluid unter Druck, insbesondere ein (Jas, enthaltende Quelle, deren Druck mit dem vom Gas dieser Quells eingenommenen Volumen variiert; und wenigstens eine Gruppe von Zylinderanordnungen, wobei ein Klement wenigstens einer der Zylinäeranordnungen durch bewegliche Gelenkverbindiuig mit wenigstens einem Element, wenigstens einer anderen Zylinderanordnung der gleichen Gruppe verbunden ist und wenigstens eine der Zylinderanordnungen der Gruppe drehbar an einem bezüglich der Installation festen Punkt mit demjenigen seiner Elemente gelagert ist, das der beweglichen Gelenkverbindung nicht ausgesetzt ist, wobei diese bewegliche Gelenkverbindung veranlaßt ist, sich länga einer vorbestimmten bezüglich der Installation festen Bahn zu verschieben und die Achse dieser drehbaren Zylinderanordnung bezüglich dieser Bahn während der Drehung geneigt verbleibt; und wobei wenigstens eine der Zylinderanordnungen aus dieser Gruppe mit einein Fluid unter Druck durch diese Quelle gespeist wird und wenigstens eine der Zylinderanordnung dieser Gruppe das Arbeitsfluid liefert» , ^

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieBe Gruppe von Zylinderanordnungen gebildet ist durch wenigstens ein Paar von Zylinderanordnungen, wobei eine erste dieser Zylinderanordnungen dea Paares durch diese Fluidquelle gespeist ist und die zweite dieser Zylinderanordmmgsn des Paares das Arbeitsfluid liefert; und daß diese Bahn derart bestimmt ist, daß das Verhältnis der Vierte dar Kosinus der spitzen Winkel, die jeweils die

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erste Zylinderanordnung und. die zweite Zylinderanordnung mit dieser BaIm bilden,, in einer Richtung entgegengesetzt zum Druck des Hilfsfluids variiert$ wenn dieses bewegliche Gelenltorgan sich aiii' seiner führungsbahn verschiebt«

3«) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese führungsbahn eine geradlinige Bahn ist«

4.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindungen dieser 2ylinderanordnungen an den Enden jeder Zylinderanordnung angebracht sind«,

5») Vorrichtung nach Anspruch 4₉ dadurch gekennzeichnet, daß diese bewegliche Gelenlcanordnung einem diese Führungsbahn bildenden festen lührungsweg zugeordnet ist»

6») Vorrichtimg nach Anspinich 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ]?iuidqtielle durch wenigstens einen G-asspeicher gebildet ist«

7c) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Fluidquelle durch wenigstens einen ölpneuraatischen Speicher, dessen Gasmasse konstant ist_s gebildet ist r

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