DE2304002A1

DE2304002A1 - Ausgleichsvorrichtung zum steuern und aufrechterhalten einer vorbestimmten spannung in einem strang

Info

Publication number: DE2304002A1
Application number: DE2304002A
Authority: DE
Inventors: Edward Larralde
Original assignee: Vetco Offshore Industries Inc
Current assignee: Vetco Inc
Priority date: 1972-02-02
Filing date: 1973-01-27
Publication date: 1973-08-09
Also published as: GB1369895A; DE2304002B2; AU456665B2; NO134225B; FR2171056B1; JPS4888001A; US3793835A; DE2304002C3; CA971551A; NO134225C; JPS5217801B2; NL7301567A; IT973844B; AU4658872A; FR2171056A1; NL153970B

Description

PATENTANWÄLTE

DlPL₁-INe. DR. (UR. DIPL-ΙΝβ. Z W U H U U <m

VOLKER BUSSE DIETRICH BUSSE

45 Osnabrück'» den 26. Januar 1973

MOSERSTRASSE 2O/24 L/Th ' '

Vetco Offshore Industries, Inc.

250 West Stanley Avenue, Ventura, California 93001, USA

Ausgleichsvorrichtung zum Steuern und Aufrechterhalten einer vorbestimmten Spannung in einem Strang

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern und Aufrechterhalten einer vorbestimmten Spannung in einem Strang, mit zumindest einem Kraftheber mit einem Zylinder und einem darin verschiebbar angeordneten Kolben, von denen einer mit dem Strang und der andere mit einer Abstützung in Betriebszuordnung steht, einer Einrichtung zum Aufrechterhalten des Drucks in einer den Kolben im Zylinder einseitig beaufschlagenden Flüssigkeit während Relativbewegungen zwischen Kolben und Zylinder in beiden Längsrichtungen, bei der ein unter Druck stehendes Gas seinen Druck der Flüssigkeit aufprägt.

Vorrichtungen dieser Art, von denen eine beispielsweise in der DT-OS 2 1*13 9^3 beschrieben ist, dienen insbesondere dem Steuern und Aufrechterhalten einer vorbestimmten Spannung

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in einem im Zusammenhang mit Unterwasserbohrungen von einem Schwimmfahrzeug od. dgl. aus abgestutzten Strang, z. B. Bohrstrang, Rohrleitungsstrang od. dgl., in dem eine im wesentlichen konstante Spannung trotz vertikaler Bewegung des Schwimmfahrzeugs während verschiedener Arbeitsvorgänge im Unterwasserbohrloch, z. B. Bohr- und KomnÄtierungsarbeiten, aufrechtzuerhalten ist.

Beim normalen Bohren von Bohrlöchern an Land oder bei Unterwasser bohrungen von einer vom Grund des Gevrässers her in fester Stellung verankerten Bohrplattform, Bohrinsel od. dgl. aus entspricht das auf den Bohrmeißel aufgebrachte Gewicht dem Gesamtgewicht des Bohrstranges abzüglich des vom Hebezeug, z. B. einer Winde, getragenen Gewichts des Bohrrohres, üblicherweise ist das auf den Bohrmeißel aufgebrachte Gewicht dem Gewicht der an das untere Ende des Bohrstranges angeschlossenen Schwerstangenabschnitte gleich. Bei Unterwasserbohrungen von einem schwimmenden Bohrschiff od. dgl. aus ergeben sich aufgrund des Wogens des Schiffes infolge von Ebbe und Flut, Windverhältnissen und Wellengang Probleme, das auf den Bohrmeißel wirkende Bohrgewicht auf einem gewünschten Wert zu halten. In der oben genannten DT-OS 2 1^3 9^3 ist eine Vorrichtung vorgeschlagen, in der der Bohrstrang hydraulisch dadurch abgestützt ist, daß" eine Ausgleichsvorrichtung zwischen dem Laufblock und dem Haken der üblichen Bohreinrichtung zum Bohren eines Bohrloches zwischer.geschalt.et ist. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung basiert auf der* Aufrecht erhalt ung eines

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erforderlichen Druckes in dem in einer Kolben-Zylinder-Anordnung der Vorrichtung vorhandenen Hydraulikmedium, indem diesem der Druck eines Gases aufgeprägt wird, wobei dieser Druck ungeachtet etwaiger gegenseitiger Längsbewegungen der -Zylinder- und Kolbenteile der Anordnung aufrechterhalten wird, so daß das Hydraulikmedium eine kontinuierliche und im wesentliehen konstante Spannung auf den Strang, z. B. einen Bohrstrang, ausübt. Wenn die Vorrichtung beim Bohren einer Unterwasserbohrung von einem Schwimmfahrzeug od. dgl¹, aus benutzt wird, stellt sich die Spannung als eine im wesentlichen konstante, auf den Bohrstrang ungeachtet des Wogens des Bohrschiffes im Wasser einwirkende Hebekraft dar, wodurch die Aufrechterhaltung des gewünschten Bohrgewichts auf dem aß unteren Ende des Bohrstrangs befestigten Bohrmeißel gewährleistet ict. Der Druck des Gases kann variiert werden, um die auf den Bohrstrang wirkende Hebekraft zu. verändern und dadurch das Bchrgewicht auf den Meißel zu bestimmen.

In der Vorrichtung nach der DT-OS 2 1^3 9^3 wird der gewünschte, dem Hydraulikmedium aufgeprägte Druck durch die Verwendung eines Akkumulators aufrechterhalten, der hydraulisch mit dem Ausgleichs zylinder verbunden ist und auf das Hydraulikmedium einwirkendes Gas mit einem bestimmten Druck enthält. Hieabei erfolgt eine Expansion und Kontraktion des Gases, wenn sich der Ausgleichskolben in den Ausgleichszylindern relativ längsverschiebt, wodurch ein im resentliehen konstanter Druck des Hydraulikmediums erhalten bleibt. Das wirksame Gasvolumen des Akkumulatorbereichs dieser Vorrichtung bleibt im wesentlichen konstant, wodurch eine

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"Gasfeder" mit einer im wesentlichen konstanten Pedersteife für einen gegebenen Gasdruck ungeachtet des Bereichs der Relativbewegungen des Ausgleichskolbens im Ausgleichszylinder geschaffen ist.

Die Erfindung bezweckt, die Federsteife der Gasfeder für einen gegebenen Druck jederzeit verändern zu können.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art im wesentlichen erreicht durch eine Einrichtung zur Volumenveränderung des Gases unter Erhalt eines gleichen für ein Aufprägen seiner Druckkraft auf die Flüssigkeit wirksamen Einheitsdrucks im Gas. Dadurch, daß das wirksame Gasvolumen des Akkumulators im Sinne einer Vergrößerung oder Verringerung verändert wird, wird entsprechend die Federsteife verringert oder erhöht. Wenn die relative Längsbewegung des Ausgleichskolbens in seinem Zylinder aufrund eines großen Vertikalhubs des Bohrschiffs im Wasser groß ist, ist es zweckmäßig, ein großes wirksames Akkumulatorgasvolumen vorzusehen, um Veränderungen des Gasdruckes auf einem niedrigen Wert zu halten. Wenn andererseits die Relativbewegung des Ausgleichskolbens in seinem Zylinder aufgrund eines geringen Vertikalhubs des Schiffs im Wasser klein ist, kann ein geringeres wirksames Akkumulatorgasvolumen vorgesehen werden, wobei die Gasdruckänderungen dennoch auf einem niedrigen Wert gehalten werden.

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Abstufung des wirksamen Gasvolumens des Akkumulators auf einfache V/eise dazu herangezogen werden, eine verhältnismäßig rasche Änderung des Gasdrucks im System entweder im Sinne einer Erhöhung uder Verringerung herbeizuführen. Arbeitet die Ausgleichseinrichtung mit einem verringerten wirksamen Akkumulatorgasvolumen aufgrund des ümstands, daß ein Teil des verfügbaren Gasvolumens in einem unwirksamen Zustand gehalten wird, so kann der Druc"k dieses unwirksamen Teils geändert werden, so daß er zur sofortigen Änderung des Akkumulatorgasdruckes bei seinem Wirksamwerder, zur Verfügung steht. Dieser Druck im unwirksamen Teil des Systems kam auf denselben Druck geändert werden, der im wirksamen Teil herrscht, was eine sofortige Verringerung der Gasfedersteife des Systems auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert ermöglicht.

Zahlreiche weitere Merkmale, Vorteile und Verwendungsmöglichkeiten d^r Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung näher veranschaulicht ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer auf einem Schwimmfahrzeug od. dgl. zum Bohren einer Unterwasserbohrung angebrachten Bohranlage,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Stirnansicht einer Ausgleichsvorrichtung bei der Anlage nach Fig. 1 und

Fig. 3 ein Diagramm des Ausgleichssystems.

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Die Fig. 1 bis 3 zeigen die Vorrichtung in Anwendung bei einer Anlage zum Bohren eines vertikalen Bohrlochs W in den Grund P eines Gewässers, auf dem ein Schwimmfahrzeug V₁ z. B. ein Bohr- I kahn, schwimmt. Das Schwimmfahrzeug ist zwecks Zentrierung eines Bohrstrangs S zum Bohrloch gegen seitliche Befragungen verankert. Ein Bohrmeißel B ist an dem unteren Ende des z. 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 Schwimmfahrzeug ange-

brachten Bohrgerüsts L und sind zu einer auf dem Schwimmfahrzeug angebrachten Winde N geführt.

Eine Bohrschlammleitung P ist mit dem Spülbohrkopf R verbunden, um dem Bohrstrang Bohrschlamm zuzuführen. Dieser tritt aus dem Bohrmeißel B aus und dient zum Entfernen des durch den Bohrmeißel bei entsprechender Gewichtsbelastung erzeugten Bohrkleins, während der Bohrstrang durch den Drehtisch T mit der gewünschten Geschwindigkeit in Umlauf versetzt wird, überlicherweise wird das Bohrgewicht durch eine geeignete Länge von im unteren

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Teil des Bohrstrangs unmittelbar oberhalb des Bohrmeißels 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 V/ das Absenken des Bohrstrangs.

Die Ausgleichsvorrichtung D ermöglicht dem Schwimmfahrzeug V und der von diesem getragenen Anlage Vertikalbewegungen relativ zum Bohrloch W und zum Bohrstrang S, ohne das auf den Bohrmeißel B aufgebrachte Bohrgewicht merklich zu verändern. Die Ausgleichsvorrichtung umfaßt ein unteres, mit dem Bohrhaken verbundenes Stützteil oder Joch 10 und ein oberes, mit dem unteren Ende des Laufblocks E 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 Enden der Zylinder tragen ihrerseits Dichtungen l?a 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 IM 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 der Winde

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noch immer die Möglichkeit, den Laufblcck und die Ausgleichsvorrichtung in einem Ausmaß anzuheben, bei dem Bohrrohrabschnitte üblicher Länge an den Bohrstrang angeschlossen oder von diesem abgenommen werden können. Die Anordnung der Ausgleichsvorrichtung D in Bezug auf den Laufblock E und den Haken C ist Gegenstand der US-Patentanmeldung Serial No. 69 759 vom 4,' September 1970.

Wie ersichtlich, ist der Laufblock E über das Joch 11 mit den Zylindern 13 verbunden und kann mit diesen eine Vertika3bewegung 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 Zylinderräume unterhalb der Kolben 14 füllende Flüssigkeit 15 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 Ablassen des Laufblocks und damit der Ausgleichsvorrichtung D mit der von dieser herabhängenden gesamten Last-S durch den Betrieb der Winde bzw. des Hebezeuges N bestimmt.

Die in den Zylindern befindliche Flüssigkeit 15 wird unter einen im wesentlichen konstanten, vorbestimmten Druck gehalten. Die Druckflüssigkeit wirkt nach oben auf die Kolben 14 und damit auf den Bohrhaken C, den Spülbohrkopf R und den daran ange-

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schlossenen Bohrstrang S. Da dao Gewicht des gesamten Bohrstrangs bekannt ist, wird der Einheitsdruck der Druckflüssigkeit derart gewählt, daß das gesarate Gewicht mit Ausnahme des auf den Bohrmeißel B üblicherweise von deri Schwerstangen aufgebrachten Bohrgewichts von der Druckflüssigkeit getragen wird, die in Richtung nach oben auf die unteren Bereiche der Kolben wirkt. Dieser Druck wird von einem gasförmigen Medium 16, z. B. trockener Druckluft oder einem beliebigen anderen-geeigneten Gas, abgeleitet, das in einem Akkumulator oder einer Reihe von auf dem Schwimmfahrzeug V angeordneten Akkumulatoren 17 vorgesehen ist, Die stangenseitigen Enden der Zylinder 13 sind mit Plüssigkeitsleitungen 18 verbunden, die sich zu einem Steuerventil 19 erstrecken, vom den eine oder mehrere Plüssigkeitsleitungen 20 zum Flüssigkeitsbereich 21 des öder der zylindrischen Akkumulatorengehäuse 22 laufen.' Die unteren Bereiche der Akkumulatoren sind mit Flüssigkeit 15 und die oberen Be reiche 23 mit Druckgas 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 Druck des Gases 16 über den Schwimmkolben 2*1 auf die Flüssigkeit 15 übertragen, wobei derselbe Flüssigkeitsdruck in den Ausgleichszylindern 13 herrscht. Die Kolben 1*J können sich in.den Zylindern 13 bewegen und die Schwimmkolben 24 verlagern sich entsprechend der Verdrängung, während 3ie den Druck des Gases 16 der Druckflüssigkeit 15 in den Akkumulatoren aufprägen, der sich von dort durch die Leitungen 20, 18 in der Flüssigkeit

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15 bis in die Ausgleichszylinder 13 fortpflanzt.

Die Möglichkeit für die Flüssigkeit, aus den Zylindern der Ausgleichsvorrichtung in die Akkumulatoren und umgekehrt überzutreten, wird durch das Ventil 19 gesteuert. Das Ventil 19 kann eine beliebige geeignete Ausführungsform besitzen, aufgrund welcher es mittels Fernsteuerung durch Betätigung eines Handsteuerventils 26 seitens einer Bedienungsperson gepffnet oder geschlossen werden kann. Beim Betrieb der Ausgleichsvorrichtung D befindet sich das Ventil 19 normalerweise in seiner Offenstellung, um den freien übertritt von Flüssigkeit zwischen den Ausgleichszylindern 13 und den Akkumulatorgehäusen 22 zu ermöglichen.

Ein Vorrat an Akkumul at orgas mit gewünschtem Druck ist in einer Reihe von Druckgasbehältern bzw. Akkumulatorreservebehältern 30j 30a geeigneter Anzahl enthalten, die mit dem Gasbereich des Akkumulatorgehäuses 22 dux'ch eine geeignete Sammelleitung 31 in Verbindung stehen, wobei ein Absperrventil 32, 32a zwischen jedem Reservebehälter und der Sammelleitung vorgesehen ist. Einer der Behälter 30 kann von den anderen Behältern 30a durch ein Schleusenventil 33 in der Sammelleitung getrennt werden, wobe-i das Schleusenventil durch ein geeignetes Handsteuerventil J>k, das in geeigneter Weise mit dem Schleus en ventil verbunden ist, durch Fernbedienung geöffnet und geschlossen werden kann. Die Anzahl der in Verbindung mit dem Akkumulatorgehäuse bzw. -gehäusen 22 gebrachten Gasreservebehälter 30, 30a

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kann variiert werden, um dadurch das wirksame Volumen des auf die Flüssigkeit 15 im Akkumulator einwirkenden Gases zu variieren, wodurch eine Veränderung der Federsteife des Gases herbeigeführt wirdj wie es im folgenden im einzelnen beschrieben wird.

Das Flübeigrcedium 15 wird aus einem Vorratsbehälter 40 abgeleitet , von dem eine Saugleitung 41 zu einer oder mehreren Pumpen 42 läuft, die die Flüssigkeit durch eine Austrittsleitung 43 durch ein Ventil 44 in eine Zweigleitung 45 drücken körnen, die mit der Leitung 40 und den Ausgleichszylindern 13 sowie den Akkumuiatorgehäusen 22 in Verbindung steht. Zwischen dem Flüssigkeitvorratsbehälter 40 und der Zweigleitung 45 erstreckt sich eine Ablaß- bzw. Rücklaufleitung 46, die eine Verringerung des Flüssigkeitsvolumens im System durch öffnen eines geeigneten Ventils 47 in der Rücklaufleitung zuläßt.

Entsprechend der zeichnerischen Darstellung ist das in dem System verwendete Gas Luft. Luftverdichter 50 sind die primäre Energiequelle für das System. Die Druckluft strömt durch einen oder mehrere Lufttrockner 51 zu einem oder mehreren Hochdruck-Luft vorrat sbehältern 52, die Luft mit einem wesentlich höheren Druck als dem maximalen Luftdruck in den Akkumulatorgehäusen 22 und den Reservebehältern 30, 30a liefern. Dieser höhere Druck ist erwünscht, um die Zeit zu verringern, die zur Erhöh-ung des Betriebsdruckes des Gases in den Akkumulatorgehäusen und den Reservebehältern 30, 30a benötigt wird.

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Die Druckluft im Vorratsbehälter 52 kann durch eine geeignete Leitung 53 zu einem Ventil 5^ strömen, das durch eine Leitung 55 mit der Sammelleitung 31 verbunden ift. Die Verbindung der Leitung 55 mit der Sammeleitung erfolgt zwischen dem Reservebehälter 30 und dem Schleusenventil 33. Die unter hohem Druck stehende Luft kann auch durch die Leitung 53 und ein weiteres Ventil 5o strömen, das durch eine Leitung 57 mit der Sammelleitung 31 an der anderen Seite des Schleusenventils 33 verbunden ist. Die Ventile 5^, 56 sind manuel betätigbar und von bekannter Ausführung. Jedes von ihnen kann eine Schließ- und eine Offenstellung einnehmen, so daß Luft aus dem Hochdruckvorratsbehälter 52 in die Sammelleitung 31 gelangen oder abgelassen werden kann, indem die Luft aus der Sammelleitung^31 entweichen kann, wobei die an die Sammelleitung angeschlossenen Reservebehälter 30, 30a und Akkumulatorgehäuse 22 durch eine Ablaßleitung 58 und einen Schalldämper 59 mit der Außenluft verbunden sind, wenn eine Verringerung des Gas- bzw. Luftdrucks im System erfolgen soll. Geeignete Druckmesser 60, 61 zeigen die Drücke der Druckluft in den mit der Sammelleitung 31 auf der einen Seite des Schleusenventils 33 verbundenen Reservebehältern 30a sowie in den Akkumulatoren 17 und dem Reservebehälter 30 auf der anderen Seite des Schleusenventils an.

Im Betrieb der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung werden die Akkumulatoren 17 und die Reservebehälter 30, 30a mit trokkener Druckluft mit gewünschtem Druck durch entsprechende Betätigung -der Ventile 5*1, 56 gefüllt, wobei genügend P3üssigkeit

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15 im System vorhanden ist, so daß der gleiche Druck der Flüssigkeit in den Ausgleichszylindern 13 aufgeprägt wird, die eine aufwärtsgerichtete Kraft auf die Kolben 14 und den Bohrstrang S ausübt. Die abgestützte Last wird von den Zylindern 13 über den Laufblock E und die Seile H auf die Turmrolle J übertragen. Der Bohrfortschritt erfolgt durch entsprechendes Drehen des Drehtisches T, wobei Bahrschlamm durch den Bohrstrang nach unten gepumpt wird, der in normaler Weise zum Schwimmfahrzeug V durch eine (im Interesse einer deutlichen Darstellung nicht gezeigte) ünterwasserleitung zurückkehrt, die sich vom Schwimmfahrzeug V zum Bohrloch W erstreckt. Verlagert sich das Schwimmfahrzeug in vertikaler Richtung, z. B. aufwärts, so bewegen sich die Zylinder 13 nach oben entlang den Kolbenstangen 12 und Kolben 14, wobei die Druckflüssigkeit 15 auf im wesentlichen demselben Druck verbleibt, da sie durch die Leitungen 18, 20 in die unteren Bereiche 21 der Akkumulatoren 17 gedrückt wird. Hier-

durch wird unter Aufwärtsbewegung der Schimmkolben 24 eine geringe Komprimierung der Luft herbeigeführt, die einen gewissen Anstieg des Drucks der Flüssigkeit 15 bewirkt, jedoch praktisch nur in einem so geringen Ausmaß, daß keine merkliche Wirkung auf das auf den Bohrmeißel B aufgebrachte Bohrgewicht eintritt. In gleicher Weise bewegen sich die Zylinder 13 tei einer Abwärtsbewegung des Schwimmfahrzeugs V mit diesem nach unten, wobei das Zylindervolumen unterhalb der Kolben 14 ansteigt und die Druckluft 16 Flüssigkeit 15 .aus den Akkumulatoren 17 in die Ausgleichszylinder 13 zurückdrückt, Dabei bleibt wiederum der DrUC',: in dar Flüssigkeit IR im wesentlichen pie:! oh.

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Somit kann sich das Schwimmfahrzeug innerhalb des Arbeitshubs der Ausgleichsvorrichtung relativ zum Bohrstrang S heben und senken, ohne daß das Bohrgewicht auf den Bohrmeißel B merklich verändert wird. Die Anzahl der Akkumulatoren 17 und deren wirksames Gas- bzw. Druckluftvolumen, das durch die Anzahl der mit ihnen verbundenen Reservebehälter 30,3Oa veränderlich ist, trägt vorzugsweise ein Vielfaches der ringförmigen Flä-cheu der Kolben I¹I, so daß eine große Veränderung des Flüssigkeitsvolumens in den Zylindern 13 eine weitaus geringere vereinte Volumensveränderung in jedem Akkumulator bzw. den Expansionsräumen 21 und 23 und in den damit in Wirkverbindung stehenden Reservebehältern 30,3Oa erzeugt und dadurch nur eine relativ geringe Änderung des Druckes der Druckluft im oberen Teil 23 der Akkumulatoren eintritt.

Die Druckluft in den Akkumulatoren 17 und den R.eservebehältern 30, 30a wirkt als Gasfeder. Aufgrund des dargestellten und beschriebenen Systems kann die Federsteife dieser 'Gasfeder in Abhängigkeit von den Betriebsbedinungen des Ausgleichssystems . variiert werden. Eine derartige Änderung bzw. Variierung dei* Federsteife wird für jeden gewünschten Luftdruck im System durch geführt. Der Luftdruck hängt von dem Bohrgewicht ab, das durch die Flüssigkeit 15 in den Ausgleichszylindern 13 abzustützen ist Je größer daher das abzustützende Gewicht ist, desto höher muß der Flüssigkeitsdruck sein und umgekehrt.. Die Änderung des Flüssigkeitdruckes auf den gewünschten Wert wird durch Änderung des Druckes der Luft 16 in den Akkumulatoren 17 und in den damit

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verbundenen Reservebehältern 30, 30a bewirkt. Eine Erhöhrung
des Luftdruckes wird, wie oben ausgeführt, dadurch herbeigeführt, daß das Ventil 54 in der Weise betätigt wird, daß ein Strom
von Luft aus dem Hochdruck-Vorratsbehälter "52 zu den Akkumulatoren 17 und den damit verbundenen Reservebehältern 30, 30a erfolgt. Falls einige der Reservebehälter, wie die Behälter 30a, von den Akkumulatoren durch Schließen des Schleusen-ventils 33 abgeschnitten sind, kann der Luftdruck in diesen unwirksamen
Reservebehältern 30a dennoch durch entsprechende Betätigung des anderen Ventils 56 erhöht werden, indem dann unter hohem Druck stehende Luft durch die Leitung 57 in die unwirksamen Reservebehälter strömen kann.

Beabsichtigt man dagegen eine Verringerung des Luftdruckes in
den Akkumulatoren 17 und den normalerweise damit in Verbindung stehenden Reservebehältern 30, 30a, so vri.rd das Handventil 54
entsprechend in der Weise betätigt, daß ein Anteil der Druckluft durch die Leitung 58 und den Sehalldämpfer 59 an die Außenluft abgelassen werden kann. In gleicher Weise kann der Luftdruck in den Reservebehältern 30a, wenn sie vom Behälter 30 abgeschnitten sind, ebenfalls durch entsprechende Einstellung des anderen
Ventils 56 auf Ablaßbetrieb verringert werden, indem dann Luft durch die Leitung 58 in den Schalldämpfer 59 in die Außenluft
abgelassen werden kann. Wenn das Schleusenventil 33 offen ist und die Absperrventile 32, 32a ebenfalls offen sind, ist der Luftdruck in den Akkumulatoren 17 und den Reservebehältern 30, 30a der gleiche. In diesem Fall bewirkt eine Betätigung eines ein-

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zigen Ventils 54 oder 56 eine Erhöhung oder Verringerung des Luftdrucks in sämtlichen Akkumulatoren 17 und Reservebehältern.

Die Reservebehälter 30, 30a sind praktisch Verlängerungen der Akkumulatoren 17, wenn sie mit ihnen in Wirkverbindung stehen. Durch Änderung der Anzahl der in Wirkverbindung mit den Akkumulatoren stehenden Reservebehälter· 30, 30a wird das wirksame Gasvolumen sowie die Pedersteife der in dem System.wirkenden Druck luft 16 verändert. Wenn beispielsweise die relative Längsbewegung der Ausgleichskolben 14 und deren zugehöriger Zylinder 13 aufgrund eines verhältnismäßig großen Vertikalhubes des Bohrschiffes V im Wasser relativ groß" ist, ist eine geringe Pedersteife zweckmäßig, um die Änderungen des Gasdruckes auf einem niedrigen Wert zu halten. Diese Bedingung kann durch öffnen des Schleusenventils 33 herbeigeführt werden, so daß sämtliche Reservebehälter 30, 30a mit den Akkumulatoren 17 verbunden sind, wobei diese Behälter und Akkumulatoren Luft mit dem gleichen Druck enthalten. Wenn der Vertikalhub des Bohrschiffes V im Wasser verhältnismäßig klein ist, kann das Schleusenventil 33 geschlossen werden.. In diesem Fall steht nur der einzige in der Zeichnung dargestellte Reservebehälter 30 mit den Akkumulatoren 17 in Verbindung, so daß die Pedersteife für einen gegebenen Druck der Druckluft dann relativ hoch ist. Zwischenwerte der Pedersteife können durch Pestsetzung der Anzahl von in Wirkverbindung mit den Akkumulatoren bringbaren Reservebehältern 30, 30a herbeigeführt werden, indem eines oder mehrere der Absperrventile 32a zwischen den Reservebehältern 30a¹und der Sammelleitung 31 geschlossen werden.

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Die Anzahl der Reservebehälter 30a kann größer als in dem zeicrmerisch dargestellten Ausführungsbeispiel sein, wodurch eine größere Variationsbreite der Federsfceife der in dem System verwendeten Druckluft erreicht werden kann.'

Angenommen, das System arbeitet mit einer verhältnismäßig hohen Luft federsteife, d. h. mit geschlossenem Schleusenventil 33, so kann der Luftdruck im System rasch dadurch erhöht werden, daß die mwirksamen Reservebehälter 30a mit unter einem gewünschten höheren Druck stehender Druckluft durch Betätigung des Ventils 56 in der V/eise, daß Druckluft aus dem Hochdruck-Vorratsbehälter 52 zu den unwirksamen Reservebehältern strömen kann, gefüllt werden, bis der gewünschte Druck in diesen Behältern entsprechend der Anzeige am Druckmesser 60 erreicht ist. Soll der Druck in den Akkumulatoren 17 erhöht werden, wird das Schleusenventil 33 durch entsürechende Betätigung des Pernsteuerventils 3¹I geöffnet, wodurch eine sehr rasche Luftdruckerhöhung im System stattfindet, da der höhere Luftdurch aus den vorher unwirksamen Behältern 30a in den anderen Reservebehälter 30 und in die Akkumulatorgehäuse 22 gelangt.

Umgekehrt kann eine Verringerung des Luftdrucks erzielt werden, Bei geschlossenem Schleusenventil 33 wird das Ventil 56 in der Weise betätigt, daß Luft aus den unwirksamen Reservebehältern 30a in die Außenluft abgelassen wird, bis der Druck in den Behältern 30a entsprechend der Anzeige auf dem Messer 60 auf dem gewünschten Wert ist. Daraufhin tritt bei öffnen des Schleu-

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senventils 33 ein ziemlich rascher Luftdruckabfall im Akkumulatorsystem ein.

Wenn das System mit einer verhältnismäßig hohen Federskeife arbeitet, kann der wirksame Luftdruck in den Akkumulatoren 17 besonders rasch geändert werden. Soll eine Luftdruckerhöhung erfolgen, wird das Ventil 5^ in der V/eise betätigt, daß unter hohem
Druck stehende Luft aus dem Vorratsbehälter 52 in die Akkumulatoren 17 und den einzigen Reservebehälter 30 (bei geschlossenem Schleusenventil 33) strömen kann, wodurch ein Druckanstieg aufgrund des verhältnismäßig kleinen Gasvolumens eines derartigen
Systems rasch erreich wird. In gleicher Weise wird, wenn der
Luftdruck im System beim Arbeiten mit hoher Pederste"¹'fe verringert werden soll, das Ventil 5^ in der Weise betätigt, daß ein. bestimmter Anteil der Luft an die Atmosphäre abgegeben wird, wodurch eine verhältnismäßig rasche Abnahme des Luftdrucks im
System eintritt.

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Claims

- 19 - 230A002

Patentansprüche:

I.) Ausgleichsvorrichtung zum Steuern und Aufrechterhalten einer vorbestimmten Spannung in einem Strang, mit zumindest einem Kraftheber mit einen; Zylinder und einem darin verschiebbar angeordneten Kolben, von denen einer mit dem Strang und der andere mit einer Abstützung in BetriebsZuordnung steht, einer Einrichtung zum Aufrechterhalten des Drucks in einer den Kolben im Zylinder einseitig beaufschlagenden Flüssigkeit während Relativbewe'guncon zwischen Kolben und Zylinder in beiden Längsrichtungen, bei der ein unter Druck stehendes Gas seinen Druck der Flüssigkeit aufprägt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (30,3Oa) zur Volumenveränderung des Gases (16) unter Erhalt eines gleichen für ein Aufprägen seiner Druckkraft auf die Flüssigkeit (15) wirksamsn Einheitsdrucks im Gas.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zum Aufrechterhalten des Drucks in der Flüssigkeit einen Akkumulator mit einem zylindrischen Gehäuse umfaßt, der einen Teil der Flüssigkeit in seinem einen Bereich und das Druckgas in seinem anderen Bereich zur Aufprägung seines Druckes auf die Flüssigkeit aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Volumens veränderung mehrere an den Druckgasbereich (23) des Akkumulators (17) angeschlossene Druckgasbehälter (30,3Oa) aufweist und eine Einrichtung (31) zur Strömungsverbindung des Akkumulators mit unterschiedlichen Anzahlen von Druckgasbehältern zur

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wahlweisen Bestimmung der Federsteife des Druckgases (16) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (31) ein Ventil (33) zum wahlweisen Herstellen einer Strömungsverbindung bzw. Absperrung des Druckgases (Ib) zwischen einigen (30a) der Druckgasbehälter (30,3Oa) und dem Akkumulator (17) aufweist.
H. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Vorrat (52) an Druckgas (16), eine Leitungsverbindung (55,57) zum Überführen des Druckgases aus dem Vorrat in den Akkumulator und in die Druckgasbehälter (3O_s3Oa) und eine einstellbare Absperreinrichtung (5^₅56) in der Leitungsverbindung zum Steuern des Druckgasstroms durch diese.
5. Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung (5^,56) für eine wahlweise Erhöhung oder Verringerung des Druckes des Druckgases (16) im Akkumulator (.17) und in den Druckgasbehältern (30,3Oa) einstellbar ist.
6. Vorrichtung nach Ansprüche *l oder S» dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsverbindung eine erste Rohrleitung (57) für eine Druckgasführung zwischen dem Vorrat (52) und einigen (30a) der Druckgasbehälter (30,3Oa) und eine zweite Rohrleitung (55) für eine Druckgas führung zwischen dem Vorrat und einem verbleibenden Teil (30) der Druckgasbehälter und dem Akkumulator (17)

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umfaßt und die AbsDerreinrichtung Ventile (5*1,56) in der traten und der zweiten Rohrleitung zur gesonderten Steuerung des Druckgasstroms in diesen aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein Schleusenventil (33), mittels dessen wahlweise eine Strömungsverbindung oder Absperrung zwischen einigen (3Oa) der Druckgasbehälter (30,3Oa) und dem verbleibenden Teil (30) der Druckgasbehälter herstellbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Druckgasbehälter (30,3Oa) ein gesondertes Absperrventil (32,32a) zugeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang (S) in einem Bohrloch (W) angeordnet und durch ein Gestell (L) abgestützt ist und der Zylinder (13) eine langgestreckte Form aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß von dem Zylinder (13) und dem Kolben (I¹I) der eine nit einer Aufhängung (E) des Gestells (L) und der andere mit dem Strang (S) verbunden'ist, derart, daß der Zylinder mit seinem Kolben zwischen der Aufhängung und dem Strang angeordnet ist.

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