DE2416874B1

DE2416874B1 - Method and device for dynamic positioning of a floating body

Info

Publication number: DE2416874B1
Application number: DE2416874A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 7920 Heidenheim Baer
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1974-04-06
Filing date: 1974-04-06
Publication date: 1975-07-10
Also published as: FR2266915B1; NL7504037A; NO137355C; NO137355B; GB1492654A; NO751159L; JPS50152495A; FR2266915A1; DE2416874A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum dynamischen Positionieren eines Schwimmkörpers, insbesondere eines Bohrschiffes, durch mehrere schubkrafterzeugende Organe.The invention relates to a method and a device for dynamic positioning of a Floating body, in particular of a drilling ship, by several organs generating thrust.

Zur Erforschung und Ausbeutung von Ölquellen und Lagern von Mineralien auf und unter dem Meeresboden, für schwimmende Beobachtungsplattformen, Ladeplattformen und für Schwimmkörper ähnlicher Art muß der Schwimmkörper gegen die Wirkung von Wind, Wellen und Strömung eine bestimmte Lage halten. For the exploration and exploitation of oil wells and deposits of minerals on and under the seabed, for floating observation platforms, loading platforms and for floating bodies of a similar type the float must hold a certain position against the effects of wind, waves and currents.

Die ortsfeste Verankerung eines derartigen Schwimmkörpers mit Ankertrossen ist in tieferen Gewässern nicht mehr möglich.The fixed anchoring of such a float with anchor cables is in deeper waters not possible anymore.

Für diese Einsatzfälle ist man zur sogenannten dynamischen Positionierung des Schwimmkörpers übergegangen. Das heißt, mehrere Antriebsorgane, mit deren Hilfe der Schwimmkörper gegebenenfalls auch selbst zur Arbeitsstelle fährt, halten durch die Erzeugung von unterschiedlichen Schubgrößen und Schubrichtungen den Schwimmkörper auf der vorgegebenen Position und in der vorgegebenen Richtung. Durch Meßeinrichtungen werden Abweichungen von der vorgegebenen Position und Richtung aufgezeigt, deren Meßwerte nach entsprechender Umformung zur Regelung der Schubkräfte an die entsprechenden Antriebsorgane verwendet werden, um den Schwimmkörper wieder in die vorgegebene Position zurückzubringen (siehe z. B. DT-AS 12 65 564).For these applications, the so-called dynamic positioning of the float has been used. That is, several drive elements, with the help of which the floating body may also itself drives to the job, hold by generating different thrust sizes and thrust directions the float in the specified position and in the specified direction. By measuring devices deviations from the specified position and direction are shown, their measured values after appropriate reshaping to regulate the thrust forces to the corresponding drive elements can be used to bring the float back into the specified position (see e.g. DT-AS 12 65 564).

Dieses Positionierverfahren erfordert naturgemäß sehr hohe Antriebsleistungen, da die Abweichung des Schwimmkörpers von der vorgegebenen Position nicht groß werden darf. Im Vergleich zur Auslegung der Antriebsorgane für Fahrtbetrieb ist hierzu mehr als der eineinhalbfache Wert erforderlich, d. h., die Antriebsorgane des Schwimmkörpers müssen entsprechend überdimensioniert werden. Trotzdem läßt sich die Gefahr nicht ausschließen, daß unerwartete und hohe Krafteinwirkungen auf den Schwimmkörper nicht schnell genug abgefangen werden können und es so z. B. bei einemThis positioning method naturally requires very high drive powers, since the deviation of the Float may not become large from the specified position. Compared to the design of the drive units For driving operations, more than one and a half times the value is required, d. e., the drive organs of the float must be oversized accordingly. Nevertheless, the danger do not rule out that unexpected and high forces acting on the float are not fast enough can be intercepted and it so z. B. at one

IS Bohrschiff zum Bruch des Bohrgestänges kommt.IS drill ship breaks the drill string.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zum dynamischen Positionieren eines Schwimmkörpers zu schaffen, für das nur eine geringere Energie erforderlich ist und das trotzdem eine größere Sicherheit vor unzulässig großen Positionsänderungen bietet.The invention is based on the object of a method and a device for dynamic positioning to create a float that requires less energy and that anyway offers greater security against unacceptably large changes in position.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die auf den Schwimmkörper einwirkenden Kräfte (Wind, Wellen, Strömung) nach Größe und Richtung vor ihrer Einwirkung meßtechnisch erfaßt und nach entsprechend rechnerischer Umformung und nach Vergleich mit dem Sollzustand zur Einstellung der jeweils erforderlichen Schubkräfte verwendet werden.This object is achieved according to the invention in that the acting on the floating body Forces (wind, waves, currents) measured according to size and direction before their effect and after corresponding computational transformation and after comparison with the target state for setting the each required thrust can be used.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, daß man die auf den Schwimmkörper einwirkenden Kräfte vor ihrer Auswirkung erkennt. Durch die rechnerische Ermittlung der zu erwartenden Auswirkungsgröße kann nun das Kommando zum Aufbringen von Gegenkräften an die schubkrafterzeugenden Organe gegeben werden, bevor die Kraft zur Auswirkung kommt. Hierdurch wird Zeit für die Einleitung von Gegenkräften gewonnen. Dem durch die äußeren Kräfte auf den Schwimmkörper einwirkenden Impuls kann daher mit kleineren Kräften begegnet werden, weil ein längerer Zeitraum zur Verfügung steht.The inventive method is achieved that one acts on the floating body Recognizes forces before they act. By calculating the expected impact size can now command the application of opposing forces to the thrust-generating organs given before the force takes effect. This creates time for counter-forces to be introduced won. The impulse acting on the float due to the external forces can therefore be countered with smaller forces because a longer period is available.

Um den Schwimmkörper auf seiner vorgegebenen Position zu halten, ist somit nur eine geringe Energie notwendig. Außerdem ist durch die frühzeitige Erzeugung von Gegenkräften eine größere Sicherheit gegen einen unzulässig großen Abtrieb des Schwimmkörpers gewährleistet.In order to keep the floating body in its predetermined position, there is therefore only a small amount of energy necessary. In addition, the early generation of opposing forces provides greater security against an inadmissibly large downforce of the float is guaranteed.

Insbesondere bei Bohrschiffen oder anderen Schwimmkörpern, deren Widerstand gegen äußere Kräfte richtungsempfindlich ist, ergibt das erfindungsgemäße Verfahren einen weiteren Vorteil. Es kann nämlich verhindert werden, daß der Schwimmkörper aus einer Optimallage (geringster Widerstand gegen äußere Kräfte) herausschwenkt und dadurch eine größere Impulsaufnahme erleidet, für dessen Beseitigung ein erhöhter Energieaufwand notwendig wäre.Especially with drilling ships or other floating bodies, their resistance to external Forces is sensitive to direction, the inventive method gives a further advantage. It can namely prevented that the float from an optimal position (lowest resistance to external forces) swings out and thus suffers a greater absorption of impulses, for its elimination an increased expenditure of energy would be necessary.

Zur Durchführung des Verfahrens sind optische und/oder elektronische und/oder akustische Meßeinrichtungen und/oder Druckdosen oder ähnliches zur Erfassung der zu erwartenden Einwirkungen von Wind, Wellen und Strömung nach Größe und Richtung und an sich bekannte Meßgeräte zur Erfassung der akuten Lageveränderung im Vergleich zum Sollzustand verwendbar. Optical and / or electronic and / or acoustic measuring devices are used to carry out the method and / or pressure cans or the like to record the expected effects of wind, Waves and currents according to size and direction and measuring devices known per se for recording the acute Changes in position compared to the target state can be used.

Durch die US-PS 27 08 894 und das Buch Ch. H ο ο k, »Hydrofoils«, ist es bekannt, bei Tragflächenbooten die Wellenhöhe mittels Sensoren zu bemessen und die Meßwerte nach entsprechender Verarbeitung einem Regler aufzuschalten. Hierbei handelt es sich jedochThrough the US-PS 27 08 894 and the book Ch. H ο ο k, "Hydrofoils", it is known to measure the wave height of hydrofoils by means of sensors and the To connect measured values to a controller after appropriate processing. But this is what it is

sowohl um ein anderes Einsatzgebiet als auch um einen anderen Zweck. Die Sensoren dienen zur Stabilitätskorrektur und zur Festlegung der Fahrthöhe eines Tragflächenbootes über dem Wasser.both for a different area of use and for a different purpose. The sensors are used to correct the stability and to determine the ride height of a Hydrofoil over the water.

In den Unteransprüchen sind erfindungsgemäße Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens aufgezeigt. Devices according to the invention for carrying out this method are shown in the subclaims.

Gemäß Anspruch 2 sind um den Schwimmkörper Bojen mit Meßeinrichtungen angeordnet. Die von den Meßeinrichtungen und den Meßgeräten ermittelten Daten werden dann rechentechnisch entsprechend umgeformt, so daß die erforderlichen Gegenkräfte rechtzeitig an die schubkrafterzeugenden Organe gegeben werden können.According to claim 2 buoys with measuring devices are arranged around the floating body. The ones from the Measuring devices and the data obtained from the measuring devices are then converted accordingly by computer technology, so that the necessary counter-forces are given to the thrust-generating organs in good time can be.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit besteht darin, daß der Schwimmkörper mit Spieren versehen ist, auf denen die Meßeinrichtungen angeordnet sind.Another embodiment is that the floating body is provided with spars which the measuring devices are arranged.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß zur Umformung und zum Vergleich mit dem Sollzustand für die von den Meßeinrichtungen und den Meßgeräten gelieferten Meßwerte an sich bekannte Rechenanlagen vorgesehen sind, durch deren Ausgangssignale die schubkrafterzeugenden Organe entsprechend steuerbar sind.According to the invention it is also provided that for reshaping and for comparison with the target state computing systems known per se for the measured values supplied by the measuring devices and the measuring devices are provided, through the output signals of which the thrust-generating organs can be controlled accordingly are.

Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigtTwo exemplary embodiments of the invention are described below. It shows

F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung mit Bojen,F i g. 1 a schematic representation of the device according to the invention with buoys,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform mit Spieren.F i g. 2 is a schematic representation of another embodiment with spars.

Der Schwimmkörper 1 ist mit vier Zykloidenpropellern 2 vom Voith-Schneider-Typ ausgerüstet. Diese Propeller können die Schubkraft sowohl in der Größe als auch in der Richtung beliebig variieren. An Stelle der Zykloidenpropeller 2 können jedoch auch andere Propeller, beispielsweise verschwenkbare Verstellpropeller, verwendet werden. Die Schuberzeugung kann auch durch die Schiffslängs- und in Schiffsquerrichtung arbeitende Schuberzeuger aufgebracht werden. Um den Schiffskörper herum sind in einem größeren Abstand, z. B. 100 m, sechs Bojen 3 angeordnet. Diese Bojen 3 sind jeweils mit einer Windmeßeinrichtung 4, durch die Windrichtungs- und Winddruckänderungen gemessen werden können, und mit Druckdosen 5, durch die die anlaufenden Wellen und die Strömung gemessen wird, versehen. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß die Höhe einer anlaufenden Welle ausgemessen, deren Steilheitsgrad ermittelt und ihre Fort-Schrittsgeschwindigkeit festgestellt wird. Die Meßdaten der Windmeßeinrichtung 4 und der Druckdosen 5 werden jeweils über Leitungen 6 in eine Rechenanlage 7 eingegeben. Statt über Leitungen 6 können die Meßdaten selbstverständlich auch auf dem Funkwege der Rechenanlage übermittelt werden. Ferner werden die durch Meßgeräte zur Erfassung der akuten Lageveränderung 12 erzeugten Daten ebenfalls in die Rechenanlage eingegeben. In der Rechenanlage 7 werden die erforderlichen Gegenkräfte und Gegenmomente ermit-The float 1 is with four cycloid propellers 2 of the Voith-Schneider type. These propellers can provide thrust both in size as well as vary in direction at will. Instead of the cycloid propeller 2, however, others can also be used Propellers, for example pivotable controllable pitch propellers, can be used. The thrust generation can can also be applied by the ship's longitudinal and transverse thrust generators. Around the hull around are at a greater distance, e.g. B. 100 m, six buoys 3 arranged. These buoys 3 are each with a wind measuring device 4, through the wind direction and wind pressure changes can be measured, and with pressure cells 5, through which the incoming waves and the current is measured, provided. This is done, for example, by measuring the height of an approaching wave, whose degree of steepness is determined and their pace is determined. The measurement data the wind measuring device 4 and the pressure cells 5 are each fed into a computer 7 via lines 6 entered. Instead of using lines 6, the measurement data can of course also be sent over the radio path of the computer system be transmitted. Furthermore, by measuring devices for recording the acute change in position 12 generated data is also entered into the computer system. In the computer system 7, the required Determine counterforces and counter torques

IS telt und entsprechende Steuerbefehle über Steuerleitungen 9 zur Aufbringung dieser Kräfte an die Zykoidenpropeller 2 gegeben.IS telt and corresponding control commands via control lines 9 given to the cykoid propeller 2 to apply these forces.

Gemäß F i g. 2 kann an Stelle der Bojen 3 auch mit Spieren 11 gearbeitet werden, die von der Plattform des Schwimmkörpers 1 ausgefahren werden. Die Windmeßeinrichtungen 4 und die Druckdosen 5 sind dann auf den Spieren 11 angeordnet.According to FIG. 2, instead of buoys 3, it is also possible to work with spars 11 from the platform of the float 1 are extended. The wind measuring devices 4 and the pressure cells 5 are then arranged on the spars 11.

Selbstverständlich läßt sich auch das Ausführungsbeispiel der F i g. 1 mit dem der F i g. 2 kombinieren, Of course, the embodiment of FIG. 1 with that of FIG. 2 combine,

d. h., daß zusätzlich zu dem im größeren Abstand um den Schwimmkörper 1 herum ausgelegten Bojen 3 im Nahbereich Zusatzmessungen durch die ausgefahrenen Spiere 11 möglich sind.d. This means that in addition to the buoys 3 laid out at a greater distance around the floating body 1 in Close range additional measurements are possible through the extended spar 11.

Es ist auch möglich, die zur Erfassung der äußeren Kräfte erforderlichen Meßeinrichtungen 10 an Bord entweder allein oder, wie in F i g. 1 angedeutet, in Zusammenarbeit mit den auf den Bojen 3 angebrachten Meßeinrichtungen 4,5 zu installieren.
Zum erstmaligen grundsätzlichen Aufbau des Verfahrens sollen an Hand von Modell- und Großversuchen die wirklich auftretenden aus Wind, Wellen und Strömung hervorgerufenen Kräfte ermittelt und mit denen aus den Meß- und Rechenverfahren gewonnenen Angaben verglichen werden. Das Verfahren ist dann so weit zu korrigieren, bis beide Werte hinreichend übereinstimmen. Sodann können die Meßeinrichtungen als Quellen für die Steuerimpulse an die schubkrafterzeugenden Organe eingesetzt werden.It is also possible to have the measuring devices 10 required for recording the external forces on board either alone or, as in FIG. 1 indicated to be installed in cooperation with the measuring devices 4, 5 mounted on the buoys 3.
For the initial basic structure of the process, the forces actually occurring from wind, waves and currents are to be determined using model and large-scale tests and compared with the information obtained from the measurement and calculation processes. The procedure must then be corrected until both values agree sufficiently. The measuring devices can then be used as sources for the control pulses to the organs generating the thrust.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method for dynamic positioning of a floating body, in particular a drilling ship, by several organs generating thrust, characterized in that the forces acting on the floating body (1) (Wind, waves, currents) measured and measured according to size and direction before their effect after corresponding computational transformation and after comparison with the target state for setting the required thrust can be used.

2. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that to the floating body (1) buoys (3) with measuring devices (4,5) for recording the expected effects of wind, waves and currents according to size and direction and to capture the acute Changes in position compared to the target state are arranged.

3. Device for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that that the floating body (1) is provided with spars (11) on which measuring devices (4,5) for detection the expected effects of wind, waves and currents according to size and direction and are arranged to detect the acute change in position compared to the target state.

4. Device according to claim 2 and 3, characterized in that for reshaping and for comparison with the target state for the ones supplied by the measuring devices (4, 5, 10) and the measuring devices (12) Measured values known per se computer systems (7) are provided by their output signals the thrust-generating organs (2) can be controlled accordingly.