DE2416874C2

DE2416874C2 - Method and device for dynamic positioning of a floating body

Info

Publication number: DE2416874C2
Application number: DE19742416874
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 7920 Heidenheim Baer
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Filing date: 1974-04-06
Publication date: 1976-02-19

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 ahnlicher 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 ζ. Β DT-AS 12 65 564).For these cases of application, one is to the so-called dynamic Positioning of the float passed over. That is, several drive organs, with their Help the float, if necessary, also drive itself to the job, hold by the generation of different thrust sizes and directions the float in the specified position and in the given direction. By measuring devices, deviations from the specified The position and direction are shown, the measured values of which are used to regulate the Thrust forces are used on the appropriate drive elements to put the float back in to bring back the specified position (see ζ. Β DT-AS 12 65 564).

Dieses POsitionierverfahren erfordert naturgemäß S sehr hohe Antriebsleistungen, da die Abweichung des Schwimmkörpers νοη der vorgegebenen Posiiion 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 einem Bohrschiff zum Bruch des Bohrgestänges kommt.This positioning process naturally requires S very high drive power, since the deviation of the floating body νοη the specified posiiion is not may get big. Compared to the design of the drive units for driving operation, this is more than that one and a half times the value required, d. This means that the drive elements of the float must be correspondingly oversized will. Nevertheless, the risk of unexpected and high force effects cannot be ruled out on the float can not be caught quickly enough and so z. B. at one Drill ship comes to break 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 Umlormung und nach Vergleich mit dem Sollzustand zur Einstellung der jeweils erforderlichen Schubkräfte verwendet werden. 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. This object is achieved according to the invention in that the forces ( wind, waves, current) acting on the float are measured according to magnitude and direction prior to their action and are used to set the required thrust forces after appropriate mathematical conversion and after comparison with the target state. The method according to the invention ensures that the forces acting on the floating body are recognized before they take effect. As a result of the computational determination of the effect variable to be expected, the command to apply counterforces to the thrust force-generating organs can now be given before the force takes effect. This saves time for the introduction of opposing forces. The impulse acting on the float due to the external forces can therefore be countered with smaller forces because a longer period of time 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. Hook, »Hydrofoils«, ist es bekannt, bei Tragflächenbooten die Wellenhöhe mittels Sensoren zu beinessen und die Meßwerte nach entsprechender Verarbeitung einem Regler aufzuschalten. Hierbei handelt es sich iedochThrough US-PS 27 08 894 and the book Ch. Hook, "Hydrofoils", it is known to measure the wave height of hydrofoils using 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 erfincungsgemäße Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens aufge zeigt.In the subclaims are devices according to the invention to carry out this procedure indicates.

Gemäß Anspruch 2 sind um den Schwimmkörper Bojen mit Meßeinrichtungen angeordnet. Die von den Meßeinrichtungen und den Meßgeraten ei mitteilen Daten vt erden 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 measuring devices communicate data vt then computationally correspondingly converted ", so that the necessary counter-forces are given to the thrust-generating organs in good time can be.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit besteht darin, is daß der Schwimmkörper mit Spieren versehen ist, auf denen die Meßeinrichtungen angeordnet sind.Another way to do it is to use is that the float is provided with spars on 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 Rcchenanlagen 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 for those of the measuring devices and the measuring devices Measured values supplied are provided, known per se, through whose output signals the Thrust-generating organs can be controlled accordingly.

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 schemuiische Darstellung einer anderen Alisführungsform mit Spieren.F i g. 2 is a schematic representation of another Alis guide form with spars.

Der Schwimmkörper 1 ist mit vier Zykloidenpropellern 2 vom Voith-Schrfeider-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 verschwenkbai j 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 Fortschrittsgeschwindigkeit fesigestellt 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 liem 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 ermittelt und entsprechende Steuerbefehle über Steuerleitungen 9 zur Aufbringung dieser Kräfte an die Zykoidenpropeller 2 gegeben.The float 1 is with four cycloid propellers 2 of the Voith Schrfeider 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 Propeller, for example, Schwenkbai j controllable pitch propeller, be used. The thrust can also be generated by the ship's longitudinal and transverse direction working thrust generators are applied. Around the hull are at a greater distance, z. B. 100 m, six buoys 3 arranged. These buoys 3 are each equipped with a wind measuring device 4, through which wind direction and wind pressure changes can be measured, and with pressure cells 5, by which the incoming waves and the current is measured. This happens for example by measuring the height of an approaching wave, determining its degree of steepness and its speed of progress is set. The measurement data of the wind measuring device 4 and the pressure cells 5 are each input into a computer system 7 via lines 6. Instead of using lines 6, the measurement data Of course, also on the computer's radio path 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 Counterforces and counter torques determined and corresponding control commands via control lines 9 given to the cykoid propeller 2 to apply these forces.

Gemäß Fig. 2 kann an Stelle der Bojen 3 auch mil Spieren Il 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 the buoys 3, it is also possible to work with spars II, which are extended from the platform of the floating body 1. 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, d. h., daß zusätzlich zu dem im größeren Abstand um den Schwimmkörper 1 herum ausgelegten Bojen 3 im Nahbereich Zusatzmessungen durch die ausgefahrenen Spiere U möglich sind.Of course, the embodiment of FIG. 1 with that of FIG. 2 combine, 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 U.

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.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, in cooperation with those attached to buoys 3 To install measuring devices 4, 5.

Zum erstmaligen grundsätzlichen Aufb.ui des Verfahren;; 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.For the first basic setup of the procedure ;; should be based on model and large-scale tests, the really occurring wind, waves and Forces caused by the flow are determined and those obtained from the measurement and calculation methods Information to be compared. The procedure must then be corrected until both values are sufficient to match. Then the measuring devices can be used as sources for the control pulses to the Thrust-generating organs are used.

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, current) 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 I 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.