DE2447981C3 - Seegangfolgeeinrichtung für Hebezeuge auf einer schwimmenden Plattform zum Aufrechterhalten einer im wesentlichen gleichbleibenden Last - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Seegangfolgeeinrichtung für Hebezeuge auf einer schwimmenden Plattform zum Aufrechterhalten einer im wesentlichen gleichbleibenden Last, aus einem passiven Last-Aufhänge-System mit elastischer Last-Aulhänge-Verbindung zwischen Plattform und Last, insbesondere einer mit einem Druckmedium beaufschlagbaren ersten Kolben-Zylinder-Anordnung, das der einen Seite einer als Steuerorgan vorgesehenen, ein aktives, die Aufhängekraft modifizierendes System bildenden zweiten Koiben-Zylinder-Anordnung zuführbar ist, welche zur Verstellung der auf die Last-Aufhänge-Verbindung ausgeübten, bei Lage der Last in einer vorgegebenen Solldistanz unterhalb der Plattform auf einen vorgegebenen Sollwert einstellbaren Kraft ausgebildet ist, wobei der Wert der Last-Aufhänge-Kraft meßbar und eine Änderung der Kraft herstellbar ist, durch welche die Abweichung der gemessenen von der vorgegebenen Last-Aufhänge-Kraft gegen Null ausgleichbar ist, die andere Seite der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem Gas beaufschlagbar und an das aktive, die Aufhängekraft modifizierende System eine Druckmedium-Einrichtung angeschlossen ist, die eine Druckpumpen-Regelventil-Anordnung aufweist, welche von einer Meßfühler-Anordnung gesteuert ist, durch die die Differenz aus dem Druck im passiven Last-Aufhänge-System und dem Druck auf der mit Gas beaufschlagten Seite der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung erfaßbar ist.

Seegangfolgeeinrichtungen für Hebezeuge auf einer schwimmenden Plattform zum Aufrechterhalten einer im wesentlichen gleichbleibenden Last sind in mehreren Ausführungsformen bekanntgeworden. Die DT-AS 22 21 700 beispielsweise beschreibt eine solche Einrichtung mit einem passiven Last-Aufhänge-System und einer einstellbaren Last-Aufhänge-Verbindung, die zwischen einem festen Aufhängepunkt an der schwimmenden Plattform und der Last eingeschaltet ist, wobei zusätzlich Steuerorgane vorgesehen sind, die von der elastischen Lastaufhängung beaufschlagt werden. Diese bekannte Einrichtung besitzt jedoch kein aktives, die Aufhängekraft modifizierendes System der Lastaufhängung. Dadurch bedingt kann bei dieser bekannten Seegangfolgeeinrichtung nicht der Lastweg und die

SS tatsächliche Längenänderung berücksichtigt werden, so daß diese Einrichtung relativ ungenau arbeitet Dies trifft insbesondere bei relativ hohem Seegang zu.

Die britische Patentschrift 10 92 247 hat diese Einrichtung dadcrch weiterentwickelt, daß zusätzlich ein aktives, die Aufhängekraft modifizierendes System der Lastaufhängung dem passiven System zugeordnet ist, wobei der Lastweg gemessen und mit der tatsächlichen Längenänderung verglichen wird. Eine bestehende Differenz der beiden Wege wird über eine Steuerung ausgeglichen. Diese bekannte Einrichtung verwendet zur Steuerung der Lastaufhängung eine Wegabtastung, der aber immer noch der Nachteil einer relativ großen Ungenauigkeit anhaftet

Dieser Nachteil wurde bereits bei einem älteren Vorschlag gemäß der DT-Offenlegungsschrift 23 45 809 vermieden, wobei durch einen Detektor die Zugkraft gemessen wird, welche von einem Haken des Hebezeugs auf eine Bohrrohr-Kolonne dusgeübt wird. Aber auch dieser ältere Vorschlag benutzt eine einfache Sollwert-Istwert-Steuerung, die relativ ungenau arbeitet

Eine writere Verbesserung in der Steuerungsgenauigkeit weist eine Seefolgeeinrichtung auf, die in der US-PS 36 53 636 bzw. DT-OS 21 43 943 beschrieben ist. Bei der erstgenannten Druckschrift wird ein reversibler Hydraulikmotor, der eine Stellwinde antreibt, über ein Hochdruckgefäß angetrieben, wobei eine Meßzelle das Drehmoment an der Ausgangsseite und auch die Drehrichtung des Hydraulikmotors mißt. Bei der an zweiter Stelle genannten Druckschrift wird entsprechend der Merkmale der eingangs genannten Seegangfolgeeinrichtung, von der die Erfindung ausgeht, ein Sollwert Istwert-Vergleich durchgeführt, dementsprechend ein Steuerkolben in der einen oder anderen Richtung beaufschlagt wird. Auch wird die Differenz aus dem Druck im passiven Last-Aufhänge-System und dem Druck auf der mit Gas beaufschlagten Seite der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung erfaßt und für die Steuerung eingesetzt Aber auch dieser bekannten Einrichtung haftet immer noch der Nachteil an, daß die Steuerung relativ ungenau ist, und zwar im wesentlichen, weil die erwähnte zweite Kolben-Zylinder-Anordnung direkt von der Druckdifferenz angesteuert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Seegangfolgeeinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß Lastwechsel mit für eine solche Einrichtung ausreichender Genauigkeit geregelt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das aktive, die Aufhängekraft modifizierende System eine Hilfs-Kolben-Zylinder-Anordnung aufweist, die an die zweite Kolben-Zylinder-Anordnung gekoppelt ist, deren Hilfskolben beidseitig gesteuert an der einen oder der anderen Kolbenseite von dem von der Druckpumpen-Regelventil-Anordnung gelieferten Druckmedium entsprechend der Belastung bcaufschlagbar ist.

Durch diese Maßnahmen wird die zweite Kolben-Zylinder-Anordnung mittels der Hiifs-Kolben-Zylinder-Anordnung entsprechend der jeweiligen Belastung von der Druckpumpen-Regelventil-Anordnung beaufschlagt, wodurch sich eine sehr genaue Regelung ergibt.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im folgenden erläutert.

In der Zeichnung stellt 1 die grundsätzliche Darstellung eines elastischen Last-Aufhängesystems dar, welches ein passives Lastaufhängesystem ersetzt. In der gezeichneten Anordnung enthält der Hubausgleichs-Zylinder 2 einen Kolben 3, dessen Kolbenstange 4 mit der Last 5 verbunden ist In der Zeichnung ist nur das obere Ende der Last 5 gezeichnet; die vollständige Last 5 besteht aus dem Bohrgestänge und dem Bohrkopf am unteren Ende des Bohrgestänges. Der Hubausgleichs-Zylinder 2 ist an dem festen Aufhängepunkt 6 an der schwimmenden Plattform (welche nicht dargestellt ist) befestigt 7 bezeichnet einen Zylinderstoßdämpfer, der einen Kolben 8 enthält. Das untere Ende des Hubausgleichs-Zylinders 2 und ein Ende des Zvlinder-Stoßdämpfers 7 sind über eine Flüssigkeitsübertragungsleitung 9 miteinander verbunden. Das untere Ende des Hubausgleichs-Zylinders 2, die Flüssigkeitsübertragungsleitung 9 und der untere Teil des Zylinder-Stoßdämpfers 7 sind flüssigkeitsgefüllt und stellen ein geschlossenes Flüssigkeitskreissystem dar. Das andere Ende des Zylinder-Stoßdämpfers 7 ist durch die Preßluftleitung 10 mit einer Reihe von Preßluftvorratsbehältern 11 verbundea Dieses Ende des Zylinder-Stoßdämpfers 7, die Preßluftleitung 10 und die Preßluftvorratsbehälter U stellen ein geschlossenes Luftkreissystem dar.

Das aktive — die Aufhängekraft modifizierende — System besteht aus einer Meßfühleranordnung 12, einer Flüssigkeitsdruckpumpe 13, dem Regelventil 14 und dem Hilfszylinder 15, welcher seinerseits einen Kolben 16 enthält Die Kolbenstange 17 dieses Kolbens ist mit dem Kolben 8 des Zylinder-Stoßdämpfers 7 verbunden. Die Meßfühleranordnung 12 ist über eine Verbindungsleitung 18 an das geschlossene Gaskreissystem und über eine Verbindungsleitung 19 an das geschlossene Flüssigkeitskreissystem angeschlossen. Diese Meßfühleranordnung 12 steuert über Signalleitungen die Regler 20 und 21 an, welche ihrerseits die Tätigkeit der Flüssigkeitsdruckpumpe 13 bzw. die Funktion der Regelventile 14 steuern.

22 bezeichnet eine Verbindungsleitung zwischen der Flüssigkeitsdruckpumpe 13 und dem geschlossenen Flüssigkeitskreissystem, wobei ein Soll-Wert-Vorgabeventil 23 dazwischen geschaltet ist. 24 bezeichnet ein Bypass-Ventil, das im Offnungszustand die gegenüberliegenden Enden des Hilfs-Zylinders 15 miteinander verbindet. Wenn das Ventil 24 geöffnet ist, sind beide Regelventile 14 geschlossen, und wenn eines der Reglerventile 14 geöffnet ist, so ist das Bypass-Ventil 24 geschlossen. 25 bezeichnet ein hydraulisches Sperrventil, das im Schließzustand den Hubausgleichs-Zylinder 2 vom Zylinder-Stoßdämpfer 7 trennt. 26 und 27 bezeichnen Einlaß- bzw. Auslaßventile im Luftkreissystem.

28 bezeichnet eine mechanische Verriegelung, die es gestattet, an einer beliebigen Stelle des Lastweges einzurasten. Diese Verriegelung 28 wird flüssigkeitsgesteuert und ist über die Verbindungsleitung 29 mit dem Regelventil 30 verbunden.

Im praktischen Einsatz muß zur Vorbereitung dieser Seegangsfolgeeinrichtung die Anordnung auf bestimmte Bezugswerte voreingestellt werden. Diese Voreinstellungswerte richten sich nach der gesamten Trägerlast und nach der gesamten Länge des Bohrgestänges unter der schwimmenden Plattform. Diese Voreinstellung gelingt durch Hinzufügen oder durch Ablassen von Flüssigkeit aus dem geschlossenen Flüssigkeitskreissystem durch Verstellen des Soll-Wert-Vorgabeventils 23 und durch Verstellung der Pumpenleistung der Flüssigkeitsdruckpumpe 13. Die Kolben 3 und 8 werden dabei in die ungefähre Mitte der jeweiligen Zylinder gesetzt, wenn die schwimmende Plattform auf ihrer mittleren Höhe über dem Meeresboden sich befindet und wenn der gewünschte lastabhängige Schub ermittelt ist Die mittlere Position der schwimmenden Plattform ist dabei die Position, die die Plattform bei niedrigem Wellengang einnehmen würde.

Sobald die Plattform — seegangsbedingt — anfängt Hubbewegungen auszuführen, wird während des Aufwärtshubes eine gegensätzliche Bewegung des Kolbens 3 im Vergleich zum Hubausgleichs-Zylinder 2 einen Anstieg des Flüssigkeitsdruckes im Hubausgleichs-Zylinder 2 bewirken. Falls die Flüssigkeit im

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Hubausgleichs-Zylinder 2 eingeschlossen wäre, so würde der Flüssigkeitsdruck ansteigen, bis ein Gleichgewicht zum Gesamtgewicht der Trägerlast hergestellt werden würde; die Last würde dann der Bewegung der Plattform folgen. Ein Teil der Flüssigkeitsmenge im Hubausgleichs-Zylinder 2 wird jedoch in den Zylinder-Stoßdämpfer 7 verdrängt, wo eine Bewegung des Kolbens 8 einen Anstieg des Luftdruckes im geschlossenen Luftkreissystem bewirkt Das gesamte System strebt daher einem Gleichgewichtszustand bei leicht erhöhtem Flüssigkeitsdruck entgegen.

Die Meßfühleranordnung 12 erfaßt den Druckanstieg im Flüssigkeitssystem; eine zweite Meßgröße wird vom Luftdruck im geschlossenen Luftkreissystem abgeleitet. Das Differenzsignal dieser beiden Drücke und das ij Vorzeichen dieser Differenz (d. h, welcher Druck höher ist) werden den Reglern 20 der Flüssigkeitsdruckpumpe 13 zugeführt

Die Förderleistung der Flüssigkeitsdruckpumpen 13 wird in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der *> Regler 20 verändert Die Arbeitsflüssigkeit wird der Unterseite des Kolbens 16 im Hilfs-Zylinder 15 (siehe Zeichnung) zugeführt Auf diese Weise unterstützt der Hilfs-Zylinder 15 den Kolben 8 des Zylinder-Stoßdämpfers zur Kompression der Luft Dadurch wird der Flüssigkeitsdruck im Hubausgleichs-Zylinder annähernd auf den vorgegebenen Soll-Wert zurückgestellt Im Verlaufe eines Abwärtshubes ist die Aufeinander-981

folge der hier beschriebenen Vorgänge ähnlich, doch in diesem Fall wird der Flüssigkeitsdruck im Hubausgleichs-Zylinder 2 durch einen Übergang der Arbeitsflüssigkeit vom Zylinder-Stoßdämpfer 7 zum Hubausgleichszylinder 2 aufrechterhalten. Der Übergang dieser Arbeitsflüssigkeit wird durch Expansion der Luft im geschlossenen Luftkreissystem unter Mitwirkung des Kolbens im Hilfs-Zylinder 15 erreicht. Der von der Flüssigkeitsdruckpumpe 13 bewirkte Arbeitsdruck der Flüssigkeit überwiegt nun an der Oberseite des Kolbens 16 des Hilfs-Zylinders, da die Meßfühleranordnung 12 eine Umkehr des Differenzen-Druckes gemessen hat und die Ventile 14 dementsprechend umgestellt werden.

Der soeben beschriebene Vorgang einer fortlaufenden automatischen Regelung ist unabhängig von der relativen Position des Kolbens im Hubausgleichs-Zylinder 2.

Im praktischen Betrieb kann der Flüssigkeitsdruck des Hubausgleichs-Zylinders 2 nicht exakt genau konstant auf dem Ausgangswert gehalten werden, da unter anderem schon eine Druckänderung nötig ist um den Hilfs-Zylinder in Tätigkeit zu setzen.

Die Vorrichtung ist jedoch in der Lage, Lastwechsel innerhalb einer Genauigkeit von ±0,5% vom Ausgangswert auszuregeln; dies ist für den praktischer Einsatz mehr als ausreichend.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Seegangfolgeeinrichtung für Hebezeuge auf einer schwimmenden Plattform zum Aufr rhalten einer im wesentlichen gleichbleibendei ast, aus einem passiven Last-Aufhänge-System mit elastischer Last-Aufhänge-Verbindung zwischen Plattform und Last, insbesondere einer mit einem Druckmedium beaufschlagbaren ersten Kolben-Zylinder-Anordnung, das der einen Seite einer ais Steuerorgan vorgesehenen, ein aktives die Aufhängekraft modifizierendes System bildenden zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung zuführbar ist, welche zur Verstellung der auf die Last-Aufhänge-Verbindung ausgeübten, bei Lage der Last in einer vorgegebenen Solldistanz unterhalb der Plattform auf einen vorgegebenen Sollwert einstellbaren Kraft ausgebildet ist, wobei der Wert der Last-Aufhänge-Kraft meßbar und eine Änderung der Kraft herstellbar ist, durch welche die Abweichung der gemessenen von der vorgegebenen Last-Aufhänge-Kraft gegen Null ausgleichbar ist, die andere Seite der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem Gas beaufschlagbar und an das aktive, die Aufhängekraft modifizierende System eine Druckmedium-Einrichtung angeschlossen ist, die eine Druckpumpen-Regelventil-Anordnung aufweist, welche von einer Meßfühler-Anordnung gesteuert ist, durch die die Differenz aus dem Druck im passiven Last-Aufhänge-System und dem Druck auf der mit Gas beaufschlagten Seite der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung erfaßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive, die Aufhängekraft modifizierende System eine Hilfs-Kolben-Zylinder-Anordnung (16, 15) aufweist, die an die zweite Kolben-Zylinder-Anordnung (8, 7) gekoppelt ist, deren Hilfskolben (16) beidseitig gesteuert an der einen oder der anderen Kolbenseite von dem von der Druckpumpen-Regelventil-Anordnung (13, 14) gelieferten Druckmedium entsprechend der Belastung beaufschlagbar ist.

2. Seegangfolgeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsdruckpumpe (13) der Druckpumpen-Regelventil-Anordnung (13,14) mit einem Sollwert-Vorgabeventil (23) zusammengeschaltet ist, über welches dem gesteuerten Flüssigkeitskreis Druckflüssigkeit zuführbar oder entnehmbar ist.

3. Seegangfolgeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem an der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung (8, 7) angeschlossenen Gasdruck-Kreislauf über Einlaß- bzw. Auslaßventile (26; 27) komprimiertes Gas zuführbar oder entnehmbar ist.

4. Seegangfolgeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydraulisches Sperrventil (25) in die Verbindung zwischen der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung (8, 7) und der das passive Last-Ausgleichsystem bildenden ersten Kolben-Zylinder-Anordnung (3,2) eingeschaltet ist.

5. Seegangfolgeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bypass-Ventil (24) zwischen die Hydraulik-Leitungen zur beidseitigen Ansteuerung der Hilfskolben-Zylinder-Anordnung (16,15) eingeschaltet ist.

6. Seegangfolgeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypass-Ventil (24) und zwei der Druckpumpen-Regelventilanordnung (13,14) zugeordnete Regelventile (14) in gegenseitiger Abhängigkeit geschaltet sind, wobei in Offenstellung eines der Regelventile (14) das Bypass-Ventil (24) geschlossen ist, und in Offenstellung des Bypass-Ventils (24) beide Regelventile (14) geschlossen sind.