DE2526610A1

DE2526610A1 - Stabilisierungsanlage fuer ein abbauschiff

Info

Publication number: DE2526610A1
Application number: DE19752526610
Authority: DE
Inventors: Robert Curtis Crooke; John Roby Graham
Original assignee: Global Marine Inc
Current assignee: Global Marine Inc
Priority date: 1974-06-13
Filing date: 1975-06-13
Publication date: 1976-01-02
Also published as: US3943868A; FR2274540A1; JPS5948199B2; DE2526610C2; FR2274540B1; JPS5110592A

Description

PATS N YA N WA LTF. A. GRÜNECKER

OPL ING

H. KINKELDEY

DH-JiJG.

2526610 ^W· STOCKMAlR

DK-ING AoElCACTECHi

K. SCHUMANN

Dft HER NAT ■ OPL-PHYS

P. H. JAKOB

OPL-IWi

G. BEZOLD

DH REHNAT-DtPL-OIEM.

MÜNCHEN E. K. WEIL

Dft HER OEC ING

LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

13· Juni 1975 P 9329

GLOBAL MARINE INC.

West Seventh Street, Los Angeles, California 9001?

Stabilisierungsanlage für ein Abbauschiff

Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungsanlage
zum Tragen einer veränderbaren Last auf einem Schiff. Dabei wird unter einer Stabilisierungaanlage eine Anlage zum Ausgleich von Seegangsbewegungen verstanden, die ■die Last von den Seegangsbewegungen des Schiffs trennt, unter denei hier hauptsächlich senkrechte Bewegungen verstanden werden.

509881/0864

TELEFON (OSO) 22 SS 63 TELEX OO - 99 38O TELEQRAMME MONAPAT

In der deutschen Patentanmeldung P mit

dem Titel "Schiff für unterseeische Abzuarbeiten" sowie in der US-Patentanmeldung Nr. 479 092 vom 13. Juni 1974 mit dem Titel "Deep Ocean Mining Ship" und der US-Patentanmeldung Nr. 479 091 vom 13. Juni 1974 mit dem Titel "Apparatur for Raising and Lowering Pipe String From a Floating Vessel" derselben Anmelderin wird ein Schiff beschrieben, das so ausgerüstet ist, daß es unterseeische Abbauarbeiten auf dem Meeresboden in Meerestiefen von 3 bis 4 Meilen ausführen kann. Das Abbaugerät wird vom Überwasserschiff mittels eines zusammengesetzten Rohrstranges zum Meeresboden abgesenkt, der von einer Einrichtung, die sich auf dem Deck des Schiffs befindet, Segment für Segment mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit abgesenkt wird. Da die Last der Abbauanlage am Rohrstrang zunimmt, während mehr und mehr Rohrsegmente hinzugefügt werden um diese großen Tiefen zu erreichen, ist es notwendig, den Rohrstrang mit praktisch konstanter Geschwindigkeit hochzufahren und abzusenken, um die starken Kräfte und Beanspruchungen zu vermeiden, die bei einer schnellen Beschleunigung oder Verzögerung des Rohrstranges auftreten würden. Wie in den genannten Patentanmeldungen beschrieben wird, wird dieser Vorschub mit konstanter Geschwindigkeit erreicht, indem die Einrichtung, die den Rohrstrang hebt und senkt, gegenüber den senkrechten Bewegungen isoliert wird, die das schwimmende Schiff mitmacht, von dem die Abbauanlage getragen wird.

Das Problem des Abstützens eine3 Rohrstranges von einem schwimmenden Schiff aus tritt auch bei der Ausführung unterseeischer Ölbohrungen auf. Es sind bereits verschiedene Lösungsmöglichkeiten vorgesehlagen worden, um die Schwerstange bzw. das Bohrgestänge von den

509881/0864

_3_ 252661G

senkrechten Bewegungen des schwimmenden Schiffes zu trennen. Diese bekannten Einrichtungen zur Trennung der Schwerstange von den senkrechten Bewegungen des tragenden Schiffes erforderten jedoch irgendeinen festen Bezugspunkt, "beispielsweise ein Seil, einen Auftriebskörper oder eine andere am Meeresboden verankerte Vorrichtung. Ein servobetätigter Mechanismus, der senkrechte Bev/egungen des Fahrzeugs relativ zum Bezugsgegenstand erfühlt, stellt das Gestänge zwischen dem Schiff und dem Rohrstrang ein, damit ein Ausgleich in der tragenden Konstruktion erfolgt.

Erfindungsgemäße Anlagen und Vorrichtungen sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist auf eine Stabilisierungsanlage gerichtet, die passiv arbeitet und keinen mit dem Meeresboden verbundenen Bezugspunkt erfordert. Vielmehr ist die Erfindung auf eine passive, gedämpfte Federeinrichtung gerichtet, die dazu dient, den Rohrfördermechanismus und den zugehörigen Rohrstrang am Deck des Schiffs abzustützen. Die Steifigkeit des Federsystems, die Dämpfung und die Eigenfrequenz können so gesteuert werden, daß die Last praktisch von den periodischen' und vorübergehenden, senkrechten Bewegungen des Schiffes getrennt ist, obwohl sich die Last in einem sehr weiten Bereich ändert, wie dies auch bei der Periode und der Amplitude der senkrechten Bev/egungen des tragenden Schiffes der Fall ist.

Dies wird - zusammengefaßt ausgedrückt - durch eine stabile Plattform erreicht, die vom Deck des schwimmenden Schiffs getragen wird und relativ zu diesem in senkrechter Richtung bewegbar ist. Die Übertragung der Last zwischen

509881/0864

der Plattform und dem Schiff erfolgt über hydraulische Druckzylinder. Die hydraulischen Druckzylinder sind ihrerseits mit Speichern verbunden, in denen das hydraulische Fluid aus den Druckzylindern an ein Volumen unter Druck stehenden Gases grenzt. Das Volumen unter Druck stehenden Gases ist wiederum pneumatisch über Ventileinrichtungen mit zahlreichen Druckgasbehältern verbunden. Die Ventileinrichtungen ermöglichen eine Steuerung der Anzahl der Druckgasbehälter, die zu einer beliebigen Zeit in das System eingeschaltet sind. Ferner sind die Speicher mit einem Kompressor zur Steuerung der Gasmenge im System verbunden.

Die Erfindung findet Anwendung bei einem Schiff, bei dem ein schwerer Rohrstrang senkrecht unter das Schiff ausgefahren oder angehoben wird, und zwar mit praktisch konstanter Geschwindigkeit trotz der Seegangsbewegungen des Schiffes. Die Anlage zum Anheben und Absenken des Rohrstranges wird vom Schiff über eine Stabilisierungsanlage getragen, die eine senkrechte Bewegung des Schiffes relativ zum Mechanismus zum Hochfahren und Absenken des Rohrstranges zuläßt. Die Stabilisierungsanlage ist ein passives, gedämpftes, pneumatischhydraulisches Federsystem, das die senkrechte Bewegung des Schiffes von der Einrichtung zum Anheben und Absenken des Rohrstranges trennt. Das Federsystem arbeitet in einem sehr breiten Bereich von Lasten, die durch das Anheben, Absenken und Tragen eines sehr langen und schweren Rohrstranges hervorgerufen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

609881/0864

Pig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Schiffes, das die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist;

Fig. 2A und 2B zusammen eine Schnittdarstellung in Querrichtung des Schiffes, die Einzelheiten des Rohrhandhabungssystems wiedergibt;

Pig. 3 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung

in Längsrichtung des Schiffes, die Einzelheiten des Rohrhandhabungssystems wiedergibt;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des schweren , Hebewerks und der Stabilisierungsanlage, wobei Teile weggebrochen sind;

Fig. 5 eine ausführliche Schnittdarstellung eines Stabilisierungszylinders; und

Fig. 6 eine scheinatische Darstellung des

hydraulisch-pneumatischen Systems der Stabilisierungsanlage.

509881/0864

252661α

Im folgenden wird zunächst auf Fig. 1 eingegangen. Darin "bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein ein Schiff, das die erfindungsgemäßen Merkmale und Einrichtungen aufweist und zum Einsatz für unterseeische Abzuarbeiten "bestimmt ist. Das Schiff weist einen Doekschacht 12 auf, der sich in der Mitte des Schiffs befindet und Zugang zum Wasser und zum Meeresboden ermöglicht. In der großen Öffnung dieses Schachtes kann während der Fahrt nicht dargestelltes Abbaugerät gestaut werden, das aus dem Schacht 12 mittels eines Rohrstranges abgesenkt werden kann, der aus Segmenten zusammengebaut wird und von einem Rohrhandhabungssystem angehoben oder abgesenkt v/erden kann. Das Rohrhandhabungssystem umfaßt als Unterbau eine Brückenkonstruktion 16 in Form eines "A", die den Schacht 12 in der Mitte des Schiffs 10 überbrückt. Über dem Schacht wird von der Brückenkonstruktion 16 ein bohrturmartiger Mast 18, der im folgenden als Derrick bezeichnet wird, mittels eines kardanisch aufgehängten Systems 20 getragen, das ermöglicht, daß der Derrick selbst dann, wenn das Schiff Roll- oder Stampfbewegungen ausführt senkrechte Stellung beibehält.

Im folgenden wird ausführlicher auf die Fig. 2 und 3 eingegangenen denen das Rohrhandhabungssystem ausführlicher dargestellt ist. Die Brückenkonstruktion 16 ist auf dem Hauptdeck 22 des Schiffes 10 über vier Fundamente 24 abgestützt. Die Brückenkonstruktion 16 umfaßt an ihren Seiten Gitterträger 26 und 28, die den Schacht zwischen den Fundamenten 24 überbrücken. Oben sind die Gitterträger 26 und 28 durch horizontale Träger 30 und miteinander verbunden, wobei die Träger 30 und 32 solchen Abstand voneinander haben, daß eine Öffnung freibleibt ,durch die das untere Ende des Derricks 18 hindurchgeht.

609881/0864

Zuru Ausgleich der Seegangsbewegungen des Schiffes, wo- . runter im wesentlichen Bewegungen des Schiffes in Senkrechter Richtung verstanden werden, ist das kardanisch aufgehängte System 20, auf dem der Derrick 18 montiert ist, an der Brückenkonstruktion 16 über eine Anordnung angebracht, die eine senkrechte Relativbewegung zwischen dem Schiff 10 und dem kardanischen System 20 ermöglicht, das den Derrick trägt. Wie Fig. 3 zeigt, weisen die Gitterträger 26 und 28 senkrecht verlaufende Gitterelemente 38 und 40 auf, die senkrecht verlaufende Führungsflächeη 42 bzw. 44 haben. In den Führungsflächen 42 des Gitterelenentes 38 ist eine Gabel 46 zur Lagerung des kardanischen Systems verschiebbar, während eine ähnliche Gabel 48 zur Lagerung des kardanischen Systems in senkrechter Richtung in den Führungsflächen 44 des Gitterelementss 40 bewegbar ist. Seegangsausgleichszyltnder, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 50 und 52 bezeichnet sind und im folgenden als Stabilisierungszylinder bezeichnet werden, sorgen in noch ausführlicher zu beschreibender Weise für eine einstellbare Abstützung zwischen den unteren Enden der Gabeln 46 und 48 und unteren Streben 53 der Gitterträger 26 und 28 der Brückenkonstruktion 16.

Die Gabeln 46 und 48 tragen jeweils axial ausgerichtete Zapfen 54 und 56, auf denen ein äußerer Kardanrahmen 58 mit Hilfe von Lagern 61 und 63 drehbar gelagert ist. Wie am besten aus Fig. -1 ersichtlich ist, ist der äußere Kardanrahmen 58 eine offene, rechtwinklige Konstruktion. Im äußeren Kardanrahmen 58 ist seinerseits über koaxiale Zapfen 62 und 64 ein innerer Kardanrahmen 60 abgestützt. Diese Zapfen sind drehbar in Lagern 66 und 68 gelagert, die auf gegenüberliegenden Seiten des äußeren Kardanrahmen 58 befestigt sind. Der Derrick 18

609881/086A

-ό-

steht oben auf dem inneren Kardanrahmen 60. Wie Fig. 2A zeigt,- umfaßt der Derrick eine Arbeitsbühne 70, die von vier Beinen 72 an jeder der Ecken der Oberseite des inneren Kardanrahmens 60 getragen wird.

Unterhalb der Arbeitsbühne 70 des Derricks ist innerhalb des inneren Kardanrahmens 60 ein schweres Hebewerk aufgehängt, das nach unten in die Öffnung durch die Brückenkonstruktion 16 ragt und mittels dessen durch den Schacht ein Rohrstrang zum Meeresboden abgesenkt und von dort hochgehoben werden kann. Dieses schwere Hebewerk umfaßt ein. Paar oberer, hydraulischer Hubzylinder 74 und 75, die am inneren Kardanrahmen 60 auf beiden Seiten der senkrechten Mittellinie montiert sind, entlang der der Rohrstrang angehoben und abgesenkt wird (siehe Fig. 3). Die Hubzylinder 74 und 75 wirken auf senkrecht verlaufende Kolbenstangen 76 und 77, die nach unten ragen und an ihren unteren Enden gemeinsam mit einem oberen Querkopf 78 verbunden sind. Der obere Querkopf 78 umfaßt hydraulisch betätigte Mittel zum lösbaren Erfassen und Abstützen des Rohrstranges an einem Rohrverbindungsstück, so daß hydraulische Betätigung der oberen Hubzylinder 74 und 75 zu einer senkrechten Bewegung des Rohrstranges führt.

Vom inneren Kardanrahmen 60 wird ein offenes Gerüst 80 getragen, das vom Kardanrahmen aus nach unten ragt und unten in einer Plattform 82 endet, auf der zwei untere, hydraulische Hubzylinder 84 und 85 montiert sind. Die unteren, hydraulischen Hubzylinder sind vor und hinter der senkrechten Mittellinie angeordnet, wogegen die oberen, hydraulischen Hubzylinder 74 und auf der Steuerbordseite bzw. Backbordseite der senkrechten Achse angeordnet sind. Die unteren Hubzylinder 84 und wirken auf Kolbenstangen 86 und 87, die an ihren unteren

509881/0864

Enden gemeinsam mit einem unteren Querkopf 88 zum Er-■faesen und Abstützen des Rohrstranges verbunden sind. Wie der obere Querkopf 78 ist auch der untere Querkopf 88 so ausgebildet, daß er den Rohrstrang an einem Rohrverbindungsstück lösbar erfassen kann. Daher kann bei hydraulischer Betätigung der unteren Hubzylinder und 85 in gleicher Weise eine Hub- oder Absenkbewegung auf den Rohrstrang aufgebracht werden. Am unteren Ende des Gerüstes 80 befindet sich Ballast, damit der Schwerpunkt des Derricks und des zugehörigen Schwerlasthebewerks an eine Stelle unterhalb der Ebene der Kardanaehsen abgesenkt wird. Daher hat der Derrick aufgrund der Schwerkraft die Neigung, im kardanisch aufgehängten System eine senkrechte Stellung einzunehmen, wobei er praktisch von den Roll- und Stampfbewegungen des Schiffes isoliert ist. Die Belastung des Derricks durch den Rohrstrang trägt ergänzend zu diesem Ergebnis bei.

In Fig. 4 sind das Seegangsausgleichssystem, das hier als Stabilisierungsanlage bezeichnet wird, und das Hebewerk perspektivisch dargestellt. Der Rohrstrang ist mit dem Bezugszeichen 90 bezeichnet. Der Rohrstrang ist aus zahlreichen, voneinander trennbaren Segmenten aufgebaut, wobei jedes Segment an seinem oberen Ende'mit einem Rohrverbindungsstück 92 mit Innengewinde versehen ist, in das ein weiteres Rohrsegment gesteckt und bis zum Anschlag eingeschraubt werden kann. Das Rohrverbindungsstück 92 jedes Rohrsegmentes weist eine Schulter 93 auf, mittels der das Gewicht des Rohrstranges und der daran hängenden Last entweder zum oberen Querkopf oder zum unteren Querkopf 88 übertragen werden kann.

Die hydraulische Antriebsleistung zur Betätigung der Schwerlasthubzylinder 74, 75 und 84, 85 wird von nicht'

509881/0864

dargestellten, hydraulischen Pumpen über flexible Schläuche bzw. Leitungen 95 geliefert, die von Sammelleitungen 94 ausgehen, die oben an Stützen 96 angebracht sind, die vom Deck 22 auf beiden Seiten des Schachtes nach oben ragen. Die Leitungen sind an Sammelleitungen angeschlossen, die am inneren Kardanrahmen angebracht sind. Die flexiblen Leitungen bzw. Schläuche ermöglichen freie Bewegbarkeit des kardanischen Systems.

Die Stabilisierungsanlage dient dazu, die dynamischen Beanspruchungen des Rohrstranges kleinstmöglich zu halten, und ermöglicht Relativbewegungen zwischen dem kardanisch aufgehängten System bzw. der kardanisch aufgehängten Plattform und dem Schiff, während sie gleichzeitig für die Übertragung der Last zwischen der kardanisch aufgehängten Plattform und dem Schiff sorgt. Wie bereits in Verbindung mit Pig. 4 erwähnt wurde, wird das gesamte kardanische System einschließlich des äußeren Kardanrahmens 58 und des inneren Kardanrähmens von einem Paar Stabilisierungszylinder 50 und 52 getragen, die Teil der Stabilisierungsanlage sind. Jedem der Stabilisierungszylinder ist ein Paar hydraulischer Zylinder 150 bzw. 152 zugeordnet, die synchron mit den Stabilisierungszylindern 50 und 52 arbeiten. Wie noch erläutert werden, wird, werden diese Zylinder dazu verwendet, das Lastungleichgewicht zwischen den zwei Stabilisierungazylindern aufzunehmen und die vordere und hintere Achse des kardanisch aufgehängten Systems parallel zum Deck des Schiffes zu halten.

Im folgenden wird auf Fig. 6 eingegangen, in der die Stabilisierungsanlage schematisch dargestellt ist. Bei jedem der Stabilisierungszylinder 50 und 52 handelt es

509881/0864

sich praktisch lim einen Dämpfer, der im folgenden ausführlicher unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert 'wird und hydraulisch mit einem zugeordneten Speicher verbunden ist, der mit dem Bezugszeichen 154 bzw. 156 bezeichnet ist. Jeder Speicher weist einen schwimmenden, · unabgedichteten Kolben 158 auf, der Öl in der unteren Hälfte des Speichers von Luft in der oberen Hälfte des Speichers trennt. Die oberen Enden der Speicher 154· und 156 sind wiederum über eine gemeinsame, pneumatische Leitung, in der sich ein Absperrventil 160 befindet, sowie über ein Rückschlagventil 164 mit einem Kompressor 162 verbunden. Der Kompressor 162 kann Gas in das System pumpen, damit dadurch die Stabilisierungszylinder bei bestimmter Belastung ausfahren und das kardanisch aufgehängte System anheben. Der Ausgang des Kompressors ist ferner mit einem Luftreservoir verbunden, das aus 24 identischen Batterien mit je sechs Druckluftflaschen besteht, von denen eine Batterie bei 166 dargestellt ist. Wie Pig. 4 zeigt, sind die Druckluftflaschen vorzugsweise in vier Gruppen aus 36 Druckluftflaschen angeordnet, wobei sich die vier Gruppen an den vier Ecken der Brückenkonstruktion befinden.

Die sechs Druckluftflaschen jeder Batterie sind über eine gemeinsame Sammelleitung und ein Absperrventil 170 mit der pneumatischen Ausgangsleitung vom Kompressor verbunden. Jede Batterie aus sechs Druckluftflaschen weist ein Überdruckventil 172 und ein Ablaßventil 174 auf, Am Ausgang des Kompressors befindet sich ein Systemüberdruckventil 176, damit der Höchstdruck im System begrenzt werden kann. Ein ferngesteuertes Ablaßventil 178 ermöglicht Gasablaß aus dem System, damit die Menge des Gases im System vermindert wird und dadurch die Stabilisierungszylinder 50 und 52 bei einer bestimmten

509881/0864

Last eingefahren werden und das kardanisch aufgehängte System absenken.

Zum Lastausgleichssystem, das von den Zylindern 150 und 152 gebildet wird, gehören hydraulische Leitungen, die das hydraulische Fluid im oberen Abschnitt der Zylinder 150 und 152, die zum Stabilisierungszylinder 50 gehören, mit dem unteren Abschnitt der Zylinder 150 und 152 verbinden, die zum Stabilisierungszylinder 52 gehören, und die den unteren Abschnitt der Zylinder 150 und 152, die zum Stabilisierungszylinder 50 gehören, mit dem oberen Abschnitt der Zylinder 150 und 152 verbinden, die zum Stabilisierungszylinder 52 gehören. Auf diese Weise wird vom Lastausgleichssystem jede unausgeglichene Belastung, die möglicherweise auf einen Stabilisierungszylinder stärker als auf den anderen drückt, zum anderen Stabilisierungszylinder übertragen.

Hydraulische Pumpen 180 und 182 dienen zur Speisung der jeweiligen Stabilisierungszylinder 50 und 52 mit hydraulischem Fluid. Eine Pumpe 184 dient dazu, das Lastausgleichssystem über eine Speise- und Drucksteuerung unter Druck zu setzen. Die Steuerung 186 umfaßt Ventile zur Steuerung der Fluidmenge auf der einen und der anderen Seite, damit das System ausgeregelt und an unterschiedliche Belastungen der jeweiligen Stabilisierungszy&ider angepaßt werden kann.

Einzelheiten der Stabilisierungszylinder 50 und 52 sind in Fig. 5 dargestellt. Jeder Stabilisierungszylinder umfaßt zwei teleskopisch ineinander geführte Zylinder mit geschlossenen Enden, nämlich einen äußeren, unteren Zylinder 188 und einen inneren, oberen Zylinder 190. Der obere Zylinder hat die Funktion eines Kolbens, der

509881/0864

sich im unteren Zylinder auf- und abbewegen kann, Der Boden de3 unteren Zylinders 138 ist an der unteren Strebe 53 der Brückenkonstruktion 16 montiert. Ein flexibles Polster 191 aus geeignetem, nachgiebigem Material befindet sich zwischen dem Boden des StabilisieKngsZylinders und der tragenden Fläche, damit der Stabilisierungszylinder auf seiner Abstützung etwas geneigt werden kann. In ähnlicher Weise steht das obere Ende des oberen Zylinders 190 mit der Unterseite der Gabel 48 in Eingriff, die den äußeren Kardanrahmen 58 trägt. Zwischen dem oberen Ende des Stabilisierungszylindeisund der Unterseite der Gabel ist ein flexibles Polster 193 eingefügt, das ebenfalls eine gewisse Neigung des Stabilisierungszylinders erlaubt. Auf diese Weise schränken die Polster 191 und 193 jegliche Biegebeanspruchung der zwei Zylinder des Druckzylinders ein. Die dem Lastausgleich dienenden Zylinder 152 und 150 sind jeweils auf einer Seite des unteren, äußeren Zylinders

188 montiert. Die Zyliner 152 und 150 sind an Planschen

189 befestigt, die vom oberen Ende des unteren Zylinders 188 ausgehen. Über eine Außenleitung 195 kann durch den Boden des unteren Zylinders 188 hydraulisches Pluid zugeführt werden. Das Polster 191 wirkt als Dichtung, die für eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Boden des Stabilisierungszylinders und der Außenleitung 195 sorgt. Ein konzentrisch angeordnetes Rohr 192 ragt durch eine Öffnung 194 im teilweise geschlossenen, unteren Ende des oberen Zylinders 190 in dessen Inneres hinein. Das Innere des Rohres 192 ist durch radiale Schlitze 195a mit dem Inneren des oberen Zylinders 190 und durch eine radiale Öffnung 197 mit dem Inneren des unteren Zylinder 188 verbunden. Eine Buchse 199 verläuft konzentrisch um das Rohr 192 und die Öffnung-194. Am oberen Ende des unteren Zylinders 188 befindet sich eine öffnung

509881/0864

196, durch die der obere Zylinder hindurchgeht und die mit einer geeigneten Dichtungsvorrichtung versehen ist, beispielsweise mit einem oder mehreren O-Ringen und Kolbenringen 198, die an der Öffnung 196 für eine fluiddichte Gleitfläche für die Außenseite des oberen Zylinders 190 sorgen.

Wenn die Last im Betrieb den oberen Zylinder nach unten drückt, wird Fluid aus dem unteren Zylinder durch die Öffnung '194 in den oberen Zylinder und durch das Innere des Rohres 192 aus dem Fluidauslaß hinausgedrückt. Etwas Öl wird auch durch die relativ kleine Öffnung hinausgedrückt. Wenn sich der obere Zylinder 190 nach oben bewegt, bewirkt dies, daß Fluid aus dem Fluideinlaß in den oberen Zylinder und durch die Öffnung nach unten in das Innere des unteren Zylinders 188 gesogen wird. Der von der Öffnung 194 und dem Rohr gebildet Ringraum drosselt die Fluidströmung zwischen dem oberen und dem unteren Zylinder und dämpft dadurch die Geschwindigkeit, mit der das System arbeitet.

Am unteren Ende der Außenseite des Rohres 192 ist eine sich kegelig erv/eiternde Fläche 200 vorgesehen, die zur Steuerung der Dämpfung am Ende des Hubes des Stabilisierungszylinders dient. Die kegelige Fläche vermindert allmählich die Quersdnittsflache des Ringraumes, wenn sie in die Öffnung 194 eintritt, und erhöht dadurch die Dämpfung beträchtlich. Am äußersten, unteren Ende des Hubes blockiert sie schließlich jegliche Fluidströmung. Am oberen Ende des Hubes hat eine kegelige Fläche 202 eine ähnliche Wirkung. Allerdings kann selbst dann, wenn der Kegel die Strömung durch die Öffnung 194 gesperrt hat, immer noch Öl durch die Öffnung 197 zum unteren Zylinder strömen, allerdings mit wesentlich vermindertem Durchsatz. Eine weitere Aufwärtsbewegung bewirkt, daß

509881/086/;

die Buchse 199 allmählich die Schlitze 195a schließt, so daß jede weitere Aufwärtsbewegung des oberen ,Zylinders 190 verhindert wird. Diese Ausbildung verhindert, daß die Stabilisierungszylinder Beschädigungen hervorrufen, wenn die Last am kardanisch aufgehängten System plötzlich verlorengeht, beispielsweise wenn der Rohrstrang bricht.

Im folgenden wird weiter auf die Fig. 5 und 6 eingegangen. Eine. Mittelstellungssteuerung für die Stabilisierungszylinder, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 204 bezeichnet ist, ermöglicht eine manuelle Steuerung der Mittelstellung bzw. des mittleren Niveaus der Stabiliaierungszylinder, damit verhindert wird, daß die Stabilisierungssylinder die Grenzen ihree Arbeitshubes überschreiten. Geeignete Fühleinrichtungen 206 in jedem der Stabilisieraigszylinder liefern ein elektrisches Signal, das die Stellung des oberen Zylinders relativ zum unteren Zylinder wiedergibt. Dieses Signal wird auf eine optische Wiedergabevorrichtung 207, beispislsweise einen Oszillographen, in der Mittelstellung ssteuerung 204 gegeben, und ermöglicht, daß die Bedienperaon optisch Änderungen der Stellungen der Stabilisierungszylinder überwacht, damit überprüft werden kann, ob die Stabilisierungszylinder im mittleren Bereich ihres Hubes arbeiten. Die Mittelstellungssteuerung 204 ermöglicht Fernsteuerung des Kompressors 162 und des Ablaßventils 178. Da sich das mittlere Niveau des Stabilisierungszylinders bei Änderungen der aufgebrachten Last aufgrund des Anhebens oder Absenkens des Rohrstranges oder aufgrund anderer Faktoren, beispielsweise aufgrund von TemperaturSchwankungen, die die Mittellage des Stabilisierungszylinderhubes beeinflussen können, ändert, ist es notwenig, daß die Bedien-

509881/0864

person das System nachstellt, indem von Zeit zu Zeit der Kompressor 162 eingeschaltet wird, damit die oberen Zylinder der Stabilisierungszylinder bei zunehmender Belastung angehoben werden, oder indem das Ablaßventil 178 geöffnet wird, damit die oberen Zylinder der Stabilisierungszylinder bei abnehmender Belastung abgesenkt werden. Es versteht sich, daß die Mittelstellungssteuerung für die Stabilisierungszylinder durch ein Servosystem ersetzt werden könnte, das auf die mittlere Hubhöhe anspricht und das System nachstellt, indem der Kompressor 162 oder das Ablaßventil 178 automatisch betätigt werden, damit die Abweichung zwischen einer beliebig geänderten mittleren Höhe von der gewünschten Mittelstellung der Stabilisierungszylinder korrigiert werdon kann.

Die Steifigkeit der Stabilisierungsanlage, d.h. die Amplitude des Hubes der Stabilisierungszylinder bei Betriebsuedj ndungen, wird durch Änderung des Volumens auf dor pneumatischen Seite des Systems gesteuert. Dies wird erreicht, indem die Anzahl der Batterien 166 von Druckluftflaschen, die jeweils an das System angeschlossen sind, vermindert oder erhöht wird* Durch Öffnen oder Schließen des Absperrventils 170 bestimmter der Batterien von Druckluftflaschen kann das Volumen des pneumatischen Systems in einem weiten Bereich geändert werden. Dadurch stellt die Bedienperson die Hubamplitude der Stabilisierungszylinder unter sich ändernden Bedingungen so ein, daß die Stabilisierungszylinder mit Sicherheit innerhalb der Grenzen des Hubes arbeiten.

Aus obiger Beschreibung dürfte klar geworden sein, daß die Erfindung eine Anordnung ergibt, mittels der ein

509881/0864

Rohrstrang, der eine sich in weitem Bereich ändernde Last darstellt, mit praktisch konstanter Geschwindigkeit von einem «ich im Seegang bewegenden Schiff abgesenkt oder angehoben werden kann. Das hydropneumatische System stellt eine passive, gedämpfte Federaufhängung für die kardanisch aufgehängte Last dar. Ebenso wie die Auslenkung unter Last ist die Federkonstante, d.h. die Steifigkeit, einstellbar.

Patentansprüche:

509881/0864

Claims

Patentansprüche

Stabilisierungsanlage zum Tragen einer in weitem Bereich, veränderbaren Last auf einem schwimmenden Schiff, gekennzeichnet durch einen hydraulischen Druckzylinder (50, 52) mit einem ersten Element (188) und einem zweiten Element (190), die relativ zueinander bewegbar sind und ein mit hydraulischem Fluid gefülltes, veränderbares Volumen umschließen, Mittel (16, 53, 191), die das erste Element mit dem Schiff (10) verbinden, Mittel (20, 48, 193), die da3 zweite Elouent mit der Last verbinden, eine Einrichtung (154, 156, 180, 182), die unter Druck stehendes, hydx-aulisehes Fluid in das veränderbare Volumen drücken kann, damit der Last entgegengewirkt wird, wobei au diener Einrichtung ein mit komprimiertoni Gas gefülltes Volumen gehört, eine Einrichtung, die hydraulisch mit dem Druckzylinder verbunden ist und dasu dient, das Gasvolumen entgegengesetzt proportional zu durch Lastariderun^u:). hervorgerufenen Änderungen des FluLdvοlumens dea Druckzylinders zu ändern, so daß eirec erhöhten Last auf drm Druckzylinder ein vermindertes Gasvolumen unter erhöhtem Druck entgegenwirkt, und eine Einrichtung (204, 162, 178) zur Einstellung der Gasmenge im Volumen komprimierten Gases, damit das Fluidvoluraen des Druckzylinders bei bestimmter Last auf den Druckzylinder geändert werden kann.

2. Stabilisierungsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Einrichtung (166), die das Volumen des komprimierten Gases bei einen; bestimmten Pluidvolumen des Druckzylinders (50, 52) ändern kann.

509881/0864

Stabilisier¹: rigs-inlaga nach Anspruch 1 oder 2, gek^nnseicimc-i ι; durch Mit eel (20<J, 202) zxavx Begrenzen des Durchsätze j, mit dem hydraulisches Fluid in das und aus dem veränderbaren Volumen des Druckzylinder:; (50, 52) strömt.

StahJlirrLsrung:>anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Einrichtung zur Änderung des Volumens zahlreiche Behälter (166, 168), in denen ein Volumen komprimierten Gases gespeichert ist, sowie Mittel (170) zum wahlweisen Anschließen unterschiedlich vieler diener Behälter an das Volumen komprimierten Gases umfaßt, d-jmit das Volumen komprimierten Gases geändert werden kann.

StabiIi^Ierungsanlage noch Anspruch 4, gekennzeichnet durch ,litt el (172, 174) zur Einstellung des Drucks in den Bc-haltern (I08).

S li'ibili oiorungsanlage zum i'ragen einer Last auf einem sch-/irrenden 3chiff, das periodischen und vorübergehenden, kurzzeitigen, senkrechten "Bav/egungen unterliegt, gekanntelehnet durch ein Paar hydraulischer Druckzylinder (50, 52), ■'"!■]■-:> eiIo Last auf dam Scniff abstützen, wobei jeder Druc! ",ylindor ein Paar relativ zueinander bewe..5barap TJ.I·: :u:nte (1S3, 190) und Mittel (196, 198) umfaßt, die ein-τα fluiddj ohten Raum begrenzen, dessen Volumen nj c-h oei einer iielativbev/egung zwischen den zwei Elementen ändert und der mit hydraulischem Fluid gefüllt ist, 3p9ioherelnrichtUuT:?ji (154, 156), die mit dem Haurn v.-i-bunden land und dazu diu'i»;H, bei Änderungen des Voluui.■■-..-■ hydraulisches FJuid aus diesem Raum aufzunehmen oder hydraulisches Fluid in diesen Raum ei'i'U-speison, und e:\ne Quelle (162) komprimierten Gases, die

509881/0864 BAD ORIGINAL

» · t I I f

mit den Speichereinrichtung verbunden ist und dazu dient, Druck auf das hydraulische Fluid aufzubringen.

7. Stabilisierungsanlage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (178, 162, 124) zur Einstellung des Menge des komprimierten Gases in der Weise, daß das mittlere Gasvolumen bei Änderungen der mittleren von den Druckzylindern (50, 52) getragenen Last konstant gehalten wird.

8. Stabilisierungsanlage nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (166) zum wahlweisen Ändern des Gesamtvolumens der Quelle komprimierten Gasee bei. bestimmter Last auf die Druckzylinder (50, 52).

9. Stabilisierungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch Mittel (200, 202) zur Beschränkung des Durchsatzes,mit dem hydraulisches- Fluid in die Druckzylinder (50, 52) und aus diesen strömt.

10. Stabilisierungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine den Druckzylindern (50, 52) zugeordnete Einrichtung (199, 200, 202), die auf Bewegungen der Druckzylinder anspricht und die Strömung von Fluid in die Druckzylinder und aus den Druckzylindern zunehmend drosselt, wenn diese sich den Grenzen der Bewegung der zwei Elemente (188, 190) zueinander und voneinander nähern.

11. Stabilisierungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch eine Lastausgleichseinrichtung (150, 152, 186) mit einer jedem Druckzylinder (50, 52) zugeordneten, hydraulischen Einrichtung (150, 152), die einen Zylinder und einen Kolben aufweist, wobei diese

509881/0864

Teile jeweils mit einem der zwei Elemente (188, 190) des zugehörigen Druckzylinders verbunden sind, und Fluideinrichtungen, die den Raum auf einer Seite des einem Druckzylinder zugeordneten Kolbens mit dem Raum auf der entgegengesetzten Seite des dem anderen Druckzylinder zugeordneten Kolbens verbinden.

12. Hydraulischer Druckzylinder zum Tragen einer Last, gekennzeichnet durch ein erstes zylindrisches Element (188) und ein zweite zylindrisches Element (190), die ineinander verschiebbar angeordnet sind und deren äußere Enden geschlossen sind, so daß ein vollständig umschlossener Raum besteht, dessen Volumen sich ändert, wenn sich die zwei Elemente relativ zueinander bewegen, ein vom äußeren Ende eines der zylindrischen Elemente in das Volumen ragendes Rohr (192), das an diesem zylindrischen Element befestigt ist und einen Fluidkanal aufweist, der eine Verbindung vom umschlossenen Raum nach außerhalb des Druckzylinders schafft, so daß Fluid in das von den zwei zylindrischen Elementen begrenzte, variable Volumen einströmen und aus diesem Volumen ausströmen kann, wobei das andere zylindrische Element (190) eine innere Wand aufweist, die quer zum Rohr verläuft und den Innenraum in zwei Bereiche unterteilt, und wobei die innere Wand eine Öffnung (194) aufweist, durch die das Rohr ragt, und Mittel (195a, 197), die einen Strömungsdurchlaß für Fluid zv/ischen den zwei Bereichen bilden.·,

13. Druckzylinder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die letztgenannten Mittel einen Ringraum zwischen der inneren Wand und der Außenseite des Hohres (192) umfassen.

509881/0864

14. Druckzylinder nach. Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,. daß die Außenseite des Rohres (192) über einen Teil ihrer Länge kegelig geformt ist, so daß die Größe des Ringraumes bei einer Relativbewegung zwischen den zwei Elementen (188, 190) geändert wird.

15· Druckzylinder nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch radiale Öffnungen (195a) im Rohr (192) nahe dessen innerem Ende und eine mit einem der zylindrischen Elemente (190) bewegbare Einrichtung (199), die die radialen Öffnungen bei einer Relativbewegung zwischen den zwei Elementen bedecken und freigeben kann.

509881/0864