DE2643343A1 - Regelvorrichtung fuer die uebertragung von beanspruchungen zwischen einer schwimmenden plattform und einer verankerung - Google Patents

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PATENTANWALT 7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003

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COMPAGNIE FRANCAISE DES PETROLES, S.A. 5, rue Miene1-Ange, PARIS XVI / Frankreich

Regelvorrichtung für die übertragung von Beanspruchungen zwischen einer schwimmenden Plattform und einer Verankerung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für die übertragung von Beanspruchungen zwischen beliebigen schwimmenden Trägern, Versorgungsschiffen, Plattformen usw., insbesondere halb eintauchenden Plattformen und ihrer Verankerungsvorrichtung.

Es sind Verankerungsarme bekannt, die einen schwimmenden Träger und eine Verankerungsvorrichtung verbinden und an ihren Enden mit §elenken sowie gegebenenfalls mit Dämpfungseinrichtungen versehen sind, um die übertragung plötzlich

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auftretender Beanspruchungen zu vermeiden, die sich aus Bewegungen des an der Wasseroberfläche schwimmenden Trägers ergeben. Wenn solche Verankerungsarme in Verbindung mit Plattformen großer Masse, insbesondere mit halb eintauchenden Plattformen angewendet werden, die beim Einsatz zur Ausbeutung von unterseeischen Erdölfeldern in solchen Gegenden eingesetzt sind, die von Treibeis heimgesucht werden, so ist es bekannt, zur Vermeidung von Abknickungen die Verankerungsarme mit zusätzlichen Verstrebungen auszustatten.

Solche Verankerungsarme haben den Vorzug, einen bestimmten Abstand zwischen der Verankerungsstelle und der Plattform aufrechtzuerhalten, ohne die Gelenkstellen zu beanspruchen und dem Verschleiß auszusetzen, da die Neigung der Arme im wesentlichen gleich bleibt. Sobald jedoch der schwimmende Träger oder eine Plattform aufgrund des Seeganges eine gewisse Stampfbewegung ausführt und der Verankerungsarm bezüglich der Vertikalen in einem verhältnismäßig geringen Winkel steht, wirken sehr starke Zug- und Druckkräfte auf ihn ein. Ist umgekehrt, der Verankerungsarm flach geneigt bzw. in einem geringen Winkel zur Horizontalen angeordnet, so können die in Längsrichtung wirkenden Beanspruchungen, die schon aus sehr geringen Verschiebungsbewegungen der Plattform in Längsrichtung resultieren, nicht mehr durch eine entsprechende Hubbewegung der Dämpfungseinrichtungen absorbiert werden,e Daraus ergibt sich, daß ein bekannter Verankerungsarm nur in einem a&r begrenzten Neigungsbereich eingesetzt werden kann, ohne übermäßigem Verschleiß und Zerstörungsgefahren ausgesetzt zu sein.

Um diesen Nachteilen abzuhelfen, ist ein Verankerungsarm vorgeschlagen worden, der aus zwei über ein zusätzliches mittleres Gelenk miteinander verbundenen Abschnitten besteht, wodurch praktisch sämtliche möglichen Längsbewegungen oder

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Stampfbewegungen einer Plattform unabhängig davon möglich sind, in welchen Winkelneigungen die beiden Armabschnitte stehen. Indessen zieht die auf diese Weise ermögliche Anpassungsfähigkeit der Verankerung häufigere Bewegungen der Plattform oder des Schwimmträgers nach sich, die wiederum zu einer vorzeitigen Abnutzung der Gelenkstellen führen. Diese Abnutzung wird noch verstärkt durch die Trägheitsbeanspruchungen, die insbesondere auftreten, wenn die Plattform von Eis umgeben ist. Da die von dem Eis, insbesondere Treibeis, auf die Plattform ausgeübten Kräfte nicht sinusförmig an- und abschwel-len, wie dies bei der Meeresdünung der Fall ist, sondern in einer unregelmäßigen Sägezahnfunktion auftreten, wachsen sie mehr oder weniger linear mit der Bewegung des Eises gegen die Plattform bis zu dem Augenblick an, wo sich ein Riß in der Eisdecke bildet, was zu einem plötzlichen Abbruch sämtlicher Beanspruchungen bis au dem Augenblick führt, wo das Eis wieder mit der Plattform in Berührung tritt. Derartige plötzlich auftretenden Spannungen und Entspannungen der vom Eis ausgeübten Kräfte auf die Plattform können erhebliche Schwingungen des Verankerungssystems verursachen.

Die Notwendigkeit, die Verankerung beim Auftreten von Eisbergen freizumachen und demzufolge den Abschnitt des Verankerungsarmes zwischen der Verankerungsstelle und der mittleren Gelenkstelle mit einer Pangboje auszurüsten, br3rgt die Gefahr ernsthafter Beschädigungen mit sich,- wenn als Folge der Freigabe der Verankerung der untere Abschnitt des Armes an die mit Eis bedeckte Wasseroberfläche anschlägt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, um die übertragung der Kräfte oder Beanspruchungen zwischen einem Schwimmträger oder einer

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schwimmenden Plattform und einer Verankerungsstelle unter Berücksichtigung der Belastbarkeit der Übertragungsorgane zu regeln.

Eine Regelvorrichtung für die auf einen lösbar gehalterten Verankerungsarm übertragenen Beanspruchungen, der in seinem mittleren Bereich eine Gelenkstelle aufweist und eine Verankerungsstelle, die um eine vertikale Achse schwenkbar ist, die mit einer Befestigungsstelle an einem Schwimmträger oder einer schwimmenden Plattform verbindet, ist die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die beiderseits der mittleren Gelenkstelle befindlichen Abschnitte des Verankerungsarmes mindestens eine mit einem Schwimmer versehene Verbindung derart aufweisen, daß jeglicher Druck oder Zug, der an der Befestigungsstelle am Schwimmträger angreift, einer entgegengesetzten Reaktion an der Verbindung entspricht bzw. eine solche Reaktion hervorruft.

Dementsprechend braucht ein mit einer solchen Vorrichtung ausgestatteter gelenkiger Verankerungsarm keine Beanspruchungen aufzunehmen, die aus der Stampfbewegung des Schwimmträgers resultieren, unabhängig davon, wie die Neigung einer gedachten Verbindungslinie zwischen der Befestigungsstelle und der Verankerungsstelle verläuft und darüber hinaus bleiben die Gelenkstellen des Armes an der Verankerungsstelle und auch an der Befestigungsstelle vor einer vorzeitigen Abnutzung und einer schnellen Ermüdung, geschützt, da sämtliche längsgerichtete Verschiebungen oder Bewegungen der Plattform sofort gedämpft werden und innerhalb beträchtlich verringerter Grenzen verbleiben im Vergleich zu einer praktisch freien Beweglichkeit bei den bekannten Verankerungssystemen mit einem eine mittlere Gelenkstelle enthaltenden

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Verankerungsarm. Darüber hinaus werden sämtliche Nachteile der bekannten Systeme beseitigt, jedoch sämtliche deren Vorteile aufrechterhalten, wie Nachgiebigkeit des Verankerungsarmes, Aufrechterhaltung eines praktisch gleichbleibenden Abstandes zwischen der Verankerungsstelle und der Befestigungsstelle. Die Nachgiebigkeit oder Anpassungsfähigkeit der Reaktionen des Verbindungsgliedes aufgrund des Schwimmers macht es außerdem möglich, auch bei starkem Eisgang die Gefahr großer Schwingungen zu vermeiden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird dem Schwimmer oder Schwimmkörper eine ausreichend niedrige Auftriebskraft gegeben, damit im Fall der Freisetzung des Verankerungsarmes die Gesamteinheit nur eine leicht positive bzw. geringe Schwimmfähigkeit erhält, wobei dieser verringerte Auftrieb kompensiert wird durch eine Untersetzungsverbindung zwischen dem Schwimmer und dem Verbindungsglied, das auf die beiden Abschnitte des gelenkigen Armes einwirkt. Selbst im Fall der Freisetzung des Verankerungsarmes von seiner Verankerungsstelle wird auf diese Weise verhindert, daß die freigesetzte Einheit mit einer nennenswerten Kraft gegen eine schwimmende Eisdecke anschlägt, so daß jegliche Beschädigungsgefahr des Systems beseitigt und die Nachteile der bekannten Ausführungsformen überwunden werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Regelung der übertragungäer Verankerungsbeanspruchungen dadurch gekennzeichnet, daß sie in sich verriegelbar ist, wobei das Verbindungsglied zwischen den beiden gelenkigen Abschnitten des Armes starr gemacht werden kann. Auf diese Weise läßt sich der Verankerungsarm nach seinem Heraufholen an die Meeresoberfläche und seiner Verriegelung bequem benutzen oder anordnen und selbst in dieser Lage verwenden, falls eine stürmische

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See geht und das Eis gefahrvolle Schwingungen hervorrufen könnte.

Die Regelvorrichtung bietet darüber hinaus den Vorteil an jeden Verankerungsarm angepaßt oder befestigt werden zu können, der um seine Verankerungsstelle schwenkbar ist, wobei sie auf alle Betriebsbedingungen hin ansprechen wird, ohne daß die Nachteile der bekannten Systeme die Punktionsweise der Vorrichtung beeinträchtigen oder die Abnutzung der Gelenkachsen beschleunigen würden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung dargestellt ist. Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein drehbares lösbares Verankerungssystem mit starrem Verankerungsarm,

Fig. 2 ein ähnliches System, jedoch mit einem eine mittlere GäLenkstelle aufweisenden Verankerungsarm,

Fig. 3 eine Ansicht der Regelvorrichtung,

Fig. 4 einen Teilschnitt des an dem Schwimmer gehaltenen Verbindungsgliedes,

Fig. 5 einen Teilschnitt durch die mittlere Gelenkstelle des Veranerkungsarmes mit einem Durchlaß als Zugang zur Verankerungsstelle,

Fig. 6 einen Schnitt durch die Gelenkstelle zwischen dem Verbindungsglied für die Steuerung am Verankerungsarm und

Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Verriegelungseinrichtung für das am Schwimmer angehängte Verbindungsglied.

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Die VerankerungsVorrichtungen für schwimmende Plattformen, insbesondere für halb untergetauchte Plattformen 1 gemäß Fig. 1 bestehen im wesentlichen aus einem starren Arm 2, einer Verankerungsstelle 3» die um eine Vertikalachse k schwenkbar ist bzw. drehbar ist, und zwei Gelenkstellen und 6. Diese Vorrichtungen halten ohne größere Nachteile die Stampfbewegungen der Plattform aus, wenn der Winkel 7 des Armes mit dem Meeresboden gering ist, wie auch Längsbewegungen der Plattform, wenn der Winkel 7 nahe bei 90° liegt. In sämtlichen anderen Fällen ist der Verankerungsarm unter Umständen beträchtlichen Beanspruchungen ausgesetzt, unabhängig von den Dämpfungseinrichtungen, die im allgemeinen in der Nähe der Gelenkstelle 5 angeordnet sind, wobei der Winkel 7 während evtl. durch die Plattform hervorgerufener Bewegungen konstant bleibt. Die Verankerungsvorrichtungen der in Fig. 2 gezeigten Bauart umfassen anstelle des starren Armes 2 einen aus zwei Abschnitten bestehenden Arm, nämlich einen oberen Abschnitt 9 und einen unteren Abschnitt 10, die durch ein Zwischengelenk 11 miteinander verbunden sind. Da der Winkel 8 veränderlich ist, kann sich die Plattform bewegen, ohne nennenswerte Beanspruchungen auf die Arme 9 und 10 auszuüben; jedoch ist die Gelenkstelle 6 einer praktisch dauernden Belastung ausgesetzt, woraus sich hier eine vorzeitige beträchtliche Abnutzung ergibt.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung, die die verschiedenen vorbeschriebenen Nachteile überwindet, ist in Fig. 3 dargestellt und enthält eine Verbindungseinrichtung, bestehend aus eiiem Lenker 12, der an einem Ende l4 an Ansätzen oder Augen 13 angeschlossen ist, die an dem oberen Armabschnitt 9 befestigt sind, während das andere

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Lenkerende 15 an einen Hebel 16 angeschlossen ist, der seinerseits um eine Achse 17 schwenkbar ist, die in einem Ansatz 18 am unteren Armabschnitt 10 sitzt« Auf diese Weise entspricht jede auf die Armabschnitte 9 und 10 ausgeübte Beanspruchung einer auf die Verbindungsglieder 12, 16 ausgeübten Beanspruchung, die zwis&ien den Gelenkstellen lh und 17 eingerichtet ist.

Die in Fig. 6 im einzelnen gezeigte Gelenkstelle Ik kann aus einer einfachen Achse I^ bestehen, die in Augenansätzen 13 sitzt und sich durch das Verbindungsglied 12 erstreckt. Dieses Druckbeanspruchungen ausgesetzte Verbindungsglied kann beispielsweise als Spindel oder Rohr ausgeführt und somit gegen Knickung geschützt sein.

Die Gelenkstelle 17, die in Fig. k gezeigt ist, kann aus einer Achse 17 bestehen, die in zwei Hebeln 16 gelagert ist. Diese beiden Hebel sind zu beiden Seiten des unteren Armabschnittes 10 angeordnet. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Gjelenkstelle zwischen dem Verbindungsglied 12 und dem Verbindungsglied 16 aus einer Achse, die sich durch die beiden unteren Abschnitte der Hebel 16 erstreckt und auch durch das Verbindungsglied 12 verläuft.

Die Hebel 17 sind an ihrem oberen Abschnitt durch eine Achse 19 miteinander verbunden, die einen Bügel bildet, auf dem der Schwimmer 20 mit Hilfe der in Fig. 7 am besten' sichtbaren Schäkel 21 und 22 angeschlossen ist. In der gleichen Figur sind am unteren Armabschnitt 10 befestigte Augenansätze 23 eingezeichnet, an denen Hubzylinder 2k angelenkt sind, deren Kolbenstangen 25 die Betätigungsbewegung der Riegelteile 26 um Gelenkachsen 27 steuern, welche in einem Ansatz 28 am unteren Armabschnitt 10 gehalten sind.

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Bei ausgefahrenen Kolbenstangen 25 der Betätigungszylinder 24 entsprechend der Darstellung in Fig. 7 bewegen sich die Riegelteile 26 gegeneinander und überdecken die Achse 19, wenn der untere Armabschnitt 10 sich in der Verlängerung des Armabschnittes 9 befindet. Die Richtung der zu einer Einheit miteinander verbundenen Hebelteile 16 verläuft in diesem Zustand entsprechend der in Fig. 7 angegebenen Darstellung. Wenn umgekehrt die Betätigungszylinder 24 eingefahren sind, entsprechend der Darstellung in Fig. 3» haben sich die Hebelteile 26 auseinanderbewegt, so daß sich die Vorrichtung in Abhängigkeit von den gegenwärtig angreifenden Kräften gelenkig bewegen bzw. einknicken kann.

Es versteht sich, daß die Ausgestaltungen der verschiedenen Bauelemente der Vorrichtung einschließlich des Schwimmers in beliebiger Art und Weise abgeändert werden kann und daß die Anzahl der Betätigungszylinder 24 und auch die der Riegelteile 26 beliebig sein kann. Im einzelnen kann die Gelenkstelle zwischen den Armabschnitten 9 uid 10 entsprechend Fig. 5 ausgeführt sein, wenn der Verankerungsarm als Zugang oder Durchgang für Wartungspersonal auszuführen ist. In diesem Fall enthält die Gelenkachse 11 einen inneren Durchgang über die an der Achse gelenkig gehaltenen Kappen oder Türen 29 und 30, von denen die Tür 29 in ein Abteil 31 führt, das an den Armabschnitt 9 angeschlossen ist und über eine öffnung 32 mit einem Laufgang im Armabschnitt 9 in Verbindung steht. Die Tür 30 mündet in einen Laufgang innerhalb des Armabschnittes 10. Die Lagerteile 33 und 34 der Gelenkachse 11 können beliebiger Bauart sein. Die Einrichtungen zur Steuerung und Beaufschlagung der Betätigungszylinder 24 sind nicht dargestellt, können beliebiger Art sein und bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

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In der beschriebenen Art entsteht eine einfach erstellbare lagervorrichtung, bei der im Betriebszustand, wenn der untere Armabschnitt 10 an seinem unteren Ende verankert ist und die Riegelteile 26 auseinanderbewegt worden sind, um die Hebelteile 16 freizugeben, der Schwimmer 20 derart auf das Verbindungsglied 12 einwirkt, daß bei sämtlichen Beanspruchungen der Plattform, durch die sich die Plattform der Verankerungsstelle annähert oder von dieser entfernt, der Hebel 16 in entgegengesetzter Bewegungsrichtung schwenkt. Der Hebelarm, der zwischen der Gelenkachse 17 und der Gelenkachse 19 verläuft, ist im Vergleich zu dem Hebelarm zwischen den Gelenkstellen 17 und 15 ausreichend groß gewählt, so daß man auf diese Weise die Schwenkbewegung der Armabschnitte 9 und 10 relativ zueinander beträchtlich reduziert und somit praktisch alle nennenswerten Bewegungen der Plattform vermeidet, wie dies bei einem starren Verankerungsarm der Fall wäre, ohne jedoch die Nachteile des starren Verankerungssystems mit zu übernehmen. Im Fall von größerem Eisgang oder Vereisungen, die zu störenden oder gefährlichen Schwingungen der Plattform führen könnten, braucht die Vorrichtung nur verriegelt zu werden, so daß ein in sich steifer Verankerungsarm entsteht und die sonst möglicherweise auftretenden Nachteile ausschließt. Die Untersetzung, die sich aus dem erheblichen Unterschied der Hebelarmlängen beiderseits der Anlekstelle 17 des Hebels 16 ergibt,gestattet somit den Einsatz von Schwimmkörpern, deren Schwimmfähigkeit gerade ausreicht, um ein zu schnelles Heraufkommen der Armabschnitte 9 und 10 an die Meeresoberfläche zu verhindern.

Es versteht sich, daß an der beschriebenen Ausführungsform zahlreiche Abänderungen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Regelvorrichtung

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umfaßt die folgenden wesentlichen Bauteile oder Baugruppen, nämlich die Lenkerverbindung zwischen den ander Stelle 11 gelenkig miteinander verbundenen Armabschnitten 9 und 10 und dem Anschluß zum Schwimmer 20; diese Bauteile können bezüglich der gezeigten Ausführungsformen äquivalente Gestaltungen erhalten. Im einzelnen kann die Verbindung zwischen den Gelenkstellen 15» 17 unabhängig vom Hebel 16 sein und zu einem Arm gehören, auf dem eine Verbindung gelenkig gehalten ist, die zum Schwimmer 20 führt, beispielsweise der Hebel 16, der weder an der Stelle 15 noch an der Stelle 17 angelenkt zu sein braucht. Insbesondere kann die Gelenkstelle 17 den Hebel 16 in Hebelarme unterteilen, deren Längenverhältnis zwischen 1,5 und 20 liegt, wobei der Hebel 16 senkrecht verläuft, solange die Plattform sich nicht bewegt.

Der obere Armabschnitt 9 ist über ein Gelenk 11 an den unteren Armabschnitt 10 angeschlossen und ein Lenker 12 erstreckt sich zwischen dem Armabschnitt 9 und einem Hebel 16, der seinerseits auf einer Gelenkachse 17 schwenkbar ist, die in einem Ansatz 18 des unteren Armabschnittes 10 gelagert ist. Am Hebel 16 greift ein Schwimmkörper 20 an. Bei einer Beanspruchung, die den Armabschnitt 9 zu verschwenken sucht, tritt eine Reaktionsbewegung des Schwimmkörpers 20 ein, die den Armabschnitt 9 in entgegengesetzter Richtung zu bewegen sucht, so daß der Zwischen den Armabschnitten 9 und 10 bestehende Winkel praktisch gleich bleibt.

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PATENTANWALT 7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 ■ TELEFON (0711) 244003 COMPAGNIE FRANCAISE DES PETROLES, S.A. Paris / Prankreich - C 101 - Patentansprüche

1.YVorrichtung zur Regelung der übertragenen Beanspruchungen Zwischen einem lösbar gehalterten Verankerungsarm,der in seinem mittleren Bereich in sich gelenkig ist und eine Verankerungsstelle, die um eine vertikale Achse drehbar ist und eine Befestigungsstelle, die an einem Schwimmträger oder einer schwimmenden Plattform angelenkt ist, miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Armabschnitte (9, 10) beiderseits der mittleren Gelenkstelle (11) mindestens eine Lenkerverbindung (12, 16) aufweisen, die dauernd durch einen Schwimmkörper (20) in eine Richtung vorgespannt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkerverbindung einen in sich starren Lenker (12) enthält, der am oberen Abschnitt (9) des gelenkigen Verankerungsarms sowie an einem Hebel (16) gelenkig angeschlossen ist, der gelenkig mit dem unteren Arm-abschnitt (10) in Verbindung steht.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmk-örper (20) die Lenkerverbindung (12) über einen Hebel (16) belastet oder vorspannt, der am unteren Armabschnitt (10) angelenkt ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch I₄ dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Schwimmer und den Verankerungsarmabschnitten durch einen Hebel (16) erfolgt, der an einem der Armabschnitte (10) angelenkt ist und auch an dem die beiden Armabschnitte (9, 10) verbindenden Lenker (12).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die beiderseits der mittleren Gelenkstelle (11) befindlichen Verankerungsarmabschnitt (9, 10) verbindende Lenker (12) mittels einer Hebeluntersetzung an den Schwimmkörper (20) angeschlossen ist·

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmkörper (20) an die Larkerverbindung mittels eines Hebels (16) angeschlossen ist, von dem ein Ende einen Schäkelanschluß (19, 21) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (16), der den Schwimmkörper (20) über den Lenker (12) mit den Verankerungsarmabschnitten (9, 10) verbindet, an einen der Verankerungsarmabschnitte (10) angelenkt ist, wobei die Anlenkstelle (17) den Hebel (16) in zwei Hebelarme unterteilt, deren Längenverhältnis im Bereich zwischen 1,5 und 10 liegt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß des Schwimmkörpers (20) an die Lenkeranordnung (12) mittels eines Hebels (16) erfolgt, dessen Anschlußstelle (19) für den Schwimmkörper (20) senkrecht Über der Drehachse (17) des Hebels liegt, solange die Plattform (1) keine· äußeren Beanspruchung unterliegt.

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9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (10) des Verankerungsarmes eine Einrüitung zur Verriegelung der Regelvorrichtung trägt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Riegelteile (26) der Verriegelungseinrichtung an B etätigungsZylinder (2*0 angeschlossen sind, um
eine Achse (19) verriegelnd zu umfassen, die an dem Ende der Verbindung zwischen dem Schwimmkörper und der Lenkeranordnung liegt.

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