DE2648264B1

DE2648264B1 - Regeleinrichtung zum Rohrverlegen im tiefen Wasser mit kombinierter Rohrverleger- und Tensioner-Regelung

Info

Publication number: DE2648264B1
Application number: DE2648264A
Authority: DE
Inventors: Walter Adler; Werner Dr-Ing Droste
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-10-25
Filing date: 1976-10-25
Publication date: 1978-01-12
Also published as: IT1087145B; NL7710784A; DE2648264C2; US4150911A

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zum Rohrverlegen im tiefen Wasser mit kombinierter Rohrlegerweg- und Rohrzuregelung, wobei auf die Rohrleitung über einen Tensioner eine Zugkraft ausgeübt wird und die auf dem Meeresgrund zu verlegende Rohrleitung um jeweils vorgegebene Rohrabschnitte auszustecken ist und wobei der Rohrleger in Arbeitsrichtung bewegt wird.

Der auf dem Rohrleger zusammengeschweißte Rohrstrang muß auf vorgegebener Trasse auf dem Meeresboden verlegt werden. Die Rohrleitung wird über eine starre Ablauframpe abgelassen. Dabei wird von einem Tensioner (Spanneinrichtung zur Erzeugung einer reibenden oder abrollenden Befestigung zwischen Rohr und Rohrleger, die Längsbewegungen des

ίο Rohrlegers bei konstantgehaltener Zugspannung zuläßt) die abzulassende Rohrleitung unter konstanter Zugspannung gehalten, damit vorgegebene Biegespannungen und Krümmungen des Rohrstranges nicht überschritten werden. (Wissenschaftlicher Bericht AEG-Telefunken 49 [1976], Seiten 50-59, Hansa-Schiffahrt-Schiffbau-Hafen, 112. Jahrgang - 1975, Nr. 12, Seiten 983-986).

Die Antriebs- und Haltekräfte werden z. B. von Mooringwinden über Seile und Anker erzeugt, wobei die Ankerseile ca. 3500 bis 4000 Meter ausgesieckt werden können.

Die Rohrsektionen werden in einer Schweißstraße in mehreren Arbeitsgängen an den Rohrstrang angeschweißt. Nach abgeschlossenenem Schweißvorgang wird der Rohrleger um die Sektionslänge in Vorwärtsrichtung weiterbewegt. Dabei müssen die Einspannbedingungen an der Ablauframpe und am Tensioner gewährleisten, daß unzulässige Verformungen der Rohrleitung mit Sicherheit vermieden werden. Nach Ablassen der Rohrsektion durch Vorwärtsbewegung des Rohrlegers mittels der Bugwinden wird der Rohrleger mittels der Heckwinden auf Null abgebremst.

Dieser Arbeitsvorgang wiederholt sich, sobald eine

nächste Rohrsektion an den Rohrstrang angeschweißt

J5 ist.

Bei diesem Rohrlegeverfahren wird also der Rohrzug innerhalb eng vorgegebener Grenzen konstant gehalten und die Bewegung des Rohres gegenüber dem Rohrleger so Klein wie möglich, solange der Rohrzug innerhalb dieser vorgegebenen Grenzen liegt. Dabei wird die Regelcharakteristik des Tensioners so ausgelegt, daß sich der Rohrzug aus einem konstanten Anteil und einem Anteil zusammensetzt, welcher der Relativgeschwindigkeit zwischen Rohr und Rohrleger proportional ist. Eine Totzone bei der relativen Rohrgeschwindigkeit Null verhindert bei kleinen, innerhalb der zulässigen Grenzen liegenden Zugschwankungen ungewünschte Rohrbewegungen.
Diese eng innerhalb eines oberen und unteren Grenzwertes liegende Totzone, des Tensioners soll also bei kleineren Zugschwankungen, die für die Rohrleitung noch keine Gefährdung bedeuten, ein Ausstecken oder Einholen der Rohrleitung verhindern.

Wird der obere Grenzwert überschritten, das heißt, der Zug zu groß, muß die Rohrleitung ausgesteckt werden; sinkt der Zug unter den unteren Grenzwert der Totzone, muß die Rohrleitung entsprechend eingeholt werden.

Diese Maßnahme ist erforderlich, damit bei erheblichen Störungen, z. B. Wind, Seegang, nicht eine Gefährdung der Rohrleitung eintritt.

Durch die Konstanthaltung des Rohrzuges innerhalb dieser eng vorgegebenen Grenzen und dem langsamen Vorschub des Rohrlegers ist demnach die Geschwindig-

f,5 keit der Rohrbewegung relativ zum Rohrleger auch klein und der Zeitaufwand beim Ablassen der Rohrleitung ins Wasser ist erheblich. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist

ORIGINAL INSPECTED

darin zu sehen, eine Regeleinrichtung zu schaffen, die die Verschiebung des Rohrlegers gegenüber dem Rohr um eine vorgegebene Strecke so schnell und so genau wie möglich und unabhängig von periodischen oder zufälligen Störeinflüssen erfolgen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß gleichzeitig mit der Beschleunigung des Rohrlegers in Arbeitsrichtung eine Regelung durch Verstellen der Tensionerzugkraft derart erfolgt, daß die Tensionerzugkraft von einem oberen Grenzwert auf einen unteren Grenzwert herabgeregelt wird und daß die Regelgröße der relative Rohrweg gegenüber dem Rohrleger ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein wesentlicher Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß der Rohrleger nicht, wie bisher nach Ausstecken der vorgegebenen Rohrlänge die Geschwindigkeit Null haben muß, sondern nach Vorgabe des Rohrzugmaximalwertes während der nun beginnenden Schweißphase so lange in Arbeitsrichtung verfahren werden kann, bis dieser Maximalwert erreicht ist. Es ergibt sich erhebliche Zeitersparnis und der relative Rohrweg gegenüber dem Rohrleger kann mit großer Genauigkeit eingestellt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt.

F i g. 1 zeigt den gesamten Regelkreis und F i g. 2 die Tensioner-Charakteristik.

In Block A der F i g. 1 gibt eine Wegregelung und die Tensioneransteuerung für die Relativbewegung Rohr gegen Rohrleger an. An der Summierstelle des Reglers 1 wird der Streckensollwert XRrsoii, das heißt, die Rohrlänge, um weiche der Rohrstrang gegenüber dem Rohrleger weiterbewegt werden soll, vorgegeben. Der Streckenistwert Xn-X_n welcher durch Integrieren der relativen Geschwindigkeit Xr-X_r in Block 7 ansteht, wird auf die Vergleichsstelle des Reglers 1 geführt. Er ist zu Beginn der Bewegungsphase Null, so daß die Regelabweichung Ax dem Streckensollwert entspricht. Auch der unterlagerte Geschwindigkeitsregler 2 zur Maximalbegrenzung der Aussteckgeschwindigkeit des Rohrabschnittes weist zu Beginn der Bewegungsphase den Istwert Null auf, so daß am Ausgang des Schalters 4 der Kraftsollwert k_ri„u = 0 ausgegeben ist.

Dieser Sollwert k_{r s}„n wird einer Vergleichsstelle des Reglers 6 im Block B für die Tensionerregelung über einen Maximal-Minimalwertbegrenzer 5 zugeführt, welcher gewährleistet, daß unabhängig von der Größe der Sollwertvorgabe der obere Grenzwert des Tensionerzuges k_r\ nicht überschritten und der untere Grenzwert k_r 0 nicht unterschritten werden kann. (Fig.2) Am Istwertkanal des Reglers 6 wird der Rohrzugistwert k_r ist eingegeben.

Der Tensioner stellt die relative Rohrgeschwindigkeit Xr- X_r — relativer Rohr weg pro Zeit — ein. Dieser Wert wird auf den der Rohrwegregelung 1 unterlagerten Geschwindigkeitsregler 2 im Block A zur Begrenzung der Rohraussteckgeschwindigkeit geführt. Aus der relativen Rohrgeschwindigkeit Xr-X_r wird ein Weg &o Xr-Xrgebildet, wie durch den Integrator 7 angedeutet ist.

Der durch Rohr- und Rohrlegerbewegung entstandene Rohrweg ΛΤ_Γ führt im Rohr, repräsentiert durch Block C, zur Rohrkraft A.'_r. Die Summierstelle 8 stellt die ^ Addition der Rohr- und Rohrlegerbewegung dar.

Zum anderen wird der relative Rohrweg Xr-X_r als Istwert für den Regler 1 in den Block A eingegeben. Die Vorgabe des Rohrsollzuges erfolgt derart, daß durch Herabregeln der Totzone des Tensioners der Rohristzug sinkt und Rohr ausgesteckt wird.

Ist das Rohr um den vorgegebenen Streckensollwert ausgegeben und am Reglereingang l/Block A die Regelabweichung Ax zu Null geworden, wird der Schalter 4/Block A über einen Trigger 3 auf den Wert K_r 1 umgeschaltet und somit das Rohr festgehalten, da der Tensioner auf den größten Wert K_r 1 der Totzone eingestellt wird (F i g. 2).

Mit Umschalten des Schalters 4 auf den Maximalwert der Totzone K_n 1 wird also die relative Rohrgeschwindigkeit XR—Xrzu Null; demgemäß wird nur der Wert Xr als Eingangsgröße an den Block C gegeben. Der Rohrweg X_r entspricht also zu diesem Zeitpunkt der Bewegungsphase dem Rohrlegerweg Xr, das Rohr ist auf Rohrlegergeschwindigkeit beschleunigt.

Da gleichzeitig mit Beginn des Rohraussteckens der Rohrleger in Arbeitsrichtung beschleunigt werden soll, wird der absinkende Rohrzugistwert K_r,_stder Regelung für die Rohrlegerbewegung Block £ vorgegeben, wobei der Rohrzugistwert vom oberen Tensionergrenzwert K_r 1 an der Summierstelle eines Reglers 9 subtrahiert wird. Durch die positive Regelabweichung entsteht über ein Funktionsglied 11 ein Ausgangssignal als Stellsignal Kr_soii für die Bugwinden derart, daß diese Winden in Arbeitsrichtung des Rohrlegers einholen und die Heckwinden ausstecken.

Wird die Regelabweichung am Regler 9 negativ, wird über ein Funktionsglied 12 ein Stellsignal Kn _soii für die Heckwinden ausgegeben derart, daß die Winden in Bremsrichtung des Rohrlegers verstellt werden.

In den Funktionsblöcken F und G sind die Regelkreise für die Bug- und Heckwinden dargestellt, an deren Reglereingängen 13 und 14 die von der Rohrlegerwegregelung Block E ausgegebenen Stellsignale als Seilzugsollwerte k bsoii und knsoii anstehen. Die Regelabweichung der Seilzüge Kbsoii minus ke und knsoii minus kn i_St sind die Drehmomentsollwerte Md soli, die einer unterlagerten Seilkraftregelung 15 und 16 zugeführt werden, mittels welcher die Ankerseilkraft derart eingestellt wird, daß die Auswirkungen von Unterschieden in den Füllungen der Windentrommeln vermieden werden.

Der Rohrlegerweg Xr ist eine Störfunktion für die Ankerseilkräfte, da die Ankerseile nicht nur von den Windenfunktionen, sondern auch von den Rohrlegerbewegungen abhängig sind.

Der Ablauf der Bewegungsphasen ist zusammengefaßt folgender: In der ersten Bewegungsphase des Rohrlegers wird durch die Streckensollwertvorgabe XRrsou der Rohrweg- und Tensionerzugregelung/Block A ein Rohrzugsollwert k_rSoii derart vorgegeben, daß der Rohrzugistwert k_rht absinkt, so daß Rohr ausgesteckt wird und gleichzeitig der Rohrleger über die Seilzugvorgaben der Bugwinden in Arbeitsrichtung bewegt wird.

In der zweiten Bewegungsphase wird nach dem Ausstecken der vorgegebenen Rohrlänge durch Umschalten des Schalters 4 auf die obere Grenze der Tensioner-Totzone k_r\ das Rohr festgehalten. Der relative Rohrweg Xr-X_r gegenüber dem Rohrleger wird zu Null, damit entspricht der Rohrweg X_r dem Rohrlegerweg Xr, das Rohr ist auf Rohrlegergeschwindigkeit beschleunigt. Der Rohrleger wird nun in Arbeitsrichtung so lange weiterbewegt, bis der Rohrzugistwert k_rist den Rohrzugmaximalwert k_rmax erreicht hat.

In der Charakteristik nach Fig.2 ist die Spanne zwischen oberem k_r\ und unterem Grenzwert k_ro so groß gewählt als eben möglich, ohne daß eine Gefährdung des Rohres eintritt. Diese große Spanne der Totzone des Tensioners ermöglicht innerhalb der genannten Grenzwerte einen Eingriff in den Tensioner zur Erzielung kurzer Stellzeiten und Unabhängigkeit von Umwelteinflüssen. Das Ausstecken des Rohres wird also geregelt durch Verstellen der Tensioner-Totzone.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung zum Rohrverlegen im tiefen Wasser mit kombinierter Rohrlegerweg- und Rohrzugregelung, wobei auf die Rohrleitung über einen Tensioner eine Zugkraft ausgeübt wird und die auf dem Meeresgrund zu verlegende Rohrleitung um jeweils vorgegebene Rohrabschnitte auszustecken ist und wobei der Rohrleger in Arbeitsrichtung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Beschleunigung des Rohrlegers in Arbeitsrichtung eine Regelung durch Verstellen der Tensioner-Zugkraft derart erfolgt, daß die Tensioner-Zugkraft von einem oberen Grenzwert (k_r\) auf einen unteren Grenzwert (Ά>ο) herabgeregelt wird und daß die Regelgröße der relative Rohrweg (Xrv/XJ gegenüber dem Rohrleger ist.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Grenzwert (k_r i) durch die Auslegung des Tensioners und der untere Grenzwert (k_ro) durch die Auslegung des Rohrlegers gegeben ist.

J. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrwegregelung (1) eine Geschwindigkeitsregelung (2) unterlagert ist, welche die Aussteckgeschwindigkeit des Rohrabschnittes auf einem Maximalwert begrenzt.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ausstecken der vorgegebenen Rohrlänge der maximale Grenzwert (K_r ι) des Tensioners auf den vorgegebenen Maximalwert des Rohrzuges eingestellt wird, wobei sich der Zug am Rohrende vorübergehend erhöht und die Relativgeschwindigkeit des Rohres (Xr — X_r) gegenüber dem Rohrleger zu Null wird und daß das Rohrende auf Rohrlegergeschwindigkeit beschleunigt wird.

5. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß erst mit Erreichen eines vorgegebenen Rohrzugmaximalwertes die Bewegung des Rohrlegers in Arbeitsrichtung abgebremst ist, wobei die Regelgröße der Rohrzugmaximalwert (Kr max) ISt.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsregelung (10) des Rohrlegers der Rohrzugregelung (9) direkt unterlagert ist (Block E).

7. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrzugregelung in Abhängigkeit von Signalen der Wegregelung »Rohr gegen Rohrleger« erfolgt.

8. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem relativen Rohrweg (Xr-X_r^ Null) die Bewegung des Rohrlegers in Arbeitsrichtung solange erfolgt, bis der Rohrzugistwert (k_r ist) den Rohrzugmaximalwert (k_rniilx) erreicht hat.