DE2725880B2 - Gelenksäule und Handhabungsvorrichtung zum Ein- und Ausbau von Gelenken unter Wasser - Google Patents
Gelenksäule und Handhabungsvorrichtung zum Ein- und Ausbau von Gelenken unter WasserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Gelenksäule, welche über
ein Kardangelenk an einer unter Wasser angeordneten Basis befestigt ist, wobei der Kardankopf hohl
ausgebildet und mit zylindrischen Hohlelementen versehen ist aa welche von der Säule getragene
Rohrleitungen angeschlossen sind; und eine Handhabungsvorrichtung zum Aus- und Einbau elastischer,
unter Wasser zwischen zwei Widerlagern zusammenge
preßt eingesetzter Gelenke, insbesondere für auf dem
Meeresboden angelenkte Säulen.
Gelenksäulen, welche über ein Kardangelenk an einer unter Wasser angeordneten Basis befestigt sind, sind aus
der französischen Patentschrift 15 19 891 bereits be
kannt An einem hohl ausgebildet, mit zylindrischen
Hohlelementen versehenen Kardankopf sind von der Säule getragene Rohrleitungen angeschlossen.
In der DE-AS 11 78 385 ist ebenfalls eine Gelenksäule
offenbart, welche über ein Kardangelenk an einer unter
Wasser angeordneten Basis befestigt ist wobei der
Kadankopf hohl ausgebildet und mit zylindrischen Hohlelementen versehen ist, an welche von der Säule
getragene Rohrleitungen angeschlossen sind. Mit dieser Gelenksäule ist eine flexible Verbindung zwischen zwei
so Vorrichtungsteilen möglich, wobei die Verbindung
Bestandteil eines Leitrohres ist das von einem Bohrkahn aus zum Meeresboden herabhängt. Die
Gelenkverbindung verleiht dem Leitrohr eine ausreichende Flexibilität, so daß der Bohrkahn das Leitrohr
nicht ständig genau senkrecht zu halten braucht
Die US-PS 31 68334 offenbart eine flexible Verbindung zur Herstellung von Gelenksäulen, welche für 01-
und Gasbohrungen im Schelfgebiet dient Derartige, durch gelenkige Verbindungen hergestellte Gelenksäu-
len weisen, wie ausgeführt, die notwendige Flexibilität
auf« um den Abweichungen des Bohrkahns aus seiner Position Rechnung zu tragen.
Handhabungsvorrichtungen zum Aus- und Einbau elastischer, unter Wasser zwischen zwei Widerlagern
zusammengepreßt eingesetzter Gelenke, insbesondere für auf dem Meeresboden angelenkte Säulen, sind aus
einer Veröffentlichung aus »The Oil and Gas Journal«, 30. April 1973, Seite 147, sowie den US-Patentschriften
Re 27 745 und 34 63 226 bekannt. Diese für Unterwasserinstallati&nen eingesetzten Vorrichtungen bestehen
im wesentlichen aus einer tauchfähigen Anordnung mit Schwimmern und einem längs der Vorrichtung verschiebbaren Wagen. Die in den genannten US-Patent-
Schriften vorbeschriebenen Tauchmanipulatoren sind mit Zangen versehen.
Die US-PS 37 17 000 offenbart eine Einrichtung für Wartung und Austausch von Teilen in Unterwasserinstallationen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Anbringen von Rohrleitungen an Gelenksäulen mittels
spezieller Gelenke, die unter Zuhilfenahme von Tauchern und Manipulatoren auswechselbar sind, zu
verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß zwischen die zylindrischen Hohlelemente des Kadankopfes und die Enden der an die Elemente
angeschlossenen Rohrleitungen elastisch zusammendrückbare Gelenke eingesetzt sind; und daß die
Handhabungsvorrichtung tauchfähig ausgebildet ist und
ein aiii mehreren Kammern gebildetes Fahrgestell mit
einem darauf beweglichen Wagen aufweist, welcher in einer in der Mitte des Fahrgestells gelegener* Kammer
angeordnet sowie mit Zangen zum Umgreifen und Einrichtungen zum Zusammenpressen der Gelenke
versehen ist, wobei in seitlich gelegenen Kammern des Fahrgestells Ballasttanks und Druckluftbehälter angeordnet sind.
Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gelenksäule sowie der für diese benötigte erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung sind Gegenstand von
Unteransprachen.
Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Es zeigt
F i g. 1 eine teilweise perspektivische Ansicht des Kardankopfs, welcher in einem Kardangelenk am Fuß
einer Gelenksäule für Bohrtürme vorzusehen ist, wobei
das Gelenk an der Verbindungsstelle mit den entsprechenden Rohren und Leitungen elastische Gelenke
aufweist, die auf Torsion beansprucht werden, und wobei diese Gelenke der Montage und der Demontage
mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung dienen;
Fig.2 eine Ansicht, teilweise im Aufriß, einer
derartigen Gelenkanordnung und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die mit einem Wasserfahrzeug auf
der Oberfläche verbunden ist;
17 ig. 3 eine schematische Ansicht im Aufriß der so
Vorrichtung in größeren Einzelheiten, wobei der Wagen sich in eingezogener Stellung befindet;
F i g. 4 eine ähnliche Anordnung, in welcher sich der
Wagen in der ausgezogenen und aktiven Stellung befindet;
Fig.5 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der
Linie V-V der F i g. 4, welche die Greiforgane mit ihren Arbeitszylindern darstellt, sowie eine Schnittansicht des
elastischen Gelenks vor der axialen Kompression;
Fig.6 eine Ansicht ähnlich denjenigen nach Fig.3
und 4, wobei sich die Vorrichtung in der Greifposition des Gelenks und in der Rückkehr-Position des Wagens
befindet.
Gemäß der Erfindung wird auf einem Kardangelenk an der Basis einer Gelenksäule für Bohrtürme oder
dergl. mit elastischen Gelenken ein Werkzeug zur Einführung und zum Herausziehen dieser Gelenke
voreesehen.
In F i g. 1 ist zum Zwecke der Veranschauung ein Kardankopf perspektivisch dargestellt, der zwischen
einem festen Anschlag auf dem Meeresboden und äevn unteren Teil der Gelenksäule vorzusehen ist Dieser
Kardankopf, der sich ebenfalls im Aufriß in Fig.2 ergibt, weist im wesentlichen zwei zylindrische Hohlelcmente 1 und 2 auf, welche rechtwinklig zueinander
angeordnet sind und deren Enden sich drehbar in entsprechenden Lagern befinden, wobei zwei dieser
Lager 3 fest, d.h. mit der auf dem Boden 6 (Fig.2) ruhenden Basis 5 verbunden sind, während die anderen
Lager 4 beweglich und mit dem Ende der Säule 7 verbunden sind. Das Innere des Kopfes gestattet den
Durchfluß des Mediums (öl, Gas) zwischen einer Rohrschleife für das Medium einerseits, welche
Zweigleitungen 8 (F i g. 2) an den Enden eines sich im Meeresboden befindenden Rohrs 9 und mit den
Elementen 1 des Kopfes verbundene, von dem Lager 3 getragene Leitungen aufweist, und andererseits einer
zweiten Rohrschleife, welche Leitungen Ib aufweist, die
entlang der Säule verlaufen und sie,', an ihrer Basis mit
den von den Lagern 4 getragener; Elementen 2 verbinden.
Wegen der relativen Winkelverschiebung der Lager mit Bezug auf die zylindrischen Elemente 1, 2 des
Karditjkopfes werden zwischen die Enden der Elemente und die Enden der entsprechenden, mit ihnen
zusammenwirkenden Leitungen elastische Gelenke eingesetzt, wie sich bei 11 aus Fig. 1 und 2 ergibt, die
gemäß Darstellung nach F i g. 5, aus einem Stapel von Kautschukringen 12 und Metallunterlegscheiben 13
bestehen, wobei sich diese Gelenke bei Verdrehung um ihre Zentralachse verformen können. Die Einheit wird
derart angeordnet, daß die in Frage stehenden elastischen Gelenke zur Zeit der Montage einem Druck
durch axiale Kompression unterzogen werden, derart, daß ihre axiale Länge L(F i g. 5) weiche ursprünglich der
Entfernung D (F i g. 2) zwischen den Anschlagselementen, an denen sie sich abstützen müssen, überlegen war,
durch Druckmittel momentan auf eine der Entfernung D unterlegene Länge gebracht wird; hierdurch wird die
Einführung der Elemente ermöglicht, wonach die Druckmittel freigesetzt werden, so daß die Gelenke im
zusammengedrückten Zustand gegen die Anschlagselemente abstützen. Bei den Leitungen 8, 10 kann der
Anschlag beispielsweise auf den Anschlagplatten 14,15 erfolgen, an weiche die Enden der Leitungen 8, 10
angrenzen. Diese Platten sind mit entsprechenden Lagern durch Querverbindungen 16 in einer gegenüber
den Lagern einstellbaren Entfernung verbunden; diese Querverbindungen gewährleisten die Verbindung und
die Vorspannung der Gelenke. Vorzugsweise sind die Gelenke an ihren Enden mit Anschlagskränzen 17, 18
"ers.;hen, deren Außenprofil vorteilhafterweise so gewählt wird, daß ein Ergreifen durch Andruckmittel
und damit die axiaie Einpressung ohne weiteres möglich ist, wobei dieses Profil beispielsweise ringförmige
Rippen 19 (Fig.5) aufweist, deren Funktion nachfolgend beschrieben wird.
In Verbindung mit einer derartigen Anordnung oder einer vergleichbaren Einrichtung wird ein Werkzeug
vorgesehen, welches die Steuerung dieser Gelenke auf dem Boden sowohl für ihre Montage wie für ihre
Demontage ohne weiteres ermöglicht, wobei diese Werkzeuge zu diesem Zweck Greifmittel aufweisen,
welche den erforderlichen Axialdruck auf die Gelenke aufbringen können, um damit ebenso ihre Abtrennung
von der Oberfläche des Kardaneelenks oder deren
Anschläge 14, 15 wie einen maximalen Druck zum Zeitpunkt der Montage zu gestatten. Dieses Werkzeug
weist beispielsweise im wesentlichen ein Fahrgestell 20 auf, welches mit Mitteln versehen ist, um durch
Ballastaufbringen oder -entfernen sein Untertauchen oder Aufsteigen an die Oberfläche von einem Schiff 21
(F i g. 2) vermittels eines Kabels 22 oder auf andere Weise zu gestatten, wobei dieses Gestell einen Wagen
23 (Fig.3) trägt, welcher mit Mitteln zum Ergreifen eines Gelenks 11 und zum axialen Aufspannen und
Entspannen desselben versehen ist.
Die Anordnung kann durch eine Konstruktion 33 ergänzt werden, welche beispielsweise expandierten
Schaum enthält, um das Eigengewicht der Anordnung im Wasser zu bilden, wobei dieser Schaum beispielsweise
ein Volumen von 5— 10 m3 aufweist.
Das Gestell 20 hat beispielsweise die Form eines Parallelepipeds, das in eine Reihe von seitlichen
Kammern unterteilt ist (von denen eine 24 im Aufriß in der Fig.4 dargestellt ist), welche Ballastflaschen 25 in
Verbindung mit Druckluftbehältern 26 mit fernbetätigbaren Schiebern enthält; andererseits enthält das
Gestell eine mittige Kammer 52 (Fig.3 und 4), in welcher der mit Rädern oder Rollen 27 zur Verschiebung
auf einer Rollbahn 28 versehene Wagen 23 enthalten ist. Dieser Wagen ist in dem in Betracht
gezogenen Anwendungsfall, in welchem die Achse der Gelenke sich während der Montage in einer praktisch
horizontalen Richtung befindet, vorteilhafterweise vertikal angeordnet, um für die Greifermittel eine korrekte
Position zu gewährleisten. Zur Durchführung seiner Verschiebebewegungen ist er mit Steuermitteln versehen,
welche beispielsweise zumindest eine Drehspindel 29. die von einem Motor 30 angetrieben wird, aufweist.
Eine zentrale Führung kann bei 3t, 32 vorgesehen sein.
Die von dem Wagen 23 getragenen Greifermittel können beispielsweise eine gewisse Anzahl von Zangen
35 (Fig. 3—6) aufweisen, die um das zu betätigende
Gelenk herum angeordnet sind, um sich an diesem, insbesondere an den vorstehend erwähnten Rippen 19,
anzuhaken. Es sind beispielsweise vier derartige Zangen vorgesehen, welche in der Betriebsstellung das Gelenk
umgeben, wie sich aus den F i g. 4 und 6 ergibt, indem sie
um 90" zueinander verschoben angeordnet sind. Sie werden beispielsweise in der in Fig. 5 dargestellten
Weise betätigt, d. h. sie bestehen aus zwei Segmenten 35,36. welche mit Rillen zum Anhaken an den Rippen 19
versehen sind, wobei die Segmente jedes Paars vermittels eines fernbetätigbaren Arbeitszylinders 37
untereinander verbunden sind, vermittels dem sie sich parallel zur Gelenkachse einander annähern oder
voneinander entfernen können.
Des weiteren sind Mittel mit diesen Zangen kombiniert, um das Gelenk während der Montage in
seiner entsprechenden maximalen Kompressionsstellung zu blockieren. Diese Mittel können einfacherweise
in den beiden sich relativ zueinander bewegenden Teilen vorgesehene öffnungen 48, 49 sein. In dieser
Stellung befinden sich die öffnungen einander gegenüberliegend, derart, daß die Blockierung dadurch
erfolgt, daß der Bolzen 50 (Fig.4) durch diese Öffnungen hindurchgelangt, wobei auch andere geeignete
Mittel für diesen Zweck vorgesehen werden können.
Die vier Zangen 34 sind auf einem mit dem Wagen 23 verbundenen Träger angeordnet, weicher sich ohne
weiteres in den Zwischenraum für den Eingang des von den Anschlagelementen 3 und 14 oder 4 und 15 (Fig. 1)
begrenzten Raums einführen läßt, indem er zwischen die Querverbindungen 16 (von denen, falls erforderlich,
einige entfallen können) geführt wird. Dieser bei 38 in den F i g. 3, 4 und 6 dargestellte und als Verlängerung
des Wagens 23 ausgeführte Träger ist beispielsweise gabelförmig ausgebildet, wobei die beiden Gelenkarme
39 zwei Zangen 34 tragen, während die anderen Zangen 34 von dem Hohlraum der Gabel getragen werden,
wobei die beiden Gelenkarme 39 von einem Arbeitszylinder
40 gesteuert werden. In der Endstellung der Zangen sind zur Aufrechterhaltung dieser Position
Spannmittel, beispielsweise eine Vorrichtung mit einer Schraube oder Feder 51 zwischen den beiden Armen 39,
vorgesehen.
Außerdem ist der Träger mit dem Wagen 23 durch Mittel verbunden, welche vorzugsweise so betätigt
werden, daß dieser Träger gewisse Möglichkeiten hat, seine Richtung zu steuern. Diese Mittel können eine
Gelenkverbindung zwischem dem Träger 38 und dem Wagen Zi in Form eines Zwischeneiements 4i
aufweisen, welches gelenkig am Träger und am Wagen um praktisch parallele Achsen 42, 43 angebracht ist.
Dadurch kann sich der Träger 38 leicht parallel zu sich selbst verschieben. Diese Verschiebungen können über
eine Entfernung gesteuert oder im Augenblick der Montage oder Demontage durch Taucher direkt
erreicht werden. Im übrigen können diese Mittel eine Vorrichtung zur Winkelverschiebung des Trägers 38 in
seiner Eoene, beispielsweise einen gebogenen Hebel 44,
aufweisen, welcher von einer Kurbel 45 aus gesteuert wird, wobei mit Hilfe dieses Hebels die Richtung der
Achse 42 geändert werden kann.
Des weiteren ist die Anordnung durch Mittel zur Befestigung der Vorrichtung an der Kardankonstruktion,
beispielsweise über Querverbindungen 16, während der Montage oder Demontage, ergänzt. Diese
Mittel weisen insbesondere in dem Kopf der Anordnung vorgesehene, von dem Arbeitszylinder 47 gesteuerte
Haken 46 auf. In der gleichen Anordnung ist ferner eine Energiequelle vorgesehen, welche beispielsweise eine
hydraulische Einrichtung mit einer zentralen Unterwasser-Motorpumpe aufweist, welche die Winden der
Zangen, die Einstellwinden der Zangen, den hydraulischen Motor zur Bewegung des Wagens sowie die
Einhängwinden auf den Querverbindungen speist.
Unter der Wirkung dieser Vorrichtung können die vier Aufspannzangen des Gelenks einen Gesamtkompressionseffekt
von 200 t mit einem Druck von 500 bar und einen Spannungsgrad von unter 60% der elastischen Grenze bewirken.
Folglich wird eine Vorrichtung folgender Funktionsweise geschaffen.
Bei der Demontage bereits vorhandener Gelenke wird die Vorrichtung über ein Kabel 22 (Fig. 1)
heruntergelassen, wobei der Vorrichtung während des Absenkens durch Regulierung des Ballasts ein geringes
Gewicht von beispielsweise 150 kg erteilt wird.
Hat die Vorrichtung den Boden erreicht (F i g. 3), wird
sie bis zu einem Gewicht von annähernd Null immer noch entlastet, um die Handhabung zu erleichtern. Die
Taucher können nunmehr zunächst die Vorrichtung über die Querverbindungen 16 durch Steuerung der
Haken 46 mit Hilfe der Arbeitszylinder 47 angreifen, sodann die Verschiebung des Wagens vom Motor aus
steuern und den die Zangen tragenden Träger 38 zur richtigen Positionierung derselben führen, und zwar
zunächst für die beiden auf dem Boden befindlichen Teile der Gabel und sodann für die beiden anderen nach
dem Absenken der beiden Gelenkarme 39 mit Hilfe der Zylinder 40, wobei das Instellungbringen der Aufspanneinrichtung
51 (F i g. 4) den Vorgang beendet.
Nach Erreichen dieser Position treten die Zylinder 37 in Aktion, um einen maximalen Druck auf das Gelenk
auszuüben; sodann werden die Bolzen 50 in die öffnungen 48, 49 eingebracht, um diesen Druck
aufrechtzuerhalten. Von diesem Augenblick an ist das Oetenk von seinen Anschlagflächen befreit, so daß es
unter Rückführung des Wagens nach hinten herausgezogen werden kann (nachdem die Haken 46 entfernt
wurden), wie sich dies aus F i g. 6 ergibt. Sodann ist die Vorrichtung nur noch zu entlasten, um sie an die
Oberfläche aufsteigen zu lassen.
Die gleichen Vorgänge erfolgen in umgekehrter
Richtung für die Montage eines Gelenks.
Aus Vorstehendem ergibt sich, daß die Befestigung der äußersten Kränze 17 und 18 des Gelenks an den
entsprechenden jeweils von den zu verbindenden Teilen
-, getragenen Anschlägen aufgrund des Zusammendrükkens
des Kautschuks durch Haftung erfolgt ist. Es versteht sich jedoch, daß eine zusätzliche Befestigung
durch Bolzen oder dergl. ebenfalls möglich ist, in welchem Fall diese Befestigung im Laufe der Arbeits-
n) vorgänge zur Extrahierung oder Anordnung der
Gelenke gelöst werden müßte.
Mit der Erfindung wurde eine Vorrichtung zum Ausoder Einbau von Gelenken innerhalb stark herabgesetzter
Zeiten durch einfache Mittel geschaffen, welche von
ι > den Tauchern nur eine Mindestarbeit erfordern.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentansprüche:1. Gelenksäule, welche über ein Kardangelenk an einer unter Wasser angeordneten Basis befestigt ist, wobei der Kardankopf hohl ausgebildet und mit zylindrischen Hohlelementen versehen ist, an welche von der Säule getragene Rohrleitungen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die zylindrischen Hohlelemente (1,2) des Kardankopfes und die Enden der an die Elemente (1, 2) angeschlossenen Rohrleitungen (8, 10) elastisch zusammendrückbar Gelenke (11) eingesetzt sind.2. Säule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (U) auf die Enden der Hohlelemente (1, 2) und der Rohrleitungen (8, 10) druckausübend eingesetzt sind.3. Handhabungsvorrichtung zum Aus- und Einbau elastischer, unter Wasser zwischen zwei Widerlagern, zusammengepreßt eingesetzter Gelenke, Insbesondere für auf dem Meeresboden angelenkte Säulen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung tauchfähig ausgebildet ist und ein aus mehreren Kammern gebildetes Fahrgestell (20) mit einem darauf beweglichen Wagen (23) aufweist, welcher in einer in der Mitte des Fahrgestells (20) gelegenen Kammer (52) angeordnet sowie mit Zangen (34) zum Umgreifen und Einrichtungen (35, 36, 37) zum Zusammenpressen der Gelenke (11) versehen ist, wobei in seitlich gelegenen Kammern (24) des Fahrgestells (20) Ballasttanks (25) und Druckluftbehälter (26) angeordnet sind.4. Vorrichtung-nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der W,-igen (2?) einen gabelförmigen, quer zur Achse eines ,Gelenkes (11) ausgerichteten Träger (38) besitzt, der die Zanj ?n (34) trägt5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine expandierte Schaummasse zur Kompensierung des Gewichts der Einrichtungen im Wasser aufweist6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zangen (34) je zwei Segmente (35, 36) zum Übergreifen von zwei ringförmigen Rippen (19) des Gelenks (11) aufweisen, wobei die Segmente (35, 36) durch einen Arbeitszylinder (37) gegeneinander beweglich miteinander verbunden sind.7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der vorgesehenen Zangen (34) vier beträgt, von denen zwei im Boden des Trägers(38) angeordnet und die beiden anderen von auf den Enden des Trägers (38) montierten Gelenkarmen(39) getragen sind, welche durch Arbeitszylinder (40) steuerbar sind.8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sperreinrichtung zur Fixierung der Zangen (34) in der aufgespannten Endstellung vorgesehen ist9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung auf dem Arbeitszylinder und auf der Zange (34) vorgesehene Offnungen (48$ 49) aufweist; welche sich in Endstellung der Aufspannung überdecken und in welche in dieser Stellung ein Bolzen (50) einführbar ist.10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des gabelförmig ausgebildeten Trägers (38) mit Haken (46) zum Anbringen der Vorrichtung an der die Gelenke (11) tragenden Anordnung versehen sind.11. Vorrichtung nach Anspruch 10, zur Handhabung von Gelenken, die sich auf zwei durch Querverbindungen miteinander verbundene An schlagelemente abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß die Haken (46) unter Steuerung durch einen Arbeitszylinder (47) an bestimmte Querverbindungen (16) der das Gelenk (11) tragenden Anordnung anlegbar sind.to 12. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurchgekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Einstellung der Position des Trägers (38) relativ zum Wagen (23) vorgesehen sind.13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch is gekennzeichnet, daß der Träger (38) in geringemUmfang parallel zu sich selbst verschiebbar ist14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß der Träger (38) in der gleichen Ebene geringfügig winkelverstellbar ist15. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wagen (23) mit Hilfe einer Drehspindel (29) verschiebbar ist
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