DE2755055A1

DE2755055A1 - Schwimmfaehiges foerdergestell zur halterung eines rohrstranges

Info

Publication number: DE2755055A1
Application number: DE19772755055
Authority: DE
Inventors: Thomas Leon Elliston
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-10
Filing date: 1977-12-08
Publication date: 1978-06-15
Also published as: JPS5929751B2; NO773952L; CA1083613A; US4200054A; MX145843A; FR2373482A1; NO823360L; NO151839B; NL7713487A; NO151840B; GB1574530A; AU512139B2; SE433370B; DK550477A; JPS5395101A; SE7713764L; AU3088077A; BE861692A; NO151839C; NO151840C

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Unterwasser-Abbausystem und insbesondere auf ein stabilisiertes Fördergerüst zum Absenken, Anheben und Halten eines Rohrstrangs in Verbindung mit einem seetüchtigen Abbau- bzw. Förderschiff.

Die Möglichkeit der Gewinnung von wichtigen Grundrohstoffen aus den Ozeanen ist allgemein erkannt worden. Das Abbauen von Sand, Kies u.a. aus Ablagerungen im kontinentalen Schelf erfolgt zur Zeit durch Baggerung. Auf dem Boden der Ozeane in tiefem Wasser befinden sich große Vorräte an Mineralien, von denen zur Zeit hauptsächlich metallische Mineralien bekannt sind, wie Zink, Kupfer, Silber, Blei, Mangan und Phosphat. Die Ausbeutung dieser Mineralien ist hauptsächlich durch die Abbautechniken oder ihre Förderung zur Wasseroberfläche begrenzt. Unter diesen Ablagerungen befinden sich Mineralkonzentrationen, die über große Bodenbereiche der Ozeane in Form von Knollen verteilt sind. Das Vorhandensein von Knollen auf dem Meeresboden ist bereits seit mehreren Jahren bekannt, und man vermutet, daß diese über Jahrtausende durch Ausfällung von mineralischen Substanzen aus dem Meerwasser gebildet wurden. Bekannterweise bestehen diese Knollen im wesentlichen aus Eisenoxid, Manganoxid, Kupfer, Kobalt und Nickel, und sie werden im allgemeinen in sehr großen Wassertiefen gefunden, wo der Meeresboden

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verhältnismäßig hart und eben ist. Bereiche, in denen ausreichende Mengen an Knollen bekannt sind, um einen wirtschaftlichen Abbau durchzuführen, liegen im allgemeinen mehr als 200
Meilen von der Küste entfernt und in einer Tiefe bis zu 5500 m und mehr.

Unter den verschiedenen bisher entwickelten Systemen zur Förderung der Knollen vom Meeresboden befindet sich eine Hydraulikanordnung, die im wesentlichen aus einem Rohrstrang besteht, der von einer schwimmenden Plattform oder einem Schiff herabhängt. Diese Anordnung enthält einen Sammelkopf zum Sammeln
und Sortieren der Knollen von den Meeresbodensedimenten und
zu ihrem Transport durch die Rohrleitung. Dazu läßt man im
Inneren der Rohrleitung Wasser mit ausreichender Geschwindigkeit nach oben strömen, um die Knollen anzusaugen und zur
Oberfläche zu transportieren.

Eines der Hauptprobleme bei diesem Abbauverfahren besteht in
den durch die Schlinger- und Stampfbewegungen des Schiffes
infolge der Wellenbewegungen verursachten Biegespannungen in
dem Rohrstrang. Eine andere Schwierigkeit ist die Ausrichtung eines Fördergestells bezüglich des Rohrstranges, um während
des Absenkens und Anhebens des Rohrstranges Rohrabschnitte
aufzusetzen bzw. zu entfernen. In diesem Zusammenhang besteht auch das Bedürfnis, die durch plötzliche Beschleunigungen und

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Abbremsungen des Rohrstranges während des Absenkens und Anhebens erzeugten axialen Belastungen zu verringern.

Nahezu senkrechte Unterdruck-Rohrstränge zum Anheben von Erzknollen vom Meeresboden zu einem Transportschiff können dynamisch instabil werden und innerhalb gewisser Bereiche der nachstehend genannten Parameter ausfallen oder schadhaft werden. Zu diesen Parametern gehören die Dämpfung des Rohrstranges, die axiale Belastung, das Verhältnis von Strömungsrate zu Grundfrequenz des Rohrstranges, das Verhältnis von Masse des Rohrstranges zu eingeschlossener strömender Erzmasse und Wassermischung, Bewegungen des Schiffes, die die Rohrspannung und die Endlage beeinträchtigen, Neigungswinkel des Rohrstranges und Wirbelkräfte infolge Schiffsgeschwindigkeit und Meeresströmungen. Die axiale Spannung in der Rohrleitung wird nachteilig durch das Anheben und Absenken des Rohrstranges beeinflußt, wenn es notwendig wird, den Rohrstrang auf dem Gestängeboden anzuhalten, um einen neuen Rohrabschnitt anzusetzen oder zu entfernen. Plötzliche Stops dieser Art können sehr leicht zu einer überlastung des Rohrstranges durch zu hohe mechanische Spannungen führen, was einen frühzeitigen Ausfall zur Folge hat, durch den der Abbauvorgang für eine sehr lange Zeitspanne unterbrochen werden kann und durch den möglicherweise ein Ersatz der gesamten Rohrleitung erforderlich wird.

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Man hat bereits versucht, diese Schwierigkeiten durch den Bau von speziellen Schiffen zu beseitigen, die nicht nennenswert auf Wind und Wellen reagieren (US-PS 3 522 670), und man hat weiterhin versucht, diese Schwierigkeiten durch die Begrenzung der Wassertiefe, in der diese Schiffe operieren, einzuschränken. Da jedoch die Suche nach mineralischen Ablagerungen im Meer sich immer weiter zu größeren Wassertiefen verlagert, wo durch die Wellen größere Schlinger- und Stampfbewegungen des Schiffes hervorgerufen werden und die Länge des Rohrstranges erheblich zunimmt, ist es wichtig, die auf den Rohrstrang ausgeübte Biegewirkung sowie die beim Absenken, Anheben und Manövrieren des Rohrstranges entstehenden axialen Belastungen erheblich zu verringern.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zur dynamischen Positionierung eines Fördergestells in vertikal fluchtender Lage mit einem pendelartig vom Schiff gehaltenen Rohrstrang zu schaffen, um die Schwierigkeiten beim Aufsetzen und Entfernen von Rohrabschnitten zu vermeiden und die infolge der Schlinger- und Stampfbewegungen des Schiffes im Rohrstrang erzeugten Biegespannungen zu verringern.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein stabilisiertes Fördergerüst zum Absenken, Anheben und Halten eines Rohrstranges von bzw. an einer im Tiefseebereich schwimmenden Plattform, die ein Deck

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sowie eine sich durch dieses nach unten erstreckende, Zugang zum Wasser ermöglichende Durchgangsöffnung aufweist, das sich dadurch auszeichnet, daß der sich vertikal erstreckende Mastaufbau über der Durchlaßöffnung eine Grundplatte zur Halterung des pendelartig aufgehängten Rohrstranges aufweist, daß im Mastaufbau ein sich quer erstreckendes Hebezeug zum Halten eines während des Absenkvorganges in den Rohrstrang einzusetzenden oder während des Anhebevorgangs aus dem Rohrstrang zu entfernenden Rohrabschnittet, daß das Hebezeug zum wahlweisen Anheben und Absenken mit einer ersten Antriebseinrichtung verbunden ist, daß zwischen der Grundplatte und dem Deck ein erstes Lagerelement angeordnet ist und in abstützendem Eingriff mit der Grundplatte steht, um eine Winke!verstellung der Grundplatte bezüglich dem Rohrstrang um ihre Schlinger- und Stampfachsen zu ermöglichen, und daß mit der Grundplatte eine zweite Antriebseinrichtung zur Winkelverstellung der Grundplatte um das erste Lagerelement verbunden ist, um in einem dynamischen Haltebetrieb den Mastaufbau beim Schlingern und Stampfen der Plattform in im wesentlichen paralleler Lage zur vertikalen Achse des Rohrstranges zu halten.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Fördergestell eine Gleitschale zum wahlweisen Eingriff mit einem Umfangsflächenbereich einer oberen Verbindung des Rohrstranges auf, und zwischen der Gleitschale und der Grundplatte

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ist ein zweites elastisches Lagerelement angeordnet, um eine Winkelverstellung der Grundplatte um ihre Schlinger- und Stampfachsen bezüglich der Gleitschale zu ermöglichen. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Grundplatte in einer festen Lage bezüglich der Plattform verriegelbar sein, um in einem passiven Haltebetrieb in Abhängigkeit von den Wasserbewegungen eine Schlinger- und Stampfbewegung des Mastaufbaus bezüglich der Gleitschale zu ermöglichen.

Die Winkelbewegungen und das dynamische Positionieren der Grundplatte und des Mastaufbaus erfolgen mittels einer elektromechanischen Steuerung, die sich auszeichnet durch einen elektromechanischen Wandler zur Erzeugung erster und zweiter elektrischer Lagesignale proportional zu den Schlinger- und Stampf-Winkelverstellungen der Plattform bezüglich einer vorbestimmten Bezugsachse, eine elektronische Schaltungsanordnung zur Erzeugung erster und zweiter elektrischer Stellungssteuersignale proportional zu einer vorbestimmten Funktion der ersten und zweiten Lagesignale, eine erste hydraulische Betätigungseinrichtung mit einer ersten Kolbenanordnung zur Winkelverstellung der Plattform in Abhängigkeit von dem ersten Stellungssteuersignal bezüglich dem Schiff um ihre Schlingerachse und eine zweite hydraulische Betätigungseinrichtung mit einer zweiten Kolbenanordnung zur Winkelverstellung der Plattform in Abhängigkeit vom zweiten Stellungssteuersignal bezüglich dem Schiff um ihre Stampfachse.

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Eine genaue Ausrichtung des Fördergestells bezüglich des Rohrstrangs ist während der Handhabung der Rohre erforderlich, um ein Verkanten der Rohrverbindungen zu verhindern.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen die Lagerelemente jeweils aus einem ringförmigen Abschnitt eines im wesentlichen kugelförmigen, laminierten Körpers aus übereinander liegenden Schichten eines elastischen Materials und eines verhältnismäßig unelastischen Materials, und die Lager sind im wesentlichen konzentrisch um einen gemeinsamen Drehpunkt angeordnet. Axiale Spannungen infolge vertikaler Beschleunigungen und Abbremsungen des Rohrstranges werden durch die Elastizität der Lagerelemente, die eine geeignete axiale Federkonstante haben, um in diesem Fall als Stoßdämpfer zu wirken, auf ein Minimum verringert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der ein Ausführungsbeispiel zeigenden Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt schematisch die Gesamtanordnung ein Tiefseeförder-Schiff und die zugehörigen Fördereinrichtungen.

Figur 2 zeigt in perspektivischer Darstellung das auf dem Schiff gemäß Figur 1 befestigte, stabilisierte Fördergerüst.

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Figur 3 zeigt teilweise im Schnitt eine Lageranordnung zur Abstützung des Fördergerüstes gemäß Figur 2.

Figur 4 zeigt in einer Darstellung entsprechend Figur 3 die maximale Verstellung der Lageranordnung bei dynamischem Positionierbetrieb.

Figur 5 zeigt in einer Darstellung entsprechend Figur 3 die maximale Verstellung der Lageranordnung bei passiver Positionierung im Abstützbetrieb.

Figur 6 zeigt in einer Blockdarstellung den elektrischen

und hydraulischen Aufbau einer Steueranordnung für das dynamische Positionieren des Fördergerüstes gemäß Figur 2.

Das nachfolgend zu beschreibende bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein seegängiges Schiff mit eigenem Antrieb, wie es beispielsweise für Bohrarbeiten im Offshore-Bereich und auf See benutzt wird. Selbstverständlich kann die
Erfindung jedoch auch in Zusammenhang mit irgendeiner schwimmenden Plattform eingesetzt werden.

Das in Figur 1 dargestellte Tiefsee-Förderschiff 10 befindet sich in einem Seegebiet 12, beispielsweise dem Pazifischen
Ozean. Vom Schiff 10 hängt in das Wasser 12 ein Rohrstrang 14

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für die Förderung von mineralischen Knollen 16 vom Meeresboden 18 in den Laderaum des Schiffes 10. Am unteren Ende des Rohrstranges 14 ist ein Kupplungselement 20 befestigt, um bei Bewegung des Schiffes 10 über das Abbaufeld den Rohrstrang im wesentlichen in senkrecht fluchtender Lage zu halten. Der Rohrstrang 14 ist mittels eines Rohrstückes 24, das an das Kupplungselement 20 angeschlossen ist, mit einem Baggerkopf 22 verbunden. Die Knollen 16 werden vom Baggerkopf 22 gesammelt und in einem Schlamm aus Seewasser und Sediment mittels Unterdruck durch den Rohrstrang 14 gefördert. Der Unterdruck wird im Rohrstrang 14 durch Einpressen von Luft an einer vorbestimmten Stelle des Rohrstrangs sowie Bewegung dieser Luft entlang dessen oberem Ende erzeugt. Die vom Rohrstrang 14 aufgenommenen Knollen 16 werden vom Schiff 10 mittels geeigneter Einrichtungen, etwa einer schwimmenden Förderleitung 28, in ein seetüchtiges Transportschiff 26 befördert.

Das Schiff 10 weist einen Pufferbehälter für die gesammelten Knollen auf. Der vom Rohrstrang 14 geförderte, die Knollen 16 enthaltende Schlamm wird durch den Rohrstrang gepumpt und hat an der Oberfläche eine typische Knollenkonzentration von etwa 15 Gew.%. Obwohl der Knollen-Schlamm üblicherweise direkt in das Transportschiff 26 gepumpt wird, ist der Pufferbehälter gelegentlich erforderlich, um einen kontinuierlichen Fördervorgang aufrecht zu erhalten, nachdem ein vollständig beladenes

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Transportschiff 26 abgefahren ist und auf die Ankunft eines leeren Transportschiffes gewartet wird.

Das zu diesem Zweck eingesetzte Schiff 10 hat typischerweise eine Gesamtlänge von etwa 180 m und eine Breite von etwa 30 m sowie eine Vollastverdrängung von etwa 47 000 t. Die Schlingerperiode des Schiffes beträgt typischerweise 13 Sekunden bis 15 Sekunden. Das Schiff 10 hat einen inneren Ballast, um das Schlingern in Dwarsschiffsrichtung auf plus oder minus 23 zu begrenzen, und das Stampfen ist in Längsschiffsrichtung auf plus oder minus 13 begrenzt.

Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, dient zur Halterung und Handhabung des Rohrstranges ein Fördergestell 30, das über einer sich in der Senkrechten durch das Deck 34 und den Rumpf 36 des Schiffes 10 erstreckenden Öffnung 32, die Zugang zum Wasser unterhalb des Schiffes ermöglicht, angeordnet ist. Der Rohrstrang 14 ist pendelartig am Fördergerüst 30 aufgehängt und erstreckt sich senkrecht durch die öffnung 32 und im wesentlichen entlang der gestrichelt gezeichneten Geraden 38, die beim Fehlen von Querlasten die Längsachse des Rohrstranges bildet. Wenn sich der Baggerkopf 22 über den Meeresboden 18 bewegt, um Knollen 16 aufzunehmen, wird auf den Rohrstrang 14 ein Biegemoment ausgeübt, das eine geringfügige Ablenkung aus seiner Ruhelage zur Folge hat.

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Der Aufbau des Fördergerüstes 30 ist detaillierter in Figur 2 dargestellt, und das Fördergerüst weist ein fachwerkartiges Untergestell 40 auf, das auf einem Paar zu beiden Seiten der Öffnung 32 angeordneter Schienen 42, 44 befestigt ist, so daß eine genaue Positionierung des Fördergestells 30 über der öffnung möglich ist. Das Untergestell 40 ist bezüglich der Schienen 42, 44 verschiebbar, so daß es aus dem Bereich der öffnung herausbewegt werden kann, um beispielsweise den Baggerkopf 22 auf Deck heben zu können.

Das Fördergestell 30 weist außerdem ein auf einer Grundplatte 48 befestigtes Mastgerüst auf, das von vier rohrförmigen, aufrecht stehenden Elementen 50 gebildet wird, die im Querschnitt an den Ecken eines Quadrates angeordnet und auf der Grundplatte 48 befestigt sind. Ein im wesentlichen identisches Mastgerüst 52 ist im Abstand vom Mastgerüst 46 auf der Grundplatte 48 befestigt, so daß zwischen ihnen ein Bereich 53 zur Handhabung von Rohren gebildet ist. Jedes Gerüst 46, 52 weist entsprechende Versteifungselemente 54 zur Herstellung einer ausreichenden Festigkeit auf. Um die Festigkeit zu erhöhen, können die Rohrelemente 50 der Mastgerüste 46, 52 mit einem unter Druck stehenden Hydraulikfluid gefüllt werden, wie dies in der US-PS 3 960 360 beschrieben ist.

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Ein sogenannter Hampelmann 56 ist vertikal in dem zwischen den beiden Mastgerüsten 46, 52 gebildeten Bereich bewegbar und wird entlang der vorderen Beine der Mastgerüste geführt. Ein Drehtisch 58 ist zur Vereinfachung des Absenkens und Anhebens der Rohre vom Hampelmann 56 gehalten. Die Energie zum Anheben und Absenken des Hampelmanns 56 wird von einem Hydraulikzylinder geliefert und dem Hampelmann über eine Leitungsanordnung zugeführt. Der Drehtisch 58 enthält eine übliche Gleitschale und Backen zum Eingriff mit einem während des Absenkvorganges in den Rohrstrang 14 einzusetzenden Rohrabschnittes bzw. zum Entfernen eines derartigen Rohrabschnittes aus dem Rohrstrang während eines Anhebevorganges.

Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung ist das Fördergestell 30 mittels hydraulischer Kraftanordnungen 62, 64, 66 und 68, die vorzugsweise hydraulische, lineare Betätigungseinrichtungen sind, von denen jede einen Kolben 62A, 64A, 66A und 68A aufweist, dynamisch bezüglich dem Schiff 10 abgestützt. Jeder dieser Kolben übt auf die Grundplatte 48 in Abhängigkeit von Druckänderungen des in den Betätigungseinrichtungen enthaltenden Hydraulikfluids eine vertikale Verstellkraft aus.

Die Mastgerüste 46, 52 ermöglichen einen Hub des Hampelmanns 58 von 14,6m, um einen entsprechenden Freiraum für eine Rohrverbindung von 13,7 m zu erhalten. Das Mastgerüst ist konservativ für eine maximale Rohrlast von 726 000 kg dimensioniert.

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In Figur 3 ist eine Lageranordnung zur Abstützung des Rohrstranges bei pendelnder Aufhängung am Fördergerüst gezeigt, die ein elastisches Rohrelement 70 aufweist, das zwischen dem Untergestell 40 und der Grundplatte 48 angeordnet ist. Das Lagerelement besteht aus einem ringförmigen Sektor eines im wesentlichen kugelförmigen, laminierten Körpers aus übereinander liegenden Schichten eines elastischen Materials und eines verhältnismäßig unelastischen Materials 74. Das Lagerelement 70 dient dazu, eine Winkelverstellung der Grundplatte 48 und des Fördergestells 30 bezüglich dem Deck 34 des Schiffes 10 zu ermöglichen, um eine im wesentlichen parallele Ausrichtung der Mastgerüste 46, 52 bezüglich der vertikalen Achse 38 des Rohrstranges aufrecht zu erhalten, wenn das Schiff infolge der Wellenbewegungen der See 12 schlingert und stampft. Die elastische Schicht 72 besteht vorzugsweise aus einem Elastomer, etwa Kautschuk, und die verhältnismäßig unelastische Schicht 74 vorzugsweise aus Metall, etwa Stahl, und diese Kombination ermöglicht die Aufnahme von Drucklasten, die größer sind als das Gewicht des Rohrstranges. Derartige Lager wurden zur Aufnahme von Lasten bis zu 7 260 000 kg gebaut und eingesetzt. Das elastische Lagerelement 70 ist zwischen einem ersten Ringelement 76 und einem zweiten Ringelement 78 eingeschlossen, das an der Grundplatte 48 bzw. am Untergestell 40 befestigt ist.

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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zwischen der Grundplatte 48 und einer schwebenden Gleitschale 81 ein zweites Lagerelement 80 angeordnet, das in seinem Aufbau im wesentlichen identisch mit dem ersten Lagerelement 70 ist und aus übereinander liegenden Schichten 82 aus einem elastischen Material, etwa Kautschuk, und Schichten 84 aus verhältnismäßig unelastischem Material, etwa Stahl, besteht. Eine wesentliche Funktion des zweiten elastischen Lagerelementes 80 besteht darin, während des dynamischen Rohrhandhabungsbetriebes als Stoßdämpfer zu dienen. Dies ist wichtig, um die axialen Belastungen zu verringern, die auf den Rohrstrang bei seiner Beschleunigung und seiner Abbremsung während des Absenkens ausgeübt werden, wenn ein neuer Rohrabschnitt in den Rohrstrang 14 eingesetzt wird oder der Rohrstrang angehoben und zum Stillstand gebracht wird, so daß eine Rohrlänge vom Rohrstrang entfernt werden kann. Plötzliche Erschütterungen können zu hohe Spannungen auf den Rohrstrang 14 zur Folge haben, so daß dieser vorzeitig beschädigt oder zerstört wird. Obwohl das Fördergestell so aufgebaut ist, daß es eine langsame Abbremsung des Rohrstrangs bewirkt, wenn dieser den Gestellboden berührt, ist das zweite elastische Lagerelement 80 zur zusätzlichen Sicherheit in die Lageranordnung eingefügt, um im Fall einer Fehlfunktion des Gestells als zusätzlicher Stoßdämpfer zu wirken. Eine weitere wichtige Funktion des Lagerelementes

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besteht darin, nach dem Absenken des Rohrstranges auf die richtige Tiefe für die Abbauvorgänge in einem Betriebszustand ohne Zufuhr von Energie als elastischer Kardanrahmen zu dienen. Während dieser Zeit kann der Rohrstrang bei in fester Lage verriegelter Grundplatte 48, etwa in einer horizontalen Lage bezüglich dem Deck 34 durch Verriegelung der hydraulischen Betätigungseinrichtungen 62 bis 68, einfach von dem elastischen Lagerelement 80 gehalten werden.

Das elastische Lagerelement 80 ist zwischen einem ersten Ringelement 86 und einem zweiten Ringelement 88 eingeschlossen, das an einem Schulterbereich 90 der Gleitschale 81 bzw. an der Grundplatte 48 befestigt ist. Konzentrisch bezüglich der Gleitschale 81 und der Achse 38 des Rohrstranges 14 ist ein Rohrteil 92 vorgesehen, das als Führung für die Rohre dient, um während der Rohrnachführung und -entfernung einen unbeabsichtigten Eingriff mit den elastischen Lagerelementen 70 und 80 zu verhindern. Die Gleitschale 81 hält zusammen mit einer wahlweise in Eingriff bringbaren Rohrhebeeinrichtung und nicht dargestellten Hebeklauen, die vom Hampelmann 56 getragen werden und einen entsprechenden Bereich des Rohrstranges ergreifen, beispielsweise eine Verbindung von zwei Rohrabschnitten, den Rohrstrang.

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Die Lagerelemente 70, 80 sind ringförmige Sektoren von im wesentlichen Kugelform, bei denen die übereinander liegenden Schichten aus Kautschuk und Stahl jeweils einen Krümmungsradius 94, 96 haben. Die Lagerelemente 70, 80 sind vorzugsweise konzentrisch bezüglich der Achse 38 angeordnet, und ihr Krümmungsmittelpunkt liegt im wesentlichen auf dieser Achse. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel fällt der Krümmungsmittelpunkt des ersten, kugelförmigen Lagerelementes 70 im wesentlichen mit dem Krümmungsmittelpunkt des zweiten kugelförmigen Lagerelementes zusammen, und dieser gemeinsame Krümmungsmittelpunkt 98 liegt auf der Drehachse des von den beiden elastischen Lagerelementen gehaltenen Rohrstranges 14. Diese Anordnung ist erwünscht, um eine maximale Schlinger- und Stampf-Winkelverstellung des Rohrstranges durch den Krümmungsmittelpunkt 98 zu erhalten.

Es hat sich gezeigt, daß eine Anzahl von Parametern der kugelförmigen, laminierten, elastischen Lagerelemente 70, 80 verändert werden kann, um unterschiedliche Kombinationen von axialen, radialen und Dreh-Federmodulen zu erhalten. Zu diesen Parametern gehören die Form der Lagerelemente, die Dicke der elastischen und nicht elastischen Schichten, die physikalischen Eigenschaften des elastischen Materials und der Krümmungsradius der Schichten. Im allgemeinen hat das zum dynamischen Positionieren dienende Lagerelement 70 verhältnismäßig hohe Federmodule, verglichen mit denen des passiven Lagerelementes 80. In

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einer Anordnung betrug beispielsweise der axiale Federmodul des Lagerelementes 70 15 χ 10 Pounds/Inch, verglichen mit 2 χ 10 Pounds/Inch für das Lagerelement 80. Das untere Lagerelement 70 sollte verhältnismäßig steif sein, um die Bewegung des Fördergestells 30 zu dämpfen, wenn die Grundplatte 48 durch die hydraulischen Betätigungseinrichtungen 62 bis 68 in Abhängigkeit von den Schlinger- und Stampfbewegungen des Schiffes 10 eine Winkelbewegung ausführt. Das obere elastische Lagerelement 80 soll im passiven Haltezustand verhältnismäßig biegsam sein, so daß seine Funktion wesentlich darin besteht, als Kugelgelenk zu dienen, das eine freie Bewegung des Schiffes und des Fördergestells um die Gleitschale 81 ermöglicht, wenn die Grundplatte 48 in ihrer Lage verriegelt ist, beispielsweise während Abbauvorgängen.

Es sei darauf hingewiesen, daß das passive Lagerelement 80 nicht entscheidend für die richtige Betriebsweise des Fördergestells ist, da es möglich ist, dieses Fördergestell jederzeit bezüglich dem Rohrstrang dynamisch zu positionieren, und zwar auch während der Abbauvorgänge, wenn der Rohrstrang einen kleinen Winkel bezüglich der vertikalen Achse 38 bildet. Es ist jedoch wirtschaftlich, die hydraulischen Betätigungseinrichtungen abzuschalten und in einer festen Stellung zu verriegeln, nachdem der Rohrstrang 14 in die richtige Tiefe abgesenkt worden ist, so daß dann der Rohrstrang frei von der

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Gleitschale 81 herabhängt, wobei das passive Lager 80 die einzige Halterung bildet.

Die Verstellung des Fördergestells 30 um einen Winkel bezüglich der Achse 38 des Rohrstranges ist in Figur 4 gezeigt. Im dynamischen Positionierbetrieb ist nur das untere zwischen dem Untergestell 40 und der Grundplatte 48 angeordnete Lagerelement 70 winkelverformt, wenn sich die hydraulischen Betätigungseinrichtungen 62 bis 68 in der noch zu beschreibenden Weise in Abhängigkeit von Positioniersteuersignalen bewegen.

Figur 5 zeigt die Verstellung des Fördergerüstes 30 und des Untergestells 40 bezüglich der Achse 38 des Rohrstranges 14 um einen Winkel 0. In diesem passiven Positionierzustand wird die Last des Rohrstranges über das obere Lagerelement 80 übertragen und gleichmäßig durch das Lagerelement 70 verteilt, weil die hydraulischen Betätigungseinrichtungen 62 bis 68 zur Festlegung der Grundplatte 48 in einer vorgegebenen Stellung bezüglich dem Deck des Schiffes verriegelt sind. Daher wird in diesem passiven Positionierzustand beim Stampfen und Schlingern des Schiffes nur das obere elastische Lagerelement verformt. Während der Zeit, während der der Rohrstrang vom Fördergerüst 30 herabhängt und Abbauvorgänge durchgeführt werden, ist die passive Positionieran-

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Ordnung vorteilhaft, da kein Energiezufuhrsystem erforderlich ist, um im Rohrstrang 14 ein Nenn-Biegemoment von Null aufrecht zu erhalten.

Wie Figur 6 zeigt, wird das dynamische Positionieren der Grundplatte 48 durch ein elektromechanisches Servo-Steuersystem ermöglicht, das mit der Grundplatte 46 verbunden ist, um eine Winkelbewegung um die Schlingerachse 100 und die Stampfachse 102 zu bewirken, so daß die fluchtende Ausrichtung der Mastgerüste 46, 52 bezüglich der Achse 38 des Rohrstranges 14 aufrecht erhalten wird. In dem Steuersystem ist ein Schlinger-Wandler 104 zur Erzeugung eines ersten elektrischen Lagesignals 108 und ein Stampf-Wandler 106 zur Erzeugung eines zweiten elektrischen Lagesignals 110 vorgesehen, wobei diese Lagesignale der Schlinger-Winkelverstellung und der Stampf-Winkelverstellung der Grundplatte 48 bezüglich einer vorbestimmten Bezugsachse proportional sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die vorbestimmte Bezugsachse die Achse 38 des Rohrstranges 14, und in einem anderen Ausführungsbeispiel kann diese Bezugsachse eine Gerade parallel zum örtlichen Schwerkraftvektor sein. Ferner weist das Steuersystem eine elektronische Steuereinheit 111 zur Erzeugung elektrischer Stellungskorrektursignale 112 bis 118 auf, die proportional zu einer vorbestimmten Funktion der Lagesignale 108, 110 sind. Die Stellungskorrektursignale 112 bis 118 werden Steuerventilen 120 bis 126 zugeführt, die die Strömung von unter Druck

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stehendem Hydraulikfluid von einer Hydraulik-Antriebseinheit 128 durch ein System von mit den linearen Betätigungseinrichtungen 62 bis 68 verbundenen Zuführ- und Rückführleitungen 12OA, 12OB bis 126A, 126B regeln.

Die Schlinger- und Stampfwandler 104 und 106 können pendelartige, schwerkraftbezogene Winkelverstell-Sensoren sein, die im wesentlichen entlang der Schlingerachse 100 und der Stampfachse 102 an der Grundplatte befestigt sind. Diese Wandler sind verhältnismäßig einfach aufgebaut und bestehen im wesentlichen aus einer Lotbombe mit einem elektrischen Ausgang, die die komplizierter aufgebauten und teureren Gyroskope ersetzen können, die entsprechende Funktionen ausüben. Diese Wandler können jedoch für gewisse Anwendungsfälle wegen ihrer Empfindlichkeit für störende Translationsbeschleunigungen nicht vollständig geeignet sein. Wenn ein stabileres Positioniersystem erwünscht ist, können die Schlinger- und Stampf-Wandler einfach Wandler für relative Verstellungen sein, die im wesentlichen jeweils entlang der Schlingerachse 100 bzw. der Stampfachse 102 an der Grundplatte 48 befestigt und so bezüglich der Plattform ausgerichtet sind, daß sie elektrische Ausgangssignale liefern, die auf beliebige Schlinger- und Stampfverstellungen der Grundplatte bezüglich dem Schiff 10 bezogen sind. Bei dieser Anordnung werden die von den Wandlern gelieferten relativen Schlinger- und Stampfsignale 108, 110 von

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den kreiselstabilisierten Schlinger- und StampfSignalen subtrahiert, die von einem vertikalen Kreisel-Schwerkraftsensor 130 geliefert werden, der mit seiner Drehachse 132 parallel zum örtlichen Schwerkraftfeld 134 ausgerichtet am Schiff 10 befestigt ist, um Schlinger- und Stampfsignale 136, 138 proportional zu Schlinger- und Stampf-Winkelverstellungen des Schiffes 10 bezüglich dem örtlichen Schwerkraftfeld 134 zu liefern. Die Steuereinheit 111 enthält übliche Schaltungen (nicht dargestellt) zur Bildung der Differenz zwischen dem Lagesignal 108 bzw. 110 und dem Kreisel-Schlingersignal 136 bzw. dem Kreisel-Stampfsignal 138 zur Ermittelung der Stellungssteuersignale 112 bis 118.

In einer anderen Anordnung kann der schwerkraftbezogene Sensor 130 direkt an dem dynamisch gehalterten Fördergestell 30 befestigt sein, um Schlinger- und Stampfsignale 136, 138 zu liefern, die dem Schlingern und Stampfen der Mastgerüste 46, 52 bezüglich dem örtlichen Schwerkraftfeld proportional sind. In dieser Anordnung weist die Steuereinheit 111 nicht dargestellte übliche Schaltungen zur Erzeugung der Stellungssteuersignale 112 bis 118 proportional zur Differenz zwischen den Grundplatten-Schlinger- und -StampfSignalen 108, 110 und den schwerkraftbezogenen Sensor-Schlinger- und -StampfSignalen 136, 138 auf. Der schwerkraftbezogene Sensor 130 ist Vorzugs-

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weise ein vertikaler Kreisel, der direkt am Fördergestell 30 befestigt ist und dessen Drehachse parallel zum örtlichen Schwerkraftfeld 134 verläuft. Der schwerkraftbezogene Sensor 130 kann jedoch auch ein Paar pendelartiger Winkelverstell-Sensoren aufweisen, wobei die Bewegungsebenen der Pendelmassen der Sensoren im wesentlichen rechtwinklig zueinander und im wesentlichen fluchtend mit den Schlinger- und Stampfachsen des Schiffes ausgerichtet sind.

In einigen Fällen ist es erwünscht, eine Handsteuerung durch die Bedienungsperson zu ermöglichen/ die das Absenken und Anheben des Rohrstranges beobachtet. Entsprechend kann das Steuersystem eine von Hand zu betätigende Steuereinheit 140 aufweisen, die in Abhängigkeit von den von Hand eingegebenen Steuerbefehlen der Bedienungsperson künstliche Schlingerund Stampfsignale 142, 144 erzeugt. Diese Signale werden wahlweise mittels einer Bezugswahl-Einheit 146 den Eingängen der Steuereinheit 111 zugeführt, um die Steuerung der Plattformstellung durch den Benutzer von Hand zu beeinflussen. Der gewählte Bezug liefert Bezugs-Schlinger- und -Stampfsignale P und 0.

Somit schafft die Erfindung ein vielseitiges und robustes Positioniersystem zur Aufrechterhaltung einer im wesentlichen parallelen Ausrichtung des Mastaufbaus eines Fördergestells

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bezüglich der vertikalen Achse des Rohrstranges, um so die infolge des Schlingerns und Stampfens des Schiffes auf den Rohrstrang ausgeübten Biegespannungen auf einen Minimalwert zu verringern. Dieser Vorteil wird durch eine kugelförmige, elastische Lageranordnung ermöglicht, die auch als Stoßdämpfer dient und mit dem Hampelmann des Fördergestells zusammenarbeitet, um die infolge von Beschleunigungs- und Abbremskräften beim Absenken, Anheben und Anhalten der Rohre erzeugten axialen Spannungen im Rohrstrang auf einen minimalen Wert zu verringern. Dadurch ermöglicht die Lageranordnung einen Abbaubetrieb in größeren Wassertiefen und bei rauherer See, als dies mit den bisherigen seegängigen Abbauschiffen der Fall war.

Obwohl die Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist es klar, daß sie nicht auf dieses beschränkt ist, sondern daß es Abwandlungen und Änderungen gibt, die alle unter die Erfindung fallen.

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Claims

Ansprüche

1. Stabilisiertes Fördergestell zum Absenken, Anheben und Halten eines Rohrstranges von bzw. an einer im Tiefseebereich schwimmenden Plattform, die ein Deck sowie eine sich durch dieses nach unten erstreckende. Zugang zum Wasser ermöglichende Durchgangsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der sich vertikal erstreckende Mastaufbau über der Durchlaßöffnung eine Grundplatte zur Halterung des pendelartig aufgehängten Rohrstranges aufweist, daß im Mastaufbau ein sich quer erstreckendes Hebezeug zum Halten eines während des Absenkvorganges in den Rohrstrang einzusetzenden oder während des Anhebevorgangs

ORIGINAL INSPECTED

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aus dem Rohrstrang zu entfernenden Rohrabschnittes, daß das Hebezeug zum wahlweisen Anheben und Absenken mit
einer ersten Antriebseinrichtung verbunden ist, daß zwischen der Grundplatte und dem Deck ein erstes Lagerelement angeordnet ist und in abstützendem Eingriff mit der Grundplatte steht, um eine Winkelverstellung der Grundplatte bezüglich dem Rohrstrang um ihre Schlinger- und
Stampfachsen zu ermöglichen, und daß mit der Grundplatte eine zweite Antriebseinrichtung zur Winkelverstellung
der Grundplatte um das erste Lagerelement verbunden ist, um in einem dynamischen Haltebetrieb den Mastaufbau beim Schlingern und Stampfen der Plattform in im wesentlichen paralleler Lage zur vertikalen Achse des Rohrstranges zu halten.

2. Fördergestell nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gleitschalenanordnung mit einem Schulterbereich zur Abstützung eines Umfangsflächenbereiches des Rohrstranges, durch ein zweites zwischen der Gleitschalenanordnung und der Grundplatte angeordnetes Lagerelement, das in Stützeingriff mit der Gleitschalenanordnung steht, um eine
Winkelverstellung der Grundplatte um ihre Schlinger- und Stampfachsen bezüglich der Gleitschalenanordnung zu ermöglichen und durch eine Verriegelungseinrichtung zur
Verriegelung der Grundplatte in einer festen Stellung

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bezüglich der Plattform, um in einem passiven Haltebetrieb in Abhängigkeit von Wasserbewegungen Schlinger- und Stampfbewegungen des Mastaufbaus bezüglich der Gleitschalenanordnung zu ermöglichen.

3. Fördergestell nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Lager jeweils aus einem ringförmigen Abschnitt eines im wesentlichen kugelförmigen, laminierten Körpers aus übereinander liegenden Schichten aus elastischem Material und verhältnismäßig unelastischem Material bestehen, und daß die ringförmigen Abschnitte im wesentlichen konzentrisch um einen gemeinsamen Drehpunkt angeordnet sind.

4. Fördergestell nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material ein Elastomer und das unelastische Material Stahl ist.

5. Fördergestell nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Federmodul des ersten Lagerelementes wesentlich größer als der des zweiten Lagerelementes ist.

6. Vorrichtung zur pendelartig aufgehängten Halterung eines Rohrstranges an der Gleitschale eines Fördergestells eines Tiefsee-Abbauschiffes, gekennzeichnet durch ein erstes

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elastisches Lagerelement in abstützender Lage zwischen dem Schiff und dem Fördergestell, durch ein zweites elastisches Lagerelement in abstützender Lage zwischen dem Fördergestell und der Gleitschale und durch einen Antrieb zur Winkelverstellung des Fördergestells bezüglich dem Schiff, um während des Aufsetzens von Rohrabschnitten auf den abzusenkenden Rohrstrang und während des Entfernens von Rohrabschnitten vom anzuhebenden Rohrstrang bei schlingerndem und stampfendem Schiff eine vertikale Ausrichtung des Fördergestells bezüglich dem Rohrstrang aufrecht zu erhalten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördergestell während des Abbauvorganges mittels des Antriebs in einer festen Lage bezüglich dem Schiff verriegelbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite elastische Lagerelement jeweils aus einem ringförmigen Abschnitt eines im wesentlichen kugelförmigen, laminierten Körpers aus übereinander liegenden Schichten von elastischem Material und verhältnismäßig unelastischem Material bestehen, die zwischen einem ersten und einem zweiten Ringelement angeordnet sind, daß das erste Ringelement des ersten Lagerelementes am Schiff und das zweite Ringelement des ersten Lagerelementes am

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Fördergestell befestigt ist, daß das erste Ringelement des zweiten Lagerelementes am Fördergestell und das zweite Ringelement des zweiten Lagerelementes an der Gleitschale befestigt ist, und daß das erste und das zweite Lagerelement im wesentlichen konzentrisch bezüglich einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind und jeweils einen Krümmungsradius haben, dessen Mittelpunkt auf der gemeinsamen Achse liegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsmittelpunkte der beiden Lagerelemente übereinstimmen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch ein zylindrisches Rohrelement zur Aufnahme eines Endes des Rohrstranges, welches an der Gleitschale befestigt ist und sich durch die Ringelemente des ersten und des zweiten Lagerelementes erstreckt.

11. Seetüchtiges Schiff mit einer sich senkrecht durch das Deck und den Rumpf erstreckenden Durchgangsöffnung zur Durchführung von Absenk- und Hebevorgängen auf See, dadurch gekennzeichnet, daß über der Durchgangsöffnung eine Plattform zur Halterung eines sich durch die Durchgangsöffnung erstreckenden Rohrstranges in pendelartiger Auf-

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hängung angeordnet ist, daß zwischen der Plattform und dem Schiff ein Lagerelement angeordnet ist, das zur Ermöglichung von Winkelbewegungen der Plattform um ihre Schlinger- und Stampfachsen bezüglich dem Schiff in stützendem Eingriff mit der Plattform steht, und daß die Plattform mit einer elektromechanischen Steuerung zur Winkelbewegung um ihre Schlinger- und Stampfachsen gekoppelt ist, um während des Schlingerns und Stampfens des Schiffes eine vorgegebene Winkelstellung der Plattform bezüglich der Achse des von ihr gehaltenen Rohrstranges aufrecht zu erhalten.

12. Schiff nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement einen elastischen Bereich zur Dämpfung der Bewegung der Plattform bezüglich dem Schiff aufweist.

13. Schiff nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Lagerelement aus einem ringförmigen Abschnitt eines im wesentlichen kugelförmigen, laminierten Körpers aus übereinander liegenden Schichten eines elastischen Materials und eines verhältnismäßig unelastischen Materials besteht.

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14. Schiff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material ein Elastomer und das verhältnismäßig unelastische Material Stahl ist.

15. Schiff nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Steuerung einen elektromechanischen Wandler zur Erzeugung erster und zweiter elektrischer Lagesignale proportional zu den Schlinger- und Stampf-Winkelverstellungen der Plattform bezüglich einer vorbestimmten Bezugsachse, eine elektronische Schaltungsanordnung zur Erzeugung erster und zweiter elektrischer Stellungssteuersignale proportional zu einer vorbestimmten Funktion der ersten und zweiten Lagesignale, eine erste hydraulische Betätigungseinrichtung mit einer ersten Kolbenanordnung zur Winkelverstellung der Plattform in Abhängigkeit von dem ersten Stellungssteuersignal bezüglich dem Schiff um ihre Schlingerachse sowie eine zweite hydraulische Betätigungseinrichtung mit einer zweiten Kolbenanordnung zur Winkelverstellung der Plattform in Abhängigkeit vom zweiten Stellungsteuersignal bezüglich dem Schiff um ihre Stampfachse aufweist.

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16. Schiff nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Wandler einen ersten und einen zweiten pendelartigen, schwerkraftbezogenen Winkelverstell-Sensor aufweist, die an der Plattform befestigt sind und deren Bewegungsebenen ihrer Pendelmassen im wesentlichen senkrecht aufeinander stehen und mit der Schlingerachse bzw. der Stampfachse der Plattform fluchten.

17. Schiff nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Wandler einen an der Plattform befestigten, vertikalen Kreisel aufweist, dessen vertikale Drehachse parallel zum örtlichen Schwerkraftfeld gerichtet ist.

18. Schiff nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Wandler erste und zweite relative Verstell-Schlinger- und -Stampfwandler aufweist, die im wesentlichen entlang der Schlingerachse und der Stampfachse der Plattform an dieser befestigt sind und die so ausgerichtet sind, daß sie elektrische Signale in bezug auf eine willkürliche Schlinger- und Stampfbewegung der Plattform bezüglich dem Schiff erzeugen, daß der elektromechanische Wandler einen am Schiff befestigten vertikalen Kreisel aufweist, dessen Drehachse parallel zum örtlichen

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Schwerkraftfeld gerichtet ist und der Schlinger- und Stampfsignale proportional zur Schlinger- und Stampf-Winkelverstellung des Schiffes bezüglich dem örtlichen Schwerkraftfeld liefert, und daß die elektronische Steuerung eine Anordnung zur Erzeugung erster und zweiter Stellungssteuersignale proportional zur Differenz zwischen den Schlinger- und StampfSignalen der Wandler für die relative Verstellung und den Schlinger- und StampfSignalen des Kreisels enthält.

19. Schiff nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Vorspannanordnung zur Erzeugung künstlicher Schlinger- und Stampfsignale in Abhängigkeit von einer von Hand von der Bedienungsperson zu betätigenden Steuerung, wobei diese Schlinger- und Stampfsignale wahlweise mit der elektronischen Steuerung verbunden werden, um eine Regelung der Lage der Plattform von Hand zu ermöglichen.

20. Seetüchtiges Abbauschiff mit einem Fördergestell, gekennzeichnet durch eine im Fördergestell vorgesehene Grundplatte zur Halterung eines Rohrstranges in pendelnder Aufhängung und durch ein zwischen der Grundplatte und dem Schiff vorgesehenes Lagerelement, das einen elastischen Bereich zum Dämpfen der axialen und Winkelverstellungen des Fördergestells bezüglich dem Schiff aufweist.

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21. Seetüchtiges Abbauschiff mit einer sich durch sein Deck und den Rumpf erstreckenden Durchgangsöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß an einer oberhalb der Durchgangsöffnung angeordneten Gleitschale ein Rohrstrang pendelartig aufgehängt ist und daß zwischen der Gleitschale und dem Schiff ein Lagerelement angeordnet ist, das einen elastischen Bereich zum Dämpfen von Axial- und Winkelverstellungen des Schiffes bezüglich der Gleitschale und dem Rohrstrang aufweist.

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