DE2823096A1

DE2823096A1 - Anordnung zur abstandsmessung zwischen zwei schwimmkoerpern

Info

Publication number: DE2823096A1
Application number: DE19782823096
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Bornhoefft; Reinhard Dipl Ing Schuster; Gerhard Prof Dr Trenkler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: TRENKLER, GERHARD, PROF. DR.-ING., 3300 BRAUNSCHWE
Priority date: 1978-05-26
Filing date: 1978-05-26
Publication date: 1979-11-29
Also published as: NO791645L; DE2823096C2; GB2021781B; GB2021781A

Description

- 3 HH 78/05 22. 5· 1978

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Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H.

6 Frankfurt/Main 70, Theodor-Stern-Kai 1

"Anordnung zur Abstandsmessung zwischen zwei Schwimmkörpern"

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abstandsmessung zwischen zwei über die Wasseroberfläche hinausragenden Schwimmkörpern, insbesondere zwischen Offshore-Einrichtungen und Versorgungsschiffen, von denen mindestens einer metallisch leitfähig ist.

Bekanntlich kann der Abstand zwischen zwei auf der Wasseroberfläche befindlichen Schwimmkörpern, von denen mindestens einer mit einem Antrieb versehen ist, insbesondere zwischen Offshore-Einrichtungen, wie Bohrinseln, Bohrschiffen und einem Versorgungsschiff, dadurch konstant gehalten werden, daß ein oder mehrere Leinen zwischen den Schwimmkörpern gespannt werden und der Antrieb eines Schwimmkörpers derart arbeitet, daß die Leinen ständig unter Zugspannung gehalten werden.

Ein entsprechendes Beispiel ist aus Fig. 1 ersichtlich, wo eine feststehende Offshore-Einrichtung, nämlich eine Bohrinsel, mit l_/ein Versorgungsschiff ιηφΐ 2 und eine beide Schwimmkörper verbindende Leine mit 3 bezeichnet sind. Mittels des Antriebs des Versorgungsschiffes 2 ist es möglich, bei feststehender Offshore-Einrichtung 1 das Versorgungsschiff 2 auf konstantem Abstand zu halten vavles zu entladen.

Die Anwendung dieses Verfahrens ist jedoch sehr stark abhängig von den Wetterverhältnissen, den Meeresströmungen und den Gezeiten, so daß nur bei günstigen Umweltbedingungen das Versorgungsschiff 2 entladen werden kann. Weiterhin ist das Verfahren nicht für ein längsseitiges Anlegen geeignet, wie es bei den zunehmend größer werdenden Ladekapazitäten der Versorgungsschiffe erforderlich ist. Ein weiterer, wesentlicher Nachteil ist darüber hinaus, daß eine automatische Abstandsregelung, besonders bei ungünstigen Umweltbedingungen, nicht möglich ist, da eine auto-

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matische Erfassung der Position des Versorgungsschiffes 2 zur Offshore-Einrichtung 1 mit Hilfe der Leine 3 nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Abstand zweier auf der Wasseroberfläche befindlicher, auch sich bewegender Schwimmkörper, insbesondere zwischen einer Offshore-Einrichtung und einem Versorgungsschiff, auch bei ungünstigen Umweltverhältnissen ohne mechanische Verbindung zwischen den Schwimmkörpern meßtechnisch zu ermitteln, wobei die Lage der beiden Schwimmkörper zueinander beliebig einstellbar ist. Die ermittelten Meßergebnisse können vorteilhafterweise für eine Vielzahl von Anwendungsfällen weiterverarbeitet werden, beispielsweise für eine automatische Abstandsregelung zwischen den Schwimmkörpern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich an Bord eines der Schwimmkörper ein Sender zur Abstrahlung magnetischer Wechselfelder im Tonfrequenzbereich befindet, dessen Sendefeld in der leitfähigen Hülle des anderen Schwimmkörpers Wirbelströme und damit verkettete Magnetfelder hervorruft, daß an Bord des den Sender tragenden Schwimmkörpers eine Meßeinrichtung mit Richtcharakteristik zur Erfassung der magnetischen Wechselfelder nach Betrag und Phase vorgesehen ist, daß durch Einstellen der Richtcharakteristik das Sendefeld unterdrückt wird und daß die Größe der Amplitude der empfangenen magnetischen Wechselfelder als Maß für den Abstand der beiden Schwimmkörper dient.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 beschrieben. Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung ist gemäß Anspruch 9 darin zu sehen, daß die Ausgangssignale der Meßeinrichtungen für die magnetischen Wechselfelder bzw. deren Verknüpfungen zur Steuerung des Antriebs des den Sender tragen-

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den Schwimmkörpers auf konstante Empfangsamplitude der magnetischen Wechselfelder dienen, derart, daß ein vorgegebener Abstand zwischen den beiden Schwimmkörpern konstant gehalten wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig.2 eine verankerte Bohrinsel und ein Versorgungsschiff, Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt von Fig. 2, Fig. 3a einen vergrößerten Ausschnitt einer Sender- und Meßeinrichtung, Fig. k eine Darstellung des Verlaufs der magnetischen Feldlinien sowie der Empfangscharakteristik der Empfangsantennen in der Y-X-Ebene und Z-X-Ebene und Fig. 5 ein Blockschaltbild der Sender- und Meßeinrichtung.

Fig. 2,die ein Beispiel der Versorgung einer Bohrinsel 1 durch ein Versorgungsschiff 2 zeigt, gibt einen Überblick über die geometrische Anordnung der Bohrinsel und des Versorgungsschiffes. Mit k ist eine Sender- und Meßeinrichtung für magnetische Wechselfelder im Tonfrequenzbereich bezeichnet, die am Bug des Versorgungsschiffes 2 angeordnet ist. Neben dieser Einrichtung kann das Versorgungsschiff 2 auch noch eine am Heck befindliche Sender- und Meßeinrichtung 5 aufweisen, wie Fig. 3 zeigt. Diese Sender- und Meßeinrichtung 5 ist in Fig. 3a vergrößert in einem Schnitt A-B gezeigt. Sie weist eine unter einer Abdeckung 7 befindliche Sendeantenne 6, deren Achse in Richtung der Vertikalen des Schiffes 2 verläuft, und eine Empfangsantenne 8 auf, die in Querrichtung zur Längsachse des Versorgungsschiffes 2 angebracht ist. Mit Hilfe der von den Sendeeinrichtungen ausgesandten und von den Meßeinrichtungen erfaßten magnetischen Wechselfelder im Tonfrequenzbereich wird der Abstand zwischen der Bohrinsel 1 und dem Versorgungsschiff 2 gemessen und für eine selbsttätige Abstandsregelung herangezogen.

Aus Fig. k ist im Teil a die Darstellung des Verlaufs der magnetischen Feldlinien ersichtlich, die von den Sendern der Einrichtungen 4 und 5 herrühren und in der metallischen Hülle

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der Bohrinsel 1 Wirbelströme erzeugen. Diese Wirbelströme haben Magnetfelder zur Folge, die in den Empfangsantennen der Meßeinrichtungen eine Spannung induzieren. Die Empfindlichkeitscharakteristik der Empfangsantennen in der YX-Ebene sowie in der ZX-Ebene ist in den Figuren 4b bzw. 4c dargestellt.

Die in Fig. 5 iⁿ Form eines Blockschaltbildes dargestellte Sender- und Meßeinrichtung weist einen Tonfrequenzgenerator mit Leistungsverstärker 9 auf, der die beiden mit 10 und 11 bezeichneten Sendeantennen (Sendedipole) der Einrichtungen 4 und 5 speist. In der metallischen Hülle der Bohrinsel 1 entstehen dadurch Wirbelströme, welche ihrerseits Magnetfelder zur Folge haben und in den Empfangsantennen 12 und 13 der Einrichtungen 4 und 5 eine Spannung induzieren. Diese Spannungen werden in den Antennen nachgeschalteten Verstärkern mit Bandpässen und 15 verstärkt sowie in folgenden Synchrondetektoren l6 und 17 bezüglich ihrer Lage zu einem Referenzsignal ausgewertet. Das Referenzsignal wird direkt von dem Generator 9 zur Erzeugung des Sendefeldes gewonnen und über eine elektrische Leitung 18 den Synchrondetektoren l6 und 17 zugeleitet. Anstelle der Synchrondetektoren können mit Vorteil auch Kreuzkorrelatoren eingesetzt werden. Anpassnungseinheiten 19 und 20 verstärken die von den Synchrondetektoren l6 und 17 gelieferten Spannungen und formen die Signale so um, daß sie von einer digitalen Auswerte- und Steuereinheit 21 verarbeitet werden können. Am Ausgang 22 der Auswerte- und Steuereinheit stehen Sollwertsignale für den Antrieb des Versorgungsschiffes an.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Anordnung näher erläutert:

Die beiden entgegengesetzt gerichteten Wechselfelder der Sendeantennen 10 und Il induzieren in der metallischen leitfähigen Hülle der Bohrinsel 1 Wirbelströme, die wiederum ein Magnetfeld zur Folge haben. Die Empfangsantennen 12 und 13 sind räumlich um 90° gegen die Richtung der Sendeantennen 10 und

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11 versetzt, so daß in ihnen nur durch die Wirbelstrom-Magnetfelder der Hülle der Bohrinsel 1 eine Spannung induziert werden kann. Nach Filterung der empfangenen Spannung zur Unterdrückung grober Störspannung -wird an den Synchrondetektoren l6 und 17 eine Spannung gewonnen, die in erster Näherung umgekehrt proportional zur dritten Potenz des Abstandes zwischen Bohrschiff 1 und Versorgungsschiff 2 ist. Dabei wird die Phasenlage der Referenzspannung so eingestellt, daß die Ausgangsspannung der Synchrondetektoren l6 und 17 ein Maximum annimmt. Nachdem die Detektorspannungen durch die Anpaßeinheiten 19 und 20 nochmals gefiltert und verstärkt worden sind, werden sie in die Auswerte-und Steuereinheit 21 eingegeben.

In der Auswerte- und Steuereinheit 21 wird im einfachsten Falle aus den Signalen der beiden Kanäle die Differenz gebildet und als Sollwertsignal für den Schiffsantrieb verwandt. Als Korrekturwert für den Antrieb des Schiffes 2 dienen die Signale der Amplituden der einzelnen Kanäle. Dabei entspricht das Differenzsignal beider Kanäle dem mittleren Abstand des Versorgungsschiffes 2 zur Bohrinsel 1, während die Amplituden der einzelnen Kanäle den Abstand von Bug und Heck des Versorgungsschiffes 2 zur Bohrinsel 1 angeben. Durch diese drei Signale, die auf den Antrieb des Schiffes 2 einwirken, ist sichergestellt, daß der mittlere Abstand in jedem Fall konstant gehalten wird und daß Drehungen um die Hochachse des Versorgungsschiffes vermieden werden.

Infolge der entgegengesetzten Richtung der Sendeantennen 10 und 11 heben sich die Sendewechselfelder in der Mitte des Schiffes 2 in einem weiten Bereich auf. Durch in diesem Bereich befindliche metallisch leitfähige Körper können keine Wirbelströme induziert und damit auch keine Empfangsspannungen in den Empfangsantennen 12 und 13 bewirkt werden. Der Einfluß von leitfähigen Körpern in der Mitte des Schiffes 2 auf die Empfangsspannungen wird weiter reduziert,durch die Empfindlichkeitscharakteristik der Empfangsantennen. Diese blenden, wie Fig. k

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zeigt, in Richtung der Längsachs« des Versorgungsschiffes 2 einfallende Feldlinien aus. Hierdurch ist sichergestellt, dalj durch bewegte metallische Körper in Schiffsmitte, z.B. beim Be- und Entladen des Schiffes 2 und Bewegungen des nicht näher bezeichneten Krans der Bohrinsel 1, eine Störung in der Abstandshaltung nicht auftritt.

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Claims

22.05.1978 Sl/Brn. Patentansprüche

1. Anordnung zur Abstandsmessung zwischen zwei über die Wasseroberfläche hinausragenden Schwimmkörpern, insbesondere zwischen Offshore-Einrichtungen und Versorgungsschiffen, von denen mindestens einer metallisch leitfähig ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich an Bord eines der Schwimmkörper ein Sender zur Abstrahlung magnetischer Wechselfelder im Tonfrequenzbereich befindet, dessen Sendefeld in der leitfähigen Hülle des anderen Schwimmkörpers Wirbelströme und damit verkettete magnetische Wechselfelder hervorruft, daß an Bord des den Sender tragenden Schwimmkörpers eine Meßeinrichtung mit Richtcharakteristik zur Erfassung der magnetischen Wechselfelder nach Betrag und Phase vorgesehen ist, daß durch Einstellen der Richtcharakteristik das Sendefeld unterdrückt wird und daß die Größe der Amplitude der empfangenen Wechselfelder als Maß für den Abstand zwischen den Schwimmkörpern dient.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender aus einem Wechselspannungsgenerator besteht, der die Wicklung einer Spule speist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule einen weichmagnetischen Kern besitzt.

^i. Anordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung für magnetische Wechselfelder aus einer oder mehreren im räumlichen Abstand zueinander angeordneten Empfangsspulen mit weichmagnetischem Kern und einem oder mehreren Synchrondetektoren besteht.

5. Anordnung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchrondetektoren ihre Referenzspannungen vom Sender erhalten.

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ORIGINAL INSPECTED

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6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß die Spule des Senders für das magnetische Wechselfeld und die Spulen der Meßeinrichtung im räumlichen Abstand, aber orthogonal zueinander angeordnet sind.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Sender und eine zugehörige Meßeinrichtung für magnetische Wechselfeider unterschiedlicher Frequenz am Bug und am Heck eines Schwimmkörpers angebracht sind, daß die Achsen der Sendespulen senkrecht zum Schwimmkörperdeck liegen und die Achsen der Spulen der Meßeinrichtungen parallel zur Querachse des Schwimmkörpers angeordnet sind und daß die von den Meßeinrichtungen für magnetische Wechselfelder abgegebene Spannung als Maß für den Abstand von Bug und Heck des Schwimmkörpers zum anderen Schwimmkörper dient.

8· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Sender und eine zugehörige Meßeinrichtung für magnetische Wechselfelder gleicher Frequenz am Bug und am Heck eines Schwimmkörpers angeordnet sind, daß die Achsen der Sendespulen senkrecht zum Schwimmkörperdeck und die Achsen der Meßspulen parallel zur Schwimmkörperquerachse liegen, daß die magnetischen Sendefelder der beiden Sendespulen entgegengesetzt gerichtet, sind und daß die Differenz der Meßeinrichtungen als Maß für den mittleren Abstand zwischen den beiden Schwimmkörpern und die Meßsignale selbst als Maß für den Abstand von Bug bzw. Heck des einen Schwimmkörpers zum anderen Schwimmkörper dienen.

9· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8j dadurch'gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Meßeinrichtungen für die magnetischen Wechselfelder bzw. deren Verknüpfungen zur Steuerung des Antriebs des den Sender tragenden Schwimmkörpers auf konstante Empfangsamplitude der magnetischen Wechselfelder dienen, derart, daß ein vorgegebener Abstand zwischen den beiden Schwimmkörpern konstant gehalten wird.