DK153779B - Apparat til kompensering af aendringer i spaendingen i forankringselementer til fortoejning af en flydende platform til havbunden. - Google Patents

Description

i

DK 153779 B

Den foreliggende opfindelse angår et apparat til kompensering af ændringer i spændingen på forankringsele-menter til fortøjning af en flydende platform til havbunden og af den i indledningen til krav 1 angivne art.

5 Et apparat af denne art er kendt fra britisk offent liggørelsesskrift nr. 2 068 321. Ved dette apparat påvirkes forankringselementet direkte af en hydraulisk cylinder, der er anbragt på toppen af en art trefod, som er monteret over den åbning i platformen, som forankringselemen-10 tet er ført igennem. Den hydrauliske cylinder forsynes med hydraulikvæske fra nogle hydrauliske akkumulatorer, der er anbragt på de tre ben i trefoden. I tilfælde af havari på grund af slitage på den hydrauliske cylinder under driften lader den sig kun vanskeligt reparere, og det kendte apparat 15 er derfor ikke indrettet til at skulle holdes i drift gennem meget lange perioder.

Formålet med opfindelsen er at anvise et apparat af den indledningsvis nævnte art, hvor mulighederne for reparation af de hydrauliske komponenter er forbedret. Dette for-20 mål opnås ved, at apparatet er ejendommeligt ved det i den kendetegnende del af krav 1 angivne.

Disse konstruktive træk giver væsentlige praktiske fordele. Når der er opstået slitage mellem stempel og cylinder er der mulighed for at foretage en reparation uden 25 at skulle adskille apparatet fuldstændigt og uden at skulle afbryde forbindelsen mellem forankringselementet og ap-pratet. Når cylinderen med det flydende stempel er fjernet, holdes belastningsblokken stadig styret og der er mulighed for at holde forankringselementet strakt. Reparater kan 30 derfor udføres, blot der er en kort periode til rådighed under ekstreme vejrforhold, hvor der er risiko for negative belastninger i forankringselementet.

Udformningen er iøvrigt således, at apparatet er anvendeligt ved ombygning af eksisterende platforme af den 35 indledningsvis nævnte art.

Apparatet omfatter således en belastningsblok, der er forbundet med hvert forankringselement. Belastningsblokken er udløseligt forbundet med en eller flere cylindre til

DK 153779B

2 til et tilsvarende antal hydrauliske donkrafte, der forsynes med hydraulikvæske under et forudbestemt tryk fra en akkumulator. Donkraftens stempel samvirker med belastningsbloktappe, der direkte eller indirekte er monteret på plat-5 formen, og som bevæger sig med denne under vejrligets påvirkning. Trykket i den hydrauliske akkumulator er forud-indstillet eller justeres periodevist for at presse belastningsblokkene opefter, således at der kan bibeholdes en spænding i forankringselementerne på det ønskede niveau, 10 især når platformen synker ned i en bølgedal, i hvilket tilfælde de negative belastninger på forankringselementerne kan opstå. De negative belastninger vil i visse tilfælde blive afløst af transiente positive belastninger, som kan overstige de tilladelige spændinger i forankringselementet.

15 Yderligere fordele fremgår af den nedenstående detal jerede beskrivelse. Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen. På tegningen viser fig. 1 et skematisk sidebillede af en flydende plat-20 form med forankringselementer på plads over havbundsforankringsorganer , fig. 2 er et tværsnit set fra siden af en del af den flydende platform, et forankringselement, et havbundsforankringsorgan og spændingskontrolsystemet ifølge opfindelsen, 25 fig. 3A er et partielt skematisk og partielt gennem skåret billede af spændingskontrolsystemet ifølge opfindelsen visende systemet i en passiv tilstand, og fig. 3B er en afbildning svarende til den på fig.

3A, men visende spændingskontrolsystemet'i aktiv tilstand.

30 På tegningen og specielt på fig. 1 vises et forank ringssystem 10, som inkorporerer det foreliggende apparat til kompensering for spændingsbelastningen i forankringselementet. En platform 12 indbefatter en dækdel 14, seks lodrette cylindriske sektioner 16 og nedre vandrette pon-35 tondele 18, som indbyrdes forbinder de nederste ender af de lodrette, cylindriske sektioner 16.

Platformen 12 tilbageholdes i virksom stilling over havbunden ved hjælp af lodrette forankringsben 22, som i

DK 153779B

3 deres nedre ender er fastgjort til et antal havbundsforankringssten 24.

Detaljerne ved konstruktionen af hvert forankrings-element 22 og havbundsforankringssten 24 og den måde, hvor-5 på hvert forankringselement udstrækkes mellem en sådan sten og platformen 22, er bedst illustreret på fig. 2. Således vises der, at hvert af forankringselementerne 22 indbefatter en flerhed af stålelementer 28, som er indbyrdes forbundet med tap- og muffesamlinger 30. Hvert forankringsele-10 ment 22 er forbundet med en af havbundsforankringsstenene 24 ved hjælp af et indlagt ankerforbindelsesorgan 32. Et krydshovedleje og et bøjeligt led 34 er indsat i hvert forankringselement til at optage forskellige sidebevægelser af platformen 12.

15 Det øvre element 28 i hvert forankringselement 22 er forbundet til et bæreorgan 40. Bæreorganet 40 er understøttet af en belastningsblok 42. Ud over belastningsblokken 42 omfatter spændingskontrolsystemet, der anvendes til at kontrollere spændingen i hvert af de platformundersøtten-20 de forankringselementer 22, en kileprop 44 eller en anden passende indretning til indbyrdes forbindelse mellem ophængningsorganet 40 og belastningsblokken, således at en aflang stang 46, som danner en del af ophængningsorganet, vil blive fastholdt mere stramt, når en opadgående kraft 25 påføres belastningsblokken 42 i forhold til forankrings elementet 22. Det vil bemærkes, at stangen 46 udgør et lodret udstrakt forlængelsesorgan for en spændingsbelastningsbane, ved hjælp af hvilket forlængelsesorganer spændingsbelastningen i forankringselementet overføres til belast-30 ningsblokken.

Hver belastningsblok 42 udstrækker sig radialt og vandret ud fra det respektive forankringselement 22, som det er koblet til ved hjælp af kileproppen 44, og rager i sin ydre perifere kant over en vandret understøttende plade 35 48 formet i og udgørende en del af den respektive lodrette cylindriske sektion 16 åf platformen, gennem hvilken stangen 46 strækker sig. Nær sin ydre periferi er belastningsblokken 42 fastgjort ved hjælp af passende bolte 49 til vand-

DK 153779 B

4 rette flanger 50 båret i den nedre ende af en hydraulisk cylinder 52. Cylinderen 52 er således forbundet med belastningsblokken 42 til fælles bevægelse med denne. Cylinderen 52 er en del af et hydraulisk donkraft-subsystem betegnet 5 generelt med referencenummer 54. En flerhed af subsystemerne er tilvejebragt i punkter med indbyrdes mellemrum placeret rundt om hvert forankringselement 22.

Hvert af de hydrauliske donkraft-subsystemer 54 indbefatter yderligere et flydende stempelelement 56/som er mon-10 teret glidbart og reciprokerende i den respektive hydrauliske cylinder 52. Et hydraulisk kraftfluidum tilføres den lukkede Øvre ende af hver af cylindrene 52 i donkraft-sub-systemerne ved hjælp af en passende ledning 58, der virker til at overføre fluidum til den respektive cylinder fra en 15 akkumulator 60. Akkumulatoren 60 er af konventionel konstruktion og virker ved at indeholde i sin nedre ende en passende reserveforsyning af et hydraulisk kraftfluidum, såsom olie, og til at indeslutte et rumfang luft i den øvre ende deraf over det hydrauliske kraftfluidum.

20 Spændingskontrolsystemet ifølge opfindelsen indbefat ter desuden belastningsbloktappe 62 forbundet med hvert af de hydrauliske donkraft-subsystemer 54. Hver belastningsbloktap 62 går opad gennem en boring 63 af komplementær udformning dannet gennem belastningsblokken 42 og ligger lod-25 ret på linie med et stempelelement 56 i et af donkraft-sub-systemerne 54. Den øvre ende af hver belastningsbloktap 62 ender på et sted inden i cylinderen 52 stødende op til den nedre ende af det respektive stempelelement 56, og hver sådan tap er giideligt modtaget i dens respektive boring gen-30 nem belastningsblokken 42.

Den nedre ende af hver belastningsbloktap 62 er fastgjort til, eller dannet integreret med en forholdsvis stor . grundflange 64. Hver af grundflangerne 64 hviler på og er kraftmæssigt koblet til en belastningscelle 66, ved hjælp 35 af hvilke spændingskraften i det respektive forankringselement engageret ved hjælp af belastningsblokken 42 til alle tider .kan overvåges. Belastningscellerne 66 hviler på den

DK 153779 B

5 vandrette plade 48, som er fastgjort inden for den respektive lodrette cylindriske sektion 16, som udgør en del af platformen 12.

Funktionen og anvendelsen af spændingskontrolsyste-5 met ifølge opfindelsen begynder efter at platformen er blevet forankret over borestedet. Som tidligere forklaret og som det er forstået inden for fagområdet installeres platformen ved, at man først forbinder forankringselementerne 22 med platformen 12 forud for et tidspunkt, hvor der fjer-10 nes ballast fra platformen. Fjernelsen af ballast fra platformen får de adskillige forankringselementer 22 til at blive placeret i spænding på grund af den forøgede opdrift på platformen, og forankringsfunktionen af forankringselementerne bliver da effektiv.

15 Når spændingskontrolsystemet ifølge opfindelsen er inkorporeret i en forankret platform på den måde, der er vist på fig. 2 og 3A, overføres på dette tidspunkt spændingsbelastningen i de respektive forankringselementer 22 gennem kileproppen 44, belastningsblokken 42, cylindre 52, 20 stempelstænger 46 og belastningsbloktappe 62 til flere belastningsceller 66. Det vil bemærkes, at når platformen stiger i forhold til havbunden som reaktion på en bølgevirkning, og nærmere bestemt passagen af en bølgetop forbi borestedet, så vil spændingen i de adskillige forankringsele-25 menter forøges, og denne forøgede belastning vil fremkalde en tilsvarende korrelativ indikation fra de adskillige belastningsceller 66. Omvendt vil passagen forbi borestedet af bølgedale sænke platformen i forhold til havbunden, hvilket sænker spændingsbelastningen i de adskillige forankrings-30 elementer 22. Det er nødvendigt på disse tidspunkter i forvejen at sørge for tilpasning til denne reduktion af spændingsbelastningen i forankringselementerne ved at tilvejebringe tilstrækkelig med oprindelig forspænding af forankringselementerne under fjernelse af ballasten fra platformen, 35 således at forankringselementerne ikke bliver slappe eller underkastes en for stor kompressionsbelastning.

Under normale vejrbetingelser vil de forud valgte spændingskræfter, der oprindeligt indarbejdedes i de ad-

DK 153779 B

6 skillige forankringselementer 22 være passende til at rumme platformens 12 hævninger og sænkninger resulterende af bølgevirkning, uden at der kommer overdreven belastning af forankringselementerne og uden at der vil udvikle sig en 5 slækningstøjringstilstand, som er af en sådan størrelsesorden, at forankringselementerne vil knække ud eller blive strukturelt beskadiget. Et problem, som ikke løses med konventionelle forspændingssystemer, er imidlertid den sjældne, men i sidste ende sikre tilstand, som fremkommer under hvir-10 velstorme, når kraftige vinde udvikler bølger, som lejlighedsvis har en amplitude (afstand mellem top og dal) på næsten 30 m. Ved en sådan mulighed vil den konventionelle forspænding, som bliver effektiv på tidspunktet for den oprindelige konstruktion af platformen, ikke modvirke udviklin-15 gen af en slap tøjringstilstand, hvorunder i det væsentlige al spænding går tab fra forankringselementerne, og en betydelig fare for udbøjning og strukturelt brud forekommer.

Spændingskontrolsystemet ifølge den foreliggende opfindelse tilvejebringer en effektiv og arbejdsdygtig sikker-20 hed mod slækket tøjringstilstand med udbøjning eller alvorlig beskadigelse af forankringselementerne. En reduktion i spændingen i de adskillige forankringselementer 22 aflæst ved udlæsninger fra belastningscellerne 66 bliver først bestemt eller beregnet til bestemmelse af, hvad der vil repræ-25 sentere en tærskelværdi, under hvilken der ikke er passende spænding i forankringselementerne, og hvor der eksisterer en væsentlig fare for udbøjning eller brud af strukturen. Spændingskontrolsystemet forsynes derpå med kraft ved at hæve trykket af den luft, der er i akkumulatoren 60, til et 30 ønsket niveau, som er ved eller over den kritiske spændingskraft bestemt til at være den, under hvilken der eksisterer fare for udbøjning af forankringselementerne. Spændingskontrolsystemet kan således fremstilles til automatisk at reagere på drastiske fald af spænding i forankringselementerne 35 22 til tilvejebringelse af øjeblikkelig kompensation til opretholdelse af forankringselementerne under spænding til trods for en bølgedalstilstand, hvorunder der er en farlig tendens mod udvikling af en slap tøjringstilstand.

DK 153779 B

7

Ved systemets operation virker akkumulatortrykket over olien eller et andet hydraulisk fluidum på de øvre ender af stempelelementerne 56 monteret i cylindrene 52 i de adskillige hydrauliske donkraft-subsystemer 54. Det således ud-5 viklede tryk har konstant tendens til at bevæge cylindrene 52 opad i forhold til de respektive stempelelementer 56.

Denne opadrettede kraft går modsat kraften påført til, og virkende nedad på cylindrene 52 som et resultat af overføringen af spændingsbelastningen gennem kilepropperne 44 og 10 belastningsblokkene 42 til de adskillige cylindre 52, som er boltet til de respektive belastningsblokke.

Det vil være klart, at på et sådant tidspunkt, hvor spændingsbelastningen, som virker til at modvirke, at cylindrene 52 bevæger sig opad i forhold til deres respek-15 tive stempelelementer 56, falder til under den kraft, der resulterer af påføreisen af hydraulisk tryk til toppen af de adskillige stempler 56 ved hjælp af olien fra akkumulatoren, da vil cylindrene 52 bevæge sig opad i forhold til stempelelementerne 56, indtil der er genoprettet balance 20 mellem kræfterne. Dette vil naturligvis indtræde, hvor spændingsbelastningen er steget til den samme værdi, som den kraft, der resulterer af akkumulatortrykket. For en given størrelse af den hydrauliske donkraft er stempelelementets trykareal konstant, og derfor er den belastning, der 25 påføres som et resultat af akkumulatortrykket, en lineær funktion af dette tryk. Således kan fx et akkumulatortryk 2 på 210 kg/cm give en spænding på 1500 t og i et sådant til- 2 fælde vil et akkumulatortryk på 70 kg/cm give en spænding på 500 t.

30 Det vil ses fra den foregående beskrivelse, at når systemet først er blevet sat under energi, så forbliver det passivt (ved én anvendelses- og operationsmåde), indtil tøjringskræfterne eksisterende i de adskillige forankringselementer falder til en i forvejen fastlagt værdi, der an-35 tages for at angive en uønsket farlig reduktion af spændingen. På dette tidspunkt vil de spændingskompenserende kræfter, der udøves på de adskillige hydrauliske donkraft-sub-systemer 54 af akkumulatoren 60, forårsage, at belastnings-

DK 153779 B

8 blokkene og de tilhørende cylindre hæves i forhold til belastningsbloktappene 62, hvilket således opretholder en sikker spænding i de adskillige forankringselementer. Systemets aktive tilstand, hvorunder en sådan kompenserende ef-5 fekt er forekommet, og hvor belastningsblokken og de tilhørende cylindre har bevæget sig opad i forhold til belastningsbloktappene 62, belastningscellerne 66 og den vandrette plade 48, er vist på fig. 3B.

Til at anvende systemet ifølge opfindelsen til juste-10 ring af basistøjringsforspændingen, ved siden af dets principielle anvendelse som et kompensationssystem, der virker som sikkerhed mod en slækket tøjringstilstand, kræves der blot, at man vælger og anvender større hydrauliske donkrafte. Systemet kan også benyttes til at finindstille spæn-15 dingen i de enkelte forankringselementer for at optimere den samlede balance i de tøjringsbelastninger, der er indført i forankringselementerne.

Et cyklisk omslag af spændingsbelastningen resulterende efter passagen af en stormbølgedal og platformens reaktion 20 mod den efterfølgende bølgetoppassage vil reagere mod den hydrauliske donkraftbelastning fra akkumulatorerne, dg bringe belastningsblokken tilbage til sin oprindelige stilling og presse det hydrauliske fluidum tilbage i akkumulatoren.

Denne omvendte donkraft-virkning vil, som følge af de iboen-25 de egenskaber ved luftholdige akkumulatorer, tilvejebringe en passende afdæmpning af belastningsblok-/tap-lejet.

I nogle tilfælde kan det være ønskeligt at fjerne energiforsyningen fra dette system, når vejrbetingelserne ikke frembyder nogen bekymring for farlige bølgeaktiviteter.

30 I et sådant tilfælde kan energiforsyningen let afbrydes ved blot at frigøre trykket fra akkumulatoren. Spændingskontrolsystemet ifølge opfindelsen giver et antal fordele og er meget fleksibelt i dets anvendelse. Som tidligere nævnt kan man med hensigtsmæssigt placerede donkrafte efter behov 35 eller ønske foretage gradvist voksende justeringer af den grundlæggende forspænding udviklet i forankringselementerne på en selektiv måde. Med hensyn til ekstreme bølgevirkninger, der i bølgedale har tendens til at udvikle en slækket

DK 153779B

9 tøjringstilstand, som resulterer i bøjning af forankringselementerne, kan systemet forsynes med energi til en hvilken som helst ønsket mindste spændingsreaktion, og i mange tilfælde vil dette betyde, at det er let at tilpasse sy-5 stemet til en hvilken som helst størrelse af platform, som udvikler en hvilken som helst grad af opdrift ved fjernelse af ballast. Systemet er også anvendeligt til at tilvejebringe sådanne selektive spændingsjusteringer i de enkelte forankringselementer, som der måtte være behov for i beska-10 digelseskontrolfunktioner, hvor det kræves, at man enten fylder eller tømmer et eller flere vandtætte ballastkamre på platformen.

Det skal bemærkes, at hvis det skulle ønskes fra tid til anden at inspicere spændingskontrolsystemets dele, 15 så er den anvendte struktur åben til en sådan inspektion.

Denne kan udføres ved, at man afbolter cylindrene 52 fra belastningsblokken 42 og således frigør stempelelementerne 56 til reparation eller udskiftning. Stempelelementerne 56 kan selv fjernes fra deres respektive cylindre 52, efter at 20 disse er blevet afboltet fra belastningsblokken 42, uden at det er nødvendigt at forstyrre eller fjerne belastningsbloktappene 62 eller de belastningsceller 66, hvorpå de er understøttet. Det er heller ikke nødvendigt at afkoble belastningsblokken 42 fra de respektive forankringsben, 25 som de er forbundet med ved hjælp af kileproppen 44.

Selvom bestemte foretrukne udførelsesformer for opfindelsen er blevet beskrevet ovenfor for at illustrere de grundliggende principper bag opfindelsen, vil det forstås at forskellige ændringer og fornyelser ved det beskrevne 30 og det illustrerede system vil kunne udføres, uden at man afviger fra disse grundliggende principper.

Claims (10)

1. Apparat til kompensering af ændringer i spændingen på forankringselementer (22) til fortøjning af en flydende platform (12) til havbunden, hvilket apparat omfatter en hy- 5 draulisk donkraft (54) med et stempel (56) og en cylinder (52) og er indrettet til at blive koblet til forankringselementet, og en akkumulator (60) indrettet til tilførsel af hydraulisk medium til donkraften, idet apparatet vedligeholder en spændingsbelastning på forankringselementet på i det 10 mindste en forudbestemt minimumsværdi, kendetegnet ved, at den hydrauliske donkraft (54) omfatter et flydende stempel (56), der er bevægeligt i cylinderen, og ved, at apparatet endvidere omfatter en belastningsblok (42), der er forbundet med cylinderen (52), og som er indrettet til 15 at blive forbundet med forankringselementet (22), hvor belastningsblokken har en boring, som er anbragt på linie med cylinderboringen, en belastningsbloktap (62), som forskydeligt stikker frem gennem boringen i blokken, idet den øvre ende af tappen ligger frit an mod den nedre ende af 20 det flydende stempel (56) til bevægelse sammen med dette i forhold til cylinderen, idet belastningsbloktappen er indrettet til fast at blive forbundet med den flydende platform (12) .

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved en 25 kileblok (44), der er i kontakt med belastningsblokken (42) og er indrettet til at omgive forankringselementet (22) og holde dette til belastningsblokken.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved en belastningscelle (66) placeret neden for belastnings- 30 bloktappen (62) til overførsel af spændingsbelastningen fra forankringselementet (22) gennem belastningsblokken (42) til platformen ved en trykbelastning af kompressionscellen.

4. Apparat ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegne t ved,en horisontalt forløbende flange (50), der er fast- 35 gjort til den hydrauliske cylinder (52), samt bolte (49), som fastbolter flangen til belastningsblokken (42).

5. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, DK 153779 B kendetegnet ved, at belastningsblokken (42) er en horisontalt forløbende, stiv bjælke med en central åbning, der er indrettet til at modtage en aflang stang (46), som er sammenkoblet med forankringselementet i lodret retning 5 og med en ydre perifer del, som strækker sig ind under den hydrauliske cylinder.

6. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1-5, kendetegnet ved, at stemplet (56) er reciproce-rende bevægeligt i en lodret retning i cylinderen (52), og 10 at belastningsblokken er forbundet til cylinderen til reci-procerende bevægelse af belastningsblokken med cylinderen i forhold til stemplet.

7. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6, kendetegnet ved, at et antal hydrauliske donkraf- 15 te er operativt forbundet med belastningsblokken gennem disses respektive cylindre i positioner, som er placeret rundt om den centrale åbning.

8. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1-7, kendetegnet ved, at akkumulatoren (60) er forud- 20 indstillet til at levere hydraulisk medium til donkraftcylinderen (52) med et forudbestemt konstant tryk.

9. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1-8, kendetegnet ved, at akkumulatoren (60) omfatter et kammer indeholdende en hydraulisk væske og et kompressi- 25 belt medium, der er indrettet til at fungere som en pude, som er indrettet til at affjedre tilbagetrækningen af stemplet i cylinderen ved afslutningen af spændingskompensationsvirkningen af apparatet.

10. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1-9, 30 kendetegnet ved, at apparatet yderligere omfatter en basisflange (64), som strækker sig under blokken (42) til understøtning af denne, når kompenseringsapparatet ikke kompenserer, hvilken flange har belastningsbloktappen (62) fastgjort dertil på lodret linie med stemplet.