EA003842B1 - Подъемно-транспортная система - Google Patents

Abstract

Система для подъема и перемещения тяжелых грузов, в особенности используемая при установке или демонтаже морских платформ, содержащая несколько подъемных устройств (1), устанавливаемых на плавучем средстве (2), которое во время использования находится на поверхности (3) воды (4) рядом с подлежащим подъему грузом. Каждое подъемное устройство (1) содержит секцию (5) подъемного коромысла с первым плечом (6) коромысла и вторым плечом (7) коромысла, направленными в противоположные стороны от общей точки (8) крепления, причем первое плечо (6) коромысла имеет на своем свободном конце точку (11) подъема для зацепления груза; по меньшей мере, один первый резервуар (12), соединенный с первым плечом (6) коромысла в точке, находящейся вблизи указанной точки (11) подъема, предназначенный для приема и спуска текучей среды и погружаемый в воду (4); по меньшей мере, один второй резервуар (19), подвешенный на свободном конце второго плеча (7) коромысла. Внутренние полости резервуаров соединены между собой посредством трубопроводного устройства (21). Также предусмотрено устройство (22), обеспечивающее быструю передачу текучей среды из первого резервуара (12) через трубопроводное устройство (21) во второй резервуар (19).

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе для подъема и перемещения тяжелых грузов, в особенности используемой при установке или демонтаже морских платформ, содержащей несколько подъемных устройств, устанавливаемых на плавучем средстве, которое во время использования находится на поверхности воды рядом с подлежащим подъему грузом.

Уровень техники

Известны различные типы систем и устройств для подъема тяжелых секций при установке или демонтаже морских платформ. Известные способы производства этих работ базируются на использовании плавучих кранов или судов большой грузоподъемности. В стандартной операции такого типа плавучий кран устанавливают рядом с платформой, и он производит подъем различных секций платформы в предварительно заданном порядке.

Из патентного документа Германии ΌΕ-Ά615152 известно устройство для подъема и перемещения грузов. Описанное в данной публикации подъемное устройство представляет собой крановую баржу, при этом подъем груза осуществляется тросом. Несмотря на тот факт, что в подъемном устройстве по патентному документу ΌΕ-Ά-615152 имеются такие признаки, как секция подъемного коромысла с первым и вторым плечами, направленными в противоположные стороны от общей точки крепления, причем первое плечо имеет на своем свободном конце точку подъема для зацепления груза, подъемное устройство по изобретению отличается от известного устройства дополнительными техническими признаками, изложенными в п.1 формулы изобретения, а также областью применения.

Известны также системы или устройства, предназначенные для подъема всей верхней части или надстройки платформы в результате единственной операции. Такая система упомянутого выше типа носит название подъемной системы Усг5а1ги55 (комплексная тросовая подвеска). В качестве базы этой подъемной системы используются две баржи, которые устанавливают на определенном расстоянии на противоположных сторонах от подлежащей подъему конструкции, причем эти баржи соединяют между собой таким образом, что они могут быть подтянуты друг к другу с большой силой с помощью лебедок. На каждой барже установлены несколько подъемных балок, которые наклонены внутрь и вверх в направлении груза, и которые вводят в зацепление с грузом. Далее две баржи подтягивают друг к другу, что вызывает увеличение углов наклона подъемных балок по мере уменьшения расстояния между баржами, обеспечивая тем самым подъем груза в зоне между баржами с образованием системы, напоминающей по конфигурации катамаран.

Эта известная система базируется на использовании подъемных балок, изготавливаемых по заказу, следовательно, требующих специального изготовления или модификации для каждой конкретной операции подъема. Кроме того, использование системы ограничено областью относительно спокойных вод в отсутствие относительно больших волн, поскольку эти операции связаны с подъемом очень тяжелых грузов весом до 20000 т. Подъем таких грузов связан с очень большими усилиями, и велика опасность того, что большие волны могут легко вызвать повреждение или даже разрушение оборудования, так как в системе не предусмотрены какие-либо средства компенсации вертикальной качки.

Другим известным устройством в данной области является так называемый плавучий челнок. Он представляет собой судно Иобразной конфигурации без обслуживающей команды, транспортируемое буксирами. Во время установки или демонтажа конструкций платформы судно нагружают балластом, так что оно частично погружается и окружает верхнюю часть платформы или надстройки. Затем балласт удаляют, и вся конструкция поднимается. Типовой плавучий челнок может иметь длину 150 м, ширину 80 м и высоту 60 м и весит около 12000 т. Таким образом, этот способ связан с использованием огромного тяжелого плавучего средства, преимущество которого заключается в чрезвычайной устойчивости в погруженном состоянии по типу частично погружаемых или полупогружных средств. Однако такое принципиальное решение требует наличия соответствующей глубины на месте проведения операции.

В практическом осуществлении указанные известные концептуальные решения, основанные на принципе частичного погружения или использования двух судов, связанных между собой в конфигурации катамарана, сопряжены с серьезными проблемами. В случае частичного погружения одной из основных проблем является время, которое требуется на удаление балласта до момента контакта полупогружного средства с подлежащим подъему объектом, и время, требуемое на осуществление операции подъема. Эти проблемы естественным образом связаны с вертикальной качкой, которой подвергаются плавучие объекты в результате воздействия волн.

Как было упомянуто выше, полупогружное средство обладает относительно высокой устойчивостью и относительно мало подвержено воздействию волн. Однако если предположить, что волны все же оказывают воздействие, усилия от приведенных в движение масс должны поглощаться при контакте плавучего средства с подлежащим подъему объектом. Легко себе представить серьезные последствия, если такое плавучее средство (12000 т) подвергнется вер тикальной качке с амплитудой в 1 м и ударится о платформу при движении вверх из впадины между волнами.

Вторая проблема может возникнуть при использовании полупогружного средства или системы с двумя плавучими средствами, если не удается произвести подъем до безопасной высоты за период волны. Вследствие этого поднятый груз (надстройка) может вновь опуститься на основание, с которого он был поднят, и вызвать повреждения груза или свести на нет операцию подъема. Ошибочный расчет времени может также вызвать нежелательное ускорение подъема во время установки.

Еще одной проблемой, присущей таким подъемным операциям, является неопределенность в отношении распределения массы надстройки платформы. В прежние времена отсутствовала надлежащая документация и контроль производственного процесса, а последующие модификации платформ также не имели полного документального сопровождения. Это может приводить к отсутствию сведений о расположении центра тяжести надстройки платформы, так что невозможно обеспечить соответствующую управляемую дебалластировку плавучих средств, учитывающую этот фактор. Следствием этого может быть перекос при подъеме или, в худшем случае, невозможность произвести подъем.

Сущность изобретения

С учетом изложенного выше задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании системы, которая обладает значительной подъемной способностью и средствами компенсации вертикальной качки, при этом она способна регулировать передаваемые на объект подъема усилия во время всей подъемной операции и обеспечивать подъем до безопасной высоты в пределах периода волны. В результате система приспособлена для подъема чрезвычайно тяжелых грузов с обеспечением надежности при проведении операций.

Другой задачей изобретения является создание рентабельной системы данного типа на основе модулей, что позволяет по мере необходимости соединять между собой несколько подъемных устройств.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет создания системы упомянутого в предисловии типа, которая отличается тем, что каждое подъемное устройство содержит секцию подъемного коромысла с первым плечом коромысла и вторым плечом коромысла, направленными в противоположные стороны от общей точки крепления, причем первое плечо коромысла имеет на своем свободном конце точку подъема для зацепления груза; по меньшей мере, один первый резервуар, соединенный с первым плечом коромысла в точке, находящейся вблизи указанной точки подъема, предназначенный для приема и спуска текучей среды и погружаемый в воду; по мень шей мере, один второй резервуар, подвешенный на свободном конце второго плеча коромысла. Внутренние полости упомянутых резервуаров соединены между собой посредством трубопроводного устройства. Также предусмотрено устройство, обеспечивающее быструю передачу текучей среды из первого резервуара через трубопроводное устройство во второй резервуар.

Система по изобретению рентабельна, поскольку она базируется на использовании плавучих средств в виде существующих барж или других подходящих судов, которые могут быть арендованы. Подъемные устройства являются готовыми изделиями модульной конструкции, которые могут легко транспортироваться к месту проведения подъемной операции. Типовая система для подъема платформы составляется из двух барж в конфигурации катамарана, причем на каждой барже установлены два или более подъемных устройств. Целесообразно предусмотреть вспомогательную гидравлическую систему с гидравлическими цилиндрами, установленными между соответствующими плечами подъемного коромысла и плавучим средством для того, чтобы обеспечить параллельный равномерный подъем взаимодействующих плеч подъемных коромысел, следовательно, управляемый процесс подъема.

За счет описанной комбинации плавучего средства значительной грузоподъемности с одним или несколькими частично погружаемыми резервуарами достигается как устойчивость, так и требуемая подъемная сила, при этом максимальная грузоподъемность сочетается с минимальным перемещением в воде. За счет передачи усилий указанным образом путем передачи веса частично погруженных резервуаров на один конец секции подъемного коромысла достигается пассивная компенсация вертикальной качки, и в особенности нарастающая компенсация качки по мере увеличения погружения резервуаров.

Перечень фигур

Примеры осуществления настоящего изобретения будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 схематично изображает на виде сбоку систему в соответствии с изобретением, фиг. 2 и 3 изображают, соответственно, на виде сбоку и сверху систему по изобретению в конкретном примере выполнения, фиг. 4 изображает в перспективе систему по фиг. 2-3, при этом подъемное устройство установлено рядом с частью платформы, подлежащей подъему с помощью системы.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг. 1 схематично представлена система по изобретению, в которой подъемное устройство 1 установлено на плавучем средстве в виде баржи 2, находящейся на плаву на поверхности 3 воды 4. Подъемное устройство содер жит секцию 5 подъемного коромысла, первое плечо 6 и второе плечо 7 которого направлены в противоположные стороны от общей точки 8 крепления опорной конструкции 9. Опорная конструкция 9 в оптимальном варианте расположена по центру палубы 10 баржи 2, предпочтительно с расположением точки 8 крепления в вертикальной плоскости, пересекающей продольную геометрическую ось баржи. При этом система будет передавать нагрузку вниз к центру баржи или, в более общей формулировке, к центру используемого плавучего средства, не вызывая его бортовой качки.

Первое плечо 6 коромысла оснащено на своем свободном конце точкой 11 подъема для взаимодействия с соответствующей или ответной точкой подъема на подлежащей подъему конструкции.

Устройство содержит также первую емкость или резервуар 12, который соединен через передающую нагрузку часть 13 с первым плечом 6 коромысла в точке 14, расположенной вблизи точки 11 подъема на свободном конце плеча или, возможно, приблизительно совпадающей с этой точкой подъема. Резервуар 12 имеет внутренний объем, заполняемый требуемым количеством текучей среды, такой как вода или, возможно, пригодный шлам. Резервуар снабжен верхним впускным устройством 15 для подачи текучей среды. Как показано на чертеже, резервуар частично погружен в воду 4 и в результате этого приобретает соответствующую плавучесть. Резервуар 12 может перемещаться по вертикали вдоль соседнего борта баржи 2. Для контроля перемещения резервуара между ним и этим бортом баржи установлено направляющее устройство, которое здесь показано в виде направляющих рельсов или балок 16, 17 и расположенных между ними роликов 18.

В оптимальном примере выполнения верхняя часть резервуара 12 может иметь уменьшенное поперечное сечение для того, чтобы в погруженном состоянии он имел относительно небольшую площадь по ватерлинии в зоне волнения. Это помогает повысить устойчивость в воде по аналогии с частично погруженным (полупогружным) объектом.

Устройство содержит также вторую емкость или резервуар 19, который подвешен в точке 20 подвески на свободном конце второго плеча 7 коромысла. Внутренняя полость второго резервуара 19 сообщается с внутренней полостью первого резервуара 12 посредством трубопроводного устройства 21 для передачи текучей среды из первого резервуара 12 во второй резервуар 19 или наоборот. В системе необходима быстрая передача требуемого объема текучей среды или жидкости, и это может быть оптимально достигнуто с помощью сжатого воздуха или другого газа. Для этой цели резервуар 12 соединен на своем верхнем конце с компрессорным блоком 22, связанным с баками хранилищами, для создания внутри резервуара давления с помощью сжатого воздуха (или сжатого газа). Компрессорный блок должен иметь достаточную производительность для обеспечения передачи требуемого объема текучей среды (например, приблизительно 400 т) в течение нескольких секунд. Если в качестве текучей среды используется вода, то объем воды, переданный второму резервуару 19 во время операции подъема груза, сливается через соответствующий выпуск 23. Вместо компрессорной системы может использоваться подходящая насосная система.

Как показано на фиг. 1, гидравлический блок 24 цилиндра с поршнем установлен между палубой 10 баржи 2 и вторым плечом 7 секции подъемного коромысла. Блок 24 представляет собой вспомогательную систему, которая может использоваться особенно в тех случаях, когда на барже рядом друг с другом находятся несколько работающих параллельно подъемных устройств. Посредством приведения в действие блока 24 в ходе операции подъема ко второму плечу 7 коромысла может быть приложено соответствующее направленное вниз дополнительное усилие с соответствующим дополнительным подъемным усилием в точке 11 подъема. Это может быть необходимо в случае неравномерного распределения массы поднимаемого груза для того, чтобы добиться параллельного подъемного движения и управляемого процесса подъема.

Вспомогательная гидравлическая система 24 может также быть предназначена для определения угла поворота плеча коромысла и тем самым надлежащей высоты подъема точки 11 в ходе операции подъема. В альтернативном варианте вспомогательная система может соединять первое плечо 6 коромысла с палубой 10 для передачи на плечо требуемого дополнительного усилия.

При выполнении операции подъема с помощью данной системы баржу 2 устанавливают таким образом, что точка 11 подъема располагается под соответствующей точкой подъема на грузе. Процесс начинают с того, что резервуар 12 заполняют пригодной текучей средой, при этом вес текучей среды соответствует весу объема воды 3, вытесняемой резервуаром в полупогруженном состоянии, для достижения равновесного положения секции 5 подъемного коромысла. После того, как баржа установлена в нужное положение, по меньшей мере, часть текучей среды, например, воды, быстро передают из резервуара 12 в резервуар 19, расположенный у конца второго плеча коромысла. Если передается объем воды массой, например, 400 т, это создает соответствующее направленное вверх подъемное усилие на точке 11 подъема в том случае, если плечи коромысла имеют отношение по длине 1:1. Поскольку резервуар 12 остается по существу погруженным, как и раньше, несмотря на полученное подъемное движение, к указанному подъемному усилию в 400 т добавляется выталкивающая сила, в результате в сумме создается общее подъемное усилие в 800 т.

Посредством выбора соотношения длины плеч коромысла, отличного от 1:1, можно получить соответствующее увеличение подъемного усилия. Это может быть достигнуто с помощью удлинения второго плеча 7 коромысла, то есть без сокращения длины первого плеча 6. В этом случае сохраняется та же высота подъема.

Вследствие поворотного движения плеч коромысла вокруг точки 8 крепления (оси поворота) точка 11 подъема на конце плеча 6 коромысла движется по дуговой траектории вокруг оси поворота. Хотя это движение происходит по окружности относительно большого радиуса порядка 20-30 м, может потребоваться компенсация небольшого отклонения точки 11 от направления вертикального перемещения. Это может быть достигнуто различными путями, например, с помощью достаточного допуска контакта между этой точкой подъема и соответствующей точкой на поднимаемом грузе. Для точки подъема может быть предусмотрена возможность ограниченного перемещения (продольного или поворотного) на плече 6 коромысла.

Конкретный пример выполнения системы по изобретению, осуществимый на практике, показан на фиг. 2-4.

Как показано на чертежах, в этом примере осуществления секция 5 подъемного коромысла выполнена в виде фермы, концы которой существенно выступают за борта баржи 2, при этом плечи 6, 7 коромысла проходят перпендикулярно продольному направлению баржи. В этом примере выполнения предусмотрена группа из трех резервуаров 12, которые укреплены на опорной раме 25, соединенной с передающей нагрузку частью 13. Направляющая рама 26 укреплена на смежном борту баржи 2 и соединена с соответствующими направляющими элементами, например, роликами (не показаны). Ролики находятся в зацеплении с соответствующими вертикальными направляющими рельсами или балками 27, которые закреплены на резервуарах 12 и проходят вдоль них для обеспечения возможности вертикального перемещения этих резервуаров.

Второй резервуар 19 выполнен в виде большого прямоугольного бака, вертикальное перемещение которого контролируется направляющим устройством таким же образом, как для резервуаров 12. Это направляющее устройство состоит из рамы 28, которая укреплена на смежном борту баржи 2 и соединена с вертикальными направляющими балками 29 для направления соответствующих направляющих элементов 30, обеспечивающих контролируемое вертикальное перемещение бака 19.

Как показано на фиг. 2 и 4, трубопроводное устройство 21 между резервуаром 12 и ба ком 19 снабжено гибким участком 31, предусмотренным с учетом вертикального перемещения резервуара 12.

В отношении размеров барж, пригодных для использования в системе по изобретению, можно указать, что обычно баржи имеют длину 97 м, ширину 27 м и высоту 6 м. Хотя в показанном примере выполнения в системе использована баржа, в других случаях может оказаться пригодным судно другого типа, плавучая буровая установка или, возможно, полупогружная конструкция.

В типовой компоновке система по изобретению может содержать два подъемных устройства 1, установленных рядом друг с другом на барже 2, которая находится в заданном положении около одной стороны секции 32 платформы, подлежащей подъему с помощью системы, как это показано на фиг. 4. Дополнительная баржа, не представленная на фиг. 4, устанавливается около противоположной стороны секции 32 платформы и также оснащена двумя подъемными устройствами, установленными рядом друг с другом.

Операция подъема производится так же, как было описано выше. Точки подъема подъемных устройств вводят в контакт с соответствующими точками подъема на углах платформы (не показаны). Могут быть предусмотрены вспомогательные гидравлические системы, подобные описанной вспомогательной системе 24. Они приводятся в действие по мере необходимости, например, в том случае, когда секция платформы имеет неравномерное распределение по массе и, как следствие этого, различную массу угловых областей.

Как можно уяснить из приведенного описания, система по изобретению имеет ряд особенностей и преимуществ. Их можно резюмировать следующим образом.

Система не передает на подлежащий подъему объект нагрузок, превышающих допустимые. Величина нагрузок находится в зависимости от объема жидкости в первом и втором резервуарах и плавучести погруженных резервуаров. Это обеспечивается, начиная с первого контакта точек подъема и до окончания операции подъема груза. Система обладает возможностью саморегулирования, поскольку поднимаемый объект захватывается плечом коромысла, которое находится постоянно в уравновешенном состоянии. Если плавучее средство движется вверх под действием волны, плечо коромысла в точке передачи нагрузки подается вниз, компенсируя это движение, сохраняя при этом способность передачи усилий в соответствии с соотношением веса/плавучести между первым и вторым резервуарами.

Компенсация вертикальной качки достигается в результате указанного выше явления и за счет частично погруженных резервуаров.

Подъем может быть осуществлен до безопасной высоты в пределах периода волны. Безопасная высота определяется соотношением между скоростью подъема и периодом волны во избежание толчков между поднимаемым объектом и удерживающим его основанием после начала подъема. Эта возможность системы обусловлена двойным эффектом, получаемым за счет передачи жидкости между резервуарами и за счет того, что резервуар или резервуары, первоначально содержащие жидкость, частично погружены в воду, при этом посредством газа или насосов в пределах заданного промежутка времени перемещается достаточный объем жидкости.

В системе учитывается тот факт, что центр тяжести поднимаемого объекта не обязательно совпадает с его геометрическим центром, поэтому существует риск наклона объекта во время подъема. Возможность такого учета обеспечивается за счет того, что посредством регулировки объема жидкости в резервуаре может быть определено усилие, с которым плечо коромысла должно захватывать подъемные точки на объекте, чтобы удерживать объект в горизонтальном положении.

Кроме того, система способна удерживать поднятый объект приблизительно в горизонтальном положении даже при воздействии волн на плавучее средство. Этот эффект обеспечивается за счет того, что в системе постоянно поддерживается баланс сил, воздействующих на плечи коромысла в результате волновой нагрузки, а также поднимаемым объектом.

Управление передачей жидкости между резервуарами, расположенными на различных плечах коромысла, может осуществляться с использованием датчиков нагрузки, размещенных в стратегических точках между поднимаемым объектом и основанием, с которого объект должен быть поднят. При этом обеспечивается непрерывное измерение усилий, передаваемых на объект плечами коромысла, и управляемый подъем объекта, находящегося в горизонтальном положении.

Claims (8)

1. Система для подъема и перемещения тяжелых грузов, в особенности используемая при установке или демонтаже морских сооружений, как целиком, так и по частям, содержащая несколько подъемных устройств (1), устанавливаемых на плавучем средстве (2), которое во время использования размещается рядом с подлежащим подъему грузом (32), отличающаяся тем, что каждое подъемное устройство (1) содержит секцию (5) подъемного коромысла с первым плечом (6) коромысла и вторым плечом (7) коромысла, направленными в противоположные стороны от общей точки (8) крепления, причем первое плечо (6) коромысла имеет на своем свободном конце точку (11) подъема для зацепления груза (32); по меньшей мере, один первый резервуар (12), соединенный с первым плечом (6) коромысла в точке, находящейся вблизи указанной точки (11) подъема, предназначенный для приема и спуска текучей среды и погружаемый в воду (4); по меньшей мере, один второй резервуар (19), подвешенный на свободном конце второго плеча (7) коромысла, причем внутренние полости резервуаров (12, 19) соединены между собой посредством передающего устройства (21).

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит устройство (22), обеспечивающее передачу текучей среды из первого резервуара (12) через передающее устройство (21) во второй резервуар (19).

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что передача текучей среды осуществляется компрессорным блоком (22), создающим внутри первого резервуара (12) давление с помощью сжатого воздуха.

4. Система по п.1 или 3, отличающаяся тем, что между резервуаром (12) и смежным с ним бортом плавучего средства (2) установлено направляющее устройство (16, 17, 18), предназначенное для вертикального перемещения этого резервуара.

5. Система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что между вторым плечом (7) секции (5) подъемного коромысла и плавучим средством (2) установлен гидравлический блок (24) цилиндра с поршнем, предназначенный для приложения усилия на упомянутое второе плечо.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что гидравлический блок (24) цилиндра с поршнем выполнен с возможностью определения угла поворота плеч (6, 7) коромысла и тем самым высоты подъема точки (11).

7. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит несколько плавучих средств (2), каждое из которых во время использования расположено на одной из двух противоположных сторон подлежащего подъему груза (32).

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что она содержит четыре подъемных устройства (1), которые установлены попарно рядом друг с другом на соответствующей барже (2), при этом точки (11) подъема устройств могут быть введены в зацепление с соответствующей угловой частью подлежащего подъему груза (32).