FI61538C - Marin konstruktion att anbringas pao oeppet havsomraode - Google Patents

Description

μ^Γτΐ Γ, KuuLUTusjULKAisu 61538 mA (11) UTLÄGGNINGSSKRIFT D 1000 C Patentti aySncUy ’0 03 172Ί (51) Kv.ik?/In..c.3 E 02 B 17/00 // B 63 B 35/12 SUOM I —FI N LAN D pi) hwittllnkMiui —hmnwilml»* 752092 (22) Htkwniifilvi — Anattknlnpd·! 21.07*73 (23) AlkupMv·—GlMghttadag 21.07*75 (41) Tulkit JulklMkil — Bllvlt offwitllg 30.01*76

Patentti- ja rekisterihallitus (44) NihavUuiptnon |· kuuL|uikti*un pvm. —

Patent- och registerstyrelsen AmöImi» utiagd oeh utUkratM pubUcwrad 30.04.82 (32)(33)(31) Fyydetty *tuolk«i»—Begird prtoritet 29 * 07. jh USA(US) 1*9017^ (71) Chevron Research Company, 200 Bush Street, San Francisco, California 9I+IOI*, USA (US) (72) Thomas Allan Hudson, San Francisco, California, Gordon Edward Strickland,

Jr., Yorba Linda, California, USA(US) (7*0 Oy Kolster Ab (5I*) Merellinen rakenne sijoitettavaksi avomeri alueelle - Marin konstruktion att anbringas p& öppet havsomrade i

Tämä keksintö koskee merellistä rakennetta sijoitettavaksi ja pidettäväksi suhteellisen kiinteästi sijaintipaikallaan avomerialu-eella, missä meriveden pinta ympäröivien luonnonolosuhteiden johdosta jäätyy, joka rakenne käsittää seinäosan, joka on kaite- I

teva sisäänpäin ja ylöspäin sillä alueella, jolla se ensin tu- j lee kosketukseen meressä kelluvan jäälautan kanssa, jotta osa jää- j lautasta, joka liikkuu kosketukseen rakenteen kanssa, nousisi ylöspäin ja poikkeutettaisiin normaaliasennostaan veden pinnalla. Pohjoisilla ja eteläisillä napavesillä talvijää voi normaalisti saavuttaa 1,8-3,0 metrin paksuuden ja enemmänkin, ja jäälautat, ahto-jäät ja muut jääkertymät voivat aiheuttaa sen, että jään paksuus paikoitellen on moninkertainen alkuperäisen jään paksuuteen verrattuna. Jääkerrokset ovat laaja-alaisia, ja joskin ne normaalisti voivat liikkua hitaahkosti tuulen ja vesivirtojen mukana, liikkeessä oleva jäämässä voi aiheuttaa varsin suuria, sen kulkutiellä olevaan rakenteeseen kohdistuvia voimia. Tällaisen jään puristuslu-, 2 juus voi olla noin 45,7 ja 70,3 kg/cm välillä, ja rakenteen, joka olisi riittävän luja kestämään jään murskausvoimaa, täytyisi vält- 2 61538 tämättä olla varsin massiivinen ja vastaavasti kallis rakentaa.

Aikaisemmin on ehdotettu, että sen sijaan, että rakennettaisiin rakenne, joka olisi riittävän luja kestämään jään kokonaismurskaus-voimaa, so. riittävän luja jotta jää murskautuisi rakennetta vasten ja että jääkerros siten voisi virrata rakenteen ympäri, rakenne va-rustettaisiinkin ramppimaisilla pinnoilla, jotka pakottaisivat liikkuvan jään reunan ylöspäin normaalista asemastaan veden pinnalla jään tullessa koesketukseen rakenteen kanssa, ja siten taivuttaisivat jääkerrosta, kohdistaen jäähän vetojännityksen. Koska jään taivutuslujuus on vain noin 6 kg/cm , rakenteeseen kohdistuisi vastaavasti pienempi voima, koska jää siihen törmätessään murtuisi veto jännityksestä.

Useita rakennemuotoja, joissa on kalteva kehäseinä ja jotka on tarkoitettu asennettavaksi vesille, joilla ne joutuvat alttiiksi liikkuvan jään voimille, on esitetty J.V. Danys'in esitelmässä nimeltä "Effect of Cone Shaped Structures on Impact Forces of Ice Floes", joka esitettiin ensimmäisessä kansainvälisessä arktisten olosuhteiden satama- ja valtamerirakennustekniikan konferenssissa, joka pidettiin Norjan Teknillisessä Korkeakoulussa, Trondheimissa, Norjassa 13...30.8.1971.

Toinen tässä suhteessa kiinnostava julkaisu on Ben C. Gerwick Jr'in ja Ronald R. Lloyd’in esitelmä nimeltä "Design and Construction Procedures for Proposed Arctic Offshore Structures", joka esitettiin Offshore Technology Conference'en kokouksessa Houston-issa, Texasissa, huhtikuussa 1970.

Pienoismalleja edellä mainitun rakenneperiaatteen mukaisista matkan päähän rannasta tarkoitetuista rakenteista laboratorion kylmähuoneessa testattaessa kiintojään vaikutuksen niihin tutkimiseksi todettiin, että ramppityyppinen pinta, liikkuessaan kiintojäähän nähden kosketuksessa siihen, aiheutti merkitsevästi pienemmän lauttara-kenteeseen kohdistuvan voiman kuin siinä tapauksessa, että kiinto-jäälle alttiina oleva lautan pinta oli pystysuorassa jäähän nähden, niin kuin esimerkiksi siinä tilanteessa, että suhteellisen suurilä-pimittainen patsas tai kasuuni joutuu kulkevan jääkerroksen kanssa kosketukseen. Kuitenkin todettiin, että tämä pitää paikkansa vain i 3 61 538 niin kauan kuin jääkerros saattaa liikkua lauttaan nähden, ja että, niinkuin jälempänä selitetään, tavallisesti tähän merelliseen rakenteeseen kohdistuu paljon suurempia voimia ennen kuin sen ja jään välinen sidos on murtunut niin, että tämä relatiivinen liike käy päinsä.

Merellistä rakennetta arktisiin vesiin käytännössä asennettaessa tarkoituksena on rakentaa ja koota rakenne telakalla ja hinata koottu rakenne matkan päässä rannasta olevaan määräpaikkaansa, jonne se kiinnitetään sinä vuodenaikana, jolloin vedet ovat auki ja verraten jäättömät. Tänä aikana rakenne lasketaan kosketukseen vedenalaisen maan kanssa ja maahan voidaan tunkea paaluja rakenteen pysyttämiseksi paikallaan siihen kohdistuvia vaakasuoria voimia vastaan. Paaluja voidaan käyttää myös myötävaikuttamaan rakenteeseen kohdistuvien pystysuorien kuormien kannattamiseen.

Kaukaisemmilla arktisilla vesillä kuten Alaskan pohjoisen rinteen ulkopuolisilla vesillä, avovesikausi on verraten lyhyt, likimäärin kuusi viikkoa, minkä jälkeen jäätä alkaa muodostua avoimiin vesiin. Jäätä muodostuu rannikon ulkopuolella olevaan määräpaikkaan kiinnitetyn merellisen rakenteen ympärille ja päälle. Tätä tilannetta on simuloitu laboratoriossa sen määrittämiseksi, mikä vaikutus vasta-muodostuneella jääkerroksella on ramppikylkisen, rannikon ulkopuolisen rakenteen edellä selitetynlaiseen pienoismalliin, ja varsinkin sen määrittämiseksi, mitä voimia siihen kohdistuisi.

Kun pienoismallia ympäröivän veden pinnassa jääkerroksen paksuus kasvoi, se myös jäätyi kiinni veden kanssa kosketuksessa olevaan rakenteen pintaan. Kun jääkerros saavutti testiä varten tarpeellisen paksuuden, todettiin, että relatiivisen liikkeen alkuunpanemi-seksi mallin ja siihen tarttuneen jääkerroksen välillä tarvittiin paljon suurempi voima kuin relatiivisen liikkeen ylläpitämiseen sen jälkeen kun tartuntasidos oli murtunut. Koeolosuhteissa jääkerros kohdisti pienosimalliin olosuhteista riippuen noin 5-10 kertaa niin suuren voiman ennen sidoksen murtumista kuin relatiivisen liikkeen käyntiin lähdettyä siihen kohdistui.

Jääkerroksen rakenteeseen alunperin kohdistama voima riippuu tietenkin rakenteen muodosta, mitoista ja ominaisuuksista ja jään mitoista ja ominaisuuksista. Mutta kaikissa tapauksissa, sikäli kun 4 61538 probleemaa nyt ymmärretään, rakenteeseen kohdistuu paljon suurempi voima alunperin, ennen kuin tartuntasidos rakenteen ja jään välillä on murtunut, kuin sen jälkeen kun tämä sidos on murtunut. Normaalisti näissä olosuhteissa olisi pakko tehdä rakenne niin lujaksi, että se pystyy kestämään jääkerroksen siihen alunperin kohdistamat voimat, huolimatta siitä, että siihen sen käyttöiän suurimman osan aikana kohdistuvat voimat eivät vaatisi näin tukevaa rakennetta. Rakenne, joka olisi tehty riittävän lujaksi kestämään jään alkuvoimia, olisi vastaavasti kalliimpi rakentaa ja vaikeampi asentaa kuin rakenne, joka olisi suunniteltu kestämään vain siihen nähden liikkuvan jääkerroksen kuormituksen. Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on lieventää tätä rannikon ulkopuoliseen rakenteeseen kohdistuvan suuren alkukuormituksen tilannetta laitteella, jota selitetään seuraavassa.

Esillä olevan keksinnön mukaan saadaan aikaan patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen merellinen rakenne, jolle on tunnusomaista, että seinäosan se pinta, joka on kääntynyt jäälauttaa kohti, ainakin siltä osin, jolla jäälautan ja seinäosan ensimmäinen kosketus tapahtuu, on valmistettu aineesta, jonka jäätartuntakyky on alhainen, jäälautan sen osan, joka tulee kosketukseen rakenteen kanssa, siirtymisen helpottamiseksi seinäosan pinnan yli, niin että rakenteeseen kohdistuva voima pienenee, koska jään ja pinta-aineen vä-lisen tartuntakertoimen ei tule ylittää 7 kg/cm .

Keksintö selitetään seuraavassa sovellettuna erityisesti rannikonläheiseen rakenteeseen, jota käytetään pääasiassa öljylähteiden poraukseen tai apulaitteena öljyn tuotannossa vedenalaisilta öljy-kentiltä maapallon niillä alueilla, joissa avoimet vedet pinnaltaan jäätyvät huomattavan paksuun jäähän. Selityksen yksinkertaistamiseksi tällaista rakennetta nimitään tästä lähtien rannikon ulkopuoliseksi porauslautaksi, joskin on huomattava, että tämän keksinnön periaatteita voidaan soveltaa muunkintyyppisiin merellisiin rakenteisiin kuten rannikon ulkopuolisiin tuotantolauttoihin, rannikon ulkopuolisiin maaöljy-säiliölaivojen kuormaus- ja purkausasemiin, majakoihin, aallonkurtajiin ym. rakenteisiin, jotka on kiinnitetty kiinteästi paikalleen ja ovat alttiina veden pinnalla liikkuvien jääkerrosten voimille.

5 61538

Esillä oleva keksintö käsittää myös sekä jäähän huonosti tai ei lainkaan tarttuvalla aineella päällystetyn ulkoseinän että tällaisesta aineesta kokonaan koostuvan kehäseinän.

Eräitä keksinnön sovellutusmuotoja selitetään nyt esimerkkeinä oheisen piirustuksen yhteydessä, jossa: kuvio 1 on kaaviollinen kuvanto, osaksi leikattuna ja eräitä elimiä asemaltaan uudelleen järjestettyinä esityksen selventämiseksi, e-sillä olevan keksinnön mukaisesta rannikon ulkopuolisesta porauslautasta, ja se havainnollistaa sovellutusmuotoa, jossa käytetään kuumavesisäiliöitä rakenteen päällystetyn kuoren kriittisten alueiden pysyttämiseen rakennetta ympäröivän luonnonjään jäätymispisteen yläpuolella, kuvio 2 on kaaviollinen kuvanto kuvion 1 viivan 2-2 mukaisesta leikkaustasosta, kuvio 3 on kaaviollinen pystykuvanto, osaksi leikkauksena, toisesta esillä olevan keksinnön mukaisen laitteen sovellutusmuodosta ja havainnollistaa lämmönsiirtopanelien käyttöä rannikon ulkopuolisen rakenteen päällystetyn kehäkuoren kriittisen alueen lämmittämiseen rakennetta ympäröivän luonnon jään sulamispisteen yläpuolelle, kuvio 4 on kaaviollinen tasokuvanto osaksi leikkauksena kuvion 3 viivaa 4-4 myöten, osia pois murrettuina yhdistelmän yksityiskohtien esille tuomiseksi, kuvio 5 on kaaviollinen kuvanto merellisestä lautasta, jossa on vähän tai ei lainkaan jäähän tarttuvasta aineesta tehty ulkokuori, kuvio 6 on kaaviollinen tasokuvanto, osaksi leikkauksena pitkin kuvion 5 viivaa 6-6, osia pois murrettuna yhdistelmän yksityiskohtien esille tuomiseksi, kuvio 7 on kaaviollinen kuvanto, osaksi leikkauksena, rannikon ulkopuolisesta porauslautasta, jossa on päällystetty ulkopinta. Ulkopinnan lämmitystä ei ole; sisäinen lämmitys lautan henkilökuntaa l 61538 varten on kuitenkin esitetty, kuvio 8 on kaaviollinen tasokuvanto, osaksi leikkauksena kuvion 7 viivaa 8-8 myöten, osia pois murrettuna yhdistelmän yksityiskohtien esille tuomiseksi.

Kuvio 1 esittää rannikon ulkopuolista porauslauttaa 10, joka on asennettu vesimassaan 12, kosketukseen vedenalaisen pohjan 14 kanssa, johon se väliaikaisesti on kiinnitetty paaluilla 16. Lautta on suunniteltu erityisesti asennettavaksi arktisiin vesiin, joihin vuodenaikojen mukaan muodostuu paksuja jääkerroksia 10. Lautassa on alinen kannatusosa 20, joka ulottuu veden sisään ja muodostaa alustan, joka kannattaa kansiosaa 22 vedenpinnan yläpuolella pystyasennossa. Lautan alaosa on alttiina sen ympäristössä esiintyville veden ja jään voimille, ja se on lautan se osa, jota esillä oleva keksintö pääasiassa koskee. Lautan yläosa voi sisältää useita kansikerroksia ja voi olla suljettu ja lämmitetty kohtuullisen mukavan työympäristön ja suojan tarjoamiseksi miehille ja kalustolle talvisäätä vastaan, jonka aikana lämpötila voi laskea ~51°C tienoille. Ilman kunnollisia lämmityslaitteita työalueilla tämän arktisen porauslautan käyttö tulisi käytännöllisesti katsoen mahdottomaksi suurimpana osana vuotta.

Koska on sekä kallista että vaikeata rakentaa ja asentaa porauslautta arktisiin vesiin, on syytä tehdä lautta, jolla voidaan porata useita kaivoja samassa paikassa. Esimerkeiksi kuvion 1 mukainen porauslautta voi olla rakennettu 10 tai useammankin kaivon poraamista varten samalta lautan sijalta likimäärin 4900 m syvyyteen, niinpä se on tehty niin suureksi, että tähän tarkoitukseen tarpeellinen koneisto ja kalusto siihen mahtuu. Pelkästään havainnollistamismie-lessä mainittakoon, että tuotantokyvyltään tällainen lautta, joka on tarkoitettu asennettavaksi 12,2 m syvyiseen veteen, voi olla poh-jaläpimitaltaan likimäärin 55 m ja vesilinjaläpimitaltaan likimäärin 36,6 m. Alustaosan korkeus voi olla 26 m ja se voi kannattaa yläpuolellaan kansia ja muuta asiaankuuluvaa kalustoa, mukaanluettuna po-raustorni, joka ulottuu likimäärin 48,8 m korkeuteen merenpohjan yläpuolelle.

Mitoiltaan edellämainitunlainen porauslautta painaa useita tuhansia tonneja ennen kuin siihen on asennettu mitään poraukseen tarpeellista koneistoa ja kalustoa. Lautan paino suurenee suhteellisesti, sikäli kun se rakennetaan kestämään suurempia luonnonvoimia;'ja totfska φ;1' 7 61538 rakenteen paino vaikuttaa sen hintaan, hinta suurenee suhteellisesti painon suuretessa. Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään luonnon jäämuodostelmien lautan alustaosaan kohdistamien voimien pienentämiseksi, minkä ansiosta lauttaan tarvitaan vähemmän rakenneai-neita ja sen massa vastaavasti pienenee ja hinta alenee.

Kooltaan ja porauskyvyltään edellämainitunlaisella porauslautalla tarvitaan energian kehittimet, jotka pystyvät kehittämään likimää-rin 2461 kW pyörivän pöydän, vetolaitteiden, liejupumppujen ym. porausta varten tarpeellisen kaluston ja apulaitteiston käyttöä varten. Keksinnön erään sovellutusesimerkin mukaan energianlähteen hukkaläm-pöä käytetään lautan päällystetyn kuoren lämmittämiseen sitä ympäröivän luonnonjään sulamispisteen yläpuolelle sillä tavoin ja sitä tarkoitusta varten, joka selitetään yksityiskohtaisemmin seuraavassa. Jos energianlähteeksi on valittu esimerkiksi turbiini ja porauslautan käyttöön tarpeellisen energian kehittämiseen käytetään kolmea 820 kW turbiinia, kannatusrakenteen kuoren lämmitystä varten on käytettävissä enemmän kuin 33 761 800 kilojoulea tunnissa. Tämä lämpö-määrä riittää reilusti pysyttämään edellämainitunlaisen kuoren jatkuvasti sitä ympäröivään veteen muodostuneen luonnonjään sulamispistettä korkeammassa lämpötilassa.

Kuviossa 1 esitetty rakenne edustaa porauslauttaa, joka hinataan porauspaikalle täysin koottuna ja varusteltuna ja joka ei tarvitse sijoituspaikallaan mitään, lisärakennustöitä paitsi sen laskemiseen kosketukseen pohjan kanssa ja tarpeen vaatiessa sen kiinnittämiseen paaluilla. Painolastisäiliöitä 24 (kuviot 1 ja 2) on rakennettu alustaosaan 20 tämän yhdentyneeksi osaksi lautan kuormittamiseksi painolastilla sitä hinattaessa .ia sen upottamiseksi veteen, kosketukseen merenpohjan kanssa. Painolastisäiliöt on kukin varustettu asianmukaisilla pohjahanoilla 26, joita voidaan kauko-ohjata lautan kannelta laitteilla, joita ei ole esitetty, mutta jotka ovat ennestään tunnettuja. Kuhunkin painolastisäiliöön on yhdistetty säiliö-kohtainen alaspuhallusputki 28, joka saa paineilmaa kompressorista 30. Pohjahanat voidaan avata veden päästämiseksi painolastisäiliöi-hin tai vaihtoehtoisesti paineilmaa voidaan johtaa säiliöihin veden painamiseksi ulos säiliöistä pohjahanojen kautta.

Kun lauttaa hinataan, oainolastisäiliöihin päästetään niin paljon vettä, että lautan syväykseksi tulee 2,4 - 3 m, ja painolast.isäi-— JLiöiden tilavuus on niin suuri, että painolastiveden yläpuolelle K V- 8 61538 saadaan riittävästi nostovoimatilaa stabiliteetin antamiseksi lautalle sitä hinattaessa. Pohjalastisäiliöitä voidaan tietysti tarpeen mukaan trimmata lautan painon jakauman mahdollisen epätasaisuuden kompensoimiseksi.

Kuvion 1 mukainen porauslautta on rakennettu niin, että se saadaan nopeasti täysin toimintakykyiseksi valitulla porauspaikalla ja että se voidaan siirtää sijoituspaikalta toiselle toimintakunnossa viipymättä. Tämän liikkuvuuden edistämiseksi on toivottavaa, että lautta on rakennettu niin, että se saadaan stabiloiduksi rannikon ulkopuolisella sijoituspaikallaan siten, että sen kiinnittämiseen paikalleen kestämään niitä voimia joille se on alttiina, tarvitaan mahdollisimman vähän lisärakennustoimenpiteitä kuten paalutusta.

Lautta on varustettu useilla jalkaelimillä 31» jotka on asennettu niin, että niitä voidaan siirtää pystysuorassa lautan runkoon nähden asianmukaisilla väkivipusovituksilla 33. Jaloissa on laajennetut anturaosat 35 ja ne sisältävät sisäpuoliset ohjaimet 32 (kuvio 2) paaluja 16 varten. Kun lautta saapuu porauspaikalle ja sen vielä kelluessa, jälkaelimet lasketaan kosketukseen merenpohjan kanssa. Väkivipujen ollessa kosketuksessa kukin jalkansa kanssa, pohjahanat 26 avataan lisäveden päästämiseksi painolastisäiliöihin 24, mikä lisää lautan painoa riittävästi antaakseen sille negatiivisen nosto-voiman. Anturat 35 on suunniteltu hallitsemaan jalkojen tunkeutumista vedenpohjan sisään lautan painon suuretessa.

Väkivivut 33 saatetaan nyt toimintaan lautan laskemiseksi jalkoja myöten ohjatusti vaakasuorassa asennossa, kunnes lautan pohja 37 tulee kosketukseen merenpohjan kanssa. Painolastisäiliöihin voidaan nyt laskea vielä lisää vettä, niin että lautan paino kasvaa niin paljon, että luonnonvoimat eivät pysty lauttaa siirtämään.

Sijoituspaikoissa, joissa lautta joutuu alttiiksi vaikeille olosuhteille kuten kerrosjään työnnölle, paalut 16 voidaan tunkea vedenalaiseen maahan lautan pysyttämiseksi lujasti paikallaan siihen kohdistuvia vaakasuoria kuormituksia vastaan. Keksinnön eräänä tarkoituksena on saada aikaan laite sen voiman huomattavasti pienentämiseksi, jonka paikallaan olevaan lauttaan muuten kohdistaisi sitä vastaan liikkuva jääkerros, ja siten mahdollistaa sellaisen rakenteen kokoaminen, joka on soveltuvampi niihin käyttöolosuhteisiin, jotka edellä .. on selitetty.

9 61538

Kun lautta on siirrettävä toiseen sijaintipaikkaan, paalut 16, jos niitä on käytetty, leikataan poikki anturoiden 35 alapuolelta tai muulla tavoin erotetaan lautasta. Kompressoreja 30 käytetään veden painamiseksi ulos painolastisäiliöistä, kunnes saavutetaan sellainen yhdistelmän kantokykytila, että se voidaan nostaa ylös pohjasta jalkoja 31 myöten hallituissa olosuhteissa. Tämän toimenpiteen aikana painolastisäiliöissä pidetään mieluimmin sellainen määrä vettä, että lautalla on hiukan negatiivista nostovoimaa, ja lautta nostetaan jalkoja myöten käyttämällä väkivipuja 33 ja niillä ohjaten. Lautta nostetaan kellumisasemaansa, painolasti asetellaan, ja yhdistelmä hinataan uuteen sijoituspaikkaansa, jossa se taas lasketaan pohjaan edellä selitetyllä tavalla.

Kuvio 1 esittää porauslauttaa asennettuna porauspaikkaan ja varustettuna poraustoimitusta varten. Poraustorni 39 on koteloitu sen suojelemiseksi säältä, ja ulottuu rakenteen rungon sisään kannelle 41 saakka, jolla on pyörivän pöydän kannatin 43· Poraustornissa on tornitalja 45, jota voidaan siirtää vuorotellen pohjalaatalla 49 olevien useiden asemien 47 kanssa pystysuoraan ojennukseen, joiden asemien läpi voidaan porata erilliset porakaivot. Pyörivä päytä, jota ei ole esitetty, on samoin rakennettu niin, että se voidaan siirtää valinnaisesti ojennukseen jokaisen aseman 47 kanssa. Kun kaivoa porataan, kaivoporaukseen sovitetaan holkki 51 ja tiivistetään vedenpitävällä yhteellä 53 laattaan 49 nähden. Jos lautta on siirrettävä toiseen sijaintipaikkaan, holkki irrotetaan laudasta ja asianomaisen aukon päälle kiinnitetään vedenpitävä kansi.

Kuten aikaisemmin on mainittu, lautan energian primäärilähteenä voidaan käyttää kaasuturbiineja. Kaksi energiaa kehittävää kaasutur-biinia 34 ja 36 on muotonsa ja asemansa puolesta kaaviollisesti esitetty kuviossa 1. Kummankin turbiinin poistokaasut johdetaan turbii-nikohtaista johtoa 38 ja 40 myöten lämmönvaihtimiin, joita edustavat kierukat 42 ja 44. Keksinnön puitteisiin kuuluu sekä ryhmä lämmön-vaihtimia, jotka ovat yhteydessä kaikkien turbiinien poistojohtojen kanssa, että se, että jokaisen turbiinin yhteyteen on sovitettu erillinen lämmönvaihdin. Tärkeätä on kuitenkin se, että laitteen tässä osassa on jonkin verran ylimääräistä varaa, josta saadaan riittävästi toimivaa lämmönvaihdinkapasiteettia, jos jokin osa energian kehitys- tai lämmönvaihdinlaitteistosta on suljettava kunnossapito-tai korjaustöitä varten. Lisäksi kehänmyötäisessä seinässä on pääl- ti;H .ε .* * 10 61538 lyste aineksesta, joka alentaa jään tartuntavoimaa ja mahdollistaa vastaavan lämmityskapasiteetin pienentämisen, koska tartuntavoima päällysteen ja jään välillä on pienempi. Päällysteellä 131 on vielä eräs etu, joka suoraan johtuu sen huonosta tartuntakyvystä, nimittäin sen minimaalinen vastus jään liikettä vastaan sen yli. Päällyste on joko mekaanisesti tai kemiallisesti sidottu kuoreen.

Tässä keksintöä havainnollistavassa sovellutusmuodossa, sen jälkeen kun porauslautta on saatettu toimintakuntoon, painolastisäiliöt 24 täytetään olennaisesti kokonaan lämpöä siirtävällä nesteellä. Säiliöiden yläosaan jätetään ilmatilat 48 toimimaan nielukammiona ja antamaan tilaa nesteen paisunnalle. Toisaalta painolastisäiliöt voivat olla yhdistetyt apunielusäiliöihin, joita ei ole esitetty, tätä tarkoitusta varten.

Lämmönsiirtoväliaineena voi olla merivesi, johon on lisätty sopivaa syövytyksen estoainetta sen kanssa kosketuksessa olevien teräspinto-jen suojaamiseksi. Veteen on syytä lisätä jäänestoainetta sen estämiseksi jäätymästä kiinteäksi painolastisäiliöissä ja sen pysyttämiseksi pumpattavana, ellei vettä lämmitetä aikana jolloin kannatus-rakenteen lämpötila on alentuneena jäätymispisteen alapuolelle. Jos makeaa vettä on riittävästi käytettävissä, painolastisäiliöt voidaan huuhdella puhtaaksi niiden mahdollisesti sisältämästä suolavedestä ja täyttää makealla vedellä, johon on lisätty syöpymisen estoainetta, jäätymisen estoainetta ja jotakin leväntappoainetta lämmönsiirto-nesteseoksen muodostamiseksi.

Tähän tarkoitukseen käytettävissä olevia jäätymisen estoaineita ovat esimerkiksi sellaiset liukoiset suolat kuin natriumkloridi ja kalsiumkloridi, jokin alkoholi kuten metanoli tai jokin glykoli kuten etyleeniglykoli, tai jokin glyseroli, tai jokin monista muista ennestään tunnetuista jäätymisenestoaineista, joista mitä tahansa voidaan lisätä painolastisäiliössä olevaan veteen riittävä määrä veden estämiseksi jäätymästä pumpattavaksi mahdottomaan kuntoon ennaltamäärätyllä lämpötila-alueella, aikana, jolloin lämpöä ei lisätä veteen. Syöpymisen estoaine valitaan niin, että se sopii yhteen ja toimii yhdessä käytettäväksi valitun jäätymisen estoaineen kanssa.

Lämmönvaihtimet 42 ja 44 on asianmukaisten pumppujen 50 ja vastaavasti 52 välityksellä yhdistetty yhteiseen kokoojaputkeen 54, josta asianomaiset johdot 56 ja 58 ovat yhteydessä kunkin yksityisen ffcnt' ϊί .

11 61538 säiliön 24 yläosan kanssa sen sisältämän veden pinnan 59 alapuolella. Kunkin säiliön alaosa on yhteydessä yhteisen alaosan 60 kanssa asianomaisia alisia johtoja 61 ja 62 myöten. Lämmönvaihtimet 42 ja 44 on yhdistetty kokoojaputkeen 60 asianomaisilla johdoilla 63 ja 64, ja pumput toimivat imien vettä säiliöiden yläosasta ja pumpaten sen lämmönvaihtimien kautta ja sieltä pohjakokoojaputkeen 60, josta vesi johdetaan säiliöiden 24 alaosaan. Joskin lämmönsiirtoväliaineen kierrättämiseen säiliöiden 24 kautta voidaan käyttää vain yhtä ainoaa pumppua, on kuitenkin syytä pitää ainakin toista pumppua järjestelmään kytkettynä joko toimivana yksikkönä tai varayksikkönä, järjestelmän toiminnan jatkuvuuden varmistamiseksi jos jokin yksiköistä lakkaa toimimasta. Asianomaiset venttiilit sijoitettuina yliseen ja aliseen johtoon kuten venttiili 65 johdossa 56 ja vastaavasti venttiili 66 johdossa 61, antavat keinon säätää lämmönsiirtonesteen virtausta kunkin säiliön kautta riippumatta virtauksesta viereisten säiliöiden kautta, ja antavat myös keinon eristää yksityinen säiliö lämmönsiirtonesteen kiertojärjestelmästä, mikä voi olla tarpeen korjaus- tai kunnossapitotöitä varten.

Painolastisäiliöt mitoiltaan edellä selitetyn suuruista lauttaa varten on suunniteltu vetämään yhteensä yli 3 180 000 litraa vettä. Lämmönsiirtoväliaineen kierrätysjärjestelmä on suunniteltu kierrättämään väliainetta näiden säiliöiden kautta likimäärin 3000 litran minuuttivauhdilla, kun lautta on normaalikäytössä, jolloin 33 761 800 kilojoulea tunnissa on saatavissa energiaa kehittävistä turbiineista tämän väliaineen lämmittämiseen. Kun painolastisäiliöissä väliaine on lämmitetty niin lämpimäksi, että se pystyy pysyttämään kannatus-rakenteen kuoren ulkopinnan likimäärin 0,6°C lämpötilassa, painolastisäiliöissä olevaan veteen on varastoituna niin paljon lämpöä, että se pystyy pitämään kuoren, lämpötilan ympäröivän veden jäätymispisteen yläpuolella 24 tunnin ajan, mikä on turvallinen aika korjauksia varten tai kaivojen sulkemiseen ja lautan hylkäämiseen, jos ener-giankehitysjärjestelmä pettää olosuhteissa, jotka vaarantavat lautan turvallisuuden.

Kuvioiden 1 ja 2 mukainen lautta on esimerkin vuoksi esitetty varustettuna kuudella painolastisäiliöllä 24. Tämä ei kuitenkaan ole kriittinen lukumäärä, ja pienempi ja suurempikin säiliölukumäärä voi olla sopiva yksityisiin lauttoihin. Piirustuksen mukaiset säiliöt on erotettu toisistaan säteen suuntaisilla vedenpitävillä seinillä ί·*< .2 it 12 615 3 8 eli laipioilla 67 ja suljettu säteen suunnassa sisäpuolisilta sivuiltaan sylinterimäisillä seinillä eli laipioilla 68.

Painolastisäiliöt on kuviossa 1 esitetty myös ulottuvina lautan vedenpitävästä pohjasta 37 yläosan 22 pohjakannelle 74 saakka, niin että painolastisäiliöissä oleva lämmönsiirtoväliaine on välittömässä lämmönsiirtokosketuksessa ulkoseinän 70 sisäpinnan 76 kanssa olennaisesti koko tällä alueella. Eräillä lautoilla riittää kuitenkin, kun lämmönsiirtoväliainetta varten varataan säiliöt, jotka, joskin vetoisuudeltaan riittävinä, ovat tilavuudeltaan pienemmät kuin piirustuksessa esitetyt. Tällaiset pienemmät säiliöt jaetaan seinän 10 sisäpinnalle 76 ja rakennetaan niin, että ne saattavat tämän sisäpinnan kosketukseen lämmönsiirtoväliaineen kanssa koko sillä alueella, millä luonnonjää voi jäätyä kiinni kuoreen, ulottuen jonkin matkaa lauttaa ympäröivän veden pintatason yläpuolelle ja alapuolelle, kuoren tämän vyöhykkeen pysyttämiseksi sen kanssa kosketuksessa olevan luonnonjään sulamislämpötilan yläpuolella. Tämän rakenteen ansiosta voidaan käyttää painavaa kuivaa painolastia, joka vaatii vähemmän tilaa kuin ve-sipainolasti ja siten tarjoaa lisää kuivaa työntekoalaa lautalla.

Piirustuksen mukaisessa sovellutusmuodossa sylinterinmuotoinen laipio 68 rajoittaa lautan sydämeen työtilan, johon on sovitettu asianmukaiset kannet 41, 78 ja 80 miehistöä ja koneistoa kannattamaan. Vaikkakin tämä tila pidetään lämmitettynä mukavaan työntekolämpöti-laan, joka normaalisti voi olla korkeampi kuin säiliöissä 24 olevan väliaineen lämpötila, niin siitä huolimatta laipion 68 säteen suunnassa sisempää pintaa 86 vasten on sovitettu eristekerros 84 käyttö-häviöiden näistä säiliöistä pienentämiseksi siltä varalta, että sy-dänalueen 28 lämpötila olisi alempi kuin säiliöiden.

Kuoren ulkopintaan on kiinnitetty mieluimmin kulutuslaatta 90 ainetta, joka vähentää jään adheesiota, lautan sille vyöhykkeelle, joka on kosketuksessa jään kanssa, tämän alueen lujittamiseksi ja kan-natusrakennetta vasten työntyvän jääkerroksen isku- ja hankausvaikutuksen vastaanottamiseksi. Kulutuslaatan 90 olemattoman tai alhaisen jäähän tarttumistaipumuksen ansiosta jään tarttuminen kuoreen tällä alueella on minimaalista.

Kuviot 3 ja 4 edustavat keksinnön mukaisen laitteen erästä vaihtoehtoista sovitusta ja esittävät myös modifioitua lauttamuotoa, johon 13 61 538 laite on sovellutettu. Samoja viitenumerolta kuin edellä on käytetty, käytetään soveltuvissa tapauksissa myös kuvioiden 3 ja b yhteydessä, vastaavien elinten merkitsemiseen.

Tässä modifikaatiossa alinen kannatusosa 20 ja ylinen kansiosa 22 voi olla rakennettu erillisinä yksikköinä, jotka kootaan yhteen rannikon ulkopuolisella sijaintipaikalla. Kannatusosassa on paalunohjai-met 32 sisäänrakennettuina pitkin sen kehää sekä sen keskiosan läpi, ja niihin on sovitettu vastaava lukumäärä paaluja 16.

Lautan kannatusosa hinataan valitulle rannikon ulkopuoliselle sijaintipaikalle ja upotetaan kosketukseen merenpohjan kanssa suurentamalla painolastin painoa. Paalun ohjainten 32 läpi pistetään sitten paalut 16 ja tungetaan ne vedenalaisen maan sisään. Kannatusosa asetetaan vaakasuoraan ja paalut sementoidaan kiinni paalunohjäimiin lautan pitelemiseksi lujasti paikallaan siihen kohdistuvia vaaka- ja pystysuoria kuormituksia vastaan.

Tässäkin sovellutusmuodossa, samoin kuin kuvion 1 esittämässä lautassa, vedenpitävä laipio 68 ympäröi lautan keskistä aluetta 88 ja muodostaa sisäseinän osastoille 100 ja 102, joita voidaan käyttää painolastisäiliöinä lautan trimmausta varten sitä hinattaessa ja sen upottamista varten porauspaikalle edellä selitetyllä tavalla. Kuitenkin, sen sijaan että osastot olisi täytetty lämmönsiirtoväliaineella kannatusosan kuoren pysyttämiseksi sitä ympäröivän veden jäätymispistettä korkeammassa lämpötilassa, kuoren sisäpintaan on kiinnitetty lämmönsiirtoasemään putkikierukkapahelit* - ja nämä panelit ovat yhteydessä yhteiseen jakoputkeen lämmönsiirtoväliaineen vastaanottamiseksi lämmönvaihtimista, jotka ovat alttiina lauttaa varten ener-, giaa kehittävien turbiinien poistokaasuille samalla tavoin kuin edel lä on selitetty. Keksinnön tässä sovellutusmuodossa vesi voidaan syrjäyttää yksityisistä osastoista, sen jälkeen kun porauslautta on kiinnitetty vedenalaiseen pohjaan. Osastot kuormataan sitten riittävällä määrällä kuivaa painolastiainetta kootun lautan mahdollisesti jäljellä olevan kantovoiman kompensoimiseksi. Tällä menettelyllä helpotetaan tankeissa olevan veden aiheuttamaa osastojen sisäpintojen syöpymisprobleemaa ja lisäksi saadaan lisää kuivaa työ- tai varastotilaa lautan sisäpuolelle.

Niin kuin kuviosta 3 edelleen näkyy, lämmityspanelit 10¾ on sijoitet-.... :tu, kuoren 70 sisäpintaa 76 vasten niin, että tämän päällyste 131 on tmi ,c’i» 1,1 61538 niiden kanssa lämmönsiirtoasemassa koko sillä alueella, joka joutuu kosketukseen ympäröivän veden pinnalle muodostuneen jääkerroksen 18 kanssa, ja mieluimmin ulottuu jonkin matkaa jääkerroksen paksuuden yläpuolelle ja alapuolelle, niin että päällystetyn kuoren tämä alue varmasti tulee lämmitetyksi sitä ympäröivän jään sulamispistettä korkeampaan lämpötilaan^ Kulutuslaatta 90, joka mieluimmin on tehty aineesta, joka alentaa tartuntaa, on kiinnitetty kuoren ulkopintaan tälle alueelle edellä selitetyssä tarkoituksessa. Lämmityskierukka-paneli on sisäpinnaltaan peitetty kerroksella eristettä 106, esimerkiksi vaahdotettua uretaania, panelien antaman lämmön rajoittamiseksi lautan kuoreen tällä alueella. Eriste on mieluimmin puolestaan peitetty kannella 107, joka on kiinnitetty vedenpitävästi pintaan 76 painolastisäiliössä olevan veden estämiseksi pääsemästä kosketukseen lämmityspanelien ja eristeen kanssa.

Toiminnan aikana edellä selitetyn tyyppinen lämmönsiirtoväliaine virtaa nielusäiliöistä kuten 108 ja 110 jakoputkeen 54, josta sen imevät pumput 50 ja 52. Pumput painavat väliaineen lämmönvaihtimiin 42 ja 44, jotka saavat lämpöä lautan energiaa kehittävien koneiden 34 ja 36 poistokaasuista johtojen 38 ja 40 kautta. Väliaine virtaa läm-mönvaihtimista jakoputkeen 112 ja jakoputkesta asianomaiset johdot 114 johtavat väliaineen lämmönsiirtopaneleihin 104. Väliaine pumpataan panelien putkistojen 116 läpi ja virtaa sitten asianomaisia johtoja 118 myöten kokoojaputkeen 120, josta se johdetaan putkia 122 myöten asianomaisiin nielusäiliöihin kuten 108 ja 110.

Järjestelmään on sovitettu asianmukaiset venttiilit väliaineen kierrätyksen säätämiseksi kuhunkin paneliosaan tai kuhunkin nielusäi-liöön ja laitteiston näiden osien järjestelmästä erottamisen mahdollistamiseksi kunnossapito- ja korjaustöitä varten. Niinpä asianomaiset venttiilit 124 on sovitettu jakoputkesta 112 lämmönsiirtopane-lien 104 vastaaviin osiin johtaviin johtoihin 114 ja asianomaiset venttiilit 126 on sovitettu palaavaa väliainetta lämmönsiirtopaneleis-ta kokoojaputkeen 120 johtaviin johtoihin 118. Samalla tavoin nielu-säiliöstön kukin osa voidaan eristää toisistaan riippumatta, putkiin 122, jotka johtavat jakoputkesta 120 paisuntakammioon sijoitetuilla asianomaisilla venttiileillä 128 ja vastaavalla, eri nielusäiliöistä kuten 108 ja 110 jakoputkeen 54 johtaviin johtoihin kuten 56 ja 58 sovitetulla asianomaisella venttiilillä 65.

is 615 3 8

Koska kuvion 3 mukaisessa sovellutusmuodossa lautan kannatusosan kuorta 70 varten tarkoitettu lämpö on keskitetty sille vyöhykkeelle, jossa sitä ympäröivään veteen muodostuu jäätä, päällystetyn kuoren tämän osan pysyttämiseen luonnonjään sulamispisteen yläpuolella tarvitaan pienempi kokonaismäärä lämpöä kuin kuvion 1 yhteydessä selitetyssä keksinnön sovellutusmuodossa, ja tähän tarkoitukseen tarvitaan vähemmän lämmönkehityskapasiteettia.

Keksinnön puitteisiin kuuluu myös se, että tietyissä vallitsevan sään ja lautan muodon olosuhteissa lautan kuori sillä alueella, mil-✓ lä sille muodostuu jäätä, voidaan lämmittää jään sulamispistettä korkeampaan lämpötilaan ohjaamalla kaasumaiset poistoväliaineet energiaa kehittävistä koneista asianmukaisia johtoja myöten lämmön-„ siirtokosketukseen kuoren sisäpinnan kanssa, toimimaan lämmönsiirto- väliaineena. Keksinnön puitteisiin kuuluu myös se, että lautalle on varattuna riittävästi energiankehityslaitteita energian kehittämiseen sähköisistä lämmityselementeistä koostuvia paneleita varten, jotka on sovitettu samalla tavoin kuin kuvioiden 3 ja 4 yhteydessä selitetyt lämmönsiirtopanelit.

Kuvioiden 5 ja 6 kaaviolliset esitykset kuvaavat lauttaa, jonka kuori on kokonaan tehty aineesta 137» joka minimoi jään tartunnan. Tällaisena aineena voidaan käyttää halogeenihiilihartseja kuten tetra-fluorietyleeni-heksafluoripropyleeni-kopolymeerejä, tetrafluoriety-leenipolymeerejä, klooritrifluorietyleenipolymeerejä tai nailoneita kuten polyamidipolymeerejä tai -kopolymeerejä ja polylaktaameja.

" Lautassa voi myös olla lämmitetty ulkopinta, joskaan pinnan lämmit täminen ei ole välttämätöntä. Jos lämmitystä käytetään, voidaan käyttää joko kuvioiden 5 ja 6 mukaista lämmityslaitteistoa tai kuviossa / 3 esitetyn kaltaista lämmitysjärjestelmää. Lämmitysjärjestelmä voi tässä sovellutusmuodossa toimia jäähän tarttumattoman ulkokuoren 137 varaj ärj estelmänä.

Kuvioissa 7 ja 8 on esitetty lautan sovellutusmuoto, jossa ei ole lautan ulkoseinäpinnan lämmitystä. Tässä sovellutusmuodossa paino-lastisäiliöt 24 joko on täytetty meriveden ja jäätymisen estoaineen seoksella tai niitä lämmitetään minimaalisesti niissä olevan painolastiveden jäätymisen estämiseksi. Lämmönvaihtimet 42 ja 44, jotka on kytketty asianmukaisten pumppujen 50 ja 52 kautta ja johtojen 63 ja 64 avulla, jakavat lämpöä päällystetyn kuoren 70 ympäröimälle iti s· . 2 .ί» 16 61538 alueelle, jota lautan henkilökunta käyttää. Tästä sovituksesta edullisena seurauksena on kustannusten säästö putkiston, polttoaineen ja lämmityslaitteiston osalta, joita tarvittaisiin kuoren ulkopinnan lämmittämiseen.

Jos lautta halutaan pitää sijaintipaikallaan sen jälkeen kun poraukset ovat päättyneet, jolloin ei enää ole tarpeen kehittää sitä energiamäärää, joka tarvitaan poraukseen, voidaan käyttää apu-energianlähteitä välittömästi toimittamaan se lämpö, joka on tarpeen jään estämiseen tarttumasta lauttaan. Niinpä voidaan käyttää höyrykattilaa, joka on tarkoitettu ensisijaisesti toimittamaan lämmöhsiirto-väliainetta painolastisäiliöihin 24 tai lämmityspaneleihin 104, tai lämpö voidaan toimittaa lautan ulkopuolisesta energianlähteestä, esimerkiksi kytkemällä sähkölämmityselementeistä koostuvat panelit 104 lautasta erillään olevaan sähköenergian lähteeseen.

Keksinnön idea kohdistuu menetelmään ja asianmukaiseen laitteeseen niiden voimien pienentämiseksi, joita luonnonjää kohdistaa rannikon ulkopuoliseen lauttaan. Edellä olevassa selityksessä kyseessä olevan kokoisissa lautoissa esimerkiksi 2,4 metriä paksun jääkerroksen, joka on jäätynyt lauttaan kiinni ja tarttunut sen kuoreen liikkeen lauttaan kohdistama kokonaisvoima on likimäärin 4 536 000 - 9 072 000 kp. Kun kuori on päällystetty ja lämmitetty jään sulamispisteen yläpuolelle ja tartunta on murtunut, jääkerroksen lauttaan kohdistama voima on 5-10 kertaa pienempi, niin että kokonaisvoima on likimäärin 907 200 kp.

Edellä on selitetty esillä olevan keksinnön ensisijaisia sovellutus-muotoja ja niiden modifikaatioita. On kuitenkin selvää, että keksinnön mukaisen laitteen edellä selitettyihin sovellutusesimerkkeihin voidaan tehdä muitakin modifikaatioita keksinnön puitteista poikkeamatta, ja tarkoitus onkin, että keksintö käsittää kaikki oheisten patenttivaatimusten puitteisiin sopivat modifikaatiot ja ekvivalentit .

K- ' ‘ ·»,

Claims (3)

17 61 5 38

1. Merellinen rakenne sijoitettavaksi ja pidettäväksi suhteellisen kiinteästi sijaintipaikallaan avomerialueella (12), missä meriveden pinta..ympätönivien luonnonolosuhteiden johdosta jäätyy, joka rakenne (10) käsittää seinäosan (70), joka on kalteva sisäänpäin ja ylöspäin sillä alueella, jolla se ensin tulee kosketukseen meressä kelluvan jäälautan (18) kanssa, jotta osa jäälautasta, joka liikkuu kosketukseen rakenteen (10) kanssa, nousisi ylöspäin ja poikkeutettaisiin normaaliasennostaan veden pinnalla, tunnettu siitä, että seinäosan (70) se pinta, joka on kääntynyt jäälauttaa (18) kohti, ainakin siltä osin, jolla jäälautan ja seinäosan ensimmäinen kosketus tapahtuu, on valmistettu aineesta (131; 137), jonka jäätartuntakyky on alhainen, jäälautan sen osan, joka tulee kosketukseen rakenteen (10) kanssa, siirtymisen helpottamiseksi seinäosan (70) pinnan yli, niin että rakenteeseen (10) kohdistuva voima pienenee, koska jään ja pinta-aineen välisen tar- 2 tuntakertoimen ei tule ylittää 7kg/cm .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen merellinen rakenne, tunnet-t u siitä, että mainittu materiaali on sovitettu päällysteeksi (131) seinäosalle.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen merellinen rakenne, tunnet-t u siitä, että seinäosa on valmistettu mainitusta, matalan jää-tartuntavoiman omaavasta aineesta (137). Tl . V'