NL192535C

NL192535C - Drijfbare installatie met boortoren of dergelijke inrichting, voorzien van middelen om een aan de toren opgehangen element te onttrekken aan de bewegingen van die toren.

Info

Publication number: NL192535C
Application number: NL8503578A
Authority: NL
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1985-12-24
Publication date: 1997-09-02
Also published as: GB8531417D0; JPS61179993A; NO855256L; FR2575452A1; GB2168944A; FR2575452B1; NL8503578A; GB2168944B; NL192535B; NO177017C; NO177017B

Description

1 192535

Drijfbare Installatie met boortoren of dergelijke Inrichting, voorzien van middelen om een aan de toren opgehangen element te onttrekken aan de bewegingen van die toren

De uitvinding heeft betrekking op een drijfbare installatie met boortoren of dergelijke inrichting voorzien van 5 middelen om een aan de toren hangend element te onttrekken aan de bewegingen van die toren, omvattend een eerste en een tweede katrol, waarbij deze laatste dient om het element op te hangen, terwijl de eerste katrol tegelijk verbonden is met de as van een eerste tussenschijf en met de as van een tweede tussenschijf via een eerste, resp. een tweede stand, een eerste schijf en een tweede schijf die bevestigd zijn ten opzichte van de toren, waarbij de as van de eerste vaste schijf resp. van de tweede vaste schijf via 10 een derde stang resp. een vierde stang verbonden is met de as van de eerste tussenschijf rasp. van de tweede tussenschijf, een eerste en een tweede vasthoudorgaan, een kabel die deze vasthoudorganen verbindt doordat hij achtereenvolgens, beginnend bij het tweede vasthoudorgaan, over de eerste vaste schijf, de eerste tussenschijf, de eerste katrol en de tweede katrol loopt, terwijl ten minste één lus wordt gevormd, de tweede tussenschijf en de tweede vaste schijf, ten minste een zuiger waarvan het uiteinde 15 verbonden is met de eerste katrol en het andere verbonden is met de toren, en ten minste een accumulator in hydropneumatische verbinding met die zuiger, waarbij de eerste en de tweede stang identieke lengten — hebben gelijk aan G, evenzo de derde en de vierde stang een identieke lengte hebben gelijk aan B, terwijl de halve afstand tussen de as van de eerste en van de tweede vaste schijf gelijk is aan A, en de afstand tussen de as van de eerste katrol en het vlak door de assen van de eerste en tweede schijf gelijk is aan G. 20 Deze drijfbare installatie is bekend uit US-A-3.791.628 van Bums. De in deze publicatie voorgestelde constructie vereist dat de cilinders onder een hoek staan. De mechanische kracht is constant voor een gegeven totale kracht die afkomstig is van alles wat bijdraagt aan de spanning van de kabels. Dit is de reden waarom het volgens Bums noodzakelijk is accumulators te hebben van zeer groot volume. Een groot volume aan accumulators maakt het mogelijk een bijna constante druk te krijgen ondanks de door de 25 bedieningscilinder teweeggebrachte volumeverandering.

Terwijl de vooigestelde schuine stand van de bedieningscilinder een geringe veibetering voorstelt doordat een kleine afname mogelijk wordt in het volume van de accumulator, is de mechanische kracht constant. De opstelling van Bums brengt aanzienlijke bezwaren met zich mee: - de hoek van de bedieningscilinder is variabel ten opzichte van de stand van het katrolstelsel en vereist 30 dan ook het gebruik van een schamierverbinding, waardoor een belangrijke verplaatsing mogelijk wordt; - de omvang en het gewicht van de opstelling boven op de boortoren zijn groot vanwege de hoek van de bedieningscilinders.

Het is bekend dat een groot gewicht bovenop een boortoren op een drijvende inrichting zeer ernstige stabil'iteitsproblemen kan veroorzaken. Hetzelfde geldt voor de omvang van de opstelling bovenaan de 35 boortoren als gevolg van het aan de wind blootgestelde oppervlak.

Hoe dan ook moeten de drukmediumkrachten en de mechanische krachten volgens dit octrooischrift op enig tijdstip gelijk zijn, wil de inrichting een stabiele toestand krijgen; dat is noodzakelijk want anders houdt de installatie nooit op met bewegen.

De installatie volgens de uitvinding is ter verbetering van het voorgaande, gekenmerkt doordat de 40 grootheden A, B, C, G en de doorgang van de kabel zo zijn bepaald dat de mechanische krachten Fm en de hydropneumatische krachten Fv in hoofdzaak gelijk zijn over ten minste een gedeelte van de baan, doordat de mechanische krachten Fm en de hydropneumatische krachten Fv resp. gegeven worden door de uitdrukkingen:

Fm = Q + S Fsin β -in S)fl + sin (Θ + y) - sin Θ sin ft ^ ~ φ) 1 +u

45 m N L K sin (θ - φ) ' " sin (Θ - <p) J

en = P~ K ^ _ ^our8e rédiiite) J ^ 50 waarin Q = de kracht afkomstig van alles wat bijdraagt aan de spanning van de kabels; N = aantal kabelstrengen op de katrol, U = fractie van Fm die onafhankelijk is van de spanning van de kabels, 55 β = hoek tussen het stuk van de kabel dat ligt tussen de vaste schijf en de tussenschijf en de rechte die de middelpunten van deze schijven verbindt; φ = hoek die bepaald wordt door de richting van de rechte die de middelpunten van de eerste en de tweede 192535 2 vaste schijf verbindt en de richting van de rechte die de assen van de eerste vaste schijf en van de eerste tussenschijf verbindt, γ = de hoek tussen het stuk van de kabel die de tussenschijf en een schijf van de katrol verbindt en de rechte die de middelpunten van deze twee schijven verbindt, 5 Θ = de hoek tussen de richting van de rechte die de middelpunten van de eerste en de tweede vaste schijf verbindt en de richting van de rechte die de middelpunten van de eerste katrol en van de eerste tussenschijf verbindt;

Pg = de voordruk van de accumulators,

Sv = de doorsnede van de vijzels, 10 K = Va / SyCo*. met

Va = volume van de accumulators, = de totale baan van de eerste katrol,

Cou™. réduit. = werkelijke baan/C^ y' = ontspanningscoëfficiënt van de gassen.

15 De installatie volgens de uitvinding omvat bij voorkeur een hulpvijzel voor correctie, waarvan de kracht regelbaar is.

De installatie volgens de uitvinding omvat verder bij voorkeur een meetorgaan voor het bepalen van de kracht die uitgeoefend wordt door een tweede katrol en stuurmiddelen voor de hulpvijzel. Bij verdere voorkeur is de hoek tussen de rechte, die de as van de eerste resp. de tweede vaste schijf en de eerste 20 resp. de tweede tussenschijf verbindt en de rechte door het gedeelte van de kabel dat deze twee schijven verbindt, ten minste gelijk aan 45°. Goede uitkomsten kunnen worden verkregen met een hoek in de buurt van 65° of groter.

De eerste katrol zal voorzien kunnen zijn van ballastmiddelen.

25 De uitvinding zal worden toegelicht in de volgende beschrijving van een bekende installatie en de installatie volgens de uitvinding met verwijzing naar de tekening: figuur 1 stelt bij een drijfbare installatie met boortoren een eenvoudige compensatie-inrichting volgens de bekende techniek voor, waarbij het rechter en linker gedeelte van deze figuur overeenkomen met verschillende posities van het mobiele gedeelte; 30 figuren 2 en 3 illustreren verschillende opstellingen van schijven die dienen om de kabel te geleiden (er dient te worden opgemerkt dat voor elk van deze figuren het rechter en het linker gedeelte verschillende opstellingen voorstellen, terwijl de werkelijkheid is dat symmetrische configuraties zullen worden uitgevoerd); figuren 4A tot 4C stellen schematisch verschillende posities voor van de installatie volgens de uitvinding tijdens de werking, waarbij figuur 4C de basis is voor de definitie van de parameters A, B, C en G; 35 figuur 5 maakt het mogelijk hoeken β, γ, Θ en φ te definiëren die de installatie volgens de uitvinding verder kenmerken, en figuur 6 stelt de responsie voor van het mechanische systeem en van het hydropneumatische systeem.

Het hierna beschreven voorbeeld betreft een compensatiesysteem voor de lus.

40 Figuur 1 beschrijft een eenvoudige compensatieinrichting volgens de bekende techniek bij een drijfbare installatie 1 die uitgerust is met een boortoren 3 die boorapparatuur draagt. Boven de top 46 van de mast of de toren 3, aangeduid door de angelsaksische term ’’water-table” bevindt zich een plaat of draagwagen 47.

De compensatieinrichting omvat een eerste hijsblok 2 die verbonden is met de top van de toren 3 en een tweede hijsblok 4 waaraan het aan de stampbeweging te onttrekken element kan worden opgehangen. Elk 45 van de hijsblokken is voorzien van een in de figuren nader aangeduide schijf.

Vijzels 21 en 22, zoals hydraulische vijzels, zijn verbonden met de water-table 46 en met de draagwagen 47. Een kabel 6 is aan de drijvende machine 1 bevestigd over een lier 7 respectievelijk aan een vast punt 8.

Beginnend bij de lier 7 loopt de kabel over de schijf van het eerste hijsblok 2, dan om de schijf van het tweede hijsblok 4 alvorens opnieuw over de schijf van het eerste hijsblok 2 te gaan, om vervolgens te 50 worden vastgezet in het vaste punt 8. De kabel omvat een dood stuk 15 en een beweeglijk stuk 23.

Wanneer het stampen van de drijvende machine 1 wordt gecompenseerd door verplaatsing van het eerste hijsblok 2 ten opzichte van de toren van de boorapparatuur is het noodzakelijk en voldoende om het eerste hijsblok 2 te verplaatsen over een afstand die kleiner is dan de amplitude van de stampbeweging om te bereiken dat het tweede hijsblok 4 onbeweeglijk is ten opzichte van de bodem.

55 Wanneer de afstand tussen de bodem 5 en de drijvende machine 1 toeneemt, moet de afstand tussen het eerste hijsblok 2 en de drijvende machine 1 kleiner worden. Maar als men redeneert bij constante lengte van de kabel 6 zal, omdat het eerste hijsblok de lier 7 en het vaste punt 8 nadert, het tweede hijsblok 4 zich 3 192535 van de eerste verwijderen. De compensatieslag voor de stampbeweging is dus kleiner dan de stamp-beweging.

Toch wordt, tijdens deze verplaatsing, de kabel 6 op· en afgewikkeld op de schijven van beide hijsblokken 2 en 4, en dat is vanuit het oogpunt van welken van de kabel onaanvaardbaar. Daarentegen is de 5 spanning in de verschillende delen van de kabel constant gebleven, omdat de verplaatsing van het eerste hijsblok slechts verwaarloosbare veranderingen met zich meebrengt van de hoek van het dode stuk en het beweeglijke stuk van de kabel ten opzichte van de voet van de boortoren.

Het is dus noodzakelijk dat de verplaatsing van het eerste blok 2, d.w.z. de verandering van de afstand tussen het eerste blok 2 en de lier 7, geen lengteverandering met zich meebrengt van de baan van kabel 6.

10 Wanneer de lengteverandering van de baan van kabel 6 niet wordt gecompenseerd, worden de hele opgehangen last 20 en de spanning van het beweeglijke stuk 23 en het dode stuk 15 opgevangen door de vijzels 21 en 22 alvorens ze worden opgenomen door de voeten van de mast 3.

Figuren 2 en 3 tonen voorbeelden van de plaatsing van de schijven van de blokken waar de kabel overheen loopt.

15 In figuur 2 omvat de inrichting naast de reeds aan de hand van figuur 1 beschreven elementen: - in de rechter helft van de figuur, en met de water table 46 verbonden, een vaste schijf 14 waarvan het middelpunt, aangeduid wordt door een 11. De as van de vaste schijf 14 is door middel van een stang 25 verbonden met de as van een tussenschijf 10, waarvan het middelpunt wordt aangeduid door 10. De as van de tussenschijf 13 is verbonden met de as van het eerste blok 12, waarvan het middelpunt aangeduid wordt 20 met 9.

- In het linker deel van de figuur en links van het eerste blok 12 vindt men een soortgelijke opstelling van met de water table 46 verbonden schijven. De vaste schijf 14 is vervangen door een vast punt 18, waarmee door middel van een stang 19 een tussenschijf 16 is verbonden waarvan het middelpunt wordt aangeduid door 17.

25 Een regelsysteem voor de in de vijzels 21 en 22 heersende druk omvat een stel gasaccumulators 26, in combinatie met een gas-vloeistofscheider 27. Wanneer men er naar streeft de druk in de vijzels 21 en 22 constant te houden wordt het volume van de accumulators bij voorkeur zo groot mogelijk gekozen, zodat de drukverandering als gevolg van de polytrope ontspanning van het gas zo gering mogelijk is.

Met voordeel wordt aan de inrichting een hulpvijzel of correctievijzel 49 toegevoegd.

30 Bij de beschreven opbouw loopt de baan van kabel 6 langs twee zijden met vaste lengte van een vervormbare driehoek. De derde zijde, met wisselende lengte, die zorgt voor de verandering van de afstand tussen het eerste blok 12 en de drijvende machine 1, wordt niet door de kabel doorlopen. De hoekpunten van deze driehoek liggen in de middelpunten 9,10 en 11 van de schijven 12,13,14 waar de kabel overheen loopt. Het is mogelijk aan te tonen dat de lengte van de kabel rigoureus constant blijft als de 35 schijven dezelfde middellijn bezitten.

Wanneer de tussenschijf boven staat en als de driehoek slechts scherpe hoeken heeft, zal de baan van de kabel een zijde snijden, zoals men ziet rechts in figuur 2. Als de driehoek echter een stompe hoek heeft zal de baan van de kabel evenwijdig blijven aan de zijden van de driehoek met vaste lengte, zoals men ziet in de rechter helft van de nog nader te beschrijven figuur 3.

40 Men kan ook een baan van de kabel maken met slechts twee schijven, zoals weergegeven in de linker helft van figuur 2, waardoor een baan van constante lengte ontstaat naarmate de afstand tussen de lier 7 en het bevestigingspunt 8 van het dode stuk 15 tot het middelpunt 7 van de tussenschijf 17 als constant kan worden beschouwd. Aan deze voorwaarde is voldaan wanneer enerzijds de middenstand van de tussenschijf 16 zich bevindt op of in de onmiddellijke nabijheid van de rechte lijn die het bevestigingspunt 8 van 45 het dode stuk 15 of de lier 7 verbindt met het scharnierpunt 18 van de stang 19 van de toren 3, en wanneer anderzijds de bewegingsslag van de tussenschijf 16 niet te groot is.

Wanneer de lengteverandering van de baan van de kabel wordt gecompenseerd, wordt een gedeelte van de last en van de spanning van het dode stuk 15 en het beweeglijke stuk 23, rechtstreeks opgenomen door de mast 3 door middel van de armen of stangen 24 en 25 van de inrichting, zonder door de vijzels heen te 50 gaan.

Dit niet door de vijzels 21 en 22 gaande gedeelte van de last wisselt in afhankelijkheid van de plaats van het eerste blok 12, en de regel volgens welke deze verandering plaatsvindt is afhankelijk van de geometrische kenmerken van de compensatieinrichting en van de plaatsing ervan ten opzichte van de mast 3.

Figuur 3 toont een andere opstelling van de schijven ten opzichte van de water table en het eerste blok.

55 De schijfopstelling is symmetrisch en omvat een vaste schijf 14 en een tussenschijf 13, verbonden door een stang 25. De schijf 13 is met het eerste blok 12 verbonden door een stang 24.

De rechter helft van figuur 3 toont voor de tussenschijf 13 een stand boven de water table 46, terwijl in 192535 4 de linkerhelft van de figuur dezelfde schijf onder de water table geplaatst is.

De tussenschijf 13 ligt hier beneden de vaste schijf 14 en de baan van de kabel snijdt beide zijden met vaste lengte van de vervormbare driehoek.

Figuren 1, 2 en 3 hebben verschillende banen van de kabel laten zien en tonen het probleem van het 5 stampen. Om te voorkomen dat de stampbeweging doorwerkt op het werktuig dient de lengte van de baan van de kabel 6 In hoofdzaak constant te blijven of, als er een lengteverandering aanwezig is die wordt gecompenseerd, blijkt het noodzakelijk om, voor het uitbalanceren van een constante last ongeacht de stand van het eerste blok 2, de druk in de vijzels 21,23 constant te houden, bijvoorbeeld met behulp van de gasaccumulators 26.

10 Wanneer daarentegen de lengteverandering wordt gecompenseerd is, voor een constante opgehangen belasting, de schijnbare belasting op de vijzels veranderlijk.

Men kan, door de dimensionering en de opstelling van het systeem, zo te werk gaan dat voor een constante opgehangen last, de verandering van de schijnbare last min of meer groot is. De parameters worden beschreven in figuur 4A tot 4C, en meer in het bijzonder figuur 4C.

15 Als deze variatie gering is, is men praktisch terug bij het vorige probleem.

Als hij daarentegen groot is kan men daar nog genoegen mee nemen op voorwaarde dat hij in hoofd· zaak-identiek-is-aan de drukverandering die de pofytrope ontspanning van het gas van de accumulators met zich meebrengt.

Deze identiteit in hoofdzaak van de schijnbare verandering van de belasting op de vijzels en van de 20 drukverandering als gevolg van de polytrope ontspanning vormt het principe van de compensatiemethode van de uitvinding.

Wanneer de verandering van de schijnbare belasting op de vijzels groot is, streeft men er naar de waarde ervan exact gelijk te maken aan de drukwaarde als gevolg van de polytrope ontspanning van het gas uit de accumulator.

25 Het compensatiesysteem van figuur 4C wordt in het bijzonder bepaald door de volgende parameters: - A, zijnde de afstand tussen het middelpunt van de keerschijf of vaste schijf 29 tot de hartlijn 30 van de toren 3, - G, zijnde het hoogteverschil tussen het middelpunt 32 van de schijven van het eerste blok 28 en het middelpunt 31 van de keerschijf 29 wanneer deze ach in de onderste stand bevinden (figuur 4C), 30 - B en C, zijnde de lengten van de scharnierende armen of stangen 35, resp. 34.

De hierna gegeven dimensionering van het compensatiesysteem heeft betrekking op een plaatsing die wordt uitgevoerd ten opzichte van de onderste stand van het eerste blok 28, bepaald door de gekozen waarden A en G, en de tussenschijf 33, gegeven door de lengten B en C.

De inrichting zal dan volledig bepaald zijn door de baan van de kabel, d.w.z. de looprichting van de kabel 35 over de schijven en hun dimensionering, en de plaats van de vijzels, en eventueel hun hellingshoek ten opzichte van de baan.

Ter vereenvoudiging van de beschrijving wordt verondersteld dat deze hellingshoek ten opzichte van de baan nul is.

Hierna wordt een voorbeeld gegeven van de bepaling van de grootheden A, B, C, G en van de overgang 40 van de kabel om te bereiken dat de mechanische krachten Fm en Fv in hoofdzaak gelijk zijn over minstens een gedeelte van de baan.

De mechanische kracht Fm die het systeem uitoefent op het boveneinde van de toten 3 of water table kan (zie figuur 4B) worden beschouwd als resultante van twee krachten U en Q, waarin U wordt gedefinieerd als het gedeelte van Fm dat afhankelijk is van de spanning in de kabels.

45 U zelf wordt later beschouwd als de som van twee krachten U, en Uc, waarin Uc het van de baan afhankelijke gedeelte van U is.

Uf, onafhankelijk van de baan, komt overeen met het gewicht van de beweeglijke elementen die bevestigd zijn aan de draagwagen 47 (figuur 1) van het eerste blok, en die gelijktijdig bewogen worden met een lineaire beweging die overeenkomt met de stampbeweging (eerste blok, vijzelstangen enz.).

50 Uc komt overeen met het gedeelte van het gewicht van de tussenschijf 33 en van de armen of stangen dat overgebracht wordt op de wagen van het eerste blok. Dit is een functie van de baan maar hangt ook af van de plaatsing en van de dimensionering van het systeem.

De kracht Q is afkomstig van alles wat bijdraagt aan de spanning van de kabels, d.w.z. de hangende belasting W, het gewicht van het tweede blok en het gewicht van de kabels zelf, en ook van de dimensione-55 ring en van de plaatsing van de inrichting, de baan, en uiteraard het aantal stukken N van de hijsblokken.

De meest algemene uitdrukking van de mechanische kracht Fm, als functie van de hoeken β, γ, Θ, en φ (zie figuur 5) die vanzelf duidelijk zijn met behulp van de baan en van de grootheden die de plaatsing en de 5 192535 dimensionering bepalen, wordt als volgt geschreven.

% ° 1 + R g sin t - 'a + «"(» + >)- « 8 Sin^ (; 1 ] +5 m 5 De hoeken β, γ, Θ, en φ nemen een waarde aan die bepaald is enerzijds voor elke stand van de eerste katrol, en anderzijds voor elk vein de waarden die vastgesteld zijn voor de vijf onafhankelijke geometrische parameters waardoor de plaats en de dimensies van de inrichting worden bepaald. De bedoelde vijf geometrische parameters Zijn A, B, C en G zoals eerder gedefinieerd, en de diameterverhouding van de vaste schijf en de tussenschijf (figuur 5). Voor de vakman zal het gemakkelijk zijn de waarden van de 10 hoeken te doen overeenkomen met de waarden van de vijf parameters.

In figuur 5 duidt het verwijzingscijfer 30 de as van de boortoren aan, het verwijzingscijfer 28 een schijf van de eerste katrol, het verwijzingscijfer 34 een tussenschijf en het verwijzingscijfer 31 een keerschijf of vaste schijf.

De hoek β is de hoek die gevormd wordt door het stuk van de kabel dat ligt tussen de vaste schijf 31 en 15 de tussenschijf 34 en de rechte 38 die de middelpunten 39 en 40 van deze twee schijven verbindt. In figuur 5 zijn twee varianten weergegeven van de loop van de kabel; één daarvan, met getrokken lijnen getekend, wordt aangeduid door het verwijzingscijfer 37 en de andere, met stippellijnen, door het verwijzingscijfer 41, waarbij de eerste de hoek βθ bepaalt en de tweede de hoek βΐ.

De hoek γ wordt bepaald door het stuk van de kabel 44 dat de tussenschijf 34 en een schijf van de katrol 20 28 verbindt, en de rechte 42, die de middelpunten 40 en 43 van deze twee schijven verbindt.

In figuur 5 is de loop van het stuk van de kabel 44 weergegeven dat loopt buiten deze twee schijven en dat de hoek γθ bepaalt.

De hoek φ wordt bepaald door de horizontale richting 45 en de richting van de rechte 38. Evenzo wordt de hoek Θ bepaald door de richting van de rechte 42 en de horizontale richting.

25 Er wordt aan herinnerd dat β en γ onafhankelijk zijn van de baan en slechts afhankelijk van de dimensionering van het systeem, terwijl Θ en φ afhangen van de dimensionering en van de baan.

De mechanische kracht F120,47m kan worden uitgedrukt als functie van de waarden van de hiervoor gedefinieerde hoeken, in het bijzonder volgens de positie van de tussenschijf ten opzichte van de water table.

30 Als de tussenschijf 34 ligt beneden de ’’water-table” 46 (figuur 3, links) kunnen β en yniet nul zijn, en dit is de meest algemene formule die van toepassing is.

Als de tussenschijf ligt boven de ’’water-table”, maar voorbij de keerschijf ten opzichte van de schijven van de eerste katrol, is de hoek γ nul, als de tussenschijf en die van de eerste katrol dezelfde diameter hebben (figuur 2, rechts, en figuur 5).

35 De uitdrukking voor FJQ wordt vereenvoudigd: -Q = 1 + N s,n β Sin (Γ-φ) + Q (2)

Wanneer de tussenschijf die zich nog steeds boven de ’’water-table” bevindt, zich ook bevindt ’’tussen” 40 de keerschijf en de crown block-schijven en wanneer deze dezelfde diameter bezitten dan is β gelijk aan nul en wordt de uitdrukking voor ^ = 1 +q (Figuur 3, padie droite et Figuur 5) (3)

Hij is dus onafhankelijk zowel van de dimensionering en de plaatsing als van de baan.

45 Dit laatste geval, dat erop neerkomt dat men over de hele baan van een hydropneumatisch systeem een kracht krijgt die zo constant mogelijk is, is bekend uit de oudere techniek.

P en V duiden gasdruk en -volume aan van de accumulators wanneer de baan van de vijzels de waarde x heeft, die ligt tussen O en Co*,Pg en Va duiden de voordruk aan en het volume van de accumulators, d.w.z. de druk ervan en het gasvolume wanneer de vijzels hun baan volledig hebben uitgevoeid, en PM 50 de maximale druk voor de betreffende dienst, d.w.z. die welke verschijnt wanneer de vijzels zich bevinden in de oorsprong van hun baan.

De kracht Fv die door de vijzels wordt geleverd als functie van de baan wordt gedefinieerd als: | = p.[’ -R<> - - p»[1 + <4> ~ ”C0urae réduite” 's de dimensieloze uitdrukking van de baan, d.w.z. de waarde ervan gedeeld door de totale 55 192535 6 baan Cod,, die vastgelegd is door het bestek (Cour8eréduite = γτ—)· '-'cdc - K is ook een dimensieloze variabele. Hij is gelijk aan het volume Va van de accumulators, gedeeld door de totale baan en door de doorsnede Sv van de vijzels (K = Va/Sv.Ccdc).

5 Rekening houdend met verschillende parameters en eerder gegeven vergelijkingen worden vervolgens de geometrische parameters als volgt bepaald.

De geometrieën van het systeem worden bij voorkeur zo gekozen dat de mechanische responsie Fm en de hydropneumatische responsie Fv zo dicht mogelijk bij elkaar liggen, en dit wel over de hele baan. De krachten Fm en Fv kunnen worden uitgedrukt door de formules (1) en (4).

10 De geometrieën van het systeem kunnen worden bepaald door de vereenvoudigde gelineatiseerde vergelijkingen van de krachten F120,47m (formule (1) en F120,47v (formule (4)), identiek te maken.

Voor het hydropneumatische systeem wordt de uitdrukking (4) op de volgende manier vereenvoudigd.

Het is bekend dat in het gebied (zie figuur 6) waar de polytrope ontspanning van het gas zal worden gebruikt, K zal liggen tussen 5 en 50 (en in het algemeen zelfs in de buurt van 10) en rédujte tussen 0 15 en 1; de voorstelling van is praktisch een rechte.

Men kan, met een nauwkeurigheid van enkele duizenden, dit verschijnsel iineariseren, bijvoorbeeld met behulp van de methode van het minimale kwadratische verschil en aldus schrijven S~ = Pg [Ad(K) · Course réduite + Bd(K) ]| (5) 20 ^ = Pm [A'd(K) · Cour8eréduite + B'd(K) ] (6) waarin K, Ad(K), Bd(K) en B'D(K) waarden zijn die bepaald zijn wanneer één ervan eenmaal bepaald is.

In feite zal men altijd, voor alle werkdrukken P, de polytrope ontspanning kunnen Iineariseren en een zodanige rechte vinden dat 25 F

p , = 8d(K) · Course réduite kd(K) (7) en daaruit de volgende vereenvoudigde uitdrukking afleiden: p . g — ®d ' ^ourse réduite "t" bd(K) (10) 30 Voor het mechanische systeem wordt de gelineariseerde vergelijking (1) na vereenvoudiging: "θ' — ’ ^ourseréduite Q (ff) met: 35 r (1)P.S,-Q J (2) ad = Am L(3)bd = Bm + ^ (12) voor alle waarden van Q kleiner dan de belasting QmaX die vastgelegd is door het bestek.

40 U wordt hier onafhankelijk van de baan verondersteld. Dat is niet rigoureus exact, maar dat vereenvoudigt de onderhavige beschrijving aanzienlijk en zal hem nog verder vereenvoudigen in het tweede deel, zonder evenwel te maken dat hij niet exact is. Het is, met de hierboven gegeven notaties, voldoende de meest algemene uitdrukking te herschrijven door U te vervangen door U( + Uc. De linearisatie wordt dan als volgt geschreven: 45 + (13) waarin A'm-, B'm en Uf iets verschillend zijn van Am, Bm en U.

De rekenprogramma's gebruiken de parameters A'm, B'm en U,, hetgeen niets verandert omdat de uitdrukkingen voor de formules identiek zijn.

50 Omdat de analytische uitdrukking voor de responsie van het hydropneumatische systeem bijna volmaakt lineair is, is het mogelijk deze te gebruiken in plaats van de gelineariseerde uitdrukking.

We maken de verdere veronderstelling dat de responsie van het systeem lineair is tussen de beide uiteinden van de baan, die voortvloeien uit de reeds gegeven formules, er zal gebruik gemaakt worden van de aan elk van de uiteinden verkregen waarden van de druk, uit de eerder gegeven formules.

55 De aanvangstoestand en de eindtoestand van de transformatie hangen samen door de relatie

PgVa7'= PM(Va — Sv · C^y' (14) 7 192535 die geschreven kan worden als:

Va/(Sy · Cgdj) = K = pp -1 _l /.* C\ 1" [^] y 5 Omdat de gelineariseerde responsie van het mechanische systeem wordt voorgesteld door de vergelijking (11), wordt voor elk uiteinde van de baan de uitdrukking voor de mechanische kracht geschreven als: Fmm = Q(Am + Bm) + Uen (17)

FmM “ Q Bm + U (18) 10 en wetende dat ^mm = Pg ‘ PinM = Pm ' 0 ®) wordt de verhouding bepaald van de mechanische krachten aan elk van de uiteinden:

PinM Pm Bm d· U/Q /ΛΛΧ 15 Fmm-Pg-Am + Bm + U/Q (20)

Verder wordt rekening gehouden met extreme werkomstandigheden, in het algemeen vastgesteld door het bestek, t.w. de maximale druk Pma* die in de kringloop niet mag worden overschreden en de maximale belasting die moet kunnen worden gehanteerd, en waardoor wordt bepaald.

Wetende dat enerzijds de werking met maximale belasting de verschijning van de grootste drnk met zich 20 meebrengt, en dat anderzijds voor een bepaalde belasting de druk maximaal is wanneer de baan nul is, kan worden geschreven:

Pm max = Qmax · Bm + U (21) en

Pm MAX - Sv · PmaX (22) 25 waarin Sv de doorsnede van de vijzels is, en daaruit af te leiden: _ Qmax' B„ + U (23)

*“MAX

Omdat het bestek P,^ vaststelt en men daaruit QMAX kan kennen, terwijl het ontwerp bureau U bepaalt, is de doorsnede van de vijzels bekend dankzij de voorgaande formule, wanneer het mechanische systeem 30 eenmaal is gedimensioneerd en gepositioneerd.

Het is dan ook mogelijk het luchtvolume van de accumulators te bepalen, dat maakt dat de hydropneu-matische en mechanische systemen responsies hebben die worden voorgesteld door rechten met dezelfde helling voor een belasting Q.

Daartoe moet gelden ^5 Va — K — 1___!_ —_1___L (241

Sv-Ccdc'* _ [Pm] V . r Bm + U/Q 1 y’ 1 LPgJ |Am + Bm + u/Qj

Resteert dan ervoor te zorgen dat de nu evenwijdige rechten, die de responsies voorstellen van het 40 mechanische en het hydropneumatische systeem, samenvallen.

Dat komt neer op het vaststellen van de werkdruk in een punt van de baan met abciswaarde C0U(ee ΜυΚο op een zodanige waarde dat Fm = Fv, d.w.z.

Q(Am‘ Qouree réduite Bm) + U = P.SV (25) 45 maar P. Sv = PMSV1 + _V= PgSv [1 - 1 ~ <26) dus PM = Q Am:^eyurte + Bm+_U/Q (27) o | ’ ' ^'ouree réduite |—(

bvL k -1 J

50 __„ Λ Am · Cgupgg réduite Bm + U/Q /no\ en Pfl = Q-r1 _ r-η—— (28) e» I' bourse réduite |—*y'

M K J

Wanneer het gemeenschappelijke punt voor de mechanische en de hydraulische responsie wordt gekozen voor Couree ^υΚβ = 0, is de uitdrukking voor PM eenvoudig en wordt deze geschreven:

55 n Λ Bm + U/Q

Hm ~U Sv (29)

Wanneer gekozen wordt voor de waarde van réduite = 1, is het de uitdrukking van PG die eenvoudig 192535 8 wordt, en geschreven kan worden als p = n + + 9 u Sv (30)

Zo is het mogelijk, voor een gegeven bestek en voor een gegeven mechanisch systeem, een hydropneu-5 matisch systeem te bepalen (vijzeldoorsnede, luchthoeveelheid in de accumulators en opblaasdruk) waarvan de responsie identiek is aan de gelineariseerde responsie van het mechanische systeem voor een willekeurige waarde van de belasting aan de haak.

Omdat het normale gebruik van de boorinrichting aanleiding geeft tot een heel gebied van belastingen aan de haak moet men dus: 10 - het hydropneumatische systeem aanpassen aan elke belasting aan de haak (door bijvoorbeeld het volume van de luchthoeveelheid van de accumulators te veranderen door ballast), - het mechanische systeem aan te passen aan een bepaald hydropneumatisch systeem (door bijvooibeeld kunstmatig het gewicht U te veranderen.)

Anders moet men een fout toestaan.

15 Er wordt aan herinnerd dat: - wanneer het geheel van de in beweging zijnde onderdelen wordt beschouwd, U de som is van de gewichten varvtie onderdelen diemet bijdragen aan de spanning van de kabels, - omgekeerd Q de som is van de gewichten van die onderdelen die bijdragen tot de spanning van de kabels, 20 - na het laten variëren van de vijf onafhankelijke parameters die elke mechanische inrichting positioneren en dimensioneren, slechts die worden aangehouden waarvan de responsie kan worden beschouwd als lineair en uitgedrukt door: Q = Am · Couree rédu'rte Q (31) 25 Het gebruik van het apparaat in het gebied van alle gewichten aan de haak zal ertoe leiden dat Q verandert van tot Q^, en de druk in de hydraulische kringloop mag nooit een waarde overschrijden die vastgesteld is door het bestek en die PMAX wordt genaamd.

We veronderstellen dat een van de mechanische inrichtingen wordt vastgehouden. A„, en Bm worden dan bepaald uit de berekeningen en U door studie van de constructeur. Laat deze waarde zijn.

30 De doorsnede van de vijzels is dan bekend, omdat deze kan worden bepaald uit de formule o _ QmaX · Bm *i~ ^const v" Pmax (32)

Het volume van de luchthoeveelheid van de accumulators wordt vervolgens bepaald wanneer men een willekeurige belasting Q heeft vastgesteld die genoemd zal worden, en waarvoor de responsies van 35 het mechanische en het hydropneumatische systeem parallel lopen.

Met deze willekeurige waarde Qexact van de belasting Q kan inderdaad de hoeveelheid lucht Va van de accumulators worden bepaald (het door de lucht ingenomen volume in de hydropneumatische kringloop wanneer de rtduito gelijk is aan 1) omdat:

Va 1 40 S-fcrK= r Bm + Ucorea/Qexae, 1 1 (33) LAm + Bm + ^const^QoonstJ Ί

Tenslotte wordt de werkdruk bepaald door, voor een willekeurig punt van de baan, te schrijven dat de mechanische en de hydropneumatische responsies in dat punt gelijk zijn. De beide responsiekrommen, die reeds parallel lopen, vallen dan samen.

45 Ais men ervoor kiest de maximale druk voor deze belasting te bepalen, d.w.z. de druk bij slag nul, wordt hij P = n ^const^Qexacl ' m “Wexact Sv (34)

Hierboven is aangetoond dat voor een willekeurige waarde Q__ van de belasting Q, de intrinsieke 50 responsie van het compensatiesysteem, d.w.z. het verschil tussen de mechanische responsie en de hydropneumatische, praktisch gereduceerd zou kunnen worden tot de enkele linearisatiefout van de responsie van het mechanische systeem.

Deze responsie, die overigens in het algemeen gering is, kan zelfs uitermate laag worden gemaakt door middeling van een afhankelijkheid die in het onderstaande uiteengezet zal worden.

55 Het is dus mogelijk het volume te berekenen van de luchthoeveelheid in de accumulators, door achtereenvolgens Qexact gelijk te kiezen aan Qmin en vervolgens aan Q^.

Volgens een eerste oplossing is het dan voldoende de installatie uit te voeren met een luchthoeveelheid 9 192535 die gelijk is aan de grootste van de twee gevonden volumina, en om vervolgens tijdens het gebruik het volume van deze hoeveelheid te verlagen volgens de waarde van de belasting.

Deze aanpassing van het volume van de luchthoeveelheid van de accumulators aan de belasting kan ofwel trapsgewijs worden gerealiseerd door bepaalde luchtflessen buiten weiking te stellen, ofwel op 5 continue wijze door ballasten, of zelfs door combinatie van deze beide methoden.

Er dient te worden opgemerkt dat het volume van de luchthoeveelheid van de accumulators van de belasting afhankelijk is door middel van de verhouding U/Q.

Wanneer dus ondanks de verandering van Q de verhouding U/Q constant blijft, blijft de luchthoeveelheid zelf constant. Dit vormt een tweede oplossing.

10 Volgens de waarde die aangehouden is voor Qr___ zal het volume van de luchthoeveelheid zodanig zijn dat: S~fa = K= Γ Bm + ud/CUc, 1 1 (35) l-A|n + Bm + ^eonst/QeonstJ Ύ 15 Het gewicht van de beweegbare onderdelen die niet bijdragen aan de spanning van de kabels zal, bijvoorbeeld door de werking van een hulpvijzel voor correctie of correctievijzel 49 die een kracht Uv levert, kunstmatig worden gewijzigd, zodanig dat steeds geldt: ^ const — Uv UconGt /qcv Q” =Q^ (36) 20 dit wil zeggen dat Uw = U,**, 1 - (37>

Als de correctievijzel enkelwerkend moet zijn, is het duidelijk dat men er belang bij heeft Qmax te kiezen als waarde van Qexact. Anders zal het van belang zijn vast te stellen ergens tussen QMAX en in afhankelijkheid van hydraulische overwegingen.

25 Wanneer men zou wensen dat de waarde Uv, die reeds onafhankelijk is van de baan, ook onafhankelijk is van de belasting, zou Qexact oneindig groot gekozen kunnen worden, hetgeen zeer wel mogelijk is, en dan zou men hebben Uv = UMnst.

Fysisch, en zonder rekening te houden met de statische verschijnselen, komt dit er op neer dat men zegt dat de beweegbare uitrusting waaraan het crown-block hangt, uitgebalanceerd is, bijvoorbeeld door 30 tegenwichten.

Tenslotte blijft de werkdruk, wanneer de slag nul is, bepaald door de formule: r> r\ ^cons/Qexact 35 Het is mogelijk deze twee oplossingen te combineren. Veronderstellende dat de interessante oplossing gekozen is waarbij Qexact = QMAX.

De correctievijzel moet de maximale kracht kunnen ontwikkelen:

UvMAX = Ucons,[l-S=iiILl (38)

L UmaxJ

40 In feite kan, met behulp van een speciale waarde van Q die ligt tussen Qmax en Qmln en die Qinter genaamd zal worden, het door Ο,^χ en Qmin begrensde werkinterval worden onderverdeeld in twee complementaire intervallen. Het eerste zal worden begrensd door Q,^ en Q^,,, terwijl het tweede begrensd zal worden door Q^ en Qmin.

Het volume van de luchthoeveelheden van de accumulators is, voor het eerste interval, zodanig dat 4** ^al _ k--1_ («o)

Sv · Cedc - K1 - Γ Bm + Ucons,/QMAX 1 1 (39> L^m + Bm + Uconsj/QiyiAxJ y' en voor het tweede zodanig dat 50 V., 1 C . C = K2 = f 5 TTj /Q T 7" (40) '“'cdc j _ I t Sponst'Ginter [ 1 LAm + Bm + Uconst/QinterJ γ

De verhouding U/Q wordt constant gehouden, door de werking van de correctievijzel die zorgt voor de kracht Uv, zodanig dat in het eerste interval geldt:

SS tu» tUa-U, Ui-UW

Qmax Q Qinter (41) en in het tweede

Claims

192535 10 const _ ^const ~ ^const ~ U MAX Qinter Q Qmin (42) De verhouding van deze twee uitdrukkingen bepaalt Qjnter, want hij geeft: Q2^, = QMAX Qmin S en dan is: U'^ = \ 1 - ^-l (43) Er was vastgesteld dat op het totaal van het interval Qmax - Qmin- en voor dit gunstige geval waar Qexact = QmaX' 9°W

10 UvMAX = Uconsl [1 ~ qJ (44) Terwijl overigens alle dingen gelijk blijven, maakt dit het bij grote apparaten mogetijk 20% te winnen op de maximale prestaties van deze correctievijzel. Dit is slechts een voorbeeld, en het is een economische studie die zal kunnen aantonen of het van belang is meerdere werkgebieden te scheppen die bij vooikeur een overlapping zullen hebben.

15 Tot nu toe zijn slechts de wijzen van werken beschouwd waarbij de responsies van het mechanische en van het hydraulische systeem parallel zijn. In het geval waarin het volume van de luchthoeveelheid aangepast is aan de gehanteerde belasting, is er een instelparameter overgebleven die gebruikt is voor het superponeren van de responsies die parallel waren.

20 In het geval waarin het volume van de luchthoeveelheid aangepast is aan de gehanteerde belasting, is er een instelparameter overgebleven die gebruikt is voor het superponeren van de responsies die parallel waren. In het geval waarin het volume van de luchthoeveelheid voor altijd is vastgelegd, zijn de evenwijdige responsiekrommen gesuperponeerd dank zij de werking van een tweede systeem, correctiesysteem 25 genaamd, dat een kracht moet leveren die aangepast is aan de gehanteerde belasting, maar constant over de hele compensatiebaan. Het is overigens daarom dat deze wijze van werken van belang is, want deze correctie, die onafhankelijk is van de baan en dus constant voor een gegeven belasting, kan eventueel gerealiseerd worden door een passief systeem, d.w.z. dat niet voortdurend energie vraagt die van het uitwendige afkomstig is.

30 Deze wijze van werken kan ook worden beschouwd als een wijze van werken met fout, in het geval waarin het correctiesysteem niet geïnstalleerd is. De fout is dan gelijk aan de kracht die van het correctiesysteem werd gevraagd. Maar men kan ook bij deze wijze van werken waar de luchthoeveelheid constant is, het principe van de evenwijdigheid van de responsies verlaten ten gunste van een gelijkheid daarvan in een willekeurig punt 35 van de compensatiebaan. Wanneer het er niet om gaat te corrigeren, zal de waarde van de baan waarvoor de gelijkheid van de mechanische en de hydropneumatische responsie wordt gerealiseerd, zo gekozen worden dat het grootste verschil van de responsies, d.w.z. de fout, minimaal is. Wanneer de gelineariseerde responsies worden beschouwd, is het duidelijk dat halverwege de baan 40 deze conditie is gerealiseerd. Dit wordt bereikt wanneer de fout, op het teken na, dezelfde is aan beide grenzen en, wanneer de gelineariseerde responsies worden beschouwd, treedt dit op wanneer het halverwege de baan is dat de gelijkheid van de mechanische en de hydropneumatische responsie is gerealiseerd. 45 Drijfbare installatie met boortoren of dergelijke inrichting, voorzien van middelen om een aan de toren hangend element te onttrekken aan de bewegingen van die toren, omvattend een eerste en een tweede 50 katrol, waarbij deze laatste dient om het element op te hangen, terwijl de eerste katrol tegelijk verbonden is met de as van een eerste tussenschijf en met de as van een tweede tussenschijf via een eerste, rasp. een tweede stand, een eerste schijf en een tweede schijf die bevestigd zijn ten opzichte van de toren, waarbij de as van de eerste vaste schijf resp. van de tweede vaste schijf via een derde stang resp. een vierde stang verbonden is met de as van de eerste tussenschijf resp. van de tweede tussenschijf, een eerste en een 55 tweede vasthoudorgaan, een kabel die deze vasthoudorganen verbindt doordat hij achtereenvolgens, beginnend bij het tweede vasthoudorgaan, over de eerste vaste schijf, de eerste tussenschijf, de eerste katrol en de tweede katrol loopt, terwijl ten minste één lus wordt gevormd, de tweede tussenschijf en de 11 192535 tweede vaste schijf, ten minste een zuiger waarvan het uiteinde verbonden is met de eerste katrol en het andere verbonden is met de toren, en ten minste een accumulator in hydropneumatische verbinding met die zuiger, waarbij de eerste en de tweede stang identieke lengten hebben gelijk aan C, evenzo de derde en de vierde stang een identieke lengte hebben gelijk aan B, terwijl de halve afstand tussen de as van de eerste 5 en van de tweede vaste schijf gelijk is aan A, en de afstand tussen de as van de eerste katrol en het vlak door de assen van de eerste en tweede schijf gelijk is aan G, met het kenmerk, dat de grootheden A, B, C, G en de doorgang van de kabel zo zijn bepaald dat de mechanische krachten Fm en de hydropneumatische krachten Fv in hoofdzaak gelijk zijn over ten minste een gedeelte van de baan, doordat de mechanische krachten Fm en de hydropneumatische krachten Fv resp. gegeven worden door de uitdrukkingen: en Fy = PjSv [1 - K (1 ~ ^anwiéduite)] 15 waarin Q = de kracht afkomstig van alles wat bijdraagt aan de spanning van de kabels; N = aantal kabelstrengen op de katrol, U = fractie van Fm die onafhankelijk is van de spanning van de kabels, β = hoek tussen het stuk van de kabel dat ligt tussen de vaste schijf en de tussenschijf en de rechte die de 20 middelpunten van deze schijven verbindt; φ = hoek die bepaald wordt door de richting van de rechte die de middelpunten van de eerste en de tweede vaste schijf verbindt en de richting van de rechte die de assen van de eerste vaste schijf en van de eerste tussenschijf verbindt, γ = de hoek tussen het stuk van de kabel die de tussenschijf en een schijf van de katrol verbindt en de 25 rechte die de middelpunten van deze twee schijven veibindt, Θ = de hoek tussen de richting van de rechte die de middelpunten van de eerste en de tweede vaste schijf verbindt en de richting van de rechte die de middelpunten van de eerste katrol en van de eerste tussenschijf verbindt; Pg <= de voordruk van de accumulators,

30 Sv = de doorsnede van de vijzels, K = Va / met Va = volume van de accumulators, totale baan van de eerste katrol, Cour,· rédurte = werkelijke baan/Ce*. 35 y' = ontspanningscoëfficiënt van de gassen.

2. Installatie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze een hulpvijzel voor correctie omvat, waarvan de kracht regelbaar is.

3. Installatie volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat deze een meetorgaan omvat voor het bepalen van de kracht die uitgeoefend wordt door de tweede katrol en stuurmiddelen voor de hulpvijzel.

4. Installatie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoek tussen de rechte, die de as van de eerste resp. de tweede vaste schijf en de eerste resp. de tweede tussenschijf verbindt en de rechte door het gedeelte van de kabel dat deze twee schijven verbindt, ten minste gelijk is aan 45°.

5. Installatie volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de eerste katrol voorzien is van ballast· middelen.

6. Installatie volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de grootheden A, B, C, G en het verloop van de kabel zo zijn bepaald dat de gelineariseerde uitdrukkingen voor Fm en Fv identiek worden gemaakt.

7. Installatie volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de uitdrukking die de hydropneumatische krachten geeft wordt gelineariseerd door slechts de hydropneumatische krachten te beschouwen die worden gegeven door die uitdrukking in twee grenspunten van de baan van de eerste katrol. Hierbij 6 bladen tekening