NO148650B - Baerekonstruksjon for offshore-plattformer - Google Patents

Abstract

Bærekonstruksjon for offshore-plattformer.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en bærekonstruksjon for offshore-plattformer, hvor bærekonstruksjonen i bruk står på sjøbunnen som et oppadragende tårn og omfatter en øvre sek-" sjon som understøtter plattformen og fritt kan krenge i forhold til én eller flere nedre seksjoner om tre eller flere akser som ved anvendelse ligger på tvers av konstruksjonens oppadløpende hovedakse og som ligger i forskjellige plan og er forskjøvet i forhold til en vertikal akse som inneholder den øvre seksjons tyngdepunkt, slik at ved krengning av den øvre seksjon om en av de tverrgående akser ved bølgebevegelser vil denne seksjon på grunn av tyngdekraftens virkning vende tilbake til sin utgangsstilling.

Etter påvisningen av olje under bunnen av Nordsjøen er det brukt mye tid på utforming av offshore-plattformer og andre plattformer og bærekonstruksjoner for disse som er egnet for bruk i dette sjøområde som er beryktet for dets meget varierende forhold.

En form for offshore-konstruksjon som er i bruk omfatter en flytekonstruksjon som blir holdt neddeykket under vannflaten ved forankring til havbunnen med fortøyningsrep, wirer eller liknende. Plattformen er passende anordnet på underkonstruk-sjonen på ben, slik at den ligger klar av vannflaten. Denne konstruksjon har den ulempe at den kan brytes løs ved brudd på fortøyningsrepene og bli ustabil, og idet dens stabilitet er avhengig av et flytende fundament vil dessuten dens stabilitet påvirkes sterkt av vannstrømmer og bølgebevegelser i høy sjø.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å frem-bringe en bærekonstruksjon for of f shore-plattf ormer, som står på sjøbunnen, men som er i stand til å gi etter under virkningen av bølgebevegelser i forutbestemt grad for å hindre skade

når den utsettes for disse i høy sjø

Bærekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at den er utstyrt med anordninger for dempning av tilbakevendingen av den øvre seksjon til utgangsstillingen, hvorved dempningsanordningene er anordnet i gaffelledd som er utstyrt med et hode og en hylse og omfatter strupeåpninger i hylsen hvorigjennom det tvinges vann når hodet og hylsen beveger seg tilbake til inngrep med hverandre etter den innbyrdes krengningsbevegelse som atskiller hodet og hylsen.

Konstruksjonen kan være utstyrt med ettergivende stramme-anordninger som tvinger seksjonene sammen og motvirker kreng-ningen mellom dem.

Fortrinnsvis danner hvert par av naboleddanordninger ved omkretsen en akse som seksjonene er innrettet til å krenge om i forhold til hverandre.

Det anvendes fortrinnsvis tre søyleseksjoner, en nedre seksjon, en mellomseksjon og en øvre seksjon, idet den nedre seksjon og mellomseksjonen er forbundet med hverandre ved hjelp av gaffelledd, idet krengningsaksene mellom den nedre seksjon og mellomseksjonen er vinkelmessig forskjøvet i forhold til aksene for innbyrdes krengning mellom mellomseksjonen og den øvre seksjon.

Fortrinnsvis er det tre gaffelledd som danner leddanordningene mellom den nedre seksjon og mellomseksjonen og tre tilsvarende ledd mellom mellomseksjonen og den øvre seksjon og er anordnet langs seksjonenes omkrets.

Alternativt kan leddanordningene være rettlinjete ribber som ligger i rettlinjete stanghylser og som er innrettet til å bevege seg i disse når den innbyrdes krengning finner sted.

Når en av seksjonene krenger ved bølgebelastning, samles det energi i strekkablene (dersom slike anvendes), og dessuten kan det, på grunn av at bølgekreftene er sykliske, motsatte og forsøker å føre den krengende seksjon tilbake til den ukrengete stilling; og på grunn av at seksjonene er forholdsvis massive, desom seksjonen akselereres av disse tilbakeføringskrefter, oppstå betydelige støtbelastninger som vil kunne forårsake skade på seksjonen som den krengende seksjon står på, dersom det ikke er anordnet dempningsanordninger.

Fortrinnsvis er dempningsanordningen variabel, slik at dens dempningsvirkning øker,fortrinnsvis automatisk, j.o nærmere den krengende seksjon kommer utgangsstillingen slik at den vil sitte mykt i utgangsstillingen og vil ikke bevege seg forbi sentrum.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i det etterføl-gende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et perspektivriss som viser plattform-bærekonstruksjonens geometri. Fig. 2 viser et sideriss av plattformen og bærekonstruksjonen for denne. Fig. 3, 4, 5 og 6 viser skjematisk snitt etter henholdsvis linjer I-l, II-II, III-III og IV-IV i fig. 2.

Fig. 7 viser et skjematisk snitt etter linjen V-V i

fig. 4 gjennom konstruksjonen i et av gaffelleddene.

.Fig. 8 viser et snitt etter linjen VI-VI i fig. 7 og viser kulen og dens anbringelse i leddet i fig. 7.

Fig. 9 viser et skjematisk riss som viser hvordan kulen og hylsen i leddet i fig. 7 kommer sammen etter en innbyrdes krengningsbevegelse av seksjonene i konstruksjonen som fører til atskillelse av kulen fra hylsen.

Det henvises til figurene hvor en offshore-konstruksjon 10, som kan være en bore- eller servicekonstruksjon e.l., omfatter tre stående,, søyler når den er i bruksstilling. Søylen består hovedsakelig av tre seksjoner, nemlig en nedre seksjon som er dannet av nedre lagertanker 12, en mellomseksjon 14 dannet av to tunge, trekantete rammer 16 og 18 som er innbyrdes atskilt med aksialt skråstilte stag 20, samt en øvre seksjon 22 som har form av en trekantet ramme 22A, en sylindrisk midtsøyle 22B, stagstenger 22D samt bærestenger 22C. Oppå seksjonen 22 er det anbrakt en plattform 24 hvor det vil være anordnet boretårn, bygninger, tanker o.l. etter behov. Tegnin-gene viser plattformen 24 ved lasting av et tankskip 23 med olje .

Konstruksjonen er utformet slik at den øvre seksjon kan bevege seg når den utsettes for store bølgebelastninger, og for dette formål er henholdsvis den nedre seksjon og mellomseksjonen og mellomseksjonen og den øvre seksjon forbundet med hverandre med gaffelledd. Disse ledd er anordnet i tverrgående plan og muliggjør innbyrdes krengning mellom seksjonene, noe som vil bli forklart nedenfor under henvisning til fig. 1. Hver forbindelse er i form av en kuleleddanordning, og forbin-delsene mellom hvert par av tilstøtende seksjoner er anordnet med innbyrdes avstand langs søylens omkrets. I den viste utfø-relsesform har de tre forbindelser mellom hvert par av til-støtende seksjoner en avstand på 120°, og ett sett forbindelser er innbyrdes forskjøvet med en vinkel på 60° ^ forhold til det annet sett. Dette arrangement muliggjør krengningsbevegelse i seks mulige retninger, noe som vil bli forklart under henvisning til fig. 1.

Vekten av mellomseksjonen og den øvre seksjon holder disse seksjoner fast anbrakt på gaffelleddene, men i tillegg kan om nødvendig seksjonene belastes aksialt sammen ved hjelp av strekkorganer, i denne utførelsesform med ekstra kraftige rep, kabler eller liknende som er strukket mellom undersiden av plattformen 24 og tankene 12, idet repene ligger utenfor stangen 22B, men har sitt virkesentrum i midten av søylen. Disse rep kan bestå av parafilmateriale,slik at de er i stand til å gi etter ved .krengningsbevegelser mellom seksjonene, slik som forklart nedenfor.

Det henvises til fig. 1 hvor den nedre seksjon, mellomseksjonen og den øvre seksjon er angitt med henvisningsbeteg-nelser A, B og C og er for enkelhets skyld vist som sylindriske konstruksjoner. De tre gaffelledd mellom seksjonene A og B er angitt med kuler 26, 23 og 30. Likeledes er de tre gaffelledd mellom seksjonene B og C angitt med kuler 32, 34 og 36. Senter-linjen for virkningen av seksjonenes tyngdekraft og, dersom det anvendes rep, strekkraften som utøves av repene er angitt med henvisningstall 38. Hvert par av naboledd langs omkretsen i hvert plan danner en akse som løper gjennom sentrum av leddene. De respektive seksjoner kan innbyrdes krenge om disse akser. Leddene 26, 28 og 30 danner således krengningsakser 40, 42 og 44, mens leddene 32, 34 og 36 danner krengningsakser 46 48 og 50. Leddene 26-36 og aksene 40-50 er vist klart i fig. 5.

Under normale sjøbetingelser vil seksjonene ikke krenge

i forhold til hverandre, men dersom store belastninger fra sjøen utøves på søylen, såsom antydet med en kraft F i fig. 1, vil søylen istedenfor å ta skade av disse store belastninger krenge om en av de ovennevnte seks akser, avhengig av kraftens F retning. Dersom det antas at den har den retning som er an-

gitt i fig. 1, vil søylen dreie om aksen 48 i overensstemmelse med følgende likning:

hvor f er en kraft som overføres av strekket i repene, dersom disse anvendes, og w er en vekt som virker midt i søylen og motvirker den innbyrdes krengning.

Dette arrangement sikrer at konstruksjonen vil gi etter, noe som er ønskelig under stor belastning. I praksis vil som følge av dynamikken i bølgebevegelsen dreiningen i en søyle med en høyde på 335 m være nokså liten, og søylen vil hurtig vende tilbake til dens statiske utgangsstilling på grunn av bølgebevegelsenes sykliske natur.

Antallet gaffelledd kan varieres, noe også antallet plan hvor gaffelleddene er anbrakt kan, og det er klart at det er ønskelig at sentrum for kraften som utøves av strekkrepene bør ligge på linjen 38 midt i søylen og absolutt i planet som inneholder alle seks akser 40-50.

Konstruksjonens seksjoner vil fortrinnsvis være fremstilt av metall, men de..kan, idet minste mellomseks jonen og den øvre seksjon, være konstruert av armerte betongbjelker som er sam-menføyet til et rammeverk.

Dersom seksjonen 10 eller seksjonen 14 krenger i forhold til den seksjon den står på, slik som forklart ovenfor, samles det ved strekking av repene, dersom disse anvendes, og i massen i den eller de krengende seksjoner opp stillingsenergi, som vil føre seksjonen (e) tilbake til utgangsstillingen. Dessuten er bølgekreftene,som utøves på seksjonen(e) og som bringer dem til å krenge,sykliske og faktisk tilbakeførende i forhold til kraftpåvirkningene, og bevirker at kraften i den motsatte retning har tendens til å føre den eller de krengende seksjoner tilbake til utgangsstillingen en gang til. Denne oppsamlete energi og den motsatte av bølgekraften vil faktisk akselerere den krengende seksjon tilbake til dens utgangsstilling med det resultat at seksjonen når den kommer til utgangsstillingen kan støte tungt mot seksjonen den står på og kan gå forbi senteret, noe som resulterer i krengning i den motsatte retning med den følge at det er fare for at det kan oppstå en resonanssituasjon hvor seksjonen krenger bakover og forover, eller seksjonen kan gynge på en transient måte. I begge tilfeller er denne effekt uønsket på grunn av at støting av en seksjon mot den seksjon den står på kan føre til en ødeleggelse av konstruksjonen. Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det sørget for dempning av seksjonene slik at etter seksjonen 10 eller 10 og 14 har krenget eller krenget sammen når seksjonen(e) vender tilbake til utgangsstillingen, styres tilbakebevegelsen ved at den er dempet. Dempningen kan oppnås på forskjellig måte. F.eks. kan støtdempere hvor sjøvannet anvendes som dempningsvæske for-bindes direkte mellom seksjonene 10, 12 og 14. Det foretrekkes at dempningsanordningen er slik at dempningen utøves i bare én retning, nemlig i retningen for tilbakevendingen av den krengende seksjon eller de krengende seksjoner til utgangsstillingen, og dempningen bør øke progressivt etter hvert som seksjonen (e) kommer nærmere utgangsstillingen. Enveisventilarrange-menter kan anvendes for å eliminere enhver dempningsvirkning mot seksjonene ved krengning bort fra utgangsstillingen. Når således seksjonen 10 krenger, beveger demperen eller demperne seg fritt i sjøvannet, men under tilbakekrengningsbevegelsen av seksjonene er fortrengningen av det innførte sjøvann hemmet, og helst progressivt hemmet, i større grad og automatisk slik at dempningen er meget sterk når seksjonen når utgangsstillingen. Denne løsning bevirker sterk reduksjon, eller full-stendig eliminasjon av støtet fra seksjonen mot den seksjon den krenger i forhold til, og medvirker dessuten på effektiv måte til å hindre at den krengende seksjon kommer i en resonanssituasjon.

Ifølge en særlig hensiktsmessig utførelsesform,som er vist i fig. 7-9, er demperne inkorporert i gaffelledd mellom seksjonene 10, 12 og 14. Som vist i fig. 7, omfatter hvert gaffelledd et kuleelement 100 som blir båret av en kort sokkel 102 og en hylse 104. Kuleelementet er glidbart anordnet i sokkelen 102 for begrenset bevegelse, slik som angitt med en pil 106, på tvers av konstruksjonen ved hjelp av en svalehaleforbindelse 108, mens hylsen er utstyrt med et hulrom 110 for opptakelse av kulen, idet hulrommet er kjeglestumpformet i sin nedre, åpne ende og oppad til det øvre område som er delvis kuleformet slik at det er komplementært til kulen 100. En en-veis, innsnevret strømningspassasje 112 fører fra det sfæriske område av hulrommet 110 innad i det ben som bærer hylsen.104 for den begrensete strømning av sjøvann fra hulrommet når kuleelementet 100 og hylsen 104 beveger seg sammen til den stilling som er vist i fig. 7. Passasjen 112 er utstyrt med en enveisventil 113. Kuleelementet 100 og hylsen 104 vil være fremstilt av slitesterkt og korrosjonsbestandig materiale, såsom en messinglegering e.l.

Retningen 106 for kuleelementets 100 mulighet til å gli

i forhold til sokkelen 102 er også vist i fig. 4, og det frem-går at denne retning halverer vinkelen mellom de to armer av rammen 22A som fører fra vedkommende kopling. Dette betyr at kuleelementet glir i en retning som er vinkelrett på krengningsaksen som er definert av de to andre gaffelblad, som er den beste retning for kuleelementet 100 å gli for å oppta feil innstilling mellom kuleelementet 100 og hylsen 104 når disse danner inngrep etter en krengningsbevegelse mellom seksjonen som atskiller kuleelementet 100 og dettes hylse og etterføl-gende tilbakeføring av seksjonene til utgangsstillingen. Det er under denne tilbakeføringsbevegelse at seksjonens bevegelse dempes av de beskrevne anordninger.

Fig. 9 viser den tilbakegående bevegelse, idet hylsen 104 og kuleelementet er vist med heltrukne linjer. Når hylsen 104 nærmer seg kuleelementet 100 slik som antydet med strekete linjer og med henvisningstall 114, føres elementet 100 innad i hulrommet 110 og avstenger et kvantum vann i dette. I begyn-nelsen kan vannet unnslippe forbi kuleelementet på grunn av klaringen mellom kuleelementet 100 og den kjeglestumpformete del av hulrommet 110, slik som antydet med en pil 116, men denne klaring er begrenset, og en innledende dempningseffekt utøves på tilbakeføringsbevegelsen av hylsen 104. Ved innførin-gen av kuleelementet 100 i hulrommet reduseres klaringen ytter-ligere, og dempningseffekten økes progressivt inntil det res-

e

terende vann slipper ut gjennom en it^et liten klaring, hvor dempningen har et maksimum, og kuleelementet eventuelt danner anlegg mot den sfæriske del av hulrommet 110 slik som vist i fig. 7 og med strekete linjer og med henvisningstall 118 i fig.

9. Tilbakeføringsbevegelsen er derved dempet i kontrollert grad for unngåelse av sterke støt mellom hylsen 104 og kuleelementet 100. Når kulen 100 og hylsen 104 er atskilt fra hverandre, trekkes vann inn i hulrommet 110 fritt gjennom ventilen 113.

Det indre av benet er åpent slik at sjøvann kan strømme fritt inn, og den viste enveisventil omfatter en kule og en fjær som tvinger mot et ventilstengningssete.

Alle konstruksjonens gaffelledd er bygget like, idet kuleelementet i hvert tilfelle' er innrettet til å gli i en retning som er vinkelrett på krengningsaksen som er definert av de to andre gaffelledd i trekanten som danner krengnings-planet.

Claims (2)

1. Bærekonstruksjon for offshore-plattformer (24), hvor bærekonstruksjonen i bruk står på sjøbunnen som et oppad- ' ragende tårn og omfatter en øvre seksjon (22, 22A, 22B, 22C, 22Dj C) som understøtter plattformen og fritt kan krenge i forhold til én eller flere nedre seksjoner (12, 14, 16, 18,

20; B, A) om tre eller flere akser (40-50) som ved anvendelse ligger på tvers av konstruksjonens oppadløpende hovedakse og som ligger i forskjellige plan og er forskjøvet i forhold til en vertikal akse som inneholder den øvre seksjons tyngdepunkt, slik at ved krengning av den øvre seksjon om en av de tverrgående akser ved bølgebevegelser vil denne seksjon på grunn av tyngdekraftens virkning vende tilbake til sin utgangsstilling, karakterisert ved at konstruksjonen er utstyrt med anordninger for dempning av tilbakevendingen av den øvre seksjon (22, 22A, 22B, 22C, 22D; C) til utgangsstillingen, hvorved dempningsanordningene er anordnet i gaffelledd (26, 28, 30, 32, 34, 36) som er utstyrt med et hode (100) og en hylse (104) og omfatter strupeåpninger (112) i hylsen hvorigjennom det tvinges vann-når hodet og hylsen beveger seg tilbake til inngrep med hverandre etter den innbyrdes krengningsbevegelse som atskiller hodet (100) og hylsen (104).

2. Bærekonstruksjon i samsvar med krav 1, karakterisert ved at hodet (100) er glidbart anordnet på en sokkel (102) for bevegelse på tvers av konstruksjonen ved hjelp av en svalehaleforbindelse (108) for å medvirke til anbringelse av hodet (100) i den respektive hylse (104) etter atskillelse som følge av krengebevegelsen.