NO151815B - Fremgangsmaate og anordning for dempning av sykliske bevegelser i et flytende legeme - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en

anordning for dempning av sykliske bevegelser i et flytende legeme som er forankret til sjøbunnen ved hjelp av et antall langstrakte, stort sett vertikale strekkopptagende organer,

hvor i det minste noen av organene er forspent i en slik grad at legemet holdes på et dypgående som gjør dets oppdrift større enn dets vekt.

Slike flytende legemer har tidligere vært foreslått benyttet

som plattformer for bruk ved utvinning av petroleumsforekomster til havs og betegnes gjerne som strekkforankrede plattformer.

Slike strekkforankrede plattformer er tenkt å skulle erstatte

de konvensjonelle delvis nedsenkbare, kjedelinjeforankrede

plattformer på vanndyp over ca. 150 m. På større vanndyp enn dette blir nemlig forankringslinene for de delvis nedsenkbare plattformer svært lange, tunge og dyre, og dessuten har de

dårligere evne til å holde plattformen i ro under innvirkning av bølger, vind og strøm. Til sammenligning forløper den strekk-

forankrede plattforms forankringskabler omtrent loddrett fra plattformen ned til havbunnen og står under en stadig forspenning,

slik at plattformen holdes i stort sett konstant avstand over havbunnen uansett bølger og tidevann. Dessuten vil kablene være så korte som mulig, slik at deres egenvekt ikke vil belaste dem i alvorlig grad.

Imidlertid vil den strekkforankrede plattform i praksis ikke bli

liggende helt i ro selv om forankringskablene er forspent til enhver tid. På grunn av sin relativt store lengde vil forankrings-

kablene ha en viss elastisitet og dermed oppføre seg som stive strekkfjærer. Disse fjærer vil tøyes og slakkes noe når platt-

formen utsettes for bølger, med tilsvarende bevegelser av

plattformen. Under normale omstendigheter vil plattformens bevegelser være mye mindre enn bølgehøyden og således uten nevne-

verdig betydning, men under uheldige omstendigheter vil man kunne risikere at bølgene har samme frekvens som plattformens egen svingefrekvens, noe som lett vil kunne føre til resonans.

Da plattformens naturlige dempning er relativt liten, vil en resonanstilstand kunne føre til meget store svingeamplituder som.

fort ville kunne gi utmattning av forankringskablene og som

dessuten ville nødvendiggjøre meget komplisert og kostbart bevegelseskompenseringsutstyr for stigerør og andre forbindelser mellom plattformen og brønnhoder på havbunnen.

Det er således nødvendig å unngå muligheten av resonans. Ved relativt moderate havdyp kan dette oppnås ved å gjøre plattformens forankringssystem så stivt at egensvingefrekvensen blir liggende godt over frekvensen av de bølger som kan forventes å forekomme med en viss energi.

Det vil forstås at ved økende vanndyp og dermed større lengde

på forankringskablene, vil forankringskablenes samlede tverrsnitt måtte økes for å gi den forønskede stivhet. En slik tverrsnitts-økning kan oppnås ved å øke kablenes tverrsnitt og/eller øke antall kabler. Når både lengden og tverrsnittet av kablene økes samtidig, blir de raskt så vidt tunge at de blir proble-matiske å håndtere og installere. Øker man istedenfor kablenes antall, vil de måtte monteres så vidt tett inntil hverandre at man får plassproblemer hvor kablene skal festes i plattformen. Videre vil transversale svingninger som kablene vil bli utsatt for, f.eks. på grunn av strøm i vannet, lett kunne føre til at kablene slår mot hverandre og skades. Disse forhold medfører at man på vanndyp over ca. 300 m får store problemer og merom-kostninger i forbindelse med forankringskablenes konstruksjon og arrangement.

Det er således et formål med oppfinnelsen å avhjelpe ovennevnte problemer ved tidligere forslag til strekkforankrede plattform-konstruksjoner. Videre er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en strekkforankret plattformkonstruksjon som vil kunne forhindres fra å bevege seg vertikalt i nevneverdig grad når den utsettes for de vanligste forekommende bølger.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte type, hvor det karakteristiske er at det i minst ett av de strekkopptagende organer tilveiebringes strekkvariasjoner som er større enn de strekkvariasjoner som opptrer i de øvrige strekkopptagende organer på grunn av det flytende legemes bevegelser.

Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebragt en anordning av den innledningsvis nevnte type som er karakterisert ved at legemet er forsynt med en kraftkilde og en styreenhet innrettet til å bevege i det minste ett av de strekkopptagende organers festepunkt i legemet i vedkommende organs lengderetning, stort sett i takt med legemets bevegelser og stort sett i samme retning som legemet beveger seg i forhold til sjøbunnen.

Ved en truende resonanstilstand, dvs. når de opptredende bølger søker å bevege det flytende legeme med dets egen naturlige svingefrekvens, kan man ved hjelp av fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen bevirke periodiske variasjoner i forspenningen av de strekkopptagende forankringsorganer som forstyrrer legemets harmoniske svingebevegelser, noe som motvirker oppbygning' av en resonanstilstand. Ved å styre de tilveiebragte strekkvariasjoner slik at ett eller flere av de strekkopptagende organer strammes mer enn de øvrige når det flytende legeme søkes hevet av en bølge og slakkes mer enn de øvrige når legemet befinner seg i en bølgedal, vil man kunne oppnå variasjoner i forankrings-organenes forspenning som tilsvarer de krefter som bølgen virker på legemet med og således opphever disse, med det resultat at legemet blir liggende stort sett i ro.

Ytterligere fordelaktige trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av

de uselvstendige krav og av følgende beskrivelse av et fore-trukket utførelseseksempel på oppfinnelsen vist skjematisk på vedføyede tegning.

Den eneste figur på tegningen viser et parti av en flytende plattformkonstruksjon 1 som er forankret til sjøbunnen 2 ved hjelp av stort sett vertikale strekkopptagende organer i form av kabler 3 og 4. Kablene er forspent slik at plattformens oppdrift er større enn dens vekt, dvs. at vannlinjen tilsvarende vannflaten 5 er.høyere enn den ville ha vært dersom plattformen fløt fritt.

Kabelen er forbundet med plattformen via to hydraulsylindere 6

og 7. Hydraulsylinderen 6 er enkeltvirkende og betegnes for-spenningssylinder. Dens trykkside 8 er via et skilleorgan 9

forbundet med et gassvolum 10 som er så vidt stort i forhold til forspenningssylinderens slagvolum at trykket på sylinderens 6 trykkside 8 forblir stort sett det samme uansett stempelets 15 stilling. Forspenningssylinderen 6 vil derfor bidra med en forspenningskraft i kabelen 4 som er relativt konstant selv om plattformen 1 skulle utføre hivbevegelser i sjøgang.

Den andre hydraulsylinder 7 er dobbeltvirkende. Dens to sider

er forbundet med en regulerbar pumpe 11 som kan omstyres til å pumpe hydraulisk fluid i begge retninger. Pumpen 11 kan videre virke som hydraulisk motor når hydraulsylinderen 7 virker som pumpe. Pumpen 11 drives av en elektromotor 12 som også kan virke som generator når pumpen 11 virker som motor. Pumpe-motor-enheten 11, 12 styres av en styreenhet 13 som mottar et signal fra et akselerometer 14. Styreenheten 13 er innrettet til å kunne integrere signalet fra akselerometeret 14, slik at pumpe-motor-enheten 11, 12 kan styres både ut fra plattformens 1 hastighet og posisjon.

Dersom enheten 11, 12 styres ut fra plattformens hastighet, dvs. slik at sylinderen 7 utøver en kraft på plattformen 1 som er proporsjonal med plattformens hastighet og motsatt rettet, øker man i realiteten den viskøse dempning av plattformen. I dette tilfelle vil den kombinerte pumpe og motor 11 hele tiden kunne virke som motor, mens den kombinerte motor og generator 12 vil kunne virke som generator, idet gassreservoaret 10 virker som temporært lager for noe av den energi som tas ut av systemet.

En slik forsterkning av den naturlige dempning vil i mange til-feller være nok til å forhindre at det i en resonanstilstand overføres så mye energi til plattformen at det oppstår farlig store bevegelsesamplituder.

Dersom man derimot styrer pumpe-motor-enheten 11, 12 ut fra plattformens bevegelse eller posisjon i forhold til en likevekts-posisjon, vil det være mulig å få hydraulsylinderen 7 til å utøve en kraft på plattformen 1 som til enhver tid er tilnærmet motsatt like stor som eksitasjonskraften fra bølgene. I dette tilfelle vil summen av de ytre krefter som virker på plattformen være nær null, slik at plattformen ikke beveger seg nevneverdig.

I og med at plattformen ikke beveger seg, vil det ikke kunne overføres energi til denne fra bølgene, og dermed vil det heller ikke kunne oppstå noen resonanstilstand.

I praksis vil man sannsynligvis kombinere de to styringsmåter ved bølger over en viss størrelse for å holde dimensjon og kapa-

i sitet for de enkelte komponenter 7, 11 og 12 på et rimelig nivå. j Det vil kunne ses at ved passende styring kan man få et netto kraftutbytte fra systemet. j

Oppfinnelsen kan varieres på en rekke måter innen rammen av de påfølgende krav. Således kan forspenningssylinderen 6 sløyfes og sylinderen 7 istedenfor dimensjoneres til å kunne gi både den gjennomsnittlige forspenningskraft og de nødvendige varia-

sjoner i denne. Imidlertid vil dette betinge større kapasitet i pumpe-motor-enheten 11, 12, 'slik at denne forenklig sannsynlig-

vis vil medføre et dyrere system. På tegningen er det kun vist en kabel forsynt med en anordning ifølge oppfinnelsen. Imidlertid er det intet i veien for å forsyne flere av kablene med en slik anordning, og hvor forankringskablene er gruppert på forskjellige steder av det flytende legeme, eksempelvis i hjørnene av en plattformkonstruksjon, vil det være hensiktsmessig å

i ha en anordning ifølge oppfinnelsen for hver gruppe. Hver av disse anordninger kan ha sin egen styreenhet, men disse kan igjen være underlagt en overordnet, felles styreenhet for bedre å kunne kontrollere plattformens rullebevegelser, eventuelt også

i ^slingrebevegelser.

j Det vil forstås at virkningen av fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen vil være størst når de påtrykte strekkvariasjoner i kabelen 4 skjer med samme frekvens som plattformens bevegelser. Imidlertid vil disse strekkvariasjoner også kunne

ha en frekvens som avviker fra plattformens bevegelsesfrekvens

i og likevel bevirke forstyrrelser av plattformens harmoniske svingninger slik at resonans motvirkes.

i i i

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for dempning av sykliske bevegelser i et flytende legeme (1) som er forankret til sjøbunnen (2) ved hjelp av et antall langstrakte, stort sett vertikale strekkopptagende organer (3, 4), hvor i det minste noen av organene er forspent i en slik grad at legemet holdes på et dypgående som gjør dets oppdrift større enn dets vekt, karakterisert ved at minst ett av de strekkopptagende organer (4) påtrykkes strekkvariasjoner som er større enn strekkvariasjonene i de øvrige strekkopptagende organer (3) forårsaket av det flytende legemes (1) bevegelser.
2. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte strekkvariasjoner påtrykkes i takt med legemets (1) bevegelser.
3. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte påtrykte strekkvariasjoner utføres stort sett i fase med legemets posisjonsvariasjoner.
4. 4. Anordning ved et flytende legeme (1) som er forankret til sjøbunnen (2) ved hjelp av et antall langstrakte, stort sett vertikale strekkopptagende organer (3, 4), hvor i det minste noen av de strekkopptagende organer er forspent i en slik grad at det flytende legeme holdes på et dypgående som gjør dets oppdrift større enn dets vekt, karakterisert ved at legemet (1) er forsynt med en kraftkilde (7, 11, 12) og en styreenhet (13) innrettet til å bevege i det minste ett av de strekkopptagende organers (4) festepunkt i legemet i vedkommende organs lengderetning stort sett i takt med legemets bevegelser og stort sett i samme retning som legemet beveger seg i forhold til sjøbunnen (2) .
5. 5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at nevnte kraftkilde omfatter en dobbeltvirkende hydraulsylinder (7) som er forbundet med en omstyrbar pumpe-motor-enhet (11) som drives, resp. driver en kombinert elek-trisk motor-generator-enhet (12).
6. 6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at nevnte enheter (11, 12) er forbundet med styreenheten (13), som mottar et signal fra et akselerometer (14).
7. 7. Anordning ifølge krav 4, 5 eller 6, karakterisert ved at den omfatter en enkeltvirkende hydraulsylinder (6) hvis trykkside (8) står i forbindelse med en akkumulatorinnretning (9, 10) som omfatter et gassvolum (10).