NO154662B - Bemannet autonomt undervannsfartoey. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et bemannet autonomt under-vannsfartøy med minst én utvendig manipulator som er montert på en bæreanordning som er bevegelig langs en stort sett horisontal skinneføring, som er montert utvendig på fartøyets trykkskrog.

Utnyttelsen av olje- og gassressurser under havet har etterhvert ført til behov for en undervannsteknologi som egner seg for stadig større dyp. Ettersom produk-sjonen forflyttes til større dyp, ofte i værharde farvann, øker behovet for overflate-uavhengige undervanns-systemer. Det har vært foreslått flere undervannsanlegg beregnet for plasering på havbunnen og for fjernstyring, slik at man er uavhengig av et fartøy på overflaten. Slike undervannsanlegg befinner seg imidlertid i et meget krevende miljø, og det er derfor et krav at de må kunne vedlikeholdes, overhales og repareres ved behov. For mindre dyp anvendes dykkere for slike arbeider. På større dyp vil dykkere bare kunne anvendes i begrenset utstrekning, hvis over-hodet, og det har derfor vært foreslått å utvikle såkalte mini-ubåter, bemannede eller ubemannede, forsynt med egnede manipulatorer for utførelse av arbeider på undervannsanlegget. Det har også vært foreslått å utforme et undervannsanlegg med en integrert kontroll- og servicesentral i form av et dykkerkammer som personell kan få adgang til via en dykkerklokke. En ulempe ved de kjente systemer er at man ikke er helt ut uavhengig av et fartøy på overflaten. Dykkere og dykkerkamre krever kontakt med overflaten ved hjelp av en såkalt navlestreng, og det samme gjelder for ubemannede mini-ubåter. Også en bemannet mini-ubåt er avhengig av en nærliggende overflatebase i form av et egnet fartøy, fordi slike mini-ubåter bare har begrenset operasjons-rekkevidde og -tid.

Fordi man således er overflateavhengig, stilles det store krav til det utstyr som plaseres på havbunnen eller neddykket. Er værforholdene vanskelige, kan man ikke alltid regne med å kunne utføre de nødvendige vedlike-holdsarbeider etc. på ønsket tidspunkt, og tilsvarende kan det også by på vanskeligheter å foreta overhalinger, reparasjoner og utskiftninger. Ved svikt i én eller flere undervannskomponenter må man derfor ofte gå til full avstengning av undervannsanlegget, fordi man eksempelvis må avvente en periode med gunstige værforhold på overflaten.

I norsk patentsøknad nr. 84 2544, innlevert samme dag, beskrives et undervanns-operasjonssystem som vil være helt overflate-uavhengig, med de fordeler dette medfører. Undervanns-operasjonssystemet innbefatter bruk av et undervannsfartøy som er lastbærende, bemannet og autonomt. En spesiell hensikt med foreliggende oppfinnelse er å foreslå et slikt undervannsfartøy. Et slikt fartøys anvendelse er naturligvis ikke begrenset til bruk i forbindelse med det her spesielt nevnte undervanns-operasjonssystem, men kan finne anvendelse overalt hvor det er behov for et slikt fartøy, med de fordeler det medfører. Ifølge oppfinnelsen tas det derfor sikte på å tilveiebringe et bemannet, autonomt undervannsfartøy med minst én utvendig manipulator, hvilket fartøy skal være lastbærende og ha minst én manipulator som kan håndtere den medførte last.

Fra US-PS nr. 3 415 224 er det kjent et undervanns-fartøy av den innledningsvis nevnte type. Dette er på undersiden forsynt med et hode utstyrt med to manipulator-armer. Hodet er forskyvbart langs en skinnegang på far-tøyets utside, men denne forskyvning tjener kun til å bringe manipulatorene fra lagringsstilling til bruksstil-ling. Her er det ikke meningen at hodet skal kunne forskyves mens manipulatorarmene er i bruk. Fartøyet er ikke beregnet for medføring av utvendig tilgjengelig last, og heller ikke er manipulatorene beregnet for håndtering eller forflytning av slik last. Denne tidligere kjente konstruksjon vil således ikke kunne oppfylle foreliggende oppfinnelses formål.

Videre er det fra US-PS nr. 3 698 197 kjent et undervannsfartøy som ved hjelp av en spesiell dokkingsan-ordning og ballastprosedyre kan festes til et skinnearran-gement på en undervannsinstallasjon. Fartøyet er forsynt med utvendige manipulatorer, men disse er ikke bevegelige i forhold til fartøyet og er heller ikke beregnet for håndtering eller forflytning av noen last som fartøyet måtte medføre. Heller ikke dette fartøy kan derfor oppfylle oppfinnelsens formål.

Teknikkens stand omfatter også et undervannsfartøy som er forbundet med et overflatefartøy ved hjelp av en

kontrollkabel, og det er utstyrt med to manipulatorer som er roterbart montert i fartøyet, slik det er vist i US-PS nr. 3 550 386. Dette fartøy er altså ikke autonomt eller bemannet, ei heller medfører det last. Det oppfyller derfor ikke de betingelser som danner utgangspunkt for foreliggende oppfinnelse.

Videre er det fra US-PS nr. 3 983 707 og 4 142 818 kjent utstyr som kan bevege seg langs bunnen under kontroll av et overf1atefartøy. Utstyret er hverken autonomt, bemannet eller forsynt med noe som kan kalles manipulatorer og kan således ikke benyttes i'forbindelse med et undervanns-operasjonssystem som beskrevet i patentsøknad nr. 84 2544.

Formålet med foreliggende oppfinnelse oppnås ved et bemannet, autonomt undervannsfartøy av den innledningsvis nevnte type, som er karakterisert ved at det er forsynt med et lasteområde på undersiden av trykkskroget, hvor det er anordnet en skinneføring for et løfteåk for forflytning av lastenheter som kan medtas av fartøyet i lasteområdet. I og med at fartøyet er autonomt og kan medføre last som det selv kan håndtere, f.eks. i form av utstyrsenheter som skal monteres eller demonteres på brønninstallasjoner på til dels ganske store dyp, får fartøyet en langt større anvendelighet, fleksibilitet og effektivitet enn de tidligere kjente fartøyer.

Med et autonomt undervannsfartøy skal her forstås et undervannsfartøy som er selvforsynt, dvs. at det dreier seg om et reelt undervannsfartøy uten behov for en navlestreng, og det skal ha kapasitet til opptil flere ukers kontinuerlig opphold under vann med en større bemanning, f.eks. 5-10 personer. Et slikt undervannsfartøy vil medføre den fordel at man vil være helt uavhengig av værforholdene på overflaten ved utførelse av nødvenedige ope-rasjoner og arbeider på et undervannsanlegg, idet under-vannsf artøyet kan være operasjonsklart til enhver tid og raskt kan føres frem til innsatsstedet, medførende nødven-dig last, dvs. utstyrsenheter og -komponenter for undervannsanlegget. De nevnte skinneføringer som muliggjør en vandring av løfteåket og manipulatoren eller manipulatorene, gir et ønsket, større arbeidsområde for disse med undervannsfartøyet stillestående, og dette letter utførel-sen av de nødvendige arbeider. Særlig gunstig vil det være hvis man kan dokksette undervannsfartøyet som vist og omtalt i den ovenfor nevnte norske patentsøknad nr. 84 2544.

Et slikt bemannet, autonomt undervannsfartøy vil og-så kunne redusere langtidskravene til utstyret i et undervannsanlegg, uten at sikkerheten derved reduseres, nettopp fordi man raskt og på ønsket tidspunkt kan komme til for utførelse av de nødvendige arbeider, utskiftninger etc. Behovet for full avstengning av et anlegg, f.eks. en klyn-ge av produksjonstrær med tilhørende manifoldutstyr, vil også reduseres og eventuelt falle helt bort, fordi man vil kunne foreta de eventuelt nødvendige reparasjoner eller utskiftriinger, f.eks. i en manifolddel eller i et produksjonstre uten at det er nødvendig å stenge også de andre anleggsseks joner.

Undervannsfartøyet kan arbeide på meget store dyp, godt utenfor dykker-rekkevidde, og en særlig fordel er at undervannsfartøyet også kan anvendes i arktiske farvann (under is).

Fordelaktig har fartøyet en vertikal skinneføring i forkant av fartøyet. En slik vertikal skinneføring er særlig gunstig for en manipulator som skal utføre arbeider på en tårnlignende struktur, f.eks. et produksjonstre. Ved en særlig fordelaktig utførelsesform er den vertikale skinneføring flyttbar horisontalt i fartøyets lengderetning. Da kan skinneføringen forflyttes i forhold til far-tøyets forkant, og skinneføringen med tilhørende manipulator kan ved behov trekkes helt inntil fartøyets forkant, til en lagringsstilling eller inoperativ stilling under

transport.

På fartøyets trykkskrog kan det fordelaktig i denne forbindelse plaseres i og for seg kjente veggseksjoner som kan åpnes, og som begrenser et fremre rom hvori manipulatoren befinner seg når den er i den nevnte lagringsstilling.

Fordelaktig kan det være anordnet en ytterligere skinneføring i lasteområdet for en bukmanipulator. Særlig fordelaktig utformes bukmanipultoren og løfteåket og deres skinneføringer slik at bukmanipulatoren og løfteåket kan passere hverandre.

For å muliggjøre slik passering kan fordelaktig bukmanipulatoren innbefatte en U-formet ramme som løper i to skinner som danner bukmanipulatorens skinneføring, samtidig som løfteåket innbefatter en løpevogn dimensjonert for bevegelse i rommet mellom den U-formede ramme og fartøyet, idet løfteåkets skinneføring strekker seg innenfor bukmanipulatorens skinner.

Ved en særlig fordelaktig utformning av undervanns-fartøyet er det i dettes lasteområde anordnet oppheng for utstyrsenheter i et øvre lasteplan, samt i et nedre parkeringsplan, i hvilket parkeringsplan utstyrsenhetene vil henge ute av veien for en langsgående transport av en utstyrsenhet i lasteområdet ved hjelp av løfteåket.

Fordelaktig kan den i lasteområdet kjørbare bukmanipulator trekkes sammen til en stilling innenfor lasteområdets tverrsnitt, og fortrinnsvis over parkeringsplanet. Bukamanipulatoren kan da kjøres forbi parkerte utstyrsenheter .

Fordelaktig utformes fartøyet slik at lasteområdet begrenses av fartøyets trykkskrog og i dette opphengte lasteromsvegger som kan åpnes, f.eks. ved at de er svingbare, eventuelt knekk- eller foldbare. På transportstrek-ningen mellom undervannsfartøyets base og innsatsstedet kan da utstyrsenhetene, bukmanipulatoren og løfteåket befinne seg beskyttet inne i et lasterom, samtidig som man naturligvis derved også får en mer strømlinjeformet ytter-hud for undervannsfartøyet under fart.

Fordelaktig forsynes undervannsfartøyet med teleskopiske eller nedfellbare støtteben, og disse støtteben kan fordelaktig være forsynt med støttehjul og eventuelt beregnet for løpesamvirke og eventuell låsing med en skinnegang på det eller de undervannsanlegg eller undervanns-plattformer som betjenes av undervannsfartøyet. Under-vannsf ar tøyet kan da dokkes på støttebenene og eventuelt beveges på skinnegangen til ønsket stilling og låses der.

Fordelaktig forsynes undervannsfartøyet med i og for seg kjente vinduer, fortrinnsvis store akrylvinduer, som plaseres i de områder hvor det skal arbeides. Derved kan én eller flere operatører i undervannsfartøyet få direkte sikt, hvilket gir mulighet for direkte (visuell) styring og også observasjonsmulighet når forholdene er slik at det benyttes fjernsynsskjerm eller DAK-system-styring av manipulatorene .

Undervannsfartøyet kan fordelaktig i sitt lasterom føre med seg en verktøys-oppbevaringsenhet (verktøykasse). Her kan manipulatorene hente verktøy for betjening av utstyrsenhetene. Verktøykassen kan f.eks. være utført som en karusell som henger i en ramme, som på sin side kan forbindes med løfteåket.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser en perspektivisk skisse av et undervannsanlegg med et undervannsfartøy ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser et skjematisk sideriss av et under-vannsf artøy ifølge oppfinnelsen, idet fartøyets bakre del er utelatt,

fig. 3 viser et skjematisk riss av undervannsfar-tøyet på fig. 2, sett forfra, i noe større målestokk,

fig. 4 viser et skjematisk utsnitt av undervanns-fartøyets fremre del, under utførelse av arbeider på et produksjonstre,

fig. 5 og 6 viser et skjematisk enderiss og et skjematisk grunnriss av fartøyet og produksjonstreet på fig. 4, og-

fig. 7 viser et skjematisk sideriss av et under-

vannsfartøy med en verktøy-oppbevaringsenhet.

På fig. 1 er det rent skjematisk vist et undervannsanlegg 1, her i form av en undervanns-produksjonsplattform med fire brønnfelt 2, 3, 4 og 5 og tilhørende manifoldutstyr, representert ved rammeverket 6. Bare ett produksjonstre 7 er vist. På manifolden 6 er det anordnet en skinnegang hovedsakelig bestående av to skinner 8 og 9, og på denne skinnegang er det vist et undervannsfartøy 10. Undervannsfartøyet 10, som bare er vist rent skjematisk, er i ferd med å nærme seg undervannsanlegget for dokking på skinnene 8, 9, på en måte som skal beskrives nærmere nedenfor i forbindelse med fig. 2 og 3. Her skal bare nevnes at undervannsfartøyet 10 på fig. 1 har et lasterom 11 og et fremre rom 12. Begge disse rom er vist i lukket tilstand, dvs. at baugdøren er lukket og det samme gjelder for bukdøren, som begrenser lasterommet 11 utad.

Selve undervannsfartøyet skal beskrives nærmere i det følgende, særlig under henvisning til fig. 2 og 3.

Undervannsfartøyet 10 har et trykkskrog 13. Dette trykkskrog 13 er omgitt av et ytre skrog 14. På trykkskrogets 13 bukside er det utformet et lasteområde eller lasterom 15, hvor det på ikke nærmere vist måte kan plaseres last, her antydet med strekpunkterte linjer som angir omrisset av moduler eller utstyrsenheter 17. Lasterommet 15 er forsynt med feste-opphengningsanordninger 46 som muliggjør en plasering av utstyrsenhetene 17 inne i lasterommet, som vist til høyra på fig. 2. Videre er lasterommet utformet med anordninger 47 som muliggjør en "parkering" av utstyrsenhetene 17 i en nedre parkeringsstilling, slik det er vist til venstre på fig. 2. I denne parkeringsstilling er naturligvis lasterommets sidevegger svinget ut, slik det er antydet med strekpunkterte linjer på fig. 3, hvor det er vist utsvingte, hhv. sammenfoldede sidevegger 16, 18.

De enkelte utstyrsenheter 17 kan håndteres i lasterommet ved hjelp av et løfteåk 19, som er hev- og senkbart opphengt i en løpevogn 20. Denne løpevogn 20 kan løpe i to skinner 21, 22 som er montert under trykkskrogets 13 buk. Disse skinner 21, 22 strekker seg parallelt med hverandre og med fartøyets lengdeakse.

Utenfor disse løpevognskinner 21, 22 er det likeledes i trykkskroget festet to parallelle skinner 23, 24 hvor en i tverrsnittet på fig. 3 U-formet manipulatorramme 25 er bevegelig opphengt. I denne ramme 25 er det montert en bukmanipulator 26. Av fig. 2 og 3 vil det fremgå at løfteåket 19 med trlhørende løpevogn 20 kan passere rammen 25, slik at altså løfteåk og bukmanipulator kan bevege seg langs undersiden av trykkskroget uhindret av hverandre.

Parkeringsmuligheten for utstyrsenhetene 17 gjør det mulig å flytte utstyrsenhetene i forhold til hverandre i lasterommet og gjør det også mulig å flytte en utstyrsenhet 17 ved hjelp av løfteåket 19 forbi bukmanipulatoren når det måtte være behov for det. I sin sammenfoldede tilstand befinner nemlig bukmanipulatoren 26 seg over parkeringsplanet, slik det er vist på fig. 2. Den sammenfoldede stilling er vist med fullt opptrukne linjer på fig. 3. Med stiplede linjer er det på fig. 3 vist en mulig arbeidsstilling for bukmanipulatoren 26.

På trykkskroget 13 er det videre utformet fire føringer 27, 28, 29, 30, to på hver side av trykkskroget. I disse føringer er en fremre vertikal skinneføring 31 horisontalt forskyvbart opplagret ved hjelp av horisontale bjelker 32, 33 (fig. 2).

Den vertikale skinneføring 31 er i realiteten opp-bygget som en dobbelt vertikal skinneføring med to vertikale skinner 34, 35, og på hver side av disse skinner er en baugmanipulator 36, 37 bevegelig opplagret (se også fig. 4, 5 og 6). På fig. 2 er bare den ene baugmanipulator antydet og gitt henvisningstallet 36, mens fig. 2 viser den andre baugmanipulatoren 37, dvs. bare dens skinnestyredel.

På fig. 2 er den vertikale skinneføring 31 vist ut-skjøvet. Med strekpunkterte linjer er vist en innskjøvet stilling for skinneføringen 31, inne i et fremre rom 38 som kan lukkes med ikke nærmere viste baugdører. Undervannsfartøyet 10 er forsynt med fire teleskopiske ben 39. -Øverst er disse teleskopiske ben festet til trykkskroget 13, og nederst er de forsynt med en respektiv løpehjulssats 40 hvormed undervannsfartøyet kan avstøtte seg på de på fig. 2 og 3 antydede skinner 8 og 9, se fig. 1.

Når undervannsfartøyet skal dokksettes på skinnen 8, 9, åpner man lasteromsdørene 16, 18 og kjører benene ut til kontakt med skinnene. Deretter kan man ved hjelp av teleskopbenene 39 justere fartøyets stilling på skinnegangen. Undervannsfartøyet kan eventuelt låses til skinnegangen ved hjelp av ikke viste midler, så som svingbare klør e.l.

Undervannsfartøyet kan ha ikke nærmere vist, i og for seg kjent utstyr, så som lyskastere, TV-kameraer osv., men primært tas det sikte på at en operatør inne i trykkskroget 13 skal kunne ha direkte visuell kontroll med manipulatorene. For å muliggjøre dette er det i trykkskrogets snute anordnet et stort akrylvindu 41, se også fig. 4-6. Videre er det på buksiden anordnet flere store akrylvinduer 42 (vist med stiplede linjer).

En hydraulisk, sammenfellbar kran er vist ved 43. Forøvrig har ubåten også fortrinnsvis side-thrustere 44.

For drift av løpevognen 20 kan det benyttes en hvilken som helst egnet motor. Likeledes kan det for hevning og senkning av løfteåket 19 benyttes egnede heisespill anordnet i løpevognen 20. Løfteåket 19 kan være et magnet-åk, eller det kan være forsynt med kroker eller andre i og for seg kjente festeorganer beregnet for samvirke med utstyrsenhetene 17. Tilsvarende er rammen 25 for bukmanipulatoren 26 forsynt med en egnet drivanordning for forflytning langs skinnene 23, 24. Manipulatorene kan være elektrisk eller hydraulisk drevne, på i og for seg kjent måte. Baugporter og lasteromsporter kan åpnes og lukkes med i og for seg kjente midler, f.eks. ved hjelp av hydrauliske be-tjeningssylindre eller elektrisk eller hydraulisk drevne

spindelmekanismer.

På fig. 4, 5 og 6 er det vist hvorledes baugmanipu-latorene 36, 37 kan benyttes for utførelse av arbeider på et ventiltre 45. Man ser at operatøren inne i trykkskroget 13 har direkte visuell oversikt gjennom akrylvinduet 41. De vertikale skinner 34, 35 kan forskyves horisontalt i fartøyets lengderetning, som omtalt foran. Manipulatorene 36, 37 kan som sådanne forskyves vertikalt langs sine skinner 34, 35. På fig. 4, 5 og 6 er manipulatorene 36, 37 vist i forskjellige arbeidsstillinger, og deres respek-tive arbeidsområder er antydet med de strekpunkterte bue-linjer.

Fig. 7 viser hvordan undervannsfartøyet 10 er utstyrt med en "verktøykasse" 48, som fra en stilling i lasterommet 15 kan "parkeres" i den viste fremre stilling, idet løfteåket 19 benyttes for denne forflytning. Baugmanipulatoren 37, og også bukmanipulatoren 26, kan hente/plasere verktøy i denne enhet 48.

Enheten 48 kan fordelaktig utføres som en karusell {ikke vist).

For nærmere detaljer vedrørende "containisering" av utstyrsenhetene og opphengning av modulene eller utstyrsenhetene, vises til den foran kort omtalte patentsøknad nr. 84 2544, innlevert samme dag.

Claims (12)

1. Bemannet autonomt undervannsfartøy, med minst én utvendig manipulator som er montert på en bæreanordning som er bevegelig langs en stort sett horisontal skinnefør-ing, som er montert utvendig på fartøyets trykkskrog, karakterisert ved at fartøyet er forsynt med et lasteområde (15) på undersiden av trykkskroget (13), hvor det er anordnet en skinneføring (21, 22) for et løfteåk (19) for forflytning av lastenheter (17) som kan medtas av fartøyet i lasteområdet.

2. Undervannsfartøy ifølge krav 1, karakterisert ved en vertikal skinneføring (34, 35) for én eller flere manipulatorer (36, 37) i forkant av fartøyet, hvilken vertikal skinneføring er horisontalt forflyttbart opplagret på fartøyet.

3. Undervannsfartøy ifølge krav 2, karakterisert ved at det foran på fartøyets trykkskrog er opphengt i og for seg kjente veggseksjoner som kan åpnes og som begrenser et rom hvori manipulatorene (36, 37) befinner seg i hvilestilling.

4. Undervannsfartøy ifølge et foregående krav, karakterisert ved at det i lasteområdet (15) er anordnet en ytterligere skinneføring (23, 24) for en bukmanipulator (26).

5. Undervannsfartøy ifølge krav 4, karakterisert ved at bukmanipulatoren (26) og løfteåket (19) og deres skinneføringer er utformet slik at bukmanipulatoren og løfteåket kan passere hverandre.

6. Undervannsfartøy ifølge krav 5, karakterisert ved at bukmanipulatoren (26) innbefatter en U-formet ramme (25) som løper i bukmanipulatorens skinne-føring (23, 24), og at løfteåket innbefatter en løpevogn (20) dimensjonert for bevegelse i rommet mellom den U-formede ramme (25) og fartøyet, idet løfteåkets skinne-føring (21, 22) strekker'seg innenfor bukmanipulatorens skinner (23, 24).

7. Undervannsfartøy ifølge et foregående krav, karakterisert ved at det omfatter en opp-hengningsanordning (46, 47) for utstyrsenheter (17) i et øvre lasteplan og et nedre parkeringsplan i lasteområdet, i hvilket parkeringsplan utstyrsenhetene vil henge ute av veien for en langsgående transport av en utstyrsenhet i lasteområdet ved hjelp av løfteåket (19).

8. Undervannsfartøy ifølge krav 7, karakterisert ved at den i lasteområdet kjørbare bukmanipulator (26) kan trekkes sammen til en stilling innenfor lasteområdets (15) tverrsnitt og fortrinnsvis over par-keringspl anet .

9. Undervannsfartøy ifølge et foregående krav, karakterisert ved at lasteområdet (15) begrenses av fartøyets trykkskrog og i dette opphengte lasteromsvegger (16, 18) som kan åpnes, eksempelvis ved at de er svingbare, eventuelt knekk- eller foldbare.

10. Undervannsfartøy ifølge et foregående krav, karakterisert ved at det omfatter telesko-perbare eller nedfellbare støtteben (39) på fartøyet.

11. Undervannsfartøy ifølge et foregående krav, som er utstyrt med en verktøyoppbevaringsenhet hvor manipulatorene kan hente/plasere verktøy, karakterisert ved at verktøyoppbevaringsenheten (48) er utformet som en karusell.

12. Undervannsfartøy ifølge et foregående krav, karakterisert ved at det innbefatter et DAK-styringssystem for manipulatorene.