NO155572B - Anordning ved et fortoeyningssystem for en plattform med strekkpaakjente bein. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et fortøyningssystem

av det slaget som er beskrevet i innledningen til patentkrav 1, for en plattform med strekkpåkjente bein.

Etter at en offshore-brønn er boret fra en flytende plattform, kan det være ønskelig å tilpasse brøn-nen til en senere installert plattform med strekkpåkjente bein. Disse plattformene med strekkpåkjente bein er, idet de er støttet av oppdriften, ikke frittflytende, men er forankret med flere ankre på sjøbunnen.

Et ankerdrag er festet til sjøbunnen, og en ankerforbindelse med et fleksibelt element binder den nedre enden av ei strekkpåkjent line til et ankerdrag. Lina, som er dannet av en lengde av kraftige rørformete elementer forbundet med gjengete sammenføyninger, er bundet til et øvre fleksibelt element plassert inne i den nedre huJlstrukturen på plattformen. En strekkpåkjent grunnblokk for lasting som bærer lasten mellom den lina og plattform-strukturen er plassert over vannstanden, og en strekkpåkjent justeringssammenstilling er plassert ved bære-høyden med midler til å føle lasten også inkludert.

Et nedre sfærisk elastisk element er nødvendig ved ankerforbindelsen. Et øvre sfærisk elastisk element er også plassert ved plattformen. Disse tillater plattformen å translatere horisontalt på grunn av kreftene fra vind, bølger og strøm. Disse fleksible elementene tillater lokal bøyning av de strekkpåkjente beina ved ankerdraget og ved den nedre overflata av plattformhullet. Teoretisk er lengden av det strekkpåkjente beinet holdt konstant med den gjengete mutteren i strekkjusterings- og støtte-sammenstillingen.

Imidlertid forårsaker store havbølger at vann-linjen beveges vertikalt relativt til plattformen slik den er forankret av den strekkpåkjente lina, og slik endres forskyvningen og også netto oppdriften av plattformen.

Denne endringen i oppdriften forårsaker en variasjon i strekkpåkjenningen. F.eks. vil, med en nominell strekkpåkjenning på 1000 tonn, den periodiske variasjonen på grunn av bølgene i en 100-årig storm forårsake at strekkpåkjenningen varierer i området pluss og minus 400 tonn.

Denne variasjonen i strekkpåkjenningen forårsaker en resultant-variasjon i spennet av den strekkpåkjente lina. Idet spennet varieres i den strekkpåkjente lina, blir det øvre fleksible elementet tvunget til å bevege seg vertikalt relativt til den strekkpåkjente platt-formstrukturen som en funksjon av spennvariasjonen, eller strekkes i den delen av det strekkpåkjente beinet som er mellom bæreområdet på plattformen og det fleksible elementet. Denne distansen er i en orden av 77 m, og bevegelsen er i en størrelsesorden av 4 cm ( 11").

Denne relative vertikale bevegelsen virker mot store horisontale forskyvninger av plattformen relativt til ankerdraget, som gjør at den strekkpåkjente lina danner en vinkel relativt til den vertikale. Den horisontale komponenten av den strekkpåkjente lina vil så virke som en sidelast mot den nedre hullstrukturen eller fortøynings-tunnelen av plattformen gjennom det øvre fleksible elementet. Sidelasten på grunn av dette kan bli så stor som 100 tonn. Det øvre fleksible elementet kan bli tvunget til å oscillere vertikalt relativt til plattformen idet det er likt belastet horisontalt mot det indre av veggen i for-tøyningstunnelen. Dette gir en ekstremt høy slitasjesitua-sjon i dette området hvor komponenter er ekstremt vanskelig å erstatte.

Oppfinnelsen har til hovedoppgave å skape en anordning ved et fortøyningssystem av det slag som er beskrevet ovenfor, hvor slitasjevirkningen er minst mulig.

Når plattformen forskyves sideveis og den strekkpåkjente lina inntar en vinkel i forhold til verti-kalen, vil den horisontale komponenten av belastningen forårsake betydelig friksjon mellom støttehylsa og forankrings-tunnelen. Anordningen skal forsøke å motvirke at denne på-kjenning, med særlig høy sidekraft, forårsaker bevegelse. Bevegelse i vertikal retning skal imidlertid tillates når plattformen er uten sideveis forskyvning og den horisontale belastningen dermed er liten. I dette tilfelle kan en slik vertikal bevegelse skje uten særlig slitasje, fordi det ikke finnes høye horisontale krefter.

Hovedformålet med oppfinnelsen kan oppnås ved

å utforme anordningen slik det er angitt i patentkrav 1.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen går fram

av underkravene.

Oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig.l viser den generelle sammenstillingen av en plattform, fig.2 viser en detalj av bæreren plassert inne i fortøy-ningstunnelen, mens

fig.3 viser illustrerer kreftene som virker på bærehylsa.

En plattform 10 omfatter en fortøyningstunnel

12 hvor det strekkpåkjente beinet 14 passerer gjennom. Dette strekkpåkjente beinet inkluderer et øvre fleksibelt forbindelsesorgan 16, og beinet er båret over vannlinja av en låsekrage 18. Et ankerdrag 20 er festet til sjøbun-nen med neddrevet, boret og sementert peleverk. Draget omfatter et hult sylindrisk ankerrør 22 som danner en sylindrisk åpning gjennom draget 20. Det strekkpåkjente beinet 14 inkluderer en nedre del som er forbundet med ankeret og en øvre del 26, som er forbundet med plattform-ens overbygning. Fortøyningssystemets støtteorgan 28 omfatter et øvre forbindelsesorgan 30 knyttet til det øvre bein, som har et ytre fleksibelt forbindelseslegeme 32 stivt festet til seg. Et andre tilsvarende forbindelsesorgan 34 har et indre legeme 36 stivt forbundet til seg. Det all-sidig fleksible forbindelsesorganet 16 inkluderer en sfærisk elastomer bærer 38 som tillater forbindelsesorganet å lede aksiale krefter gjennom de strekkpåkjente beina, mens den tillater dreie-bevegelse av det lavere beinet 24 rundt forbindelsesorganet.

En øvre sylindrisk elastomer bærer 40 og en

nedre elastomer sylindrisk bærer 42 er begge av sylindrisk form og består av konsentriske metalliske mellomlegg festet til overgangsområder av elastomert materiale. Dette arran-gementet sørger for en høy fjæringsgrad eller lav elastisitet i radial retning av bæreren, mens det tillater en relativt liten fjæringsgrad eller høy elastisitet i aksial retning. Ei første side, hhv* 44 og 46, av hver av elastomer-bærerne, er festet til det ytre legemet 32. Den andre sida hhv. 48 og 50 av hver elastomer-bærer er festet til e.l. forlenget bærehylse 52 som omgir det ytre legemet 32. ;Bærehylsa 52 er i størrelse og form tilpasset innsiden av fortøyningstunnelen 54 og kan gli fritt inn i denne. Forbindelsen mellom de elastomere bærerne og bærehylsa er fortrinnsvis laget med bæreringer 56 og 58 som tvinger bærerne 40 og 42 til å opptre sammen. Hver av disse omfatter en stoppedel, hhv. 60 og 62. Det ytre legemet 32 oppviser ringer 64 og 66 som ikke bare er forbundet til bærerne, men også opptrer som stoppemidler i forbind-else med elementene, hhv. 60 og 62, som de vekselvirker med. ;Med henvisning til fig. 3, er det øvre strekkpåkjente beinet 26 støttet ved låsekragen 18 med det all-sidig fleksible forbindelsesorganet 16 plassert i en lengde L under låsekragen. Det øvre beinet 26 ekspanderer fra ;sin ubelastete tilstand som en funksjon av dets lengde L, dets elastisitetsmodul og dets tverrsnitt. Begynnende strekking av beina resulterer i en forlengelse til en lengde LQ som er et antatt startpunkt i denne sammenheng. Det antas også her at bærerøret 52 flyter med forbindelsesorganet 16 til denne begynnelsestilstanden LQ. ;Dersom det nå blir antatt at det nedre beinet 24 danner en vinkel ■& med den samme vertikale begynnelses-lasteh T og en tilsvarende svak øking i T fra den opp-rinnelige vertikale tilstanden, er det ikke noen vertikal bevegelse av forbindelsesorganet 16, men den horisontale komponenten av T utøver en kraft Fn på massen av T .Med denne kraften som virker mellom siden av bærehylsa 52 og fortøyningstunnelen 54, kan bæreren motstå en maksimal vertikal kraft av C^TsinO-, hvor C^ er friksjonskoeffisienten. ;Hvis lasten T nå varierer ved vinkelen -0-; er ;det en tilsvarende variasjon i T gjennom det øvre beinet 26. Dette forårsaker forandringen i spennet på dette beinet og en bevegelse av det fleksible forbindelsesorgan 16. De elastomere bærerne 40 og 42 er i denne illustrasjonen rep-resentert av fjærer 70 og valser 72 som representerer den myke eller elastiske virkningen i vertikal retning og den relativt stive virkningen i horisontal retning. Bevegelse av forbindelsesorganet 16 fra sin begynnelsesposisjon forårsaker en avbøyning av den elastomere bæreren 70 og danner avhengig av fjærkonstanten, en kraft Fs som er rettet på bærehylsa 52. Så lenge denne kraften Fs er mindre enn den maksimalt tillatte friksjonen Ff, vil det ikke bli noen relativ bevegelse mellom bæreren 52 og fortøyningstunnelen 54. De elastomere bærerne bør være myke i vertikal retning for å tillate maksimal bevegelse uten glidning på den bærende flaten. Bærerne bør være stive i den andre retningen, primært fordi denne typen konstruksjon tillater en bærer som ikke vil bøye seg eller ekstrudere under høye sidelaster. ;Forståelse av virkemåten til denne bæreren ;vil den først bli omtalt med hovedsakelig vertikal last, deretter med en variasjon i last ved en gitt forskyvnings-vinkel -0-, og til slutt med effekten av varierende forskyvning. I vertikal retning er det hovedsakelig en null-kraft Fn>°g> tilsvarende, er det ingen motstand F^ mot friksjon. ;I en slik situasjon kan bærerøret 52 fritt bevege seg opp ;og ned med det fleksible forbindelsesorganet 16. I denne situasjonen er det imidlertid bare nominell slitasje mellom bæreren og fortøyningstunnelen 54 siden det ikke er noen sidelast eller kraft på glideoverflata. ;Hvis det nå blir antatt at bæresystemet virker ved en vinkel og at bærehylsa 52 er i sin begynnelses-stilling, er motstanden mot gliding av bærehylsa en funksjon av stivheten og lengden av det øvre bein 26, stivheten eller fjærkonstanten av summen av de elastomere bærerne og friksjonskoeffisienten mellom bærehylsa 52 og fortøy-ningstunnelen 54. En kraft Fn og en korresponderende maksimal friksjonsmotstand F£ er dannet med begynnelsesstrekkingen. I løpet av en fluktuerende lasteperiode, er strekkingen T øket til en maksimal verdi over begynnelseskraften og til en minimumsverdi som fremdeles representerer en positiv strekking T, men som er lavere enn begynnelses-verdien. Den horisontale kraften Fn varierer tilsvarende fra en maksimal til en minimal verdi slik som den maksi-male friksjonsmotstanden gjør. ;På samme tid varierer forlengelsen av det øvre beinet 26 med strekkingen, og tilsvarende beveger det fleksible forbindelsesorganet 16 seg. Ved å virke gjennom den elastomere bæreren utøver denne bevegelsen en varierende kraft F s på bærerøre1t. Denne er en funksjon av den resulterende strekkingen T . Det kan sees og vises matema-tisk at det er mer motstand mot gliding av bæreren med øket last T enn med minsket last T. Så lenge lasteperiodene er innenfor disse tillatte grensene, vil det ikke bli noen bevegelse av bærehylsa 52. ;Skulle en periode være slik at en av disse grensene blir overskredet, vil hylsa bevege seg til en ny, nøytral posisjon, og så lenge som lasteområdet er innenfor den beregnete verdien, vil det ikke bli noen ekstra bevegelse av hylsa i vellykkete perioder. ;For enhver gitt vinkel kan den nødvendige fjærkonstanten beregnes basert på betrakningene gitt ovenfor. Ekstra detaljer kan fås ved å betrakte effekten av fjærkonstanten på overføring .av last mellom det nedre strekkpåkjente beinet 24 og det øvre strekkpåkjente beinet 26. ;Dersom det nå er antatt at det ved varierende vinkler-O-er en gitt fluktuering i den vertikale lasten, ser en at med -0- lik null er det ingen hemming av den vertikale bevegelsen. Hvis, på den annen side, vinkelen er av orden 10 til 15 grader, er det stor friksjonsmotstand som skyldes begynnelsesstrekkingen av beinet. Fluktuering i lasten øker denne friksjonen med en økt last og minsker den med en minsket last. Imidlertid vil det, på grunn av den høye verdien av begynnelseslasten, ikke være noen bevegelse av den glidende bæreren på de høye forskyvninger (når en antar en passende stivhetsgrad av fjæra). ;Idet vinkelen øker fra null mot maksimalmo-mentet, er det gliding av bærehylsa gjennom en del av bevegelsen. Med den lille vinkelen er det en relativt liten motstand mot glidefriksjonen, og tilsvarende er det bare når fjærkonstanten overskrider friksjonskraften at bæreren beveger seg. I denne situasjonen er det noe gliding av an-leggsflata, men bare gjennom en del av bevegelsen. Denne skjer imidlertid ved disse betingelsene hvor det er liten sidelast på bæreren og dermed en relativt liten slitasje der det er friksjon. ;Mens det her er blitt antatt at bærerdret all-tid var i sin nøytrale posisjon, kan det sies at uavhengig av hva begynnelsensposisjonen er ved enhver tid, vil bæreren, med en gang motstanden mot glidefriksjonen er overskredet, bli beveget til sin nøytrale posisjon og gjentatte bevegelser vil skje ved fjæring i de elastomere bærerne framfor glidingen inne i fortøyningstunnelen. For å be-skytte den elastomere bæreren fra sammenbrudd ved for stort spenn, virker stoppere 60,62 og 64 og 66 til å begrense påkjenningen. Under slike ekstreme forhold blir mak-simalpåkjenningen absorbert ved bevegelse av den glidende bærehylsa inne i fortøyningstunnelen. ;De to elastomere bærerne 40 og 42 er aksialt skilt fra hverandre. Derfor virker de effektivt for å motstå bøying av det ytre fléksible forbindelseslegemet 32 ;når det fleksible forbindelsesorganet absorberer vinkelbe-vegelsen. En jevnere fordeling av horisontal last gjennom elastomere bærere kan oppnås hvis dreiepunktet kan plass-eres på et nivå mellom de to bærerne. ;Det er skaffet en anordning i*ed et fortøynings-system for en strekkpåkjent bein-plattform er dannet slik at en hindrer slitasje under de høye slitasjebetingelsene som eksisterer ved en stor horisontal last, og også tillater qlidebeveqelse og bevegelse til en nøytral rosisjon under andre betingelser.

Claims (6)

1. Anordning ved et fortøyningssystem for en plattform med strekkpåkjente bein, og med en vertikal for-tøyningstunnel (54) hvor et strekkpåkjent bein går gjennom, idet en øvre del av beinet har et øvre forbindelsesorgan (26) og en nedre del av beinet har et nedre forbindelsesorgan (24), at den omfatter et ledd (16) med en ytre del (32) som er stivt forbundet til det øvre forbindelsesorganet (26), en indre del (36) som er stivt forbundet med det nedre forbindelsesorganet (24), og ytterligere leddeler som tillater dreiebevegelse av den nedre del av det strekkpåkjente beinet i forhold til den øvre delen, karakterisert ved at minst én sylindrisk elastomer bærer (40,42) har ei første side festet til den ytre leddelen (32), idet ei boere hy Ise (52) omgir den ytre leddelen (32), og er festet til ei andre side av den elastomere bæreren, hvilken hylse (52) i størrelse og form er tilpasset innsida av fortøyningstunnelen.

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den omfatter to elastomere bærere (40,42) skilt aksialt fra hverandre for å øke motstanden mot bøyning av den ytre leddel (32).

3. Anordning i samsvar med krav 2, karakterisert ved at én av de elastomere bærerne (40) er plassert over dreiepunktet av den ytre leddel (32) og den andre (42) av bærerne er festet under dreiepunktet av den ytre leddel (32).

4. Anordning i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at de elastomere bærerne har vesentlig høyere elastisitet i aksial retning enn i radial retning.

5. Anordning i samsvar med krav 4, karakterisert ved at bærehylsa (52) er sylindrisk.

6. Anordning i samsvar med ett av kravene 1-5, karakterisert ved at det er montert stoppere (60,62,64,66) på hhv. bæreringer (56,58) festet til bærehylsa (52), og på den ytre leddel (32) for å begrense den ytre leddels bevegelse i aksial retning.