NO164767B

NO164767B - DEVICE AFFECTED BY SEASON.

Info

Publication number: NO164767B
Application number: NO861775A
Authority: NO
Inventors: Heinrich Nikolaus
Original assignee: Rexroth Mannesmann Gmbh
Priority date: 1985-05-07
Filing date: 1986-05-05
Publication date: 1990-08-06
Also published as: GB8610741D0; NO164767C; GB2175270B; GB2175270A; DE3516289C2; DE3516289A1; NO861775L

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en vinsj til å ta opp og sette ned en last fra respektive på et flytende legeme, omfattende en hydrostatisk maskin for driften av vinsjtrommelen til heving og senking av lasten, en drivanordning som er festet til det flytende legeme via et hovedsakelig loddrett element, idet drivanordningen drives av det flytende legeme ved sjøgang, og utfører en frem- og tilbakegående bevegelse, og er forbundet med den hydrostatiske maskin for synkronisering. The present invention relates to a winch for raising and lowering a load from respectively onto a floating body, comprising a hydrostatic machine for the operation of the winch drum for raising and lowering the load, a drive device which is attached to the floating body via a substantially vertical element, the drive device being driven by the floating body at sea, and performing a reciprocating motion, and is connected to the hydrostatic machine for synchronization.

Oppfinnelsen er således utviklet i forbindelse med vinsjer til opptak og nedsetting av flytende laster, altså laster som skal heises fra et skip til en boreplattform eller settes ned på skipet. Slike laster må kunne håndteres ved høy sjø, spesielt ved bølgehøyder på f.eks. inntil seks meter, og bølgehyppigheter på syv sekunder. I den forbindelse må dreiningen av trommelen være styrt i de to omdrei-ningsretninger, slik at linen blir holdt stram for derved å unngå støt ved opptak og frasetting av lasten på det flytende legeme. The invention has thus been developed in connection with winches for picking up and lowering floating loads, i.e. loads to be lifted from a ship to a drilling platform or lowered onto the ship. Such loads must be able to be handled at high seas, especially at wave heights of e.g. up to six metres, and wave frequencies of seven seconds. In this connection, the rotation of the drum must be controlled in the two directions of rotation, so that the line is kept taut in order to avoid shocks when picking up and putting down the load on the floating body.

Fra DE-OS 21 10 928 er der kjent en vinsj av den innledningsvis angitte art, som gir anvisning på følgende: En aksel blir på den ene side drevet via en trommel og et rep av et flytelegeme, og på den annen side av en motor via en kjede. Fra motoren virker der et dreiemoment på akselen som holder repet stramt. Dersom flytelegemet synker nedover, så vil akselen bevege seg i motsatt retning mot dette dreiemoment. Repet virker altså bare ensidig. Akselen er mekanisk forbundet med en ytterligere aksel. Den frem-og tilbakevirkende bevegelse av trekktrommelen blir så overført på vinsjtrommelen, slik at en likeløpende bevegelse av lastrepet i forhold til trekkrepet blir fremskaffet (side 27, første avsnitt i nevnte publikasjon.) Ifølge denne mekaniske synkronisering blir konstruksjonsinnsatsen betydelig, idet der for hver aksel må fremskaffes tilsvarende bremser og koblinger, likesåvel som vinsjtrommelen må forbindes både med motoren såvel som utløserinnretningen. From DE-OS 21 10 928 there is known a winch of the type indicated at the outset, which provides instructions for the following: A shaft is driven on the one hand via a drum and a rope by a floating body, and on the other hand by a motor via a chain. From the motor, a torque acts on the shaft which keeps the rope taut. If the floating body sinks downwards, the shaft will move in the opposite direction to this torque. The rope therefore only works one-sided. The shaft is mechanically connected to a further shaft. The reciprocating movement of the traction drum is then transferred to the winch drum, so that a concurrent movement of the load rope in relation to the traction rope is provided (page 27, first paragraph in the aforementioned publication.) According to this mechanical synchronization, the construction effort becomes significant, since for each axle must be provided with corresponding brakes and couplings, as well as the winch drum is connected to both the motor as well as the release device.

Til grunn for den foreliggende oppfinnelse ligger den oppgave å fremskaffe en anordning som påvirkes av sjøgang, slik at den energi som finnes i vannet ved sjøgang,' kan utnyttes og omformes til hydraulisk energi som enten kan tilføres et trykknett og/eller tjene som drift for en vinsjmotor. The present invention is based on the task of providing a device that is affected by sea motion, so that the energy contained in the water during sea motion can be utilized and transformed into hydraulic energy that can either be supplied to a pressure network and/or serve as an operation for a winch motor.

Nevnte oppgave løses ved at en vinsj av den innledningsvis angitte art er karakterisert ved at det flytende legeme via elementet driver en hydraulisk motor (sylinder 20, 70 hydrostatisk maskin) hvis fortrengte væske blir benyttet til drift av den hydrostatiske maskinen for vinsjtrommelen. Said task is solved in that a winch of the kind indicated at the outset is characterized by the floating body via the element driving a hydraulic motor (cylinder 20, 70 hydrostatic machine) whose displaced liquid is used to operate the hydrostatic machine for the winch drum.

Av det flytende legeme som følger sjøgangen, blir linen forskjøvet i en frem- og tilbakegående bevegelse. Linebe-vegelsen blir overført til drivanordningen som på den måte er istand til å utnytte den av linen utøvede kraft, og derved pumpe arbeidsfluidum i et hydraulisk trykknett respektive trekke ut fluidum derfra. For heving av lasten må drivanordningen tilføres energi i den bevegelsestakt for det flytende legeme som er gitt ved vannbevegelsen, mens der ved senking av lasten kan trekkes ut energi. The line is displaced in a reciprocating motion by the floating body that follows the sea passage. The line movement is transferred to the drive device which is thus able to utilize the force exerted by the line, thereby pumping working fluid into a hydraulic pressure network or extracting fluid from there. To raise the load, the drive device must be supplied with energy at the rate of movement of the floating body which is given by the water movement, while energy can be extracted when lowering the load.

Ved en foretrukken utførelsesform for oppfinnelsen kan drivanordningen enten være en dobbelt virkendé:hydraulisk sylinder eller en hydrostatisk maskin som er forbundet med en endeløs line som ved begge arbeidsretninger overfører kraft. In a preferred embodiment of the invention, the drive device can either be a double-acting hydraulic cylinder or a hydrostatic machine which is connected by an endless line which transmits power in both working directions.

Ved kjente sjøfølgeanordninger er drivbelastningen for vinsj trommelen da spesielt stor når den last som:, skal tas opp henger i kroken og er hevet fra skipet. I dette tilfelle kan lasten ved en stigende bølge ikke lenger innhentes av skipet som hever seg. Lasten må altså trekkes vekk med stor hastighet og akselerasjon, hvorfor der må anordnes en tilsvarende stort dimensjonert drift. Ifølge oppfinnelsen kan ytelsen av drivmotoren være meget mindre, fordi den energi som er nødvendig for å heve lasten svarende til sjøgangen, fremskaffes fra bevegelsen av det flytende legeme, f.eks. et skip. In the case of known sea tracking devices, the drive load for the winch drum is particularly large when the load to be picked up hangs in the hook and is raised from the ship. In this case, the load of a rising wave can no longer be caught up by the rising ship. The load must therefore be pulled away with great speed and acceleration, which is why a correspondingly large dimensioned operation must be arranged. According to the invention, the performance of the drive motor can be much less, because the energy required to raise the load corresponding to the seaway is obtained from the movement of the floating body, e.g. a ship.

Utførelseseksempler på oppfinnelsen vil i det følgende bli nærmere forklart under henvisning til tegningsfigurene. Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to the drawings.

Figur 1 er en skjematisk fremstilling av en anordning som påvirkes av sjøgang for en vinsj, Figure 1 is a schematic representation of a device that is affected by sea level for a winch,

figur 2 viser en anordning ifølge figur 1 for utvinning av energi, figure 2 shows a device according to figure 1 for extracting energy,

figurene 3 og 4 viser ytterligere utførelsesformer med ensidig virkende sylinder. figures 3 and 4 show further embodiments with a unilaterally acting cylinder.

På figur 1 er der på en stasjonær loddrett bærer, som kan være en bestanddel av en forankret boreplattform eller en molo, anordnet dreibart to vendevalser 11 og 12 på avstand fra hverandre, idet der rundt valsene er ført en line 15 hvis ender er festet til stempelstangen 16 i en dobbeltvirkende hydraulisk sylinder 20. In Figure 1, on a stationary vertical support, which can be a component of an anchored drilling platform or a breakwater, two turning rollers 11 and 12 are rotatably arranged at a distance from each other, a line 15 whose ends are attached to the piston rod 16 in a double-acting hydraulic cylinder 20.

Sylinderen 20 såvel de innretninger som tilhører denne, er likeledes anordnet stasjonære på boreplattformen. De på begge sider av sylinderen 20 anordnede sylinderrom 17, 17' er via koblingsventiler 18, 18' og ledninger 19, 19' forbundet med to i forhold til hverandre parallelt anordnede hydrostatiske maskiner 22 og 24, idet den ene maskin 22 er forbundet med en vinsjtrommel 25, og den annen maskin 24 er forbundet med en drivanordning 26, f.eks. en elektromotor. Med 27 er der betegnet en bremse for vinsjtrommelen 25. Videre er de to sylinderrom 17, 17'forbundet med hverandre via en ventil 28. The cylinder 20 as well as the devices belonging to it are likewise arranged stationary on the drilling platform. The cylinder spaces 17, 17' arranged on both sides of the cylinder 20 are connected via connecting valves 18, 18' and lines 19, 19' to two parallel hydrostatic machines 22 and 24, one machine 22 being connected to a winch drum 25, and the other machine 24 is connected to a drive device 26, e.g. an electric motor. 27 denotes a brake for the winch drum 25. Furthermore, the two cylinder chambers 17, 17' are connected to each other via a valve 28.

Et skip 30 er ved 31 løsbart forbundet med linen 15. A ship 30 is at 31 releasably connected to the line 15.

Skipet blir båret opp og ned av bølgene som på tegningen er betegnet med 32. Dersom skipet synker ned i en1 bølgedal, så blir stempelstangen 16 trukket nedover og trykkfluidumet transportert til maskinen 22. Fordi maskinen 24-:har et innstillbart fortrengningsvolum og kan tilbakestilles på null eller tilnærmet null levering, må trykkfluidumet pumpes til sylinderrommet .17 via ledningen 19 fra maskinen 22, idet denne arbeider som pumpe (firing). Maskinen 22 som under denne fase arbeider som pumpe, får derved energi fra lasten som henger i vinsj linen, idet lasten derved senkes ved den beskrevne gjennomstrømningsretning gjennom maskinen 22, slik at den følger sjøgangen. The ship is carried up and down by the waves which are denoted by 32 in the drawing. If the ship sinks into a wave trough, then the piston rod 16 is pulled down and the pressure fluid is transported to the machine 22. Because the machine 24 has an adjustable displacement volume and can be reset to zero or nearly zero delivery, the pressure fluid must be pumped to the cylinder chamber .17 via the line 19 from the machine 22, as this works as a pump (firing). The machine 22, which during this phase works as a pump, thereby receives energy from the load hanging in the winch line, as the load is thereby lowered in the described direction of flow through the machine 22, so that it follows the seaway.

Dersom skipet 30 stiger sammen med en bølgetopp, så blir stempelstangen 16 trukket oppover v,ia linen 15, , og det omvendte forløp finner sted, idet maskinen 22 som arbeider som hydromotor, blir drevet i motsatt retning avvden fra sylinderrommet 17 fortrengte væske og derved hever lasten 35. If the ship 30 rises together with a wave crest, then the piston rod 16 is pulled upwards v,ia the line 15, , and the reverse process takes place, the machine 22 working as a hydromotor being driven in the opposite direction to the liquid displaced from the cylinder space 17 and thereby raises the load 35.

Hevingen, hvor maskinen 2 2 arbeider som motor, og senkning-en, hvor maskinen 22 arbeider som pumpe av lasten skjer således synkront med sjøgangen, uten at energi utenfra må tilføres. For heving og senking av lasten uten sjøgang 35 tjener maskinen 24, som på sin side er hydrauliske;forbundet med maskinen 22. I den forbindelse er det tilstrekkelig med en driftsytelse på f. eks. 1 MW for maskinen 24.'..Når der fra denne, som ved vanlig drift, også må fremskaffes"den energi som er nødvendig for å .heve og senke lasten 3 5 så.raskt at den ikke kan innhentes av det skip som føres oppover av en stigende bølgetopp, må ytelsen fra maskinen 24-f.eks. kunne totalt gi 2.5 MW. Forskjellen på 1.5 MW blir ifølge oppfinnelsen levert av sylinderen 20. Maskinenn22 kan i så fall legges ut med en total ytelse på 2.5 MW. The raising, where the machine 2 2 works as a motor, and the lowering, where the machine 22 works as a pump of the cargo, thus take place synchronously with the sea passage, without energy having to be supplied from outside. For raising and lowering the load without seaway 35, the machine 24 serves, which in turn is hydraulic; connected to the machine 22. In this connection, an operating performance of e.g. 1 MW for the machine 24.'..When from this, as in normal operation, the energy necessary to .raise and lower the load 3 5 must also be obtained from it so.quickly that it cannot be obtained by the ship being carried upwards of a rising wave crest, the output from machine 24 must, for example, be able to provide a total of 2.5 MW. According to the invention, the difference of 1.5 MW is provided by cylinder 20. Machine 22 can then be laid out with a total output of 2.5 MW.

For utkobling av anordninger som følger sjøgangen, tjener ventilene 18 og 18<1>. I dette tilfelle blir sylihderrommene 17 og 17' forbundet med hverandre via ventilen i28. Valves 18 and 18<1> are used to disconnect devices that follow the seaway. In this case, the cylinder spaces 17 and 17' are connected to each other via the valve i28.

På figur 2 er der likeledes vist en hydraulisk sylinder 20, hvis stempelstang 16 i likhet med fremstillingen på figur 1 blir drevet av linen 15. Sylinderrommene 17 og 17' er via ledningene 36 og 36' tilkoblet en hydraulisk trykkledning 3^8 og et hydraulisk lager 39. Figure 2 also shows a hydraulic cylinder 20, whose piston rod 16, like the representation in Figure 1, is driven by the line 15. The cylinder spaces 17 and 17' are connected via lines 36 and 36' to a hydraulic pressure line 3^8 and a hydraulic warehouse 39.

Dersom linen 15 blir drevet av et skip eller en ikke vist annen flytende gjenstand, så blir det arbeidsfluidum som fortrenges fra et av stempelrommene 17, 17', pumpet inn i trykkledningen 38 og inn i lageret 39 via tilsvarende koblingsventiler 40, 40'. I den forbindelse kan fluidum via en og en tilbakekoblingsventil 41 respektive 41' suges tilbake til en tank T. If the line 15 is driven by a ship or another floating object not shown, then the working fluid displaced from one of the piston chambers 17, 17' is pumped into the pressure line 38 and into the bearing 39 via corresponding connecting valves 40, 40'. In this connection, fluid can be sucked back into a tank T via one and one feedback valve 41 and 41' respectively.

Energigjenvinningen fra bølgegangen er betydelig når man går ut fra at ved en vekt på det flytende legeme på et tonn, ved en bølgegang på 1 meters høyde og en bølgehyppighet på 10 sekunder, kan trekke ut en effekt på 1 kw. Med en innledningsvis angitt bølgehøyde på 6 meter og en bølgehyppighet på 7 sekunder, kan man med en vekt på 100 tonn fremskaffe en drivytelse på ca. 800 kW. The energy recovery from the wave path is significant when one assumes that with a weight of the floating body of one tonne, with a wave path of 1 meter height and a wave frequency of 10 seconds, an effect of 1 kw can be extracted. With an initially specified wave height of 6 meters and a wave frequency of 7 seconds, with a weight of 100 tonnes, a driving performance of approx. 800 kW.

Med den anordning som er vist på figurene 1 og 2, kan man etter valg enten fremskaffe energi eller drivevinsjen. With the device shown in Figures 1 and 2, one can, by choice, either provide energy or the drive winch.

På figur 3 er der vist en ensidig virkende sylinder 70 anordnet under vann. Den øvre ende av stempelstangen 71 er via en line 72 forbundet med det flytende legeme 30. Man sparer i den forbindelse den endeløse anordning av linen og linevalser. Tilkoblingen av sylinderrommet 74 til maskinene 22 og 24 finner sted på den på figur 3 viste måte. I dette tilfelle kan der fra anordningen fremskaffes en ytelse bare når det flytende legeme stiger, og i den forbindelse trekker med seg stempelstangen 71. I den forbindelse blir lasten 35 tilsvarende hevet ved hjelp av maskinen 22 som arbeider som motor. Dersom det flytende legeme igjen synker, så vil maskinen 22 på grunn av lasten drives i motsatt retning, og derved arbeide som pumpe og føre tilbake stempelet i sylinderen.. Figure 3 shows a unilaterally acting cylinder 70 arranged under water. The upper end of the piston rod 71 is connected via a line 72 to the floating body 30. In this connection, the endless arrangement of the line and line rollers is saved. The connection of the cylinder space 74 to the machines 22 and 24 takes place in the manner shown in Figure 3. In this case, a performance can be obtained from the device only when the floating body rises, and in this connection pulls the piston rod 71 with it. In this connection, the load 35 is correspondingly raised with the help of the machine 22 which works as a motor. If the floating body sinks again, the machine 22 will be driven in the opposite direction due to the load, thereby working as a pump and bringing the piston back into the cylinder.

Der er også mulighet.for en anordning med en vendevalse 75 og en ensidig virkende sylinder 70, slik det er anskuelig-gjort på figur 4. There is also the possibility of a device with a turning roller 75 and a unilaterally acting cylinder 70, as can be seen in Figure 4.

Claims

1. Winch for raising and lowering a load (35) from respective on a floating body (30), comprising a hydrostatic machine (22, 24) for operating the winch drum (25) for raising and lowering the load (35) , a drive device (20) which is attached to the floating body (30) via a substantially vertical element (15, 72), the drive device (20) being driven by the floating body (30) at sea, and performing a reciprocating movement, and is connected to the hydrostatic machine (22, 24) for synchronization, characterized in that the floating body (30) via the element (15) drives a hydraulic motor (cylinder 20, 70 hydrostatic machine) whose displaced liquid is used for operation of the hydrostatic machine (22) for the winch drum (25) (fig. 1, 3, 4) .

2. Winch as specified in claim 1, characterized in that the hydraulic motor comprises a cylinder-rod-side cylinder chamber (74) of a single-acting hydraulic cylinder (70) which is connected to the hydrostatic machine )22) for operating the winch drum (25) ( Fig. 3, 4).

3. Winch as specified in claim 1 or 2, characterized in that the hydraulic motor comprises a cylinder chamber (17, 17') of a double-acting hydraulic cylinder (20) which is connected to the hydrostatic machine (22) (fig. 1, 2 ).

4. Winch as stated in one of claims 1-3, characterized in that the displacement volume of the machine (22) which is connected to the winch drum (25) is constant (fig. 1).

5. Winch as specified in one of claims 3-4, characterized in that between the hydrostatic machine (22) and the cylinder chambers: (17, 17') are arranged a shut-off valve (18, 18'), and that the cylinder chambers (17, 17') are connected to each other via a valve (28) (fig. 1).

6. Winch as specified in one of claims 3-4, characterized in that the cylinder chambers (17, 17') are connected by a hydraulic pressure network (38) and a bearing (39) via connecting valves (40, 40') (fig. 2).

7. Winch as specified in one of claims 1-6, characterized in that parallel to the hydrostatic machine (22) which is connected to the winch drum (25) there is arranged a drive machine (24) for raising and lowering the load (fig. 1).

8. Winch as specified in claim 7, characterized in that the drive machine (24) is a hydrostatic machine which is connected to the cylinder chambers (17, 74) (fig.

1, 3, 4).

9. Winch as stated in claim 7 or 8, characterized in that the displacement volume for the drive machine (24) can be changed (fig. 1, 3, 4).