NO171570B - Boeybar forbindelse for anvendelse i en leddet offshorekonstruksjon - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en bøybar forbindelse for anvendelse i en leddet offshore-konstruksjon som har en øvre seksjon og en nedre seksjon, idet nevnte øvre og nedre seksjoner er plassert langs en i alt vesentlig vertikal akse for nevnte konstruksjon, idet den bøybare forbindelsen omfatter et aksielt belastningsorgan festet til nevnte øvre og nedre seksjoner, og ledd som er plassert mellom første og andre seksjoner i nevnte konstruksjon og orientert til å ligge i et plan i alt vesentlig perpendikulært på en langsgående akse av nevnte øvre seksjon, idet nevnte ledd hindrer rotasjon av den øvre seksjonen om dens langsgående akse og tillater helning av den øvre seksjonen i forhold til den nedre seksjonen.

Siden dens begynnelse i slutten av 1940-tallet, har offshore petroleumsindustrien beveget seg progressivt mot dypere vann. Inntil nylig er offshore petroleumsborings- og produksjon-soperasjoner vanligvis blitt utført fra stive, bunnfunda-menterte offshore-konstruksjoner, slik som eksempelvis konvensjonelle oppjekkbare konstruksjoner, eller gravitets-konstruksjoner av betong eller stål. Slike konstruksjoner er utformet til stivt å motstå miljømessige krefter slik som vind, bølger og kraftige strømmer. I farvann med dyp mer enn 1000 fot (305 meter) vil vekten av stål og derfor kostnaden som kreves for stivt å motstå miljømessige krefter økes så hurtig at den økonomiske grense snart nås, endog med de mest gunstige økonomiske betingelser.

Vanndybdene som er av interesse for offshore petroleumsindustrien har nå økt til det punkt hvor stive, bunnfunda-menterte offshore-konstruksjoner i mange tilfeller ikke lenger er teknisk eller økonomisk mulige. Dette problem har ført til utviklingen av nye typer av offshore-konstruksjoner som generelt er kjent som "ettergivende tårn". Ettergivende tårn er offshore-konstruksjoner som ikke stivt motstår miljømessige krefter. I stedet blir et ettergivende tårn konstruert til å gi efter for miljømessige krefter på en kontrollert måte. I grunntrekk blir tårnet tillatt å oscillere noen få grader fra vertikalen om sin basis som reaksjon på de påførte miljømessige krefter. Denne oscil-lasjon, som kan karakteriseres som en omsnudd pendel, skaper en treghetsmessig tilbakebringende kraft som motvirker de påførte miljømessige krefter.

Et slikt ettergivende tårn er det "bardunerte tårn". I grunntrekk er et bardunert tårn en fagverkskonstruksjon av generelt jevnt tverrsnitt som strekker seg oppad fra bunnen av vannlegemet til et dekk som understøttes over vannover-flaten. Konstruksjonen holdes oppreist ved hjelp av en oppstilling av bardunliner anbragt med avstand rundt periferien av konstruksjonen og strekker seg utad og nedad til forankringspunkter plassert på vannlegemets bunn. Bardunliner tillater tårnet å dreie sideveis noen få grader om sin basis som reaksjon på overflatevind, bølge, eller strømkrefter. Se generelt Finn, L.D., "Å New Deep-Water Platform - The Guyed Tower", Journal of Petroleum Technology, April 1978, sidene 537-544.

En andre type av ettergivende tårn er "flytetårnet". I grunntrekk er flytetårnet en fagverkskonstruksjon tilsvarende et bardunert tårn. Imidlertid anvendes ingen bardunliner. Hele tilbakebringelseskraften for konstruksjonen tilveiebringes ved store oppdriftstanker som er plassert på konstruksjonen, fortrinnsvis på eller nær vannlegemets overflate. Se eksempelvis flytetårnet som er vist i US-patent nr. 3.636.716.

Nok en annen type av ettergivende tårn, "hybridtårnet", er omhandlet i US-patentsøknad nr. 635.942 inngitt 30. juli 1984 med tittel "Hybrid Offshore Structure". I grunntrekk omfatter et hybridtårn en ettergivende øvre seksjon slik som et bardunert tårn eller et flytetårn montert på en stiv bunnfundamentert nedre seksjon. Som nærmere beskrevet i den nevnte patentsøknad blir den ettergivende øvre seksjon tillatt å dreie sideveis noen få grader om et dreiepunkt plassert på eller nær den øvre enden av den nedre seksjonen som reaksjon på påførte miljømessige krefter.

De ettergivende tårn som er beskrevet ovenfor blir generelt konstruert for anvendelse som produksjonsborings- og produk-sjonsplattformer. En annen type av leddet offshore-konstruksjon er "enkelt-anker benfortøyningen" (single anchor leg mooring" eller "SALM") som anvendes til å overføre hydro-karbonprodukter fra bunnen av et vannlegeme til en flytende lagringsinstallasjon eller tanker. I grunntrekk er SALM et stigerør som strekker seg fra en basis plassert på bunnen av vannlegemet til en fortøyningsbøye plassert på overflaten av vannlegemet. En flytende lagringsinstallasjon eller tanker fortøyes til fortøyningsbøyen og tillates å bevege seg med været om bøyen som reaksjon på miljømessige krefter. Vanligvis er en SALM leddet eller forbundet både ved bunnen og toppen av stigerøret.

Hydrokarbonprodukt strømningsledninger strekker seg fra basisen gjennom de leddete forbindelser, stigerøret og fortøyningsbøyen til den flytende lagringsinstallasjonen eller tankeren. Se eksempelvis SALM vist i fig. 1 i TJS-patent nr. 4.337.970.

Hver av de leddete offshore-konstruksjonene som er beskrevet ovenfor krever bruken av en leddet forbindelse eller pivot som vil tillate den ønskede sideveis dreiebevegelse. Typisk må den leddete forbindelsen eller pivoten også være i stand til å overføre store vertikale belastninger mellom hosliggende seksjoner av konstruksjonen. Generelt er den leddete forbindelsen eller pivoten plassert nær konstruksjonens bunn. Som imidlertid bemerket ovenfor, er en SALM typisk leddet eller forbundet både ved bunnen og toppen av stigerøret.

Som en ytterligere komplikasjon krever leddete offshore-konstruksjoner vanligvis bruk av et middel til å overføre torsjonsbelastninger mellom hosliggende seksjoner i konstruksjonen. Offshore-konstruksjoner er sjelden, hvis noen gang, perfekt symmetrisk. Vind, bølger og havstrømmer som treffer på en asymmetrisk konstruksjon skaper ujevne krefter som har tendens til å vri konstruksjonen om dens vertikale akse. Disse vridningskrefter må overføres til og motvirkes av konstruksjonens fundament for å hindre skade på eller destruering av strømningsledninger, brønnledere, og andre komponenter i konstruksjonen.

Hittil er et stort antall mekaniske anordninger, slik som universalledd og kuleledd blitt foreslått for bruk som leddete forbindelser eller pivoter ved leddete offshore-konstruksjoner. Bruken av et universalledd har fordelen med å kombinere den leddete forbindelsen eller pivoten og torsjonsmidlet. Se eksempelvis fig. 10 i US-patent nr. 3.626.701. Bruken av et kuleledd (f.eks. pivot) krever bruken av et separat torsjonsmiddel. Se eksempelvis det hengsel som er omtalt i US-patent nr. 3.735.597. Andre typer av mekaniske pivoter er blitt foreslått til bruk i leddete offshore-konstruksjoner. Se eksempelvis US-patent nr. 3.636.716 og 4.231.632.

De mekaniske anordninger som tidligere er foreslått for bruk som leddete forbindelser eller pivoter ved leddete offshore-konstruksjoner innbefatter typisk bevegelige deler som utsettes for slitasje og som må vedlikeholdes under konstruksjonens levetid. I dype farvann er vedlikehold av slike anordninger, i beste fall, uhyre vanskelig og kostbart. Reparasjon eller utskifting av slike anordninger kan være en praktisk umulighet. For store konstruksjoner, eller konstruksjoner på dypt vann, er de belastninger som må overføres av slike anordninger så store at vanlige anvendte mekaniske forbindelser eller pivoter er upraktiske. Dessuten krever bruken av en mekanisk forbindelse eller pivot vanligvis at belastninger overføres gjennom et enkelt punkt som ikke har noen redundans.

Følgelig eksisterer behovet for en pivot eller forbindelse som er egnet for bruk i en leddet offshore-konstruksjon, som ikke har noen bevegelige deler, som er i stand til å overføre store belastninger, som er i stand til redundans, og som krever lite eller intet vedlikehold under konstruksjonens levetid.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en bøybar forbindelse av den innledningsvis nevnte type, og som ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at nevnte ledd utgjøres av minst tre langstrakte skjær— og torsjonsledd som er orientert slik at de ligger i et plan som er i alt vesentlig perpendikulært på den i alt vesentlig vertikale akse av nevnte konstruksjon, idet hvert av nevnte ledd har en første ende som er stivt festet til nevnte øvre seksjon og en andre ende som er stivt festet til nevnte nedre seksjon, idet nevnte aksielle belastningsorgan og nevnte skjær- og torsjonsledd er tilpasset til å ivareta sideveis dreining av nevnte øvre seksjon relativt nevnte nedre seksjon ved elastisk bøyning.

Ifølge ytterligere utførelsesformer av den bøybare forbindelsen har den bøybare forbindelsen fire langstrakte skjær- og torsjonsledd forbundet i ende-mot-ende forhold for derved å danne en i alt vesentlig plan primær skjær- og torsjonsramme som ligger i nevnte plan, idet nevnte primære skjær- og torsjonsramme er stivt festet til nevnte øvre seksjon kun ved de motsatte ender av en første diagonal linje hos nevnte primære ramme og til nevnte nedre seksjon kun ved de motsatte ender av en andre diagonal linje hos nevnte primære ramme.

Nevnte første og andre diagonale linjer kan være i alt vesentlig innbyrdes perpendikulære.

Den bøybare forbindelsen kan dessuten omfatter en redundant skjær- og torsjonsramme som ligger i alt vesentlig i det samme plan som nevnte primære skjær- og torsjonsramme, idet nevnte redundante fjær og torsjonsramme er stivt festet til nevnte øvre seksjon kun ved de motsatte ender av en første diagonal linje hos nevnte redundante ramme og til nevnte nedre seksjon kun ved de motsatte ender av en andre diagonal linje hos nevnte redundante ramme. De geometriske sentra for nevnte primære og redundante rammer er i alt vesentlig sammenfallende og er plassert ved eller nær den i alt vesentlige vertikale akse for nevnte konstruksjon. Den nevnte første diagonale linje hos nevnte primære ramme er i alt vesentlig sammenfallende med nevnte andre diagonale linje hos nevnte redundante ramme, og nevnte andre diagonale linje hos nevnte primære ramme er i alt vesentlig sammenfallende med nevnte første diagonale linje hos nevnte redundante ramme. Nevnte første og andre diagonale linjer hos nevnte primære ramme er i alt vesentlig innbyrdes perpendikulære, og nevnte første og andre diagonale linjer hos nevnte redundante ramme er i alt vesentlig innbyrdes perpendikulære.

Dessuten kan nevnte aksielle belastningsorgan omfatte et langstrakt organ som er plassert i alt vesentlig sammenfallende med nevnte i alt vesentlige vertikale akse for nevnte konstruksjon. Det langstrakte organ kan omfatte et enkelt tubulært element. Eventuelt kan det langstrakte organ omfatte et flertall av konsentriske tubulære elementer, hvor hvert av disse er festet både til nevnte øvre og nedre seksjoner.

Den bøybare forbindelse omfatter dessuten minst et førings-organ som er festet til hver av nevnte øvre og nedre seksjoner, og det langstrakte organ strekker seg gjennom og ledes av nevnte føringsorganer.

Det er også mulig å la nevnte aksielle belastningsorgan omfatte et flertall av langstrakte organer som er gruppert i en tett-adskilt samling rundt og i alt vesentlig parallelt med nevnte i alt vesentlig vertikale akse i nevnte konstruksjon, idet hvert av nevnte langstrakte organer er festet til både nevnte øvre og nedre seksjoner.

Det bøyelige leddet, ifølge den foreliggende oppfinnelse, ivaretar den ønskede sideveis dreining av den første seksjonen ved elastisk bøyning av visse av dens elementer. Ingen bevegelige deler anvendes.

Den faktiske operasjon og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil lettere forstås ved henvisning til den etterfølgende detaljerte beskrivelse og de vedlagte teg-ninger .

Fig. 1 er et perspektivriss som viser hovedkomponentene i

en første utførelsesform av oppfinnelsen.

Fig. 2 er et perspektivriss som viser hovedkomponentene i

en andre utførelsesform av oppfinnelsen.

Fig. 3A t.o.m. 3D er enkelt-streks vertikalriss som respektivt viser defleksjonen hos hver av de fire sideelementene i skjær- og torsjonsrammen for en gitt vipperetning. Fig. 4 er et vertikalriss, delvis i snitt, tatt langs en diagonal linje for konstruksjonen og som viser en utførelsesform av det aksielle belastningselementet ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 5 og 6 er vertikalriss som viser en utførelsesf orm av den foreliggende oppfinnelse som anvender en tett-adskilt samling av langstrakte tubulære elementer som det aksielle belastningselementet. Fig. 7 er et perspektivriss over en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse hvor flere skjær- og torsjonsrammer anvendes til å øke den maksimalt tillatelige vippevinkel. Fig. 8 er et perspektivriss som illustrerer en utførelses-form av den foreliggende oppfinnelse som anvender en redundant skjær- og torsjonsramme. Fig. 9 er et perspektivriss som viser et hjørne av skjær- og

torsjonsrammen og det tilhørende støtteelementet.

Selv om oppfinnelsen vil bli beskrevet i forbindelse med foretrukne utførelsesformer, vil det forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til slike utførelsesformer. Tvert imot er det beregningen å dekke samtlige alternativer, modifikasjoner og ekvivalenter som kan inngå innenfor oppfinnelsens idé og omfang.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en bøybar konstruksjonsmessig forbindelse eller "bøyelig ledd" som er egnet til bruk i en leddet konstruksjon, som ikke har noen bevegelige deler, lett kan overføre store belastninger, er i stand til å tilveiebringe redundans, og krever lite eller intet vedlikehold gjennom hele konstruksjonens levetid. Disse og øvrige fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende detaljerte beskrivelse. Det bør bemerkes at selv om oppfinnelsen vil bli beskrevet i forbindelse med en leddet offshore-konstruksjon, er den også egnet til bruk i andre typer av leddete konstruksjoner. Følgelig er samtlige slike anvendelser tilsiktet å ligge innenfor oppfinnelsens omf ang.

Ser man nå på fig. 1, er der vist en offshore-konstruksjon 10 som er plassert i et legeme av vann 12 og som har en øvre seksjon 14 og en nedre seksjon 16. Den øvre seksjonen 14 og den nedre seksjonen 16 er vist i blokkform for enkelhets skyld og for å lette forståelsen. I realiteten er det imidlertid sannsynlig at den øvre seksjonen 14 og den nedre seksjonen 16 ville bestå av fagverk, slik det er velkjent innenfor teknikken. Alternativt kan den øvre seksjonen 14 og den nedre seksjonen 16 være en hvilken som helst annen type av konstruksjon, slik som et stigerør i en SALM. Den øvre seksjonen 14 strekker seg oppad mot overflaten (ikke vist) av vannlegemet 12. Den nedre seksjonen 16 strekker seg nedad mot bunnen (ikke vist) av vannlegemet 12. Den nedre seksjonen 16 kan være basisen for konstruksjonen 10 og kan ha en høyde av kun noen få fot. Alternativt kan den nedre seksjonen 16 være den nedre seksjonen av et hybridtårn eller stigerør hos en SALM og følgelig ha en høyde av flere hundre fot. Den øvre seksjonen 14 utsettes for tverrgående belastninger som skyldes vind, bølger og strøm. Det er ønskelig å tillate at den øvre seksjonen 14 dreier seg sideveis relativt den nedre seksjonen som reaksjon på slike tverrgående belastninger.

Den ønskede sideveisdreining av den øvre øvre seksjonen 14 ivaretas av det bøyelige leddet, generelt angitt med henvisningstallet 18, ifølge den foreliggende oppfinnelse. Slik det vil bli beskrevet i det etterfølgende i nærmere detalj, ivaretar den bøyelige forbindelse 18 sideveis-dreiningen av den øvre seksjonen 14 ved elastisk bøyning av visse av dens elementer. Det bøyelige leddet 18 er også i stand til å overføre samtlige skjær- og torsjonsbelastninger fra den øvre seksjonen 14 til den nedre seksjonen 16. Som vist i fig. 1 består det bøyelige leddet 18 av et aksielt belastningsorgan 20 og minst tre langstrakte skjær- og torsjonsledd 21. Hvert av leddene 21 er forbundet ved en av sine ender til den øvre seksjonen 14 ved hjelp av et første støtteelement 23 og ved sin andre ende til den nedre seksjonen 16 ved hjelp av et andre støtteelement 25. Fortrinnsvis er leddene 21 og støtteelementene 23 og 25 konstruert av stålrør av den type som vanligvis anvendes for fagverkene i en offshore-konstruksjon. Andre typer av konstruksjonselementer kan også anvendes, hvis ønskelig.

Fig. 1 illustrerer et plan "P" plassert mellom den øvre seksjonen 14 og nedre seksjon 16. Planet "P" er i alt vesentlig perpendikulært på den vertikale aksen (langsgående senterlinje) for konstruksjonen 10. Fortrinnsvis er hvert skjær- og torsjonsledd 21 orientert slik at dets langsgående senterlinje ligger i alt vesentlig i plan "P". Hvis det imidlertid er ønskelig, kan ett eller flere av leddene 21 være skråstilt relativt planet "P" i en vinkel av inntil 15°.

De tre skjær- og tors jonsleddene kan ha lik eller ulik lengde, alt etter ønske. Dessuten er ingen spesiell orientering av leddene 21 innenfor planet "P" nødvendig. Imidlertid bør fortrinnsvis ikke mer enn to av de tre leddene 21 være kolineære. Leddene 21 kan være plassert innenfor

eller utenfor konstruksjonens 10 omkrets, og støtteelementene

23 og 25 på et gitt ledd 21 kan ombyttes, hvis ønskelig. I

en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen vil de tre skjær- og torsjonsleddene 21 ha i alt vesentlig like lengder og vil være orientert langs sidene av en likesidet trekant plassert i alt vesentlig i plan "P".

Fortrinnsvis er det aksielle belastningsorganet 20 et langstrakt tubulært organ som er i alt vesentlig sammenfallende med den vertikale akse (langsgående senterlinje) for konstruksjonen 10. Hvis ønskelig, kan det aksielle belastningsorganet 20 være sideveis forskjøvet fra den vertikale aksen. Som det vil bli beskrevet nærmere i det etter-følgende, er det aksielle belastningsorganet 20 festet både til den øvre seksjonen 14 og den nedre seksjonen 16 og er i stand til å overføre vertikale (langsgående) belastninger mellom disse.

Som vist i fig. 1 omfatter støtteelementene 23 og 25 fagverk konstruert av stålrør, som hver har en i alt vesentlig vertikal sentersøyle og to vinklede avstivere. Andre hensiktsmessige støtteorgan vil være innlysende for fagfolk. Fig. 2 viser en andre utførelsesform av oppfinnelsen hvor fire skjær- og torsjonsledd 22a, 22b, 22c og 22d er forbundet til å danne en i alt vesentlig plan skjær- og torsjonsramme 22. Den gjenværende del av beskrivelsen vil bli rettet mot utførelsesformen som er vist i fig. 2 og visse varianter derav.

Skjær- og torsjonsrammen 22 er plassert mellom øvre seksjon 14 og nedre seksjon 16 og ligger, fortrinnsvis, i et plan som er i alt vesentlig perpendikulært på den vertikale aksen for konstruksjonen 10. Fortrinnsvis er det geometriske senter for rammen 22 plassert ved eller nær den vertikale aksen (langsgående senterlinje) for konstruksjonen 10. Som vist i fig. 2 omfatter rammen 22 en firkantet ramme. Imidlertid kan andre plane former også anvendes. Fortrinnsvis konstrueres rammen 22 av stålrør av den type som generelt anvendes for fagverk i en offshore-konstruksjon. Imidlertid kan andre typer av konstruksjonsmessige elementer også anvendes.

Skjær- og torsjonsrammen 22 er festet til øvre seksjon 14 ved hjelp av støtteelementer 26 og 30 og til nedre seksjon 16 av støtteelementer 24 og 28. Støtteelementene 26 og 30 er festet henholdsvis til rammen 22 ved motsatte ender av den diametrale linje "X". Som her anvendt og i kravene betyr "diametral linje" et linjesegment som ligger i planet for rammen som passerer i alt vesentlig gjennom det geometriske senter for rammen og forbinder diametralt motstående punkter på rammen. Støtteelementene 24 og 28 er respektive festet til rammen 22 ved motsatte ender av den diametrale linjen "Y". Fortrinnsvis er diametrale linjer "X" og "Y" i alt vesentlig innbyrdes perpendikulære. I tilfellet av en firkantet skjær- og torsjonsramme, som vist i fig. 2, er de foretrukne støttepunktene de fire hjørnene i rammen og de diametrale linjer "X" og "Y" er diagonale linjer som forbinder motsatte hjørner.

Som vist i fig. 2 understøttes rammen 22 ved fire punkter som er adskilt rundt dens periferi med støtteretningen vekslende fra punkt til punkt. Således, slik som med utførelsesformen vist i fig. 1, blir hver av de individuelle sideorganer 22a, 22b, 22c og 22d forbundet ved en av dens ender til den øvre seksjonen 14 og ved sin andre ende til nedre seksjon 16.

Idet der nå vises til fig. 3A t.o.m. 3D, vil den måte hvorved skjær- og torsjonsrammen 22 bøyer seg for å oppta sideveis dreining av den øvre seksjonen 14, bli beskrevet. Fig. 3A t.o.m. 3D viser i elevasjon defleksjonen hos de respektive fire sideelementene 22a, 22b, 22c og 22d i rammen 22 for en gitt vipperetning. Vipperetningen er angitt ved toppen av hvert riss. Defleksjonen av den øvre seksjonen 14 er blitt overdrevet av hensyn til illustrasjonen. Typisk vil den maksimale defleksjon for den øvre seksjonen 14 ikke over-skride noen få grader. De ikke deflekterte posisjoner for den øvre seksjonen 14, det aksielle belastningsorganet 20, de relevante støtteelementer 26 eller 30 og det relevante sideelementet 22a, 22b, 22c eller 22d hos rammen 22 er angitt med stiplede linjer og de deflekterte posisjoner med heltrukne linjer. Som vist i fig. 3A, for den angitte vipperetning, er sideelementet 22a elastisk bøyet oppad i en enkelt jevn kurve. Som vist i fig. 3B t.o.m. 3D, for den samme vipperetning, er sideelementet 22b eleastisk bøyet nedad i en dobbeltkurve, sideelementet 22c er elastisk bøyet nedad i en enkelt kurve og sideelementet 22d er elastisk bøyet oppad i en dobbelt kurve.

For enkelhets skyld ble vipperetningen som er vist i fig. 3A t.o.m. 3D antatt å være perpendikulær på sideelementene 22b og 22d for rammen 22. I realiteten er vipperetningen sannsynlig skrå relativt hvert av sideelementene i rammen 22 (eller relativt de individuelle skjær- og torsjonsleddene 21 i utførelsesformen vist i fig. 1). Imidlertid kan defleksjonen for sideelementene 22a, 22b, 22c og 22d (eller leddene 21) for en hvilken som helst vipperetning bestemmes ved å oppløse den påførte belastning i dens ortogonale komponenter og addere defleksjonene som skyldes hver komponent. Så lenge som den maksimale bøyningspåkjenning i hvert av sideelementene 22a, 22b, 22c og 22d (eller leddene 21) ikke overskrider den elastiske grense for konstruksjonsmaterialet, vil sideelementene (eller leddene) gå tilbake til sine ikke-deflekterte posisjoner når den påførte belastning slippes.

Støtteelementene 24, 26, 28 og 30 er stivt festet (f.eks. ved sveisning eller bolting) til skjær- og torsjonsrammen 22 og til øvre seksjon 14 eller nedre seksjon 16, avhengig av hva som passer. Fortrinnsvis bør forbindelsene mellom hvert individuelle støtteelement og rammen 22 utformes til å redusere spenningskonsentrasjoner (og derfor tretthet). Fig. 9 viser en mulig utformning for forbindelsen mellom støtte-elementet 30 og hjørnet på rammen 22 dannet av sideelementene 22a og 22d. Som vist, består støtteelementet 30 av en i alt vesentlig vertikal sentersøyle 30a og to vinklede avstivere 30b og 30c. Typisk vil sentersøylen 30a ha en større diameter enn hvert av sideelementene 22a og 22d eller avstiverne 30b og 30c. Forbindelsene mellom de forskjellige konstruksjonselementer er sveiset. Andre mulige forbind-elseskonstruksjoner vil være innlysende for fagfolk.

Som beskrevet ovenfor er skjær- og torsjonsrammen 22 og støtteelementene 24, 26, 28 og 30 i stand til å overføre til den nedre seksjon 16 samtlige belastninger som skyldes sideveis dreining av den øvre seksjonen 14. Disse belastninger blir primært overført ved bøyning av de individuelle sideelementer 22a, 22b, 22c og 22d hos rammen 22, som vist i fig. 3A t.o.m. 3D. Slik det vil være innlysende for fagfolk, er rammen 22 og støtteelementene 24, 26, 28 og 30 også i stand til å sende til nedre seksjon 16 samtlige torsjonsmessige belastninger som skyldes vridning av den øvre seksjonen 14 om dens vertikale (langsgående) akse. Disse torsjonsmessige belastninger overføres ved hjelp av støtte-elementene 26 og 30 til rammen 22 og så ved hjelp av støtteelementene 24 og 28 til den nedre seksjonen 16. P.g.a. den enestående fremgangsmåten for understøttelse av rammen 22, som beskrevet overfor, er imidlertid rammen 22 ikke i stand til å overføre store vertikale (langsgående) belastninger mellom den øvre seksjonen 14 og den nedre seksjonen 16. Store vertikale belastninger som påføres rammen 22 gjennom støtteelementene 26 og 30 ville bevirke for stor bøyning i sideelementene 22a, 22b, 22c og 22d, hvorved rammen 22 skades eller ødelegges. Følgelig må midler tilveiebringes for å overføre vertikale belastninger mellom den øvre seksjonen 14 og nedre seksjonen 16 og for å isolere rammen 22 mot skadelige virkninger ved dette. Dessuten bør slike midler for å overføre vertikale belastninger ikke i for stor grad forstyrre bøyninger .av forbindelsen 18.

Det aksiale belastningsorganet 20 tilfredsstiller de foregående kriterier. Organet 20 er festet både øvre seksjon 14 og nedre seksjon 16 og er i stand til å overføre samtlige vertikale (langsgående) belastninger derimellom. Som angitt ovenfor er organet 20 fortrinnsvis et langstrakt tubulaert element som er i alt vesentlig sammenfallende med den vertikale aksen for konstruksjonen 10. For formål i tilknytning til den etterfølgende beskrivelse, skal det antas at konstruksjonens 10 vertikale akse er sammenfallende med den nøytrale bøyningsaksen for konstruksjonen 10 for en hvilken som helst vipperetning. Derfor, som vist i fig. 3A og 3C, vil organet 20 bli plassert i enkel bøyning ved sideveis dreining av den øvre seksjonen 14. Organet 20 fungerer således i alt vesentlig som en lang søyleformet-eller stangfjær og vil ikke for stor grad forstyrre bøyningen av leddet 18. Organets 20 stivhet vil primært være avhengig av dens bøyestivhet og den ikke-understøttede lengde som er utsatt for bøyning.

Det aksielle belastningsorganet 20 kan være et enkelt tubulært element av den type som vanligvis anvendes i offshore-konstruksjoner. Alternativt, for å tilføye ønskelig redundans, kan organet 20 bestå av et flertall konsentriske tubulaere elementer, som vist i fig. 4. Fig. 4 er et tverr-snittriss av konstruksjonen 10 tatt langs en diagonal linje slik som den diametrale linjen "X" (se fig. 2). I fig. 4 kan organet 20 bestå av tre konsentriske tubulaere elementer 20a, 20b og 20c som avsluttes på forskjellige nivåer over og under leddet 18. Det tubulære elementet 20a er det lengste av de tre konsentriske tubulære elementene. Det tubulære elementet 20b er kortere enn det tubulære elementet 20a og passer løst over dette slik at det tubulære elementet 20a strekker seg forbi øvre og nedre ender av det tubulære elementet 20b. Det tubulære elementet 20c er det korteste av de tre konsentriske tubulære elementene og passer løst over det tubulære elemetet 20b slik at begge tubulære elementer 20a og 20b strekker seg forbi øvre og nedre ende av det tubulære elementet 20c. De øvre og nedre ender av de tre konsentriske tubulære elementene er sveiset eller på annen måte festet, respektivt, til fagverket (f.eks. horisontale bjelkeelementer 36 og vinkelete støtteelementer 38) hos den øvre seksjonen 14 og nedre seksjonen 16.

Føringer 40 er stivt festet til den enden av den øvre seksjonen 14 og den øvre enden av den nedre seksjonen 16. Det aksielle belastningsorganet 20 strekker seg gjennom og ledes av føringene 40. Hvis ønskelig kan ytterligere føringer (ikke vist) festet til den øvre seksjonen 14 og den nedre seksjonen 16 og adskilles langs organets 20 lengde. Føringene 40 tillater det aksielle belastningsorganet 20 å spre sin bøyning over en lang distanse og, derfor, redusere bøyningspåkjenningen i organet 20.

Som angitt ovenfor, er stivheten hos det aksielle belastningsorganet 20 primært avhengig av dets bøyelige stivhet og den ikke-understøttende lengden som utsettes for bøyning. Således kan stivheten lett varieres ved å variere stedene hvor organetet 20 er festet til den øvre seksjonen 14 og den nedre seksjonen 16. Eksempelvis kan organet 20 festes til den øvre seksjonen 14 kun ved eller nær dens øvre ende. I dette tilfellet ville den ikke-understøttede lengden av organet 20 være ganske stor og stivheten for organet 20 ville være ganske lav. Alternativt kan organet 20 festes til den øvre seksjonen 14 nær dens nedre ende, i hvilket tilfelle organets 20 stivhet ville være vesentlig høyere.

Ser man nå på fig. 5 og 6, vil en alternativ utførelsesform av det aksielle belastningselementet bli beskrevet. Som vist i fig. 5 og 6 omfatter det aksielle belastningselementet et flertall av hovedpeler 42 (to er vist). Eovedpelene 42 kan være tubulære enkelt-elementer eller konsentrisk tubulære elementer, som beskrevet ovenfor i forbindelse med fig. 4. Fortrinnsvis er hver hovedpel 42 festet til kun den øvre seksjon 14 ved eller nær den øvre enden for den øvre seksjonen 14. Hovedpelene 42 strekker seg nedad gjennom en serie av hovedpelføringer 44 adskilt langs lengden for den øvre seksjonen 14. Hovedpelføringene 44 er stivt festet til horisontale bjelkeelementer 36 som danner del av fagverket i den øvre seksjonen 14.

Den nedre seksjonen 16 kan være en kjeglestumpformet fagverkkonstruksjon som vist i fig. 5 eller en fagverkkonstruksjon med konstant bredde, som vist i fig. 6. I det ene eller annet tilfelle er seksjonen 16 stivt festet til bunnen 46 av vannlegemet 12 ved hjelp av peler 48 (fig. 5) eller 50 (fig. 6). Alternativt kan en seksjon 16 være en tyngdebasis, slik det er velkjent innenfor teknikken. Hovedpelene 42 kan være festet til den nedre seksjonen 16 på den måte som er tidligere beskrevet i forbindelse med fig. 4. Alternativt, som vist i fig. 5, kan et flertall av hovedpel-hylser 52 være stivt festet til fagverket i den nedre seksjonen 16. Hovedpelhylsene 52 er plassert slik at de er respektivt vertikalt innrettet med hver av hovedpelene 42. De nedre endene av hovedpelene 42 strekker seg inn i hovedpelhylsene 52 og er faststøpt eller på annen måte fastgjort dertil. I en annen utførelsesform, vist i fig. 6, er hovedpelene 42 ikke festet til den nedre seksjonen 16. I stedet passerer hovedpelene 42 gjennom en eller flere ytterligere hovedpelføringer 54 festet til fagverket i den nedre seksjonen 16 og strekker seg inn i hunnen 46 av vannlegemet 12. I denne utførelsesform blir vertikale belastninger overført ved hjelp av hovedpeler 42 direkte fra den øvre seksjonen 14 til bunnen 46 for vannlegemet 12.

I utførelsesformen ifølge oppfinnelsen vist i fig. 5 og 6, er det sannsynlig at en samling av hovedpeler 42 ville bli anvendt til å tilveiebringe den ønskelige redundans. Slik en samling kan omfatte så mange som åtte eller flere peler 42. I denne utførelsesform vil påkjenningen i en hvilken som helst individuell hovedpel bli avhengig av motstandsmomentet for hele samlingen. Følgelig bør samlingen av hovedpeler grupperes så tett som mulig rundt konstruksjonens 10 vertikale akse slik at intet individuelt aksielt belastningselement i for stor grad vil bli belastet ved bøyningen av leddet 18. Når den øvre seksjonen 14 dreier seg sideveis, vil visse av hovedpelene 42 bli plassert i strekk, mens andre vil bli plassert i kompresjon. Ettersom imidlertid hovedpelene 42 er ganske lange, bør ikke de resulterende strekk og kompresjonskrefter bli for stor.

Utførelsesformen vist i fig. 6 omfatter ytterligere pel-føringer 56 festet til den øvre seksjonens 14 utside. Under utsetting og oppreisning av konstruksjonen 10, blir søylene 50 trukket tilbake til den posisjonen som er vist ved de stiplede linjer og festes til både den øvre seksjonen 14 og den nedre seksjonen 16. Dette vil hindre skadelig over-bøyning av leddet 18 under utsetting og oppreisning av konstruksjonen 10. Etter at konstruksjonen 10 er blitt plassert på bunnen 46 av vannlegemet 12, drives pelene 50 gjennom ben 58 inn i bunnen 46, hvorved leddet 18 frigis og konstruksjonen 10 sikres til bunnen 46. Andre midler for midlertidig å feste leddet 18 under utsetting og oppreisning av konstruksjonen 10 vil være innlysende for fagfolk.

Fig. 7 illustrerer en utførelsesform av oppfinnelsen i hvilken flere skjær- og torsjonsrammer (to er vist) anvendes til øke den maksimalt tillate vippevinkel for den øvre seksjonen 14 relativt den nedre seksjonen 16. Som vist i fig. 7 består konstruksjonen 10 av den øvre seksjonen 14, den nedre seksjonen 16 og en midtre seksjon 60. To bøyelige ledd 18 er plassert henholdsvis mellom den øvre seksjonen 14 og den midtre seksjonen 60, samt mellom den midtre seksjonen 60 og den nedre seksjonen 16. Hvert av de bøyelige ledd 18 består av en skjær- og torsjonsramme 22 og fire støtter 24, 26, 28 og 30 som beskrevet ovenfor i forbindelse med fig. 2. Det aksielle belastningsorganet 20 strekker seg gjennom den øvre seksjonen 14, den midtre seksjonen 60, og den nedre seksjonen 16 og er festet til den øvre seksjonen 14 og den nedre seksjonen 16 som tidligere beskrevet. Fortrinnsvis omfatter den midtre seksjonen 60 en eller flere føringer (ikke vist) av den type som er vist i fig. 4 til å lede organet 20.

Utførelsesformen som er vist i fig. 7 vil tillate større vippevinkler enn hva er mulig under anvendelse av et enkelt bøyelig ledd 18. Flere ledd eller forbindelser kan anvendes hvis ønskelig. Som vist i fig. 7, har hvert av leddene den samme vinkelmessige orientering, selv om dette imidlertid ikke er nødvendig. Med andre ord kan hvert av leddene 18 dreies om konstruksjonens 10 vertikale akse til en hvilken som helst posisjon slik at de korresponderende støtte-elementene (f.eks. støtteelementene 24) i hvert ledd ikke er vertikalt innrettet.

For å hindre for stor påkjenning som kan være skadelig på det bøyelige leddet 18 (i hvilken som helst av utførelsesformene som her er beskrevet), kan det være ønskelig å tilveiebringe organ for å begrense den maksimalt tillatelige vippevinkel for hvert individuelle ledd. Et slikt hensiktsmessig organ er det mekaniske stopporganet 62 som er plassert under støtteelementet 30 hos det nedre bøyelige leddet 18 i fig. 7 (vist med stiplede linjer). Som vist, består det mekaniske stopporganet 62 av et tre-benet fagverk som har en plate 64 festet til dets øvre ende. Lignende mekaniske stopporgan (ikke vist) ville kunne plasseres under støtteelementet 26 og over støtteelementene 24 og 28. Platene 64 er plassert i en avstand under eller over rammen 22, slik det passer. Den maksimalt tillatelige bøyning av rammen 22 (og derfor den maksimalt tillatelig bøyningspåkjenning i de individuelle sideelementene for rammen 22) vil være bestemt av avstanden mellom rammen 22 og platene 64. Andre egnete midler for å begrense vippevinkelen vil være innlysende for fagfolk. Fig. 7 kan også anvendes for å illustrere bruken av den foreliggende oppfinnelse i en SALM. I en SALM ville midtseksjonen 60 tilsvare stigerøret og følgelig være ganske langt. Den nedre seksjonen 16 ville tilsvare basisen for SALM og den øvre seksjonen 14 ville tilsvare bøyen. Vipperetningen for det øvre bøyelige ledd eller forbindelse vil typisk være den motsatte av vipperetningen for det nedre bøyelige leddet, slik det er velkjent innenfor teknikken. Fig. 8 illustrerer en utførelsesform av oppfinnelsen hvor det bøyelige leddet omfatter en andre redundant skjær- og torsjonsramme 66 og dens fire støtteelementer 68, 70, 72 og 74. For tydelighetsskyld er støtteelementet 30 og et hjørne av rammen 22 blitt utelatt og erstattet av stiplede linjer. Som vist, har den redundante rammen 66 firkantet form. Lengden av hvert av sideelementene i den redundante rammen 66 er kortere enn lengden av sideelementene i rammen 22. Den redundante rammen 66 er plassert innenfor rammen 22 og ligger i alt vesentlig i det samme planet som rammen 22. Fortrinnsvis er de geometriske sentra for den redundante rammen 66 og rammen 22 i alt vesentlig sammenfallende. Den redundante rammen 66 er koplet til den øvre seksjonen 14 og den nedre seksjonen 16 på den samme måten som rammen 22. Støtte-elementene 68, 70, 72 og 74 er fortrinnsvis plassert på de samme diametrale linjer som støtteelementene 24, 26, 28 og 30. Imidlertid er støtteretningen ved hvert forbindelses-punkt motsatt støtteretningen ved det tilsvarende forbind-elsespunktet på rammen 22. Således er støtteelementene 68 og 72 plassert på diametral linje "Y" og er koplet til den øvre seksjonen 14, og støttelementene 70 og 74 er plassert på diametral linje "X" og er koplet til nedre seksjon 16. Ytterligere redundante skjær- og torsjonsrammer kan anvendes, hvis ønskelig, med den tredje rammen som har støtteretninger som tilsvarer den første rammen, den fjerde rammen som har støtteretninger som tilsvarer den andre rammen, osv.

Som beskrevet ovenfor overvinner det bøyelige ledd (forbindelsen) ifølge den foreliggende oppfinnelse samtlige av de mangler som er naturlige i mekaniske pivoter som er tidligere foreslått for anvendelse i leddete offshore-konstruksjoner. Andre fordeler vil lett forstås av fagfolk. Eksempelvis tilveiebringer det bøyelige leddet tilstrekkelig rom for føringen av strømningsledninger, brønnledere, og andre vertikale elementer gjennom leddet. Ett av de primære problemer ved konstruksjon av en SALM er passasjen for flere strømningsledninger gjennom leddete forbindelser. Det bøyelige leddet ifølge den foreliggende oppfinnelse løser dette problem.

Claims (12)

1. Bøybar forbindelse (18) for anvendelse i en leddet offshore-konstruksjon (10) som har en øvre seksjon (14) og en nedre seksjon (16), idet nevnte øvre og nedre seksjoner (14, 16) er plassert langs en i alt vesentlig vertikal akse for nevnte konstruksjon (10), idet den bøybare forbindelsen (18) omfatter et aksielt belastningsorgan (20) festet til nevnte øvre og nedre seksjoner, og ledd som er plassert mellom første og andre seksjoner (14, 16) i nevnte konstruksjon (10) og orientert til å ligge i et plan i alt vesentlig perpendikulært på en langsgående akse av nevnte øvre seksjon, idet nevnte ledd hindrer rotasjon av den øvre seksjonen (14) om dens langsgående akse og tillater helning av den øvre seksjonen i forhold til den nedre seksjonen (16), karakterisert ved at nevnte ledd utgjøres av minst tre langstrakte skjær- og torsjonsledd (21) som er orientert slik at de ligger i et plan som er i alt vesentlig perpendikulært på den i alt vesentlig vertikale akse av nevnte konstruksjon (10), idet hvert av nevnte ledd (21) har en første ende som er stivt festet (23) til nevnte øvre seksjon (14) og en andre ende som er stivt festet (25) til nevnte nedre seksjon (16), idet nevnte aksielle belastningsorgan og nevnte skjær- og torsjonsledd er tilpasset til å ivareta sideveis dreining av nevnte øvre seksjon relativt nevnte nedre seksjon ved elastisk bøyning.

2. Bøybar forbindelse (18) som angitt i krav 1, karakt erisert ved at den bøybare forbindelsen (18) har fire langstrakte skjær- og torsjonsledd (22a, 22b, 22c, 22d) forbundet i ende-mot-ende forhold for derved å danne en i alt vesentlig plan primær skjær- og torsjonsramme (22) som ligger i nevnte plan, idet nevnte primære skjær- og torsjonsramme (22) er stivt festet til nevnte øvre seksjon (14) kun ved de motsatte ender (26, 30) av en første diagonal linje hos nevnte primære ramme (22) og til nevnte nedre seksjon (16) kun ved de motsatte ender (24, 28) av en andre diagonal linje hos nevnte primære ramme (22).

3. Bøybar forbindelse (18) som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte første og andre diagonale linjer er i alt vesentlig innbyrdes perpendikulære.

4. Bøybar forbindelse (18) som angitt i krav 2, karakterisert ved at den bøybare forbindelsen (18) dessuten omfatter en redundant skjær- og torsjonsramme (66) som ligger i alt vesentlig i det samme plan som nevnte primære skjær- og torsjonsramme (22), idet nevnte redundante fjær og torsjonsramme (66) er stivt festet til nevnte øvre seksjon (14) kun ved de motsatte ender (68, 72) av en første diagonal linje hos nevnte redundante ramme (66) og til nevnte nedre seksjon (16) kun ved de motsatte ender (70, 74) av en andre diagonal linje hos nevnte redundante ramme (66).

5. Bøybar forbindelse (18) som angitt i krav 4, karakterisert ved at de geometriske sentra for nevnte primære og redundante rammer (22, 66) er i alt vesentlig sammenfallende og er plassert ved eller nær den i alt vesentlige vertikale akse for nevnte konstruksjon (10).

6. Bøybar forbindelse (18) som angitt i krav 5, karakterisert ved at nevnte første diagonale linje hos nevnte primære ramme (22) er i alt vesentlig sammenfallende med nevnte andre diagonale linje hos nevnte redundante ramme (66), og nevnte andre diagonale linje hos nevnte primære ramme (22) er i alt vesentlig sammenfallende med nevnte første diagonale linje hos nevnte redundante ramme (66).

7. Bøybar forbindelse (18) som angitt i krav 4, 5 eller 6, karakterisert ved at nevnte første og andre diagonale linjer hos nevnte primære ramme (22) er i alt vesentlig innbyrdes perpendikulære, og nevnte første og andre diagonale linjer hos nevnte redundante ramme (66) er i alt vesentlig innbyrdes perpendikulære.

8. Bøybar forbindelse (18) som angitt i krav 1, 2, 3, 4, 5, 6 eller 7, karakterisert ved at nevnte aksielle belastningsorgan (20) omfatter et langstrakt organ som er plassert i alt vesentlig sammenfallende med nevnte i alt vesentlige vertikale akse for nevnte konstruksjon (10).

9. Bøybar forbindelse (18) som angitt i krav 8, karakter isert ved at nevnte langstrakte organ omfatter et enkelt tubulært element.

10. Bøybar forbindelse (18) som angitt i krav 8, karakterisert ved at nevnte langstrakte organ omfatter et flertall av konsentriske tubulære elementer (20a, 20b, 20c), hvor hvert av disse er festet både til nevnte øvre og nedre seksjoner (14, 16).

11. Bøybar forbindelse (18) som angitt i krav 8, karakterisert ved at nevnte bøybare forbindelse dessuten omfatter minst et føringsorgan (40) som er festet til hver av nevnte øvre og nedre seksjoner (14, 16), og at nevnte langstrakte organ strekker seg gjennom og ledes av nevnte føringsorganer (40).

12. Bøybar forbindelse (18) som angitt i krav 1, 2, 3, 4, 5, 6 eller 7, karakterisert ved at nevnte aksielle belastningsorgan (20) omfatter et flertall av langstrakte organer (42) som er gruppert i en tett-adskilt samling rundt og i alt vesentlig parallelt med nevnte i alt vesentlig vertikale akse i nevnte konstruksjon (10), idet hvert av nevnte langstrakte organer (42) er festet til både nevnte øvre og nedre seksjoner (14,16).