NO171775B - Flytende offshore-baerekonstruksjon - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en flytende offshore-bærekonstruksjon som angitt i det selvstendige patentkrav's innledning.

Oppfinnelsen vedrører således en flytende konstruksjon beregnet for slik oppankring i sjøen at den vil være stabil og istand til å kunne tåle påvirkningene i sjøen, slik at den kan benyttes som en lestasjon for fartøy og/eller som plattform for ulike typer offshore-anlegg, eksempelvis et vedlikeholdsverksted, en brannstasjon, lageranlegg for råolje, drikkevann etc.

I forbindelse med maritime anlegg, eksempelvis plattformer for leting og produksjon av olje, er nettopp et av hoved-problemene at man er avhengig av tilførsler utenfra, vanligvis fra land, og dette betyr at alt må transporteres sjøveien, eller i spesielle tilfeller luftveien. I tillegg til transportomkostningene vil, eksempelvis i forbindelse med sjøveistransport, slike tilførsler være sterkt avhengig av værforholdene, særlig når det dreier seg om lange transport-strekninger, eksempelvis fra land og til en plattform.

Det er derfor et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en ny konstruksjon som kan slepes ut i sjøen og plasseres nær en plattform, eller i en strategisk posisjon relativt flere plattformer, på et bestemt felt, hvor leting og produksjon foregår, for der å virke som en sikker lestasjon for forsyningsskip.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en flytende konstruksjon som kan oppankres på en egnet og sikker måte slik at den kan virke som en effektiv bærekonstruksjon, med et ønsket bredt anvendelsesområde.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe et stabilt og oppankret flytende anlegg på et sted i sjøen, hvilket anlegg er utformet som en sikker lestasjon for båter hvor sjøen kan være dempet eller helt rolig, nettopp som følge av visse tekniske trekk som er særegne for den nye konstruksjon.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe et flytende bæreanlegg, oppankret i sjøen i nærheten av en oljeborings- eller produksjonsplattform, hvilket anlegg kan inneholde lagerrom for utstyr og kjemikalier, brannbekjemp-elsesutstyr, mannskapsbekvemmeligheter (flytende hotell), en kraftstasjon, en helikopterplattform, lossesteder for forsyningsskip osv.

Fra NO-PS 129.538 er det kjent en flytende kai- eller et hav-anlegg. Dette flytende anlegg er bygget opp med minst to legemer som rager opp over vannflaten og sammen danner minst en tilnærmet U- eller V-form i grunnrisset. Denne anordning krysses av et antall flytelegemer som ligger nedsenket i vannet, under de nevnte i V-form anordnede overflatelegemer.

Fra NO-PS 132.908 er det kjent en flytende molo eller kai, med et "baug"-parti og minst to armer som strekker seg som enhetlige legemer akterover fra baugpartiet. Denne i U- eller V-form utførte flytende molo eller kai kan oppankres i sjøen slik at den kan svinges etter vind og vær.

Fra GB-PS 1.273.990 er det kjent store betongkonstruksjoner i form av sylindriske legemer beregnet til bruk som beskyttende flytelegemer.

Fra GB-PS 1.287.000 er det kjent flytende betongkonstruksjoner som vil danne beskyttede områder.

Fra GB-PS 1.318.484 er det kjent en flytende havn, i V- eller U-form, som kan oppankres og svinge etter vær og vind.

Fra GB-PS 1.486.572 er det kjent en større flytende konstruksjon som vil danne en beskyttende havn. Veggen er utformet med store åpninger mot den omgivende sjø, slik at det oppnås en viss bølgebryting.

Felles for de ovenfor nevnte publikasjoner er at de viser flytende konstruksjoner som har et fra vannmassene forøvrig beskyttet basseng. Med unntagelse av den fra sistnevnte publikasjon kjente konstruksjon er det ikke truffet noen spesielle bølgedempende tiltak. Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en flytende offshore-bærekonstruksjon som foran nevnt, og utformet med en spesielt bølgedempende veggkonstruksj on.

Ifølge oppfinnelsen er det derfor tilveiebragt en flytende offshore-bærekonstruksjon som angitt i det selvstendige patentkrav's innledning, med de i karakteristikken i det selvstendige patentkrav angitte kjennetegn. En slik flytende offshore-bærekonstruksjon vil være meget stabil og vil kunne tåle store påvirkninger i sjøen. Dette vil fremgå nærmere av den etterfølgende beskrivelse av de på tegningene viste utførelseseksempler.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et isometrisk riss av en lukket flytende

bærekonstruksjon,

fig. 2 viser et isometrisk riss av en modifisert

utførelsesform av bærekonstruksjonen,

fig. 3 viser et skjematisk frontriss av overbygget på

den lukkede flytende bærekonstruksjon,

fig. 4 og 5 viser rent skjematisk et forankringssystem for det lukkede havgående flytende anlegg, og viser

spesielt de krefter som virker i systemet,

fig. 6 og 7 viser forenklede oppankringsarrangementer for

bærekonstruksj onen,

fig. 8 viser et skjematisk snitt i større målestokk

gjennom en sidevegg av konstruksjonen, med et

bølgebufferkammer, og

fig. 9 viser et skjematisk utsnitt av en mulig detalj i bufferkammeret.

i Det skal nå først vises spesielt til fig.l, 2 og 3, hvor like elementer, dvs. elementer med samme funksjon, har samme henvisningstall.

I fig.1-3 er de viktigste elementer i den nye konstruksjon vist.

Konstruksjonen har en øvre, av metall fremstilt plattform 10. Denne utgjør et hovedlegeme i den flytende konstruksjon og har her eksempelvis firkantform, sett ovenfra, slik at konstruksjonen altså begrenser et innvendig område. Plattformens øvre del er bred nok til at man her kan plassere ulike typer utstyr, med mulighet for personell å kunne bevege seg fritt under normal drift. Av fig.l går det frem at hver side i firkantkonstruksjonen har en åpning 12 som kan lukkes med en port 11, slik at adgangen til plattformens indre 17 kan stenges. I utførelsen i fig. 2 er det bare vist en slik åpning 12 hvorigjennom man kan komme inn til konstruksjonens indre 17 i fra det omgivende hav. En utførelse som i fig. 2 foretrekkes. Utførelsen i fig. 1 er bare vist for å gi en idé med hensyn til hvilke muligheter rent konstruktivt som foreligger.

Den øvre plattform 10 bæres av vertikale søyler 14 som går ned til flottører 13. Flottørene 13 er i form av lange hule metallegemer som hele tiden vil være neddykket i vannet. Disse flottørene bidrar til å stabilisere konstruksjonen i den flytende tilstand.

Det skal her bemerkes at mesteparten av den øvre plattform er neddykket. Av det etterfølgende vil det gå frem at den neddykkede del av plattformen vil bidra til demping av bølgepåvirkningen, slik at havbølger og- strømmer vil få redusert innvirkning og sjøen inne i anlegget vil kunne benyttes som en sikker og rolig havn for mindre skip.

I utførelseseksemplene er flottørene bundet sammen med hverandre ved hjelp av horisontale bjelker 15. Dette er bare en av mange mulige staganordninger.

Ser man på ytterveggene til konstruksjonen, dvs. de vegger som er utsatt for havbølgene, så vil det av fig.1,2 og fig. 3 gå frem at ytterveggene er bygget opp med tre utpregede avsnitt som hver har en ulik funksjon. Det øvre avsnitt er vertikalt og plant og ligger over vannnivået. Det er i og for seg ikke nødvendig at samtlige yttersider har tre slike distinkte avsnitt. I de fleste tilfeller vil det kunne være tilstrekkelig at denne avsnittsoppdeling foreligger på den siden som vender mot den fremherskende bølgeretning. Det mellomste avsnitt 18 er som vist bygget opp med en del baugformede fremspring. Selve veggavsnittet 18 skrår litt relativt vertikalen, og det nedre veggavsnitt 19 er trukket litt tilbake eller innover relativt øvre veggavsnitt 16. På veggavsnittet 18 kan man klart se de nevnte baugformede fremspring 20. Disse begrenses av skrå sidevegger og danner mer stiliserte bauger, altså dannet av to møtende skråvegger som kan sies å danne to sammenstøtende sideflater i et tetraeder. De to andre tetraeder-sidene, som man ikke kan se, er henholdsvis en øvre flateside som ligger i konstruksjonen, i grensen mot det øvre veggavsnitt 16, mens den fjerde sideplate vender innover i konstruksjonen. Det element som foran er beskrevet som et tetraeder kan være i form av et massivt legeme eller det kan være utformet som et hult og vanntett legeme, som da også vil kunne gi ekstra oppdrift.

Mellom to slike baugformede elementer 20 er det en respektiv åpning 21 som fører inn til et kammer. Dette kammer ligger inne i den flytende konstruksjon.

Fig. 3 viser en forstørret detalj av en sidevegg med veggavsnittene 16,18 og 19. Man vil der se at veggavsnittet 18 har den nevnte spesielle utførelse med baugformede elementer 20, som omtalt foran i forbindelse med fig. 1 og 2, med de mellomliggende åpninger til kammeret. Som nevnt bør de baugformede elementer 20 ha sidevegger som er slik tilformet at det fremkommer en tradisjonell båtstevn sett forfra. I en alternativ utførelse, som tar sikte på å lette den konstruktive utførelse, kan man istedenfor en båtlignende form utføre de nevnte utragende elementer eller fremspring på en mer stilisert måte derved at to sideflater krysser hverandre i en frontlinje, idet disse sideflater utgjør sideflater i et tetraeder. Hver slik sideflate vil virke som et skille- eller avbøyningselement for bølgene som treffer veggavsnittet 18.

Som nevnt er det åpninger i konstruksjonens "skrog" 18 der hvor bølgene angriper direkte. Mellom de baugformede elementer 20 dannes det "kanaler" 23 for mottak av bølge-vannet. Disse kanaler utgjør det nevnte kammer. Det er kjent at en bølge som slår an mot en flate som virker som en barriere, vanligvis vil avlevere en oppadrettet vannsøyle som så vil tendere til å bevege seg tilbake etter anslaget. Veggen som treffes av bølgen vil utsettes for en slagpå-virkning og reagere tilsvarende. Vannet vil således stige opp og så gå tilbake samtidig som veggen vil vibrere som følge av slaget som bølgen utøver. Dette slag vil, avhengig av intensiteten, kunne bevirke en så intens vibrering at når barriereplaten er stor og det dessuten dreier seg om en flytende konstruksjon, hele konstruksjonens integritet kan påvirkes. Når det dreier seg om et skipsskrog vil de side-partier som treffes i en baug, ha en tendens til å avbøye bølgene ut fra sidene og som oftest kompensere slaget ved at skipet utfører en bevegelse, under forutsetning av at skipet tar bølgen i baugen. I forbindelse med foreliggende oppfinn-else vil bølgene ikke kunne avbøyes ut mot sidene, fordi de jo slår an mot en bred vegg på den flytende konstruksjon. Isteden er derfor veggen gitt en spesiell utforming slik at de anslagende bølger vil rettes mot det foran omtalte kammer. Den nedre del 22 av Innerveggen i kammeret, er som vist i fig. 8, avrundet for derved å dempe bølgeslaget og styre den oppstigende vannsøyle i de vertikale kanaler 23, slik at således vannet avbøyes og stiger opp og vil kunne gå ut gjennom de sekundære kanaler 24.

Fig. 8 viser et snitt gjennom en foretrukken kammerutførelse. Som vist i fig. 8, hvor det baugformede element 20 bare er vist med stiplede linjer, fordi det ligger foran eller bak papirplanet, vil disse baugelementer danne sidebegrensninger i innløpsåpninger inn til kammeret. Vannstrømmen som bølgen representerer vil styres innover og oppover i en "hovedkanal" 23. Derved dempes bølgen, som følge av avbøyningen mot veggene 22,28 og den etterfølgende utstøting gjennom utløpsåpningene 24. Som nevnt er den indre kammervegg 28 utformet med et nedre krummet parti 22 som er det som først mottar bølgeslaget. Dette parti har en spesiell krumning med en konkavitet mot konstruksjonens ytterside, dvs. snittet 18. Det kan oppnås en spesiell demping dersom man eksempelvis utfører dette veggparti som vist i fig. 9, hvor det nedre parti 22 er vist i form av et krummet plateelement som ved 29 er svingbart opphengt og på sin bakside understøttes av en skjematisk antydet fjær 30 som virker som rekyl- eller returfjær for platen 22 når denne pådras av en innkommende bølge.

I tillegg til den spesielle indre veggutforming, i den hensikt å absorbere bølgeenergi, er kammeret forsynt med et stempel 25. Dette er hult og er for utbalansering fylt med en viss væskemengde 26. En fagmann vil forstå at stempelets 25 nedre del ikke behøver å ha noen regulær utforming, men tvert i mot bør være utført for samvirke med den spesielle utformingen av veggen 22,28, for derved å lette styringen av den inngående vannstrøm i kammeret. Videre tør det være klart at væskeballasten 26 tjener til å styre stempelets 25 forskyvning, for derved å hindre en voldsom slagpåkjenning mot veggen 28 og gi bedre forhold for eventuell utnyttelse av bølgeenergien.

Som vist i fig. 8 er derfor stempelet 25 også opphengt i en stang 27. Denne strekker seg opp og ut av kammeret og kan på ikke nærmere vist måte være tilknyttet et eller annet egnet mekanisk system for utnyttelse av bølgeenergien, eller for påvirking av et medium som tilveiebringer en eller annen energiutnyttelse.

Bortsett fra den mulige utnyttelse av bølgeenergien på denne måten, er det vesentlig at det foran beskrevne arrangement hindrer at de voldsomme bølgeslag bare reflekteres av veggen i den flytende konstruksjon, fordi slik enkel reaksjon bare vil gi forstyrrende og til dels farlige vibrasjoner i konstruksjonen.

Av fig. 1-3 går det frem at den totale vegghøyden i konstruksjonen, bestående av veggavsnittene 16,18 og 19, kan deles opp i en neddykket del og en del som rager opp over vannflaten. Over vannflaten har man det vertikale plane veggavsnitt 16 og en del av (ca. halvparten) det mellomliggende veggavsnitt 18. Den neddykkede del utgjøres av resten av mellomavsnittet 18 og det nedre, plane vertikale veggavsnitt 19. I fig. 1 og 3 er den del som befinner seg over vannflaten betegnet med D-2, D-3 er den neddykkede del og den totale vegghøyde er betegnet med D-l. Nedenfor skal det redegjøres for at forholdet mellom disse høyder er en vesentlig parameter i forbindelse med beregningen av den dempevirkning som konstruksjonen kan gis overfor bølger.

Fig. 4 og 5 viser et f orankringssystem for den flytende konstruksjon rent statisk. Det dreier seg om en rent skjematisk representasjon som bare tjener til å lette forståelsen av de prinsipper som anvendes.

I fig. 4 er det vist et system med tre peler tilknyttet kabler som konvergerer opp mot overflaten, dvs. mot et festepunkt på det flytende legeme F. Dette flytende legeme F vil i vannet få en vertikal oppdrift E. Denne motvirkes av de tre kreftekomponenter , E2 og E3 ved de tre pelene. Det vil si at kablene , C2 og C3 er strekkpåkjente. Strekkpåkjenn-ingen øker når oppdriften E øker. Kablene vil i vannet følge såkalte kjedelinjer. Fig. 5 viser systemet sett ovenfra. Av fig. 5 går det frem at man forsøker å holde det flytende legeme så nær sirkelens sentrum som mulig (sirkelen innbefatter de tre pelene) og at pelene bør være så langt fra hverandre at sirkelen gjennom dem vil være delt opp i tilnærmet like sektorvinkler. Fig. 6 viser et mer komplekst skjematisk forankringssystem for den flytende konstruksjon. Systemet er mer komplisert fordi det her er lagt inn et kabelgitterverk. Det vil si at kablene som vist er bundet i knutepunkter hvor det forefinnes flottører. Hensikten med disse er å minimalisere og helst eliminere kjedelinjeeffekten i forankringskablene. Fig. 7 viser systemet i fig. 6 sett ovenfra og viser den globale plassering i en modell som er bygget opp med regulære polygoner, for oppnåelse av ønsket god stabilitet i forankr-ingssystemet.

Nedenfor skal resultater av en del prøver utført i hydrau-liske laboratorier gjengis. Ut fra disse kan man ekstra-polere til virkelige forhold. Dermed kan man ut i fra modeller komme frem til protyper, dvs. virkelige utførelser.

Under laboratoriumsforsøkene ble bølger fremstilt kunstig, med variable perioder, i et adekvat hydraulisk basseng, under anvendelse av barriereplater eller plater med variable tykkelser nedsenket i ulik grad, for derved å simulere konstruksjonsvegger som påvirkes av bølger.

I tabellene II og III er resultatene fra laboratoriemålinger oppsummert, og det er foretatt ekstra-polering for en prototype.

I tabell I er det gjengitt bølgeperioder etc. for prototype og modell.

De variabler som er vist i tabellene II og III er som følger: a) et nedre nivå for platen eller barriereplaten, idet vannlinjen her representerer verdien null. Dette nivå er et uttrykk for platens neddykking og ekstra-polert for prototypen dreier det seg altså om dimensjonen D3, se fig. 1 og 3.

b) Periode - dette er perioden til bølgen i det hydrau-liske basseng. Denne er konvertert til forholdene for en

reell bølge som treffer prototypen.

c) Platetykkelsen - denne verdi konverteres til en tykkelse som anvendes i prototypen og det dreier seg der om den

konstruktive tykkelse som en reell barriereplate bør ha i den flytende konstruksjon.

d) Hi representerer høyden til den Innkomne bølge, som altså treffer platen fra sjøsiden, e) H-t er høyden til den overførte bølge, på den siden som beskyttes av platen eller veggen. I den reelle konstruksjon vil dette si inne i den havn som konstruksjonen danner,

g) H-t/II^ er dempeforholdet. Jo nærmere null denne verdi ligger, desto kraftigere demping har man for de bølger som

treffer platen eller veggen. I tabellene er denne verdi angitt i

Tabell II viser i realiteten de verdier som kan oppnås i praksis, mens tabell III er en oppsummering av disse verdier for mer praktiske sammenligningsformål.

Man vil se at jo bredere veggen som virker som barriereplate mot bølgene er og jo større barriereplatens neddykkede utstrekning er, desto større er dempingen. Under bestemte betingelser kan man derfor forvente en helt rolig sjø inne i havnen selv ved kraftig sjøgang på utsiden av den flytende konstruksjon.

Av tabellene er det mulig å utlede ønskede grenseverdier for den konstruktive utførelse av veggene i den flytende konstruksjon, og man finner en breddeverdi på 20 m eller mer og en neddykket utstrekning (D-3) på 30 m eller mer som representative verdier.

Det dreier seg altså om store dimensjoner for en aktuell konstruksjon og konstruksjonens øvre fri flate kan derfor benyttes for plassering av utstyr såsom rørlagre, ventil-lagre, produktlagre, for plassering av maskiner og reserve-deler, og for plassering av mannskapsbekvemmligheter, dvs. hotell for personell som arbeider på nærliggende bore- eller produksjonsplattformer. Man kan også få plass til annet hjelpeutstyr som har store dimensjoner, eksempelvis utstyr for brannbekjempelse, og man kan også tenke seg at konstruksjonen benyttes som utgangspunkt for boring.

I utførelsen i fig. 2 er det tatt utgangspunkt i den kjennskap man har til bølger, nemlig at havbølger stort sett forplanter seg Innenfor et variasjonsområde på 90°. Åpningen 12, som gir adgang til havnen 17, er derfor fordelaktig plassert på en side hvor man ikke regner med direkte bølgepådrag. Ønsker man å ha mer universell åpningsmulighet, så kan man eventuelt velge den utførelse som er vist i fig. 1, hvor det forefinnes en åpning 12 i hver av sideveggene, idet den ønskede åpning kan åpnes ved å fjerne eller åpne porten 11.

Disse portene 11 kan eksempelvis åpnes ved å variere deres ballastering, dvs. at man gi dem en øket vekt slik at de rett og slett synker ned i sjøen og dermed frigjør åpningen 12 Inn mot havnen 17. Fjerner man ballasten igjen vil porten stige opp og stenge åpningen, idet porten herunder går i egnede føringer.

Det er ikke gitt noen foretrukne dimensjoner for den nye konstruksjon. Dimensjoneringen vil være avhengig av forholdene på bruksstedet, herunder havdybden, fremherskende tilstand i sjøen (herunder variasjoner i bølgefrekvens) samt naturligvis antall og størrelse av de båter eller mindre skip som man ønsker kunne finne le i havnen 17 som den flytende konstruksjon danner.

Rent generelt, under henvisningen til de data som er gitt i

tabellene II og III, bør en sikker høyde for den neddykkede vegg være minst 30 m (D-3) mens D-2 og som følge herav også D-l vil i sterk grad være avhengig av de arbeidsbetingelser man ønsker på toppen av konstruksjonen.

Setter man en minimum bredde på 20 m for plattformveggen så vil dette naturligvis være bestemmende for totaldimensjoner-ingen av den flytende konstruksjon med hensyn til oppnåelse av en sikker og økonomisk utførelse.

Claims (3)

1. Flytende offshore-bærekonstruksjon med en plattformdel (10) som ligger delvis nedsenket i sjøen og med flottører (13) som er helt neddykket i sjøen og bærer plattformdelen (10) med oppragende søyler (14), og forankret til havbunnen med et kabelsystem (Cj_, C2, C3 Cn), hvilken plattformdel (10) i grunnrisset har ringfirkantform med minst en adgangsåpning (12), slik at det dannes et beskyttet havnerom (17), karakterisert ved at plattformdelen (10) har et veggflatebelte som er delt i tre veggavsnitt, nemlig, a) et nedre veggavsnitt (19) som er plant og vertikalt og helt neddykket, b) et mellomavsnitt (18) som går igjennom havflaten og er utformet med i innbyrdes avstander plasserte, bauglignende fremspring (20), med mellomliggende veggåpninger (21) som på begge sider begrenses av et respektivt baugfremspring (20) og gir forbindelse til et indre rom (23) i plattformdelen, hvilket rom delvis er begrenset av en indre vegg (22) utformet for absorbering og demping av energien i det innstrømmende vann, og c) et øvre vertikalt og plant veggavsnitt (16) med åpninger (24) for utslipping av inntrengt vann fra det indre rom (23).

2. Flytende offshore-bærekonstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at det nevnte indre rom har innervegger (22) som er avrundet for derved å avbøye det innstrømmende vann opp og ut gjennom åpningene (24).

3. Flytende offshore-bærekonstruksjon ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at adgangsåpningen (12) er forsynt med en lukkeport (11) som kan lukkes og åpnes ved hjelp av deballastering og ballastering.