NO173623B - Fjaerende kuleledd-understoettelse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fjærende kuleledd-understøttelse som, når den er innskutt mellom en mobil belastning og en konstruksjon som bærer denne belastning, besør-ger både absorbsjon av energi ved plassering av belastningen og en fri nutasjonsbevegelse av belastningen i forhold til den lastbærende konstruksjon.

I alminnelighet anvendes en fjærende kuleledd-understøt-telse ifølge foreliggende oppfinnelse for understøttelse og håndtering av tunge laster som må forbli nutasjonsbevegelige i forhold til deres bærekonstruksjon. Den er særlig egnet for bruk.på skip eller flytende plattformer til havs, for opplagring av f.eks. svingende last, eller utstyr som er forbundet med sjøbunnen, nær bærekonstruksjonen utsettes for bølgebeve-gelsene.

Det er tidligere kjent bærekonstruksjoner som tillater en fri mutasjonsbevegelse, slik som kuleledd-sko, i glidekontakt mellom to sfæriske flater, eller slik som sfæriske anslag av laminert gummi og metall.

Sfæriske laminerte anslag av denne type er beskrevet f.eks. i FR patenter 80/15 454 og 2.370.900.

Denne bevegelsesfrihet oppnås i dette tilfelle på bekost-ning av stor vinkelstivhet ved systemet, som enten skyldes en høy friksjonskoeffisient som er vanskelig å redusere eller skjær-stivheten til elastomerplatene som må ha et tilstrekke-lig areal for understøttelse av tunge laster.

Dessuten er det ved disse systemer ikke mulig å oppnå energi-absorbsjon idet lasten nedsettes.

Der finnes et bedre system, beskrevet f.eks. i US patent 3 984 990, som er basert på kombinasjon av et kuleledd og en rekke drivsylindre som er anordnet i en sirkel som er konsentrisk med kuleleddet og hvis kamre bringes til å kommunisere innbyrdes ved hjelp av et innbyrdes rørsystem.

Et slikt system tillater energiabsorbsjon ved anbringelse av- lasten, men oppviser den ulempe at det krever et stort antall mekaniske presisjonsdeler som utsettes for slitasje og korrosjon og krever konstant vedlikehold. For understøttelse av tung last er det nødvendig å bruke meget høye hydrauliske trykk og, for sikring av punkt-overføring av belastninger, gir det høye lokale kraftkonsentrasjoner på linje med sylinderfes-tene.

Videre er det fra FR patent nr. 2 097 833 kjent et uni-versal ledd som anvender et fluidlager, og hvor leddet utgjøres av en membran som virker som styring for dreiebevegelsen. Denne konstruksjon oppviser den ulempe at det opptrer en betydelig radiell klaring ettersom lagerflaten ved en første bevegelig del av den deformerbare membran er mindre enn lagerflaten på membranens andre, faste del. De to platers innbyrdes radialbevegelse er ikke begrenset.

Som ytterligere eksempler på kjent teknikk på området kan nevnes US patentskrifter 3 984 990 og 2 773 686 samt GB patentsøknad 2 107 815, som alle viser konstruksjoner som er forskjellig fra, og representerer mindre gunstige løsninger enn konstruksjonen ifølge foreliggende oppfinnelse.

Det er således ifølge foreliggende oppfinnelse tilveie-bragt en fjærende kuleledd-understøttelse omfattende to plater samt minst ett kuleledd som forbinder de to plater slik at de kan beveges og sentreres i forhold til hverandre, karakterisert ved at det mellom de to plater er anordnet minst én pute som utgjøres av et antall over hverandre beliggende, tette hylstre som hvert inneslutter minst ett fluid som settes under trykk ved virkningen fra en belastning som påføres mellom platene, slik at stort sett intet dreiemoment virker på en overføring av belastningen mellom platene. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen fremgår av de etterfølgende krav 2 - 21.

Anordningen ifølge oppfinnelsen tillater absorbering av tunge laster over en stor flate ved et forholdsvis lavt fluidtrykk, idet de fleste av dens bestanddeler er fremstilt av bøyelige materialer, er upåvirket av korrosjon, slitasje og utmatning og krever intet vedlikehold.

Anordningen ifølge forliggende oppfinnelse oppfører seg stort sett, på den ene side, som et kuleledd, og på den annen side, som en støtdemper, idet de to funksjoner er forenet i samme organ. Anordningen ifølge oppfinnelsen tillater dessuten meget god sentrering av ledd-elementene eller -platene.

Oppfinnelsens særtrekk og fordeler vil bedre forstås ut fra følgende beskrivelse av utføringsformer, under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Figur 1 er et vertikalsnitt langs aksen til en understøt-telse i henhold til oppfinnelsen, med en sirkulær pute,

figur 2 er et vertikalsnitt langs aksen til en variant av understøttelsen ifølge oppfinnelsen med en ringformet pute,

figur 2A er et vertikalsnitt langs aksen til samme variant i skrånende stilling,

figur 3 er et horisontalsnitt vinkelrett på aksen til en annen variant av understøttelsen ifølge oppfinnelsen med flere separate og innbyrdes kommuniserende puter,

figur 4 er et vertikalsnitt langs aksen til en annen variant av understøttelsen ifølge oppfinnelsen innbefattende en mellomliggende plate,

figur 5 er et snitt langs den vertikale akse til en annen variant av understøttelsen ifølge oppfinnelsen omfattende to sentrerings-kuleledd,

figur 6 er et vertikalsnitt langs aksen til en ringformet understøttelse ifølge oppfinnelsen, og viser en detalj ved konstruksjonen av fluidputen vist i figur 2,

figur 7 er et utsnitt av et vertikalsnitt langs aksen til en annen variant av understøttelsen ifølge oppfinnelsen, hvor de forskjellige hylstre inneholdende puten er uavhengige og har integrerte støtdempermidler,

figur 8 er et tverrsnitt langs aksen til en annen variant av understøttelsen ifølge oppfinnelsen hvor hylstrene og membranene som danner putene har form av en åpen ring,

figur 9 er et vertikalsnitt langs aksen til en annen variant av understøttelsen ifølge oppfinnelsen, hvor membranene som skiller putens forskjellige hylstre har konisk form,

figur 10 er et tverrsnitt av et skip innbefattende en understøttelse ifølge oppfinnelsen anvendt for opplagring av et stigerør for boring i den marine undergrunn,

figur 11 er et snitt langs vertikalaksen til en variant av understøttelsen ifølge oppfinnelsen som tillater sentral inneslutning av en fluidkanal under trykk,

figur 12 er et vertikalsnitt langs aksen til et oscillerende stigerør innbefattende en variant av understøttelsen ifølge oppfinnelsen som tjener som støtte mot havbunnen,

figur 13 er et vertikalsnitt langs aksen til et flerleddet oscillerende stigerør innbefattende en variant av under-støttelsen ifølge oppfinnelsen, og

figur 14 viser, i vertikalsnitt langs dens akse, i større målestokk en detalj ved konstruksjonen av stigerørets nedre fundament, og viser spesielt en understøttelse ifølge oppfinnelsen med to puter.

I figur 1 er der vist en første utføringsform av under-støttelsen ifølge oppfinnelsen, hvor den øvre plate 1 som f.eks. er den som opptar belastningen symbolsk vist ved pilen 2, er skilt fra den nedre plate 3 som f.eks. er den som hviler på bærekonstruksjonen 4, via en pute 5 som utgjøres av et antall fleksible hylstre 6, 6a, 6b som inneslutter fluid-romfang 7, 7a, 7b som belastningen 2 setter under trykk.

Understøttelsens to plater 1 og 3 holdes rett overfor hverandre ved hjelp av kuleleddet 8 som f.eks. fremkommer ved samvirkningen mellom en hylse 9, som er utformet i ett med 1 og har en boring 10, og en sfærisk trommel 11 som er utformet i ett med 3, sentrert innvendig i boringen 10.

Med dette arrangement oppnås en begrenset innbyrdes bevegelighet mellom de to plater. Disse plater kan bevege seg sammen eller bort fra hverandre og samtidig kan platens 1 akse f.eks. beskrive en nutasjonsbevegelse i forhold til senteret til platens 3 sfæriske trommel 11.

I dette tilfelle er det en fordel dersom puten 5 har en sirkulær form hvis akse 12 løper gjennom kuleleddets 8 sentrum 13. I dette tilfelle antar hylstrenes 6, 6a, 6b sidevegger såsom 14, under påvirkning av trykket fra fluidet i romfangene 7, 7a, 7b, en toroideform der krumningsradien til alle de vertikale radielle seksjoner kan variere på grunn av bøyelig-heten til materialet som de består av, for derved å tillate den ovenfor beskrevne relative bevegelsesfrihet mellom de to plater.

Dersom imidlertid romfangene 7, 7a, 7b inneholder et i det vesentlige inkompressibelt fluid, som f.eks. vann, hvis volum vil forbli i det vesentlige konstant uansett hvilken belastning 2 som virker på understøttelsen, kan de to plater 1 og 3 ikke nærme seg hverandre, men kan på den annen side oscillere i forhold til hverandre.

I dette tilfelle vil væsken som er opptatt i putesonen, såsom 15, der de to plater nærmer seg hverandre, bli drevet, uten å bevirke noen merkbar motstand, til sonen, såsom 15a, der disse to plater beveger seg bort fra hverandre. Krumningsradien til hylstrenes 6, 6a, 6b toroideformete sidevegger vil avta i sonen 15, mens den vil øke i sonen 15a.

Dersom romfangene 7, 7a, 7b på den annen side inneholder et kompressibelt fluid, slik som luft, eller en blanding av kompressible og inkompressible fluider i passende proporsjo-ner, kan de to plater 1 og 3 bevege seg mot hverandre som følge av en øking i belastningen og samtidig bevirke en øking av trykket i romfangene 7, 7a, 7b og en tilsvarende reduksjon av gassvolumet.

Dersom en belastning med en viss hastighet, med andre ord en bærer av en viss mengde kinetisk energi, nedsettes på platen 1, vil denne nærme seg platen 2 inntil fluidtrykket i romfangene 7, 7a, 7b er steget til en slik verdi at belastningen stoppes. De to platers bevegelse mot hverandre frembrin-ger et dempningsslag som absorberer støtbelastningen og støt-kraften vil bli mindre jo større slaget er.

I praksis er det fordelaktig å anvende et innkompressi-belt fluid, såsom vann, til å fylle romfangene 7, 7a, 7b og å tilknytte disse minst ett ytterligere romfang, som f.eks. en olje-pneumatisk akkumulator, såsom 16, 16a, 16b, hvis membran 17 skiller den nedre del 18 som står i forbindelse med romfangene gjennom et rør 19 fra den øvre del 18a inneholdende en gass, såsom luft eller nitrogen, hvis trykk kan være justert til en forutbestemt verdi, idet dette forutinnstilte trykk fordelaktig er forskjellig for hver av romfangene 16, 16a, 16b, selv når de er innbyrdes forskjøvet.

Figur 2 viser en første variant av understøttelsen ifølge oppfinnelsen der puten 20 innlagt mellom platene 21 og 22 utgjøres av overlagringen av ringformete hylstre 23 til 23f, hvis indre 24 og ytre 25 kanter antar toroideform under påvirkning av trykksettingen av fluidet som de opptar.

Platene 21 og 22 er sentrert i forhold til hverandre ved hjelp av kuleleddet 27 som er beliggende innvendig i puten 20 og derfor er senteret til dets sfæriske trommel 28 fordelaktig beliggende på aksen til de ringformete hylstre 2 3 til 2 3f og i et plan beliggende på putens 20 midt-høyde.

I dette tilfelle, slik det vil fremgå av det følgende, er det en fordel at platen 22 ved sitt sentrum har en sirkulær åpning 2 9 slik at understøttelsen generelt er ringformet og danner en brønn.

Som vist i figur 6, som viser den samme understøttelse som figur 2, men i større detalj, er hylstrene 23 til 23f adskilt ved ringformete plater såsom 30, som kan være utformet med åpninger såsom 31, som setter de forskjellige romfang som dannes av disse hylstre i forbindelse med hverandre.

Innvendig i platen 21 er der utformet et hulrom 32 som er fylt med samme innkompressible væske som romfanget 26 i puten 20, som den er adskilt fra ved den ringformete plate 33 som har kommunikasjonsåpninger symbolsk vist ved 34 og 35.

Dette hulrom opptar minst én fleksibel, tett og flatklem-bar hylse, såsom 36, 36a, 36b, 36c, som er festet til platen 21, f.eks. ved hjelp av en oppblåsningsventil, såsom 3 6g. Denne fleksible hylse låses opp med en gass, såsom luft eller nitrogen, til et trykk som utgjør en initial-innstilling.

Under påvirkning av en øking i belastningen som bæres av understøttelsen, hvilket bevirker en øking i trykket i væsken som opptar i romfangene 2 6 og 32 og omgir den fleksible hylse, såsom 36, vil sistnevnte flatklemmes, idet volumet av den gass den inneholder reduseres.

Dersom således en belastning nedsettes på platen 21 med en viss hastighet, dvs. bærer en viss mengde kinetisk energi, vil denne plate komme nær inn til platen 22 inntil fluidtrykket (væske og gass) har nådd en slik verdi at belastningen stopper.

Under denne tilnærmingsbevegelse mellom de to plater 21 og 22 vil væsken i romfanget 26 drives mot hulrommet 32 gjennom åpningene 34 og 35.

Åpningen 34 er en tilbakeslagsventil som gir stor gjen-nomstrømning fra 26 til 32 og hindrer tilbakestrømning fra 32 til 26, slik at slik tilbakestrømning bare er mulig gjennom åpningen 35 som er en dyse hvis minste tverrsnitt bevirker bremsing av tilbakestrømningsfluidet frembragt ved fjæringen i trykkgass-romfangene som inneholdes i de fleksible hylser og unngår tilbakespretting av belastningen som nedsettes på understøttelsen.

De forskjellige hylstre, såsom 23, 23a, 23b vist i figur 6, er fremstilt av minst ett lag kabler som er anordnet i en stort sett radiell retning og innstøpt i et ark av et fleksibelt og tett materiale som de er festet til. Hvert av disse hylstre, såsom 23a, er forbundet med et annet, tilgrensende hylster, såsom 23b, i puten.20, ved hjelp av en stiv material-membran, såsom 30, som de er festet til ved liming.

Kablene som danner disse hylstre kan fordelaktig være utformet av polyamid, polyester, kevlar, glass- eller stål-tråder, og det fleksible materiale som danner arkene som omslutter disse kabler, og som sikrer hylsterveggenes kohesjon og dets tetthet kan med fordel være en elastomer såsom neo-pren, nitril, butyl eller naturgummi, eller et termoplastmate-riale som f.eks. polyvinylklorid eller polyuretan.

Ovennevnte kabellag kan med fordel sammenveves og danne et belagt stoff.

Figur 2A viser den samme understøttelse som i figur 2, med platen 21 skråstilt i forhold til platen 22, hvilket bevirker deformering av puten 20 slik at radiene til de vertikale radielle seksjoner av hylstrenes fleksible indre 24 og ytre 25 toroid-vegger er konstant variable langs sin omkrets.

I figur 3 er vist en annen variant av den fjærende kuleledd-understøttelse ifølge oppfinnelsen, innbefattende et antall puter 37 til 37e som er utformet ved overlagring av tette hylstre anordnet side ved side rundt kuleleddet 43 langs en sirkel som er stort sett konsentrisk med dette. Hver elementærpute kan med fordel oppvise en rektangulær form, slik at den fleksible vegg, såsom 38, i hvert hylster som danner den, antar en halvsylindrisk form når fluidet som danner den settes under trykk.

De seks romfang 39 til 39e som avgrenses av disse seks grupper av hylstre som danner de seks puter 37 til 37e, er innbyrdes forbundet gjennom røret 40 på hvilket isolasjonsven-tilen 41 er montert.

Denne ventil 41 kan f.eks. være anordnet midt på lengden av forbindelsesrøret 40, slik at de tre puter 37e, 37 og 37a

er forbundet med seksjonen 42 av dette rør beliggende på samme side av ventilen og av understøttelsens symmetriplan 44, mens de andre tre puter 37b, 37c og 37d er forbundet med den andre seksjon 42a beliggende på den andre side av planet 44.

Det vil forstås at understøttelsen fritt kan oscillere om en horisontal akse 44a som ligger i planet 44 og strekker seg gjennom sentrum av kuleleddet 43 dersom væsken i romfangene 39e, 39 og 39a i putene 37e, 37 og 37a hvis høyde og volum avtar, kan drives mot romfangene 39b, 39c og 39d til' putene 37b, 37c og 37d hvis høyde og volum øker, gjennom røret 40 når ventilen 41 er i åpen stilling.

Når denne ventil er i lukket stilling, kan fluid ikke overføres mellom putene beliggende på hver side av planet 44 og dreining av understøttelsen om aksen 44a er umulig.

Understøttelsens bevegelighet kan således styres ved hjelp av en fluidstrøm gjennom en ventil.

Det vil lett forstås at ved å innføre i forbindelsesrøret kjente fluidstrøm-reguleringsinnretninger, såsom kalibrerte overtrykksventiler, sleideventiler, trykkstyrte ventiler, etc, kan der anordnes programmering som vil styre understøt-telsens bevegelsesfrihet.

Figur 4 viser en tredje variant av understøttelsen ifølge oppfinnelsen, der en mellomliggende plate 45 er innført mellom de to hovedplater 4 6 og 4 7 sentrert i forhold til hverandre ved hjelp av kuleleddet 48.

Mellomplaten er skilt fra hovedplatene ved to seksjoner 49a og 49b av puten 49 og er sentrert i forhold til planet 47 ved hjelp av et annet kuleledd 50. Dette andre kuleledd kan fordelaktig dannes ved å forbinde en boring 51 som er utformet ved sentrum av platen 45 med en sfærisk trommel 52 som bæres av platen 47.

Når de to hovedplater 46 og 47 er skråstilt i forhold til hverandre, begrenser mellomplaten putens 49 deformasjon i tverretningen ved å tilveiebringe stabiliserende forankring ved dennes midt-høyde.

Under påvirkning av skråstillingen til én plate i forhold til den andre vil således en ubalanse opptre i puten, som følge av at det ensartete fluidtrykk som den inneholder utøves over et stort areal på den side der dens høyde øker og over et mindre areal på den motsatte side der det minsker.

Det fører til en bøyning av puten som så utsetter veggene i hylstrene som danner den for store strekkrefter. Følgelig gjør innføringen av en mellomliggende plate såsom 45 det mulig å gi putene en større tykkelse som gir større vinkelbevegel-ser. Figur 5 viser en fjerde variant av understøttelsen ifølge oppfinnelsen som også omfatter en mellomliggende plate 53 for stabilisering av puten 54, men denne plate er sentrert i forhold til de to hovedplater 55 og 56 ved hjelp av to kuleledd 57 og 58. Det vil lett forstås at når de to plater 55 og 56 skråner i forhold til hverandre, vil de to hylstre 59 og 59a, som er festet til denne plate 53, overføre til denne tverrkrefter som følge av deformering av puten 54, idet disse krefter da overføres til de to hovedplater ved hjelp av kuleleddene 57 og 58. Figur 7 viser en detalj ved konstruksjonen av en annen variant av den fjærende understøttelse ifølge oppfinnelsen, hvor de forskjellige hylstre, såsom 60 og 60a, i puten 61 er uavhengig av hverandre, og har ingen åpning som danner forbindelse mellom romfangene, såsom 62 og 62a som de omslutter, men hver av hvilke på den annen side har to membraner laget av et stivt materiale, såsom 63 og 63a.

Disse hylstre er ganske enkelt stablet på hverandre, uten andre festeorganer enn sentreringspinnene 64 og 64a.

Romfangene, såsom 62 og 62a er tette, hver for seg fylt med en inkompressibel væske og isolert fra hverandre.

Hvert hylster må så ha sine egne midler for absorbering av støtet av en del av belastningen som nedsettes med en viss hastighet på den fjærende understøttelse. To av disse midler er vist i figur 7. Det første består i å utstyre hver av deres to sideflater 65 og 65a i kontakt med de tilgrensende hylstre, såsom 60a, med en støtteplate 66 (eller 66a) av et fleksibelt materiale og med utstikkende deler, såsom 67 og konkave deler 68 som i et passende arrangement danner frie rom mellom de utstikkende deler 67.

Det fleksible materiale som danner disse plater vil fordelaktig være en elastomer eller et annet plastmateriale av samme type som det materiale som brukes til å utforme hylstrene. Det kan festes til veggen av disse hylstre idet det frem-stilles ved bruk av f.eks. en varmeprosess, i den samme form som den som brukes for tildanning av de sistnevnte.

Det vil da lett forstås at når belastningen som under-støttes av puten 61 øker, vil den utstikkende del 67 av støt-teplaten 66 (eller 66a) fjærende sammentrykkes samtidig som den utvider seg sideveis slik at den opptar de frie rom som dannes av den konkave del 68. Høyden 69 av hvert hylster kan således avta under frembringelse av et støtdempningsslag for å oppta støtet som skyldes nedsettingen av en belastning på den fjærende understøttelse.

Det andre egentlige støtdempningsmiddel vist i figur 7 går ut på å innføre innvendig i romfangene, såsom 62 eller 62a som inneholder en inkompressibel væske, hule tette kuler, såsom 70, hvis fjærende vegg vil ha en variabel geometri avhengig av trykket i væsken som omgir dem.

Når trykket i denne væske øker, under påvirkning av en øking i belastningen som understøttes av puten 61, vil boblenes 70 sfæriske vegg underkastes en øket trykkraft og dens omkrets vil trekke seg sammen under påvirkning av denne kraft.

Boblenes diameter vil avta og volumet av den luft de inneholder vil avta tilsvarende. I og med at denne reduksjon av volum av alle boblene 70 bevirker en reduksjon av volumet til romfangene såsom 62, vil høyden av hver av cellene, såsom 60, 60a, avta under frembringelse av et støtdempningsslag som absorberer støtet som skyldes nedsetting av belastningen på den fjærende understøttelse.

Det vil være klart at for å kunne konstruere en fjærende understøttelse ifølge oppfinnelsen, kan én eller flere av disse støtdempningsmidler vist i figur 7 anvendes eller begge enheter.

Andre midler kan også anvendes, sammen med eller uten de to ovennevnte midler, som f.eks. en som består i å erstatte den inkompressible væske i romfangene 62, 62a med et deformerbart stoff, på grensen til fast tilstand, og med en viss kompressibilitet, såsom en silikondel.

I figur 8 er vist en annen variant av en fjærende under-støttelse ifølge oppfinnelsen, der de fleksible ringformete hylstre såsom 71 og den ringformete stive membran såsom 72 som danner understøttelsesputen er i form av en åpen ring som danner en midlertidig passasje, vist symbolsk med pil 73, mellom den sentrale brønn 74 som de omgir og utsiden.

Gjennom denne passasje kan utstyr fjernes, såsom røret 75 som er installert i brønnen 74 i posisjon 75i for å bringe det

i posisjon 75e eller omvendt kan puten fjernes mens røret 75 bibeholdes i posisjon. Kontinuiteten av den ringformete

membran såsom 72 kan fordelaktig tilveiebringes ved hjelp av fjernbare fiskeplater 76 som blokkerer passasjen 73 og er festet til de to ender av membranene 72 ved hjelp av en fjern-bar festeinnretning, som f.eks. bolter 77.

Figur 9 viser en annen variant av den fjærende understøt-telse ifølge oppfinnelsen der de ringformete membraner 79 til 79c som skiller hylstrene 80 til 80d har en konisk form for å øke putens 78 tverr-stabilitet.

En vil i dette tilfelle se at det er fordelaktig at overflatene 81a og 82a til den øvre plate 81 og nedre plate 82 av den fjærende understøttelse som opptar midlene for å feste endehylstrene 80 og 80d også er koniske. Det er også fordelaktig at disse ulike koniske overflater 81a, 79 til 79c og 82a har et felles toppunkt 83 som også er sentrum for den sfæriske overflate 84 til kuleleddet 85 som sentrerer de to plater 81 og 82 i forhold til hverandre. Dette toppunkt 83 kan også være sentrum for de to fiktive sfærer 86 og 86a mellom hvilke puten 78 er innskrevet.

Det vil være klart at tegningen modifiseres i meget liten grad dersom overflatene 81a, 79 til 79c og 82a istedenfor å være koniske har f.eks. en sfærisk eller torisk form.

Figur 10 viser en marin installasjon som utgjør et typisk tilfelle av anvendelse av den fjærende ringformete understøt-telse ifølge oppfinnelsen. Den fjærende understøttelse 87 som her er skjematisk vist er ved hjelp av sin nedre plate 88 festet til et skip 89 som f.eks. anvendes for boring av undervanns-undergrunnen, idet sjøoverflaten er vist ved linjen 90.

Understøttelsens 87 øvre plate 91 har inntrekkbare knaster 92 på hvilke suksessivt nedsettes seksjonene 93, 93a, 93b, 93c etc.... som i sin helhet danner et bore-stigerør 94. Et slikt stigerør dannes således ved å tilføye eller fjerne suksessive seksjoner såsom 93 til 93d, under anvendelse av en heiseinnretning 95 som bæres av ryggen 96, for nedsenking eller heving av endeutstyret 97 som er beregnet på å forbindes med sjøbunnen.

Under den tid som kreves for innkopling av en ny seksjon, eller for å fjerne den, bæres stigerøret 94 av understøttelsen 87. Deformeringen av fluidputen til denne understøttelse 87 muliggjør en tilpasning mellom dens øvre plate 91 som tempo-rært er festet til ovennevnte stigerør og dens nedre plate 88 festet til skipet. Denne tilpasning tillater oscillerende bevegelser av skipet 89 som kan svinge under påvirkning av dønningene, f.eks. så langt som til posisjonen 89h, mens stigerøret 94 forblir stort sett vertikalt under påvirkning av dets svinge-stabilitet.

Når stigerøret 94 nedsenkes med en viss hastighet under anvendelse av heiseinnretningen 95 vil der, etter tilføyelse eller fjerning av en seksjon såsom 93d, for plassering av røret på knastene 92 til understøttelsen 87, uunngåelig opptre et støt som understøttelsesputen opptar slik vi så ovenfor ved en reduksjon av dens høyde og en midlertidig øking av trykket i fluidet eller fluidene som den omslutter.

Figur 11 viser en variant av den fjærende understøttelse ifølge oppfinnelsen omfattende to motstående fluidputer 98 og 98a. De to ytterplater 99 og 99a er innbyrdes forbundet ved hjelp av en rundtløpende krage 100, mens hver av de to inner-plater 101 og 101a har en innvendig skorstein 102 (eller 102a) som ender i en flens 103 (eller 103a) for tilkopling til f.eks. to seksjoner 104 og 104a av et stigerør, som ikke er vist, for overføring av oljeproduksjon fra et oljefelt beliggende ved bunnen av sjøen til overflaten.

Disse to nedre plater er sentrert i forhold til hverandre ved hjelp av et kuleledd 106. Dette kuleledd kan fordelaktig utgjøres av en sentral sfærisk ring 105 og to sfæriske elastomerskåler 107, 107a hvert av hvilke kleber på den ene side til denne sfæriske ring og på den annen side til en sfærisk konka-vitet 108 (eller 108a) som er utformet på hver av innerplatene 101 og 101a.

Det vil da lett forstås at denne installasjon tillater de to stigerørseksjoner 104 og 104a å oscillere i forhold til hverandre i en mutasjonsbevegelse mens en trekkraft overføres fra den ene til den andre ved at fluidet i putene 98 og 98a settes under trykk. Kuleleddet 106 tillater også denne oscil-lasjonsbevegelse på grunn av deformasjonen under skjær-påvirkning av dets elastomerskåler 107 og 107a og oppfyller den tosidige oppgave å sentrere understøttelsens fire plater 99, 99a, 101 og 101a i forhold til hverandre særlig ved hjelp av kragen 105a, og å tilveiebringe den nødvendige avtetting for overføringen av et trykkfluid mellom stigerørseksjonene 104 og 104a. I det tilfelle der fluidtrykket er meget høyt kan elastomerskålene 107 og 107a med fordel være forsterket ved innlegging av stive skåler mellom to elastomerlag for derved å danne en gummi/metalllaminat.

Figur 12 viser et annet typisk tilfelle av anvendelse av den fjærende understøttelse ifølge oppfinnelsen for utforming av leddet beliggende ved bunnen av et oscillerende stigerør for fortøyning av et skip til havs 109.

Skipet er fortøyet ved hjelp av trosse 110 på den rote-rende del 111 som dekker stigerøret 112. Dette stigerør kommer ut av sjøoverflaten vist ved linjen 113 og strekker seg til nær bunnen vist ved linjen 114. Et undervannsfundament 115 er plassert på bunnen og holdes fast forankret, f.eks. ved hjelp av neddrevne pæler 116.

Stigerøret 112 er festet til dette fundament ved hjelp av et leddsystem helt likt den fjærende understøttelse ifølge oppfinnelsen vist i figur 1 og med en øvre plate 117 utstyrt med en hylse 118 som ikke er noe annet enn stigerørets nedre bunnparti, og en øvre plate 119 utstyrt med en sfærisk ringformet trommel 120 som utgjør en del av fundamentet 115. Den sfæriske trommel 12 0 er sentrert i hylsen 118 slik at stigerø-ret kan oscillere avhengig av sjøens bevegelser, idet dets bunnparti forblir i en fiksert posisjon ved havbunnen, hvilken posisjon bestemmes av fundamentet 115.

Ved en slik anvendelse har stigerøret 112 en naturlig oppdrift som er mindre enn dets tyngde, og det hviler på sjøbunnen gjennom en sirkulær pute 121 beliggende i sentrum av kuleleddet 120 mellom platene 117 og 119.

Stigerørets hvilebelastning understøttes av trykkfluidet i denne putens forskjellige hylstre.

Figur 13 viser en spesiell anvendelse av den fjærende understøttelse ifølge oppfinnelsen for utforming av et oscillerende stigerør for fortøyning av et skip i sjøen når vann-dybden er meget stor. Stigerøret, såsom 122, er da, av denne grunn, utformet av flere seksjoner såsom 123 og 124 som er innbyrdes leddforbundet og med det faste fundament 125 fast forbundet med sjøbunnen.

Siden stigerørets tyngde i visse tilfeller, f.eks. på installasjonstidspunktet, kan være større enn dets oppdrift og i andre tilfeller, f.eks. under bruk, mindre enn dets oppdrift, vil leddforbindelsen være utformet ved hjelp av en understøttelse ifølge oppfinnelsen med to motstøtende puter: en første sirkulær pute 126 eller 126a for understøttelse av de nedadrettete belastninger og en annen ringformet pute 127 eller 127a for overføring av de oppadrettete krefter.

Man vil bedre forstå konstruksjonen av denne leddforbindelse ut fra figur 14 som i større detalj viser en leddforbindelse av denne art der det oscillerende stigerør 128 ved sitt bunnparti er forsynt med tre plater 129, 130 og 131 mellom hvilke er installert to ringformete fluidputer 132 og 133 ifølge oppfinnelsen.

Platen 129 og 131 er fast forbundet med stigerøret, mens platen 13 0, som er innført mellom de to deformerbare puter 132 og 133, har en translasjonsmessig og nutasjonsmessig bevegelsesfrihet i forhold til stigerørets akse 134, ettersom kuleleddet 135 som danner sentrering i forhold til hylsen 136 strekker seg nedad stigerørkonstruksjonen 128.

Denne plate 130 har også koplingsmidler såsom f.eks. inntrekkbare knaster 137, på en vertikal sentreringsstolpe 138 som er festet til fundamentet 139 for forbindelse med sjøbunnen vist ved linjen 140.

Virkemåten til en slik anordning er lett å forstå. Med fundamentet 139 på forhånd installert på bunnen, slepes stige-røret 128 til anleggsstedet for å bringes over sentrerings-stolpen 138, hvoretter den nedtynges ved hjelp av ballast og derved nedsenkes.

Stolpen 138 i hvilken der er utformet et spor 141 trenger inn i koplingsstykket som bæres av platen 130 og knastene 137 lukker seg ved inntrengning i dette spor.

Belastningen av det nedtyngete stigerør såvel som støtet ved rørets anbringelse, overføres fra platen 129 til puten 132 og platen 130 som hviler på kragen 143 til stolpen 138.

Deretter avlastes stigerøret ved å fjerne ballast og dets oppdrift blir større enn dets tyngde, slik at en oppadrettet trekkraft overføres fra platen 131 til puten 13 3 og platen 130.

Platen 13 0 overforer denne strekkraft til fundamentet 139 gjennom knastene 137 som er opptatt i sporet 141 i stolpen 138. Ved andre utforminger kan stigerøret 128 oscillere med en nutasjonsbevegelse rundt kuleleddets 135 sentrum 142 på grunn av fluidputenes 132 og 133 deformeringsevne.

Fordelene ved foreliggende oppfinnelse skyldes muligheten til å danne fjærende kuleledd-understøttelser som er istand til å understøtte meget store belastninger eller konstruksjoner av meget betydelig vekt, f.eks. mer enn 1000 tonn, uten å hindre deres bevegelighet.

Mer bestemt innebærer den løsninger på problemene i forbindelse med installering til havs av utstyr og konstruksjoner som utsettes for bølgebevegelsene.

Den har også den fordel at den kombinerer i ett og samme element en kuleledd-forbindelse og en støtdempningssylinder og at den priviligerer teknologiske midler som er upåvirkbare for korrosjon, slitasje og utmatning.

Den har mange forskjellige anvendelsesmuligheter. Den kan anvendes, men dette er bare et eksempel, som et middel for opplagring og håndtering av et stigerør for boring av undervanns-undergrunnen eller for overføring av oljeproduksjonen til hav-overflaten, eller som leddforbindelse for en marin konstruksjon som er festet til havbunnen, såsom et oscillerende stigerør for fortøyning av et skip.

Claims (21)

1. Fjærende kuleledd-understøttelse omfattende to plater (1, 3) samt minst ett kuleledd som forbinder de to plater slik at de kan beveges og sentreres i forhold til hverandre, karakterisert ved at det mellom de to plater (1, 3) er anordnet minst én pute (5) som utgjøres av et antall over hverandre beliggende, tette hylstre (6; 23) som hvert inneslutter minst ett fluid som settes under trykk ved virkningen fra en belastning som påføres mellom platene (1, 3), slik at stort sett intet dreiemoment virker på en overføring av belastningen mellom platene.

2. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge krav 1, karakterisert ved at hylstrene (6 til 6b) har stort sett sirkulær kontur hvis omkretskanter, under påvirkning av trykk-settingen av fluidet som de inneholder, antar stort sett toroide-form, og at kuleleddet eller kuleleddene (8) for sentrering av platene (1, 3) i forhold til hverandre er anordnet rundt hylstrene koaksialt med disse.

3. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge krav 1, karakterisert ved at hylstrene (23) er ringformet.

4. Fjærende kuleledd-understøttelse som angitt i krav 3, karakterisert ved at de over hverandre anord-nete hylstre (23-23f) har ringformete indre og ytre kanter som under påvirkning av trykk-setting av fluidet som de omslutter, antar stort sett torisk- eller toroide-form, og at kuleleddet eller -leddene (27) for sentrering av platene (21, 22) i forhold til hverandre på den ene side er anordnet innvendig i hylstrene og konsentrisk med disse, og på den annen side har en sentral, sylindrisk åpning (29) slik at understøttelsen har en ringform som omgir den sentrale åpning (29).

5. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge krav 1, karakterisert ved at et antall puter (37-37d) er anordnet side ved side på en sirkel som er konsentrisk med kuleleddene (43) for sentrering av platene og er forbundet med hverandre ved hjelp av minst én kanal (4 0) som kan lukkes av ventilmidler (41) , slik at fluid-romfangene som omfattes av alle eller noen av putene enten kan kommunisere innbyrdes eller midlertidig være isolert fra hverandre.

6. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at minst én mellomliggende plate (45) er innlagt mellom understøttelsens to hovedplater (46, 47) og skilt fra hver av dem ved minst én av putene (49) , og at den mellomliggende plate holdes sentrert i forhold til i det minste én av de to hovedplater ved hjelp av minst ett kuleledd (50) .

7. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at kuleleddet eller -leddene (8) for sentrering av platene (1, 3) i forhold til hverandre utgjøres av kombinasjonen av en hylse (9) som er fast forbundet med én av de to plater og oppviser en sylindrisk boring (10), med en sfærisk trommel (11) fast forbundet med den andre plate og istand til' å gli og dreie innvendig i boringen.

8. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge et av kravene 4 til 7, karakterisert ved at hver av hylstrene (23-23f) som danner fluidputene (2 0) er fremstilt av minst ett lag kabler som er anordnet stort sett radielt og innstøpt i en plate av et fleksibelt, tett materiale som kablene kleber til, og at hvert av hylstrene er forbundet med et annet, tilgrensende hylster i putene, ved hjelp av minst én ringformet membran (30) av et stivt materiale som hylstrene er festet til ved hjelp av liming, idet hver av de ringformete membraner beliggende ved en ende av puten har midler for tett befestigelse til hoved- og mellomplatene i den fjærende understøt-telse.

9. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge krav 8, karakterisert ved at de ringformete membraner (30) er utformet med minst én åpning (31) for kommunikasjon mellom romfangene i de forskjellige hylstre (23-23f) i -den samme pute (20).

10. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge krav 8, karakterisert ved at de ringformete membraner (30, 79-79c) av stivt materiale som adskiller hylstrene i putene har form av en flat skive eller konisk, sfærisk eller torisk hylse.

11. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge krav 8, karakterisert ved at de ringformete hylstre (71) og ringformete membraner (72) som danner putene har en åpen ringform som danner en midlertidig passasje (73) mellom den sentrale åpning (74) som de omslutter og utsiden, idet membranenes kontinuitet tilveiebringes av fjernbare plater (76) som lukker passasjen.

12. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge ett av kravene 1 til 6, karakterisert ved at fluidet som inne-sluttes i putenes tette hylstre er en stort sett inkompressibel væske.

13. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge ett av kravene 1 til 6, karakterisert ved at fluid som inne-sluttes i putenes tette hylstre er i det minste delvis et deformerbart stoff ved grensen til fast tilstand og har en viss kompressibilitet, såsom en silikongél.

14. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge ett av kravene 1 til 6, karakterisert ved at fluidet som inne-sluttes av putenes hylstre er en blanding i passende propor-sjoner av en stort sett inkompressibel væske og en kompressibel gass hvis kompressjon tillater understøttelsens to plater å bevege seg nærmere hverandre og absorbering av energien som forårsakes av plasseringen av en belastning.

15. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge krav 14, karakterisert ved at en kanal (19) forbinder fluid-romfanget som inneholdes i de tette hylstre (6-6b) i hver av putene (5) med minst én tilknyttet sylinder eller pneumatisk akkumulator (16) inneholdende en kompressibel gass som før bruk er bragt til et trykknivå som utgjør en inn-ledende kalibrering.

16. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge krav 14, karakterisert ved at den kompressible gass som delvis opptar romfanget (16) i putenes tette hylstre (23-23f), eller et ytterligere romfang (32) som kommuniserer mellom hylster-romfanget, er innesluttet i minst én fleksibel og tett, sammenklembar hylse (36) som isolerer den fra væsken som opptar den andre del av dette romfang, hvilken gass før bruk bringes til et kalibreringstrykk som bevirker oppblåsing av hylsen inntil hylsen, idet væsketrykket blir høyere enn kalib-rer ingstrykket, søker å anta sin flate konstruksjonsform.

17. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge krav 14, karakterisert ved at den kompressible gass som opptar en del av romfanget i putens (61) tette hylstre (60, 60a) er innesluttet i minst én hul og tett kule (70) hvis fjærende vegg har en geometri som varierer som en funksjon av trykket i væsken som omgir den.

18. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge ett av kravene 4 til 7, karakterisert ved at hver av hylstrene (60, 60a) som danner puten (61) på sine to sideflater (65, 65a) i berøring med de tilgrensende hylstre eller med de bevegelige plater, er utstyrt med en elastomer støtteplate (66) omfattende utstikkende partier (67) og konkave partier (68), hvilke konkave deler utgjør de nødvendige mellomrom for fri utspredning av de utstikkende deler som nedtrykkes under påvirkningen av en øking av belastningen som bæres av den fjærende understøttelse.

19. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge ett av kravene 4 til 14, karakterisert ved at én av platene (91) omfatter midler for opplagring og håndtering av et stige-rør (94) for boring av undervanns-undergrunnen eller overfø-ring av petroleumsproduksjonen til havoverflaten og at den andre plate (88) har midler for befestigelse til dekket av en flytende bore- eller produksjonsinstallasjon (89).hvorfra stigerøret, som består av et antall seksjoner (93 til 93d) er opplagret og håndtert ved tilføyelse eller fjerning av suksessive seksjoner av dette stigerør.

20. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge ett av kravene 4 til 14, karakterisert ved at én av platene (101) har midler for fastholding av et stigerør (104) for boring av undervanns-undergrunnen, eller overføring av petroleumsproduksjonen til havoverflaten, som strekkbelastes fra en flytende installasjon, og at den andre plate (101a) har midler for befestigelse til et fundament (104a) som er festet til havbunnen og forbundet med et oljefelt, og at sentrerings-kuleleddet (106) har tetningsmidler for inneslutning av et trykkfluid som strømmer mellom stigerøret og oljefeltet.

21. Fjærende kuleledd-understøttelse ifølge ett av kravene 2 til 4, karakterisert ved at én av understøt-telses-platene (117) danner det nedre fundament for et én-leddet oscillerende stigerør (112) for fortøyning av et skip til havs, eller det nedre fundament for en seksjon (123) av et flerleddet stigerør (122), og den andre plate (119) danner et fundament (115) for forankring av stigerøret som er festet til undervanns-grunnen, eller det øvre fundament for en seksjon (124) av det oscillerende flerleddete stigerør (122).