NO176353B

NO176353B - floats

Info

Publication number: NO176353B
Application number: NO924324A
Authority: NO
Inventors: Haakon Carsten Pedersen
Original assignee: Kvaerner Rosenberg As
Priority date: 1992-11-10
Filing date: 1992-11-10
Publication date: 1994-12-12
Also published as: NO924324D0; NO924324L; NO176353C

Description

Oppfinnelsen vedrører en flyter, dvs. en maritim konstruksjon bygget opp med en kantet pongtongring som skrogbasis, satt sammen av av plane stålplater sammensveisede knuteseksjoner i hjørnene, med mellomliggende, innsveisede og av plane stålplater sammensveisede, rette pongtongseksjoner, og med på toppen av pongtongringen plasserte hjørnesøyler for tilveiebringelse av nødvendig høyde og som bærere for et dekk og satt sammen av plane, sammensveisede stålplater. The invention relates to a floater, i.e. a maritime structure built up with an angular pontoon ring as a hull base, assembled from flat steel plate welded knot sections in the corners, with intermediate, welded in and flat steel plate welded straight pontoon sections, and with on top of the pontoon ring placed corner columns to provide the necessary height and as supports for a deck and assembled from flat, welded together steel plates.

Flytere, eksempelvis strekkstag-plattformer og oppankrede halvt neddykkbare offshore-plattformer, har hittil vært bygget i stål eller betong, med sirkulære søyler og avrundede pongtong-tverrsnitt. Det er også kjent flytere hvor det er benyttet i tverrsnittet rektangulære pongtonger og søyler, og det finnes også eksempler på konstruksjoner med i tverrsnittet sirkulære søyler og rektangulære pongtonger. Floaters, for example tension rod platforms and anchored semi-submersible offshore platforms, have so far been built in steel or concrete, with circular columns and rounded pontoon cross-sections. There are also known floats where pontoons and columns are rectangular in cross-section, and there are also examples of constructions with circular columns and rectangular pontoons in cross-section.

Foreliggende oppfinnelse vedrører flytere bygget i stål. For å minimalisere bølge- og strømkrefter mot søylene for flyt-ende og halvt nedsenkbare bore- og utstyrsplattformer, er det vanlig å bygge søylene som sirkulære sylindre fremfor kvadratiske. Man har i utgangspunktet antatt at en slik sylinderform gir optimaliserte kostnader som følge av at den sirkulære sylinderform er vekt-optimal, i og med at vann-trykket mot søylene ideelt ikke gir bøyespenninger i plate-eller hud-konstruksjonen. The present invention relates to floats built in steel. To minimize wave and current forces against the columns for floating-end and semi-submersible drilling and equipment platforms, it is common to build the columns as circular cylinders rather than square. It has initially been assumed that such a cylinder shape results in optimized costs as a result of the circular cylinder shape being weight-optimal, in that the water pressure against the columns ideally does not cause bending stresses in the plate or skin construction.

Den sirkulære form gir preferanse til vertikale avstivninger langs sylindernes generatriser, fordi disse er rette og ikke forutsetter spantbøying. The circular shape gives preference to vertical stiffeners along the generatrix of the cylinders, because these are straight and do not require frame bending.

Søylene prefabrikeres ved at seksjoner av de valsede hudplatene plasseres på et sveiseplan og fastholdes i riktig fasong mot planet ved hjelp av jigger, hvoretter platestivere og bæresystemer reises, tilpasses de radielle vinkler og sveises. The columns are prefabricated by placing sections of the rolled skin plates on a welding plane and holding them in the correct shape against the plane using jigs, after which plate stiffeners and support systems are erected, adapted to the radial angles and welded.

Disse seksjonene settes så sammen til søyleringer (sylindre) av passende høyde, og søyleringene sammenstilles til slutt til ferdige søyler. These sections are then assembled into column rings (cylinders) of suitable height, and the column rings are finally assembled into finished columns.

Selv om sirkulære sylinderformer på søylene gir optimaliserte vekter, så er omkostningene, altså medgåtte fabrika-sjons timer /tonn, ved slike stålkonstruksjoner betydelige. Although circular cylinder shapes on the columns give optimized weights, the costs, i.e. manufacturing hours/tonne, of such steel constructions are considerable.

Sammensettingen til seksjoner er tidkrevende på grunn av at alle radielle vinkler og sirkulære geometrier krever stor tilpassing, kontinuerlig oppmåling og kontroll. Dessuten oppstår feil meget lettere ved en sirkulær enn ved en rett-linjet geometri. Bruk av jigger er i seg selv konstnads-drivende. I tillegg kommer kostnader ved valsing av hudplatene. The assembly of sections is time-consuming due to the fact that all radial angles and circular geometries require extensive adaptation, continuous measurement and control. Furthermore, errors occur much more easily with a circular than with a straight-line geometry. The use of jigs is in itself cost-intensive. In addition, there are costs for rolling the skin plates.

Tilpassingen av de vertikale hudprofilene ved sammensettingen av søyleringer til ferdige søyler er kompleks og tidkrevende, idet både vinkler og periferiplassering skal stemme over ens for to og to par av søyleringene. Man må her ha for øye at det for en of f shore-plattf orm dreier seg om et meget stort antall forbindelser. The adaptation of the vertical skin profiles during the assembly of column rings into finished columns is complex and time-consuming, as both angles and peripheral placement must be the same for two and two pairs of column rings. It must be borne in mind here that for an off shore platform there is a very large number of connections involved.

Ut i fra en betraktning av tidligere kjent teknikk har man ifølge oppfinnelsen søkt etter et nytt konsept, med en skrog-geometri som baserer seg på funksjonelle krav og globale dimensjoner som allerede bygget og/eller planlagt, men med en ny design med hensyn til geometrien for de mest vesentlige skrogseksjoner, knutepunktene og søylene. Based on a consideration of prior art, according to the invention, a new concept has been sought, with a hull geometry that is based on functional requirements and global dimensions that have already been built and/or planned, but with a new design with regard to the geometry for the most significant hull sections, the nodes and the columns.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en ny geometri for knutepunkter og søyler basert på bruk av en mangekant, særlig en oktogon, som til en viss grad har sirkelens egenskaper, men også har visse spesielle fordeler tilknyttet strukturer som baserer seg på en geometrisk figur bygget opp med vinkler og rette linjer. Disse fordeler er stort sett tilknyttet den relativt meget enklere konstruktive oppbygging av slike strukturer. According to the invention, a new geometry for nodes and columns is therefore proposed based on the use of a polygon, especially an octagon, which to a certain extent has the characteristics of a circle, but also has certain special advantages associated with structures that are based on a geometric figure built up with angles and straight lines. These advantages are largely linked to the relatively much simpler constructive construction of such structures.

Med oppfinnelsen foreslås det derfor en flyter som nevnt innledningsvis, kjennetegnet ved at den enkelte knuteseksjon er utformet med en brukket, plan vertikal ytterhjørneside, og at den enkelte søyle er utført som en rett åttekantsylinder hvis i flytertverrsnittet utovervendende søyledelsider flukter med den underliggende, brukkede og plane ytterhjørne-side og de tilgrensende vertikale knuteseksjonsider. The invention therefore proposes a floater as mentioned in the introduction, characterized by the fact that the individual node section is designed with a broken, flat vertical outer corner side, and that the individual column is designed as a straight octagonal cylinder if, in the floater cross-section, outward-facing column parts align with the underlying, broken and plane outer corner side and the adjacent vertical knot section sides.

Fra TJS 3.391.666 er det kjent en flyter hvor man har en skrogbasis i form av en firkantring, men denne kjente utførelse mangler den rette vertikale veggform i hjørnene. Søylene er heller ikke plassert ute i hjørnene. Også fra US 4.646.672 er det kjent en flyter hvor man mangler den rette, vertikale veggform i de aktuelle hjørner, hvor heller ikke søylene er plassert ute i hjørnene. From TJS 3,391,666, a float is known where one has a hull base in the form of a square ring, but this known design lacks the correct vertical wall shape in the corners. The columns are also not placed out in the corners. Also from US 4,646,672, a float is known where the correct, vertical wall shape is missing in the relevant corners, where the columns are not placed out in the corners either.

Fra GB 2.121.733 er det kjent å ha søyler i hjørnene i en som firkantring utført skrogbasis i en flyter, men søylene er sirkulære i tverrsnittet og man har her således de problemer som man nettopp søker å unngå med oppfinnelsen. From GB 2,121,733, it is known to have columns in the corners of a hull base designed as a square ring in a float, but the columns are circular in cross-section and one thus has the problems that the invention seeks to avoid.

I GB 2.210.334 beskrives bruk av søyler med firkanttverr-snitt. Disse kan ikke sammenlignes med et generelt mangekant-tverrsnitt, såsom åttekanten, som gir mulighet for brukkede hjørner i pongtongringen, med de fordeler dette gir i forbindelse med bruk av åttekant-sylindre som søyler, med fluktende anordning av sideveggene i hjørnene. GB 2,210,334 describes the use of columns with a square cross-section. These cannot be compared to a general polygon cross-section, such as the octagon, which allows for broken corners in the pontoon ring, with the advantages this provides in connection with the use of octagonal cylinders as columns, with flush arrangement of the side walls in the corners.

I GB 2.249.059 er det vist en flyter med rette hjørner, dvs. med en klar firkantring, uten brukkede hjørner, hvor oktogonale søyler med deler av sin omkrets flukter med de vertikale veggavsnitt. I EP 0 359 702 er det vist en flyter i form av en mangekant-basisring, med i hjørnene avrundede firkantsøyler. I denne flyter har man imidlertid ingen reelle knuteseksjoner, fordi hjørnene eller knutene i basiskroppen dannes av søylene. GB 2.132.142 viser et fartøy hvor søylene har mangekant-tverrsnitt, men hele utførelsen er slik at man ikke oppnår den fordel man oppnår med foreliggende opp-f innelse. GB 2,249,059 shows a float with straight corners, i.e. with a clear square ring, without broken corners, where octagonal columns with parts of their circumference flush with the vertical wall sections. In EP 0 359 702, a float is shown in the form of a polygonal base ring, with rounded square columns at the corners. In this float, however, there are no real node sections, because the corners or nodes in the base body are formed by the columns. GB 2,132,142 shows a vessel where the columns have a polygonal cross-section, but the whole design is such that one does not obtain the advantage obtained with the present invention.

Som nevnt muliggjør geometriske figurer, bygget opp med vinkler og rette linjer, den fordel at man får en meget enklere konstruktiv oppbygging, noe som muliggjør et raskere, sikrere og mer konstnadseffektivt prosjekt. Årsakene til dette ligger stort sett i at i foreliggende tilfelle kan samtlige seksjoner i søylene bygges opp av plane plater med en høy grad av mekanisert prefabrikasjon, og med mulighet for høy verfts-gjennomgangshastighet og utmerket kvalitet. Oppfinnelsen muliggjør bruk av så få komponenter som mulig, fordi søylene kan fremstilles under utnyttelse av en ytre standard plate, med innvendige stivere. En innerhud eller et indre skall, kan ha tilsvarende mangekantform og kan også bygges opp med bruk av en standard plate. As mentioned, geometric shapes, built up with angles and straight lines, enable the advantage of a much simpler constructive structure, which enables a faster, safer and more cost-effective project. The reasons for this largely lie in the fact that, in the present case, all sections in the columns can be built up from flat plates with a high degree of mechanized prefabrication, and with the possibility of high yard throughput speed and excellent quality. The invention enables the use of as few components as possible, because the columns can be manufactured using an outer standard plate, with internal stiffeners. An inner skin or an inner shell can have a similar polygonal shape and can also be built up using a standard plate.

Slike standardplater kan prefabrikeres under utnyttelse av konvensjonell platefremstillingsteknikk, slik man kjenner den fra skipsbyggingsindustrien, og den mulighet man har for helt å gi avkall på tilforming av platene (ingen valsing eller knekking) gir mulighet for god fleksibilitet og avkorting av totaltiden. Such standard plates can be prefabricated using conventional plate manufacturing techniques, as known from the shipbuilding industry, and the option to completely forgo shaping the plates (no rolling or bending) allows for good flexibility and shortening of the total time.

Man vil kunne oppnå en sterk redusering av volumet av lokal avstiving, med tilhørende reduserte tidsbesparelser og kostnadsreduksj oner. It will be possible to achieve a strong reduction in the volume of local bracing, with associated reduced time savings and cost reductions.

Selv om man må regne med en viss påplussing av den totale stålvekt - et estimat sier at den oktagonale form vil bety i overkant av 5% ekstra konstruksjonsstål - så vil disse ekstra materialomkostninger kunne innspares mange ganger ved at man kan redusere arbeidsinnsatsen, som følge av enklere konstruktiv oppbygging. Even if you have to count on a certain increase in the total steel weight - an estimate says that the octagonal shape will mean more than 5% extra structural steel - these extra material costs can be saved many times over by reducing the work effort, as a result of simpler constructive structure.

De foran nevnte fordeler kan realiseres ved bruk av standardplater (platetykkelse) og det kan benyttes stålplater valgt blant standard stålkvaliteter. The advantages mentioned above can be realized by using standard plates (plate thickness) and steel plates selected from standard steel qualities can be used.

I en søyle med oktogonalt tverrsnitt vil de rette sidene i åttekanten få bøyespenninger i hudkonstruksjonen, og man må derfor øke dimensjonen noe i forhold til en sirkulær søyle-form, men fordi fabrikasjonstimene pr. tonn vil bli betydelig lavere for åttekanten enn for den sirkulære versjonen, vil også kostnadene totalt bli meget lavere. In a column with an octagonal cross-section, the straight sides of the octagon will experience bending stresses in the skin construction, and one must therefore increase the dimension somewhat compared to a circular column shape, but because the fabrication hours per tonnes will be significantly lower for the octagon than for the circular version, the total costs will also be much lower.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et isometrisk riss av en flyter ifølge oppfinnelsen, uten den såkalte The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings, where: Fig. 1 shows an isometric view of a float according to the invention, without the so-called

topside (dekk), og topside (tire), and

fig. 2 viser et typisk søyletverrsnitt. fig. 2 shows a typical column cross-section.

Den i fig. 1 viste flyter (uten dekk) består av en i hoved-saken firkantet ringkropp 1, bygget opp med hjørne- eller knuteseksjoner 2,3,4, og 5, som er knyttet sammen med mellomliggende rette pongtongseksjoner 6,7,8, og 9. Ringkroppen har rektangulært tverrsnitt og såvel knuteseksjoner som de mellomliggende pongtongseks joner er bygget opp med en geometri basert på bruk av plane flater og rette linjer. The one in fig. 1 shown float (without deck) consists of a mainly square ring body 1, built up with corner or knot sections 2,3,4, and 5, which are linked together with intermediate straight pontoon sections 6,7,8, and 9 The ring body has a rectangular cross-section and both knot sections and the intermediate pontoon six ions are built up with a geometry based on the use of flat surfaces and straight lines.

På toppen av pongtongringen er det plassert oktogonale søyler 10,11,12 og 13. Disse søylene er utført som stålplatekon-struksjoner, dvs. at de er bygget opp av sammensveisede stålplater med det nødvendige antall innvendige stivere. De i flytertverrsnittet utovervendende mangekantsider på søylene flukter som vist med de underliggende, likeledes rette og av stålplater med innvendige stivere "oppbyggede knuteseksjonssider. Det skal eksempelvis vises til søylen 11 hvor tre av dens sider, betegnet som henholdsvis 14,15, og 16, flukter med de underliggende knuteseksjonssider 17,18 og 19. Pongtonglegemet er som man ser ikke fullstendig kvadratisk i horisontalplanet, men har brutte hjørner, som dannes av sider tilsvarende siden 18 og som i dimensjon i ringkroppens omkretsretning svarer til en sidebredde i søylens mangekant-tverrsnitt. Octagonal columns 10,11,12 and 13 are placed on top of the pontoon ring. These columns are designed as steel plate constructions, i.e. they are built up of welded steel plates with the required number of internal stiffeners. The outward-facing polygonal sides of the columns in the floating cross-section align, as shown, with the underlying, likewise straight and knotted section sides made of steel plates with internal stiffeners. It should be shown, for example, to column 11 where three of its sides, designated as 14, 15, and 16 respectively, align with the underlying knot section sides 17, 18 and 19. As can be seen, the pontoon body is not completely square in the horizontal plane, but has broken corners, which are formed by sides corresponding to side 18 and which in dimension in the ring body's circumferential direction correspond to a side width in the column's polygonal cross-section.

Med uttrykket oktogonalt tverrsnitt skal forstås et åtte-kantet tverrsnitt, som ikke nødvendigvis behøver være helt symmetrisk. Dette er antydet i fig. 2, hvor det er vist et skjematisk tverrsnitt gjennom en søyle og hvor den opp-merksomme leser vil se at ikke samtlige mangekant si der er like lange. Det som er vesentlig ifølge oppfinnelsen er at søylene er mangekantede, i slik tilnærming til sirkelen at man oppnår sirkel-konstruksj onskvaliteter , samtidig som man ivaretar de kvaliteter som geometrien med plane flater, vinkler og rette linjer gir. The term octagonal cross-section is to be understood as an octagonal cross-section, which does not necessarily have to be completely symmetrical. This is indicated in fig. 2, where a schematic cross-section through a column is shown and where the observant reader will see that not all the polygons there are the same length. What is essential according to the invention is that the columns are polygonal, in such an approach to the circle that one achieves circular construction qualities, while at the same time safeguarding the qualities that the geometry with flat surfaces, angles and straight lines provides.

Den mangekantede, særlig åttekantede utførelse vil gi preferanse til horisontale hudprofiler, også ut fra hensyn til hoop-spenninger fra utvendig vanntrykk. Dermed elimineres det meget betydelige tilpassingsproblem som er forbundet med de vertikale profiler ved bruk av sirkulær søyleform. The polygonal, particularly octagonal design will give preference to horizontal skin profiles, also out of consideration for hoop stresses from external water pressure. This eliminates the very significant fitting problem associated with the vertical profiles when using a circular column shape.

En fagmann vil innse at de rette sidene i søylene kan prefabrikeres direkte mot et sveiseplan, uten bruk av jigger. Antallet radielle vinkler er betydelig redusert. Det er ikke nødvendig å valse eller knekke hudplatene, selv om det naturligvis er mulig å valse hudplatene i mangekantens hjørner, for å bringe sveiseforbindelsen ut fra hjørnet. Faktisk foretrekkes det å legge de vertikale sveiser nettopp i hjørnekantene. A person skilled in the art will realize that the straight sides of the columns can be prefabricated directly against a welding plane, without the use of jigs. The number of radial angles is significantly reduced. It is not necessary to roll or break the skin plates, although it is of course possible to roll the skin plates at the corners of the polygon, to bring the weld joint out from the corner. In fact, it is preferred to place the vertical welds precisely at the corner edges.

I snittet i fig. 2, som eksempelvis er lagt horisontalt gjennom søylen 11, ser man at søylen er bygget opp med dobbelthud, nemlig en ytterhud 20 og en innerhud 21. In the section in fig. 2, which is for example laid horizontally through the column 11, it can be seen that the column is built up with a double skin, namely an outer skin 20 and an inner skin 21.

Den mangekantede, særlig åttekantede søyleutførelse kan særlig fordelaktig utformes på to alternative måter. The polygonal, especially octagonal column design can be particularly advantageously designed in two alternative ways.

Således kan det benyttes en oppbygging med spanter som er orientert vertikalt, med horisontale platebærere. Spantene kan imidlertid også orienteres horisontalt, med en kombinasjon av både horisontale og vertikale platebærere. Thus, a structure can be used with frames that are oriented vertically, with horizontal plate carriers. However, the frames can also be oriented horizontally, with a combination of both horizontal and vertical plate carriers.

Det førstnevnte alternativ har den fordel at det gir en forholdsvis enkel strukturell konfigurasjon. The first-mentioned alternative has the advantage that it provides a relatively simple structural configuration.

Den andre alternative utførelse har den fordel at den mini-maliserer drastiskt antallet buttskjøter for alle vertikale spant. Det reduserer også i tilsvarende grad tilpasnings-problemet, idet ferdig pref abrikerte søyleenheter skal monteres på hverandre med meget strenge toleranser. Sist-nevnte alternativ fastholder også alle platehjørner som er utsatt for hoop- og bøyespenninger som kan gi utmattings-effekter. The second alternative design has the advantage that it drastically minimizes the number of butt joints for all vertical frames. It also reduces the adaptation problem to a corresponding degree, as prefabricated column units must be mounted on each other with very strict tolerances. The last-mentioned option also secures all plate corners that are exposed to hoop and bending stresses that can produce fatigue effects.

En sirkelrund søyle må ha vertikale spant, for å unngå forming (bøying) av alle spantene. Det vil sammenstillings-messig være enklere å ha horisontale spant, fordi man da slipper å skjøte alle spantene under sammenstillingen av søyleringene. Når spantene er horisontale, vil platebærerne være vertikale. Det er vesentlig færre platebærere enn spant, slik at det er lettere å tilpasse platebærerne ved skjøt av ringer. For å distriburere de ytre belastninger, vil det være nødvendig med noen horisontale platebærere. A circular column must have vertical spans, to avoid shaping (bending) of all the spans. In terms of assembly, it will be easier to have horizontal frames, because then you will not have to join all the frames during the assembly of the pillar rings. When the frames are horizontal, the plate carriers will be vertical. There are significantly fewer plate carriers than frames, so that it is easier to adapt the plate carriers when joining rings. In order to distribute the external loads, some horizontal plate supports will be necessary.

Claims

Floating, i.e. a maritime structure built up with a rectangular pontoon ring as a hull base, assembled from flat steel plate welded knot sections (2-5) in the corners, with intermediate, welded in and flat steel plate welded straight pontoon six ions (6-9) , and with corner columns (10-13) placed on top of the pontoon ring to provide the necessary height and as carriers for a deck and assembled from flat, welded together steel plates, characterized in that the individual node section (2-5) is designed with a broken , flat vertical outer corner side (18), and that the individual column (10-13) is made as a straight octagonal column inside if in the floating cross-section the outward-facing column part sides (14,15,16) are flush with the underlying, broken and flat outer corner side (18) and the adjacent vertical knot section sides (17-19).