NO176888B

NO176888B - Valve device for use on an underwater structure, especially a mud plate

Info

Publication number: NO176888B
Application number: NO922894A
Authority: NO
Inventors: Haakon Carsten Pedersen; Jon-Ivar Monsen
Original assignee: Kvaerner Rosenberg As
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1995-03-06
Also published as: GB2268955A; GB2268955B; NO922894L; NO922894D0; GB9314490D0; NO176888C

Description

Oppfinnelsen vedrører en ventilanordning til bruk på en undervannsstruktur, særlig en mudderplate, for tilveie-bringelse/stenging av en fluidumkommunikasjon mellom et område på en overside og en underside i undervannsstrukturen, gjennom en åpning mellom oversiden og undersiden. The invention relates to a valve device for use on an underwater structure, in particular a mud plate, for providing/closing a fluid communication between an area on an upper side and a lower side in the underwater structure, through an opening between the upper side and the lower side.

Oppfinnelsen er særlig utviklet i forbindelse med problemer man støter på ved nedsetting av undervannsstrukturer. Undervannsstrukturer som skal settes ned på olje- eller gassfelt hvor bunnforholdene er relativt bløte, forsynes med mudderplater, for ikke å synke ned i det bløte underlaget. Slike mudderplater ("mud-mats") kan i hovedsaken bestå av ståldekk-lignende konstruksjoner omgitt av "skjørt", dvs. vertikale underliggende stålvegger som under nedsettingen av undervannsstrukturen vil penetrere den bløte bunnflaten og hindre trykklekkasje under mudderplaten. Mudderplatene kan, avhengig av bunnforholdene, ha et betydelig areal. Likeledes kan de underliggende skjørt være meget høye, eksempelvis opptil 4 m, når de virker som forankringssystemer til erstatning forpeling. The invention has been particularly developed in connection with problems encountered when lowering underwater structures. Underwater structures that are to be set down on oil or gas fields where the bottom conditions are relatively soft are provided with mud plates, so as not to sink into the soft substratum. Such mud mats ("mud-mats") can mainly consist of steel deck-like constructions surrounded by "skirts", i.e. vertical underlying steel walls which, during the lowering of the underwater structure, will penetrate the soft bottom surface and prevent pressure leakage under the mud mat. The mud plates can, depending on the bottom conditions, have a considerable area. Likewise, the underlying skirts can be very high, for example up to 4 m, when they act as anchoring systems for replacement piling.

Mudderplatene vil også kunne anvendes til nivellering av undervannsstrukturen. Ved å pumpe vann inn under mudderplaten kan undervannsstrukturen bringes til å heve seg til ønsket horisontal posisjon i forhold til havbunnen. The mud plates will also be used for leveling the underwater structure. By pumping water under the mud plate, the underwater structure can be raised to the desired horizontal position in relation to the seabed.

Under installasjon av undervannsstrukturen på feltet, vil det, under den første fasen idet strukturen senkes gjennom den såkalte splash-sone, kunne bygge seg opp en luftpute under mudderplaten. Hvis denne komprimerte luftmengde ikke får unnslippe, vil det derved skapes en oppdrift som gjør at hele strukturen kan bli flytende og ikke vil synke. "Unn-slipper ikke luften hurtig nok, kan den luftmengde som er generert av vertikale bølgebevegelser i tillegg til lårings-hastighet gi slakk og påfølgende dynamiske rykk i løfte-stroppene. Slike dynamiske rykk kan føre til katastrofale sammenbrudd av løftearrangement og undervannsstruktur. During installation of the underwater structure on the field, during the first phase as the structure is lowered through the so-called splash zone, an air cushion could build up under the mud plate. If this compressed amount of air is not allowed to escape, a buoyancy will thereby be created which means that the entire structure can become liquid and will not sink. "If the air is not released quickly enough, the amount of air generated by vertical wave movements in addition to the mooring speed can cause slack and subsequent dynamic jerks in the lifting straps. Such dynamic jerks can lead to catastrophic collapse of the lifting arrangement and underwater structure.

Under den siste fase av nedsettingen på feltet må dessuten vann under mudderplatene ha mulighet for å unnslippe for at skjørtene skal kunne penetrere havbunnen. During the final phase of lowering the field, water under the mud plates must also have the opportunity to escape in order for the skirts to penetrate the seabed.

Begge disse installasjonsfåsene nødvendiggjør således et effektivt ventileringssystem. Det 'vanlige idag er å benytte store klaffventiler. Disse ventilene står da åpne under hele installasjonsfasen, og stenges ikke før undervannsstrukturen har penetrert havbunnen til endelig posisjon. På store vanndyp er det vanlig å la en ubemannet mini-ubåt (ROV) gå ned og stenge ventilen eller ventilene. Disse store ventilene er imidlertid meget kostbare, og kostnaden står ikke i noe rimelig forhold til den enkle engangsfunksjon de er tiltenkt. Mudderplate-systemer kan som nevnt, og i stadig stigende grad tenkes anvendt som forankring av undervannsstrukturer til fortrengsel for det meget mer omstendelige og kostbare pelesystemet, og de i dag anvendte ventiler vil således utgjøre en betydelig kostnad for et prosjekt. For et enkelt prosjekt kan det være tale om et stort antall slike ventiler. Both of these installation phases thus necessitate an effective ventilation system. It is common today to use large flap valves. These valves then remain open during the entire installation phase, and are not closed until the underwater structure has penetrated the seabed to its final position. At great water depths, it is common to allow an unmanned mini-submarine (ROV) to descend and close the valve or valves. However, these large valves are very expensive, and the cost is not in any reasonable relation to the simple one-time function they are intended for. Mud plate systems can, as mentioned, and to an ever-increasing degree, be used as anchoring of underwater structures to displace the much more cumbersome and expensive piling system, and the valves used today will thus constitute a significant cost for a project. For a single project, there may be a large number of such valves.

Oppfinnelsen tar derfor sikte på å tilveiebringe en ventilanordning til bruk på en undervannsstruktur, særlig en mudderplate, hvilken ventilanordning er enkel og sikker i funksjon, og også enkelt kan løskoples for reparasjon eller utbytting. En' spesiell hensikt med oppfinnelsen er å muliggjøre en ventilanordning hvor ventilfunksjonen er synlig og således kan observeres eksempelvis med et ROV-kamera. The invention therefore aims to provide a valve device for use on an underwater structure, in particular a mud plate, which valve device is simple and safe in function, and can also be easily detached for repair or replacement. A special purpose of the invention is to enable a valve device where the valve function is visible and thus can be observed, for example, with an ROV camera.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en ventilanordning som nevnt innledningsvis, kjennetegnet ved at den innbefatter et ventilstengelegeme, en spennbro, midler for bæring av ventilstengelegemet i spennbroen med en viss dødgangs-bevegelse, midler for spenning av ventilstengelegemet fra spennbroen innenfor dødgangsbevegelsen, midler for løsgjørbar kopling av spennbroen i en stilling over den gjennomgående åpning, og en stillbar førings/holdeinnretning for ventilstengelegemet og spennbroen, innrettet til i en stilling å holde ventilstengelegemet i en stilling over den gjennomgående åpning, i hvilken stilling spennbroen er koplet til strukturen med de løsbare koplingsmidler over den gjennomgående åpning og ventilstengelegemet kan spennes fra spennbroen og til tetningssamvirke med et ventilsete rundt åpningen, og en løftet, fastholdt fri stilling. According to the invention, a valve device is therefore proposed as mentioned in the introduction, characterized by the fact that it includes a valve stem body, a tension bridge, means for carrying the valve stem body in the tension bridge with a certain idle movement, means for tensioning the valve stem body from the tension bridge within the idle movement, means for releasable coupling of the span bridge in a position over the through opening, and an adjustable guide/holding device for the valve stem body and the span bridge, arranged to in a position hold the valve stem body in a position above the through opening, in which position the span bridge is connected to the structure with the releasable coupling means above the through opening and the valve plug body can be spanned from the tension bridge and into sealing cooperation with a valve seat around the opening, and a raised, retained free position.

En slik ventilanordning vil befinne seg på oversiden av undervannsstrukturen (mudderplaten) og kan lett observeres. Utførelsen kan gjøres meget robust og enkel, med tilhørende lave kostnader. En særlig fordel er at ventilanordningen som sådan er løskoplbar, slik at den eventuelt kan tas opp for inspeksjon, reparasjon eller utbytting. Dette er viktig, fordi særlig i den kritiske fasen hvor undervannsstrukturen går gjennom splash-sonen, vil undervannsstrukturen kunne utsettes for slike påkjenninger at en eller flere ventil-anordninger påvirkes i ungunstig retning. Such a valve device will be located on the upper side of the underwater structure (mud plate) and can be easily observed. The design can be made very robust and simple, with associated low costs. A particular advantage is that the valve device as such is detachable, so that it can possibly be removed for inspection, repair or replacement. This is important, because particularly in the critical phase where the underwater structure passes through the splash zone, the underwater structure could be exposed to such stresses that one or more valve devices are adversely affected.

Særlig fordelaktig kan ventilstengelegemet være i form av en enkel ventilstengeplate beregnet for tettende anlegg rundt den gjennomgående åpning. Particularly advantageously, the valve shut-off body can be in the form of a simple valve shut-off plate intended for a sealing installation around the continuous opening.

Særlig hensiktsmessig kan den stillbare føring/holdeinn-retning innbefatte en fra ventilstengelegemet nedragende stang som har føring i en navhylse i den gjennomgående åpning, med en låse-spor/-kileforbindelse mellom stang og navhylse. Particularly expediently, the adjustable guide/holding device can include a rod extending downwards from the valve stem body which has a guide in a hub sleeve in the through opening, with a locking slot/wedge connection between rod and hub sleeve.

Ifølge oppfinnelsen kan særlig hensiktsmessig midlene for løsbar kopling av spennbroen i en stilling over den gjennomgående åpning innbefatte på spennbroen vertikalt svingbart opplagrede koplingsklør samt en på undervannsstrukturen rundt den gjennomgående åpning anordnet flens, hvilken flens er utformet for grepsamvirke med koplingsklørne og som ventilsete for samvirke med ventilstengelegemet. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil gå frem av de uselvstendige krav. Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1-5 rent skjematisk viser oppbyggingen og virkemåten til den nye ventilanordning, According to the invention, the means for releasable coupling of the span bridge in a position above the through opening can include coupling claws vertically pivotably stored on the span bridge as well as a flange arranged on the underwater structure around the through opening, which flange is designed for gripping cooperation with the coupling claws and as a valve seat for cooperation with the valve stem body. Further features of the invention will be apparent from the independent claims. The invention will now be described in more detail with reference to the drawings, where: Fig. 1-5 schematically shows the structure and operation of the new valve device,

fig. 6 viser et perspektivriss av en ventilanordning, i åpen stilling, tilsvarende fig. 1, fig. 6 shows a perspective view of a valve device, in the open position, corresponding to fig. 1,

fig. 7 viser et perspektivriss av ventilanordningen i stilling klar for begynnende lukking, tilsvarende fig. fig. 7 shows a perspective view of the valve device in a position ready for initial closing, corresponding to fig.

2, og 2, and

fig. 8 viser et perspektivriss av ventilanordningen i lukket stilling, tilsvarende fig. 4. fig. 8 shows a perspective view of the valve device in the closed position, corresponding to fig. 4.

Den nye ventilanordning består i hovedsaken av en spennbro 1 og en under denne med en viss dødgangsbevegelse opphengt ventllstengeplate 2. Dødgangsbevegelsen muliggjøres ved at ventilstengeplaten 2 er opphengt i spennbroen 1 ved hjelp av i dette tilfelle to bolter 3,4 som er skrudd inn i ventilstengeplaten, men går fritt i boringer i spennbroen 1. The new valve device mainly consists of a span bridge 1 and a valve shut-off plate 2 suspended below this with a certain dead-end movement. The dead-stop movement is made possible by the valve shut-off plate 2 being suspended in the span bridge 1 by means of, in this case, two bolts 3,4 which are screwed into the valve shut-off plate , but moves freely in bores in span bridge 1.

På undersiden av ventilstengeplaten 2 er det montert en omløpende O-ring 5. Denne er beregnet for tetting mot et ventilsete som dannes av den øvre frie ringflaten 6 på en flens 7 utformet på en oppragende sylindrisk stuss 8 som er tilknyttet den antydede undervannsstruktur 9, rundt en gjennomgående åpning 10 i undervannsstrukturen. On the underside of the valve closing plate 2, a circumferential O-ring 5 is mounted. This is intended for sealing against a valve seat which is formed by the upper free ring surface 6 on a flange 7 formed on a protruding cylindrical spigot 8 which is connected to the indicated underwater structure 9, around a continuous opening 10 in the underwater structure.

I stussen 8 er det anordnet en navhylse 11. Fra ventilstengeplaten 2 rager det ned en styrestang 12, som går gjennom navhylsen 11. Styrestangen 12 og navhylen 11 har en låse-spor/-kileforbindelse, idet det på stangen 11 er anordnet en langsgående brutt kile 13,14. Tilsvarende har navhylsens 11 boring et spor 15 (se fig. 6), dimensjonert for gjennomslipping av kilen. Kilens brutte parti har en lengde tilsvarende navhylsens lengde, slik at i en stilling vil den øvre kiledel 13 hvile mot oversiden av navhylsen, mens den nedre kiledel 14 vil ligge på undersiden av navhylsen, slik at stangen 12 vil være sperret i begge lengderetninger. Ved å dreie ventilstangen 12 vil kilen 13,14 kunne bringes til flukt med sporet 15 i navhylsen, slik at stangen derved kan beveges i sin lengderetning i navhylsen, slik det er anskueliggjort i fig. 2 og 3, se også fig. 7. A hub sleeve 11 is arranged in the spigot 8. From the valve closing plate 2, a guide rod 12 projects down, which passes through the hub sleeve 11. The guide rod 12 and the hub sleeve 11 have a locking slot/key connection, as the rod 11 is provided with a longitudinal break wedge 13,14. Correspondingly, the bore of the hub sleeve 11 has a groove 15 (see fig. 6), dimensioned for slipping the wedge through. The broken part of the wedge has a length corresponding to the length of the hub sleeve, so that in one position the upper wedge part 13 will rest against the upper side of the hub sleeve, while the lower wedge part 14 will lie on the underside of the hub sleeve, so that the rod 12 will be blocked in both longitudinal directions. By turning the valve rod 12, the wedge 13,14 can be brought flush with the groove 15 in the hub sleeve, so that the rod can thereby be moved in its longitudinal direction in the hub sleeve, as illustrated in fig. 2 and 3, see also fig. 7.

Spennbroen 1 er i det i fig. 7-9 viste praktiske utførelses-eksempel utformet som en sirkulær plate, med fire utragende bærebraketter for en respektiv koplingsklo 16. Disse koplingsklørne kan svinge fritt i sine oppheng og vil når spennbroen og ventilstengeplaten senkes ned som antydet i fig. 2 og 3, gå mot flensen 7 og vike unna og så sneppe inn under flensen, slik det er vist i fig. 3, se også fig. 8. The span bridge 1 is in that in fig. 7-9 showed a practical embodiment designed as a circular plate, with four protruding support brackets for a respective coupling claw 16. These coupling claws can swing freely in their suspensions and will when the tension bridge and the valve closing plate are lowered as indicated in fig. 2 and 3, go towards the flange 7 and move away and then snap under the flange, as shown in fig. 3, see also fig. 8.

Sentralt i spennbroen 1 er det en gjengeboring med en deri innskrudd spennskrue 17. Denne spennskrue går mot den underliggende ventllstengeplate 2. Ved å dreie spennskruen 17, dvs. skru den inn i spennbroen, vil spennskruen trykke mot ventilstengeplaten og skyve den nedover, dvs. fra spennbroen. Dette er anskueliggjort i fig. 4. Koplingsklørne 16 vil holde igjen spennbroen, slik at ventilstengeplaten presses mot flensflaten 6 og stenger den gjennomgående åpning (fig. 8).' Centrally in the tension bridge 1 is a threaded bore with a tension screw 17 screwed into it. This tension screw goes towards the underlying valve shut-off plate 2. By turning the tension screw 17, i.e. screwing it into the tension bridge, the tension screw will press against the valve shut-off plate and push it downwards, i.e. from the span bridge. This is illustrated in fig. 4. The coupling claws 16 will retain the tension bridge, so that the valve closing plate is pressed against the flange surface 6 and closes the continuous opening (fig. 8).'

Den viste og beskrevne ventilanordning er beregnet for betjening/aktivering ved hjelp av en ROV og derfor er spennbroplaten 1 forsynt med en fikseringsbøyle 18 for en ROV. Dødgangsboltene 3,4 og spennbolten 17 er omgitt av beskyttelseskraver 19,20, for å beskytte boltene mot slag eller støt fra omgivelsene, eksempelvis fra gjenstander som måtte falle ned på ventilanordningen. Spennbolten 17 har en tverrstang 21, utformet for lett påvirkning med et egnet verktøy på en ROV. The valve device shown and described is intended for operation/activation by means of an ROV and therefore the span bridge plate 1 is provided with a fixing bracket 18 for an ROV. The deadbolts 3,4 and the clamping bolt 17 are surrounded by protective collars 19,20, to protect the bolts against blows or shocks from the surroundings, for example from objects that may fall onto the valve device. The tension bolt 17 has a crossbar 21, designed for easy impact with a suitable tool on an ROV.

Ventilanordningen virker på følgende måte: I åpen stilling er spennbroen, ventilstengeplaten og den tilhørende stang i en løftet, fastholdt stilling, som vist i fig. 1 og fig. 6. Ventilanordningen er da fullt åpen og vann og luft kan strømme fritt gjennom åpningen 10. Når man ønsker å stenge ventilanordningen dreies spennbroen i dette tilfelle 90° , slik at kilen 13 kommer til flukt med sporet 15 i navhylsen 11. Denne stilling er vist i fig. 2 og fig. 7. Spennbroen, ventilstengeplaten og stangen vil da synke ned som antydet med pilene i fig. 2, i den stilling som er vist i fig. 3. Klørne 16 vil gå mot flensen 7 og svinge ut og sneppe inn tilbake, til grepsamvirke under flensen. I denne tilstand kan spennbolten 17 påvirkes. Noen få omdreininger vil være tilstrekkelig til å presse ventilstengeplaten med 0-ringen 5 mot ventilsetet 6, som dannes av den frie ringflensflate. Klørne 16 vil virke som spennmothold. Etter slik tilstramming ved hjelp av spennskruen 17 vil ventilanordningen være stengt, som vist i fig. 4 og fig. 8. The valve device works in the following way: In the open position, the tension bridge, the valve closing plate and the associated rod are in a raised, fixed position, as shown in fig. 1 and fig. 6. The valve device is then fully open and water and air can flow freely through the opening 10. When you want to close the valve device, in this case the tension bridge is turned 90°, so that the wedge 13 comes flush with the groove 15 in the hub sleeve 11. This position is shown in fig. 2 and fig. 7. The tension bridge, the valve closing plate and the rod will then descend as indicated by the arrows in fig. 2, in the position shown in fig. 3. The claws 16 will go towards the flange 7 and swing out and snap back in, for gripping cooperation under the flange. In this state, the tension bolt 17 can be affected. A few revolutions will be sufficient to press the valve closing plate with the 0-ring 5 against the valve seat 6, which is formed by the free ring flange surface. The claws 16 will act as tension resistance. After such tightening by means of the clamping screw 17, the valve device will be closed, as shown in fig. 4 and fig. 8.

Ønsker man å åpne ventilen, skrur man bare spennskruen 17 ut igjen og løfter ventilanordningen. Dette skjer hensiktsmessig som vist i fig. 5, ved hjelp av vaier eller lineskrev 21 tilknyttet koplingsklørne 16, slik det er vist i fig. 5. Eventuelt kan ventilanordningen løftes helt fri og tas opp til overflaten, for inspeksjon, reparasjon eller utbytting, dersom det skulle være nødvendig. If you want to open the valve, simply unscrew the clamping screw 17 again and lift the valve assembly. This happens appropriately as shown in fig. 5, by means of wire or line cord 21 connected to the coupling claws 16, as shown in fig. 5. If necessary, the valve device can be lifted completely free and taken to the surface for inspection, repair or replacement, if necessary.

Claims

1. Valve device for use on an underwater structure, in particular a mud plate, for providing/closing a fluid communication between an area on an upper side and a lower side in the underwater structure, through an opening between the upper side and the lower side, characterized in that it includes a valve stem body (2), a span bridge (1), means (3,4) for carrying the valve stem body (2) in the span bridge (1) with a certain idle movement, means (17,21) for tensioning the valve stem body (2) from the tension bridge (1) within the idle movement, means (16,7) for releasable coupling of the tension bridge (1) in a position above the through opening, and an adjustable guide/holding device (12,13,14,15) for the valve stem body (2) and the tension bridge (1), arranged to hold the valve stem body (2) in a position above the through opening, in which position the tension bridge (1 ) is connected to the underwater structure (8) with the aforementioned coupling means (16,7) over the through opening and the valve plug body (2) can be tensioned from the tension bridge (1) and into sealing cooperation with a valve seat (6) around the opening, and a raised, fixed free position.

2. Valve device according to claim 1, characterized in that the valve stem body is a valve stem plate (2) intended for sealing around the through opening.

3. Valve device according to claim 1 and/or 2, characterized in that the adjustable guide/holding device includes a rod (12) extending downwards from the valve stem body (2) which is guided in a hub sleeve (11) in the through opening, with a locking slot/- wedge connection (13,14,15) between rod and hub sleeve.

4. Valve device according to claim 1,2 or 3, characterized in that the means for releasable coupling of the tension bridge

(1) in a position above the through opening includes on the span bridge (1) vertically pivotable and stored coupling claws (16) and a flange (7) arranged on the underwater structure around the through opening, which flange is designed for gripping cooperation with the coupling claws and which valve seat (6) for cooperation with the valve stem body (2).

5. Valve device according to one of the preceding claims, characterized in that the means for tensioning the valve stem body include a tensioning screw (17) arranged centrally in the tension bridge (1).

6. Valve device according to one of the preceding claims, characterized in that the means for supporting the valve stem body (2) in the span bridge (1) with a certain idle movement include threaded bolts (3,4) which pass freely through bores in the span bridge and are screwed into the valve stem body (2) .

7. Valve device according to one of the preceding claims, characterized in that the tension bridge is in the form of a plate body (1).

8. Valve device according to one of the preceding claims, characterized in that impact/shock protection elements (19,20) are arranged on the upper side of the span bridge (1) for protection of the aforementioned support means and tension means.

9. Valve device according to one of the preceding claims, characterized in that the span bridge is provided with a fixing bracket (18) for fixing an ROV.