NO179026B

NO179026B - Elastomeric bearing

Info

Publication number: NO179026B
Application number: NO912075A
Authority: NO
Inventors: Kenneth William John Raines
Original assignee: Dunlop Ltd
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1991-05-29
Publication date: 1996-04-09
Also published as: NO179026C; NO912075L; NO912075D0; GB9012278D0

Description

Oppfinnelsen vedrører et elastomert lager som angitt i krav l's innledning. The invention relates to an elastomeric bearing as stated in the introduction of claim 1.

Ved oppbyggingen av undervanns-oljebrønnrørledninger som knyttes til en flytende konstruksjon, vil det ofte være nødvendig å benytte store og kraftige elastomere lagre for opptak av virkningen til en flytende plattforms bevegelser i forhold til havbunnen, uten for store påkjenninger på de forbindende rørledninger. In the construction of underwater oil well pipelines that are connected to a floating structure, it will often be necessary to use large and powerful elastomeric bearings to absorb the impact of a floating platform's movements in relation to the seabed, without excessive stress on the connecting pipelines.

Et lignende behov for heavy-duty elastomere lagre har man også i forbindelse med forankringsstag for flytende platt-formkonstruksjoner. There is also a similar need for heavy-duty elastomeric bearings in connection with anchoring rods for floating platform structures.

Ved en kjent utførelse av et elastomert lager er et ringformet element av elastomert materiale anordnet mellom motliggende ringflater på et par stive elementer. Typisk er disse ringflater skråstilt både i forhold til lagerets lengdeakse og et plan perpendikulært derpå og har vanligvis en delsfærisk form. For å sikre at det elastomere materiale skal kunne tåle store kompresjonslaster er det kjent å legge inn forsterkende metallelementer i det elastomere materiale. Disse metallelementer ligger vanligvis i plan i hovedsaken parallelt med de nevnte skrå ringflater på de stive element-ene. Disse forsterkningsinnlegg tjener til overføring av krefter mellom suksessive elastomerlag og overfører ikke direkte krefter til eller fra konstruksjonen utenfor lageret. Metallinnleggene hindrer en overbelastning av det elastomere materiale, men kan selv utsettes for høye spenningspåkjenn-inger som følge av variasjoner i det hydrostatiske trykk i de elastomere lag hvorimellom et metallinnlegg er plassert. Særlig hvis lageret er beregnet til å oppta store koniske bevegelser og/eller til å utsettes for et stort antall koniske bevegelsessykler, vil det forefinnes en fare for svikt i metal1 innleggene. Dette potensielle sviktproblem for metall-laginnlegg er ikke begrenset til elastomere lagre hvor det benyttes et ringformet element av elastomert materiale. Også i V-fjærer, som innbefatter et par stive endeelementer med V-form i snitt og med et mellomliggende lag av elastomert materiale med V-form, er det kjent å ha innlagte forsterkende metall-lag i det elastomere materiale, i form av respektive metallplater som er bøyet til en V-form. Man har funnet at også slike plater kan utsettes for utmatting. In a known embodiment of an elastomeric bearing, an annular element of elastomeric material is arranged between opposing ring surfaces of a pair of rigid elements. Typically, these ring surfaces are inclined both in relation to the longitudinal axis of the bearing and a plane perpendicular to it and usually have a semi-spherical shape. To ensure that the elastomeric material will be able to withstand large compression loads, it is known to insert reinforcing metal elements into the elastomeric material. These metal elements usually lie in a plane mainly parallel to the aforementioned inclined ring surfaces on the rigid elements. These reinforcement inserts serve to transfer forces between successive elastomer layers and do not directly transfer forces to or from the structure outside the bearing. The metal inserts prevent an overload of the elastomeric material, but can themselves be exposed to high tension stresses as a result of variations in the hydrostatic pressure in the elastomeric layers between which a metal insert is placed. Particularly if the bearing is intended to accommodate large conical movements and/or to be exposed to a large number of conical movement cycles, there will be a risk of failure in the metal1 inserts. This potential failure problem for metal layer inserts is not limited to elastomeric bearings where an annular element of elastomeric material is used. Also in V-springs, which include a pair of rigid end elements with a V-shape in section and with an intermediate layer of elastomeric material with a V-shape, it is known to have embedded reinforcing metal layers in the elastomeric material, in the form of respective metal sheets bent into a V shape. It has been found that such plates can also be subjected to fatigue.

Oppfinnelsen tar sikte på å tilveiebringe et elastomert lager av den type som innbefatter ikke-plane forsterkende mellomlag og hvor man eliminerer eller overvinner problemet med overbelastning av disse mellomlag. The invention aims to provide an elastomeric bearing of the type which includes non-planar reinforcing intermediate layers and where the problem of overloading these intermediate layers is eliminated or overcome.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebragt et elastomert lager innbefattende stive elementer som danner et par motliggende og innbyrdes avstandsplasserte lagerflater, hvorimellom det er anordnet et ikke-plant element av elastomert materiale, i hvilket elastomere materiale det er innlagt flere forsterkende innlegg av hovedsakelig stivt materiale, idet hvert slikt innlegg er anordnet til å ligge i et respektivt plan som i snittet går i hovedsaken parallelt med de motliggende flater og er anordnet til bare å påvirkes av krefter fra det elastomere materiale, kjennetegnet ved at et eller flere av de forsterkende innlegg som ligger i hovedsaken midt mellom de motliggende flater på de stive elementer har en større tykkelse enn et eller flere av de forsterkende innlegg som ligger nærmest i det minste en av de nevnte motliggende flater. According to the invention, an elastomeric bearing is provided including rigid elements which form a pair of opposing and mutually spaced bearing surfaces, between which is arranged a non-planar element of elastomeric material, in which elastomeric material several reinforcing inserts of mainly rigid material are inserted, each such insert is arranged to lie in a respective plane which, in section, runs essentially parallel to the opposing surfaces and is arranged to be only affected by forces from the elastomeric material, characterized by one or more of the reinforcing inserts lying in the main part in the middle between the opposite surfaces of the rigid elements has a greater thickness than one or more of the reinforcing inserts which are closest to at least one of the said opposite surfaces.

Ifølge oppfinnelsen kan fordelaktig et eller en gruppe av forsterkende innlegg nærmest en av de motliggende flater ha en første tykkelse mens et eller en andre gruppe av innlegg ved midten eller i hovedsaken midt mellom de motliggende flater har en andre tykkelse som er større enn den nevnte første tykkelse. According to the invention, one or a group of reinforcing inserts closest to one of the opposing surfaces can advantageously have a first thickness, while a second group of inserts at the middle or essentially in the middle between the opposing surfaces has a second thickness that is greater than the aforementioned first thickness.

Særlig kan ifølge oppfinnelsen tre grupper av forsterkende innlegg benyttes. To grupper er da anordnet ved en respektiv motliggende flate, med en felles mindre tykkelse sammenlignet med den tredje gruppe av to eller flere innlegg, anordnet mellom de nevnte første grupper og med en andre tykkelse som er større enn den for innleggene i de første grupper. Alternativt kan en av de nevnte to grupper innbefatte lag som er tynnere enn de andre i de nevnte to grupper og tynnere enn lagene i den tredje gruppe. In particular, according to the invention, three groups of reinforcing inserts can be used. Two groups are then arranged at a respective opposing surface, with a common smaller thickness compared to the third group of two or more inserts, arranged between the aforementioned first groups and with a second thickness that is greater than that of the inserts in the first groups. Alternatively, one of the said two groups may include layers which are thinner than the others in the said two groups and thinner than the layers in the third group.

Innleggene kan være avstandsplassert ved hjelp av lag av elastomert materiale med like tykkelser, men disse elastomere lag kan også ha varierende tykkelser. The inserts can be spaced using layers of elastomeric material with equal thicknesses, but these elastomeric layers can also have varying thicknesses.

Hver av de motliggende flater kan eksempelvis innbefatte et par plane flater som er vinkelstilt i forhold til hverandre, slik at det derved i tverrsnittet fremkommer en V-form. Mellom de motliggende flater er det anordnet et antall lag av elastomert materiale med tilhørende forsterkende innlegg, også disse med V-form i snittet. Oppfinnelsen egner seg imidlertid særlig for elastomere lagre av den type hvor de motliggende flater har ringform. Denne ringform kan være sylindrisk, stumpkonisk eller delsfærisk. Each of the opposite surfaces can, for example, include a pair of flat surfaces which are angled in relation to each other, so that a V-shape appears in the cross-section. Between the opposing surfaces, a number of layers of elastomeric material with associated reinforcing inserts, also with a V-shape in section, are arranged. However, the invention is particularly suitable for elastomeric bearings of the type where the opposing surfaces are ring-shaped. This ring shape can be cylindrical, obtuse-conical or semi-spherical.

Hvert forsterkende innlegg kan ha jevn tykkelse over hele området, eller tykkelsen kan variere selektivt. I sistnevnte tilfelle foretrekkes det at tykkelsen er større i de perifere områder enn i de sentrale områder. Each reinforcing insert can be of uniform thickness over the entire area, or the thickness can vary selectively. In the latter case, it is preferred that the thickness is greater in the peripheral areas than in the central areas.

Egnede materialer for de forsterkende innlegg innbefatter i hovedsaken stive materialer, såsom stål, og eksempelvis lag av aromatiske polyamider, såsom • Kevlar, karbonfiberarmerte plaster eller andre blandinger og termoplaster. Suitable materials for the reinforcing inserts mainly include rigid materials, such as steel, and for example layers of aromatic polyamides, such as • Kevlar, carbon fiber reinforced plastics or other mixtures and thermoplastics.

Særlig når materialet i de forsterkende innlegg eller bindingen mellom dem forventes å utsettes for degradering når det utsettes for lagerets forventede driftsmiljø, kan det elastomere materiale som danner lagene være anordnet til å strekke seg over de ellers eksponerte kantene de forsterkende innlegg. Alternativt kan disse eksponerte kanter dekkes med et avtettende lag av et annet, typisk elstomert materiale. Særlig i denne konstruktive form tas det sikte på at de forsterkende innlegg under bruk av lagerenheten vil være frie for en hver direkte kontakt med konstruksjonen utenfor lagerenheten. Particularly when the material in the reinforcing inserts or the bond between them is expected to be exposed to degradation when exposed to the bearing's expected operating environment, the elastomeric material forming the layers can be arranged to extend over the otherwise exposed edges of the reinforcing inserts. Alternatively, these exposed edges can be covered with a sealing layer of another, typically elastomeric material. Particularly in this constructive form, the aim is that the reinforcing posts during use of the storage unit will be free from any direct contact with the structure outside the storage unit.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til tegningen som viser et utførelseseksempel. På tegningen viser The invention will now be described in more detail with reference to the drawing which shows an exemplary embodiment. The drawing shows

Fig. 1 et snitt gjennom et delsfærisk elastomert Fig. 1 a section through a semi-spherical elastomer

lager ifølge oppfinnelsen, og stock according to the invention, and

fig. 2 viser et forstørret utsnitt, hentet fra det fig. 2 shows an enlarged section taken therefrom

innsirklede område i fig. 1. circled area in fig. 1.

I fig. 1 er det i snittet vist et stort og kraftig elastomert lager beregnet for bruk for opptak av relativ konsisk bevegelse mellom en ikke vist havbunn-konstruksjon og et ikke vist forankringsstag som strekker seg opp til en flytende plattformkonstruksjon. Forankringsstag-arrangementet medfører at den elastomere lagerenhet utsettes for relativ konisk bevegelse. In fig. 1 shows in section a large and strong elastomeric bearing intended for use for recording relative conical movement between an unshown seabed structure and an unshown anchoring rod which extends up to a floating platform structure. The anchor rod arrangement causes the elastomeric bearing assembly to be subjected to relative conical movement.

Den elastomere lagerenhet 10 innbefatter ringformede indre og ytre stive endeelementer 11,12 som danner motliggende lagerflater 13,14. Hver av disse lagerflater har delsfærisk form. Flaten 14 på det ytre stive element 12 har konkav form mens flaten 13 på det indre stive element har konveks form. Hver av flatene 13,14 har et felles krumningssentrum som ligger i lagerenhetens lengdeakse 21. The elastomeric bearing unit 10 includes annular inner and outer rigid end elements 11,12 which form opposite bearing surfaces 13,14. Each of these bearing surfaces has a semi-spherical shape. The surface 14 of the outer rigid element 12 has a concave shape, while the surface 13 of the inner rigid element has a convex shape. Each of the surfaces 13,14 has a common center of curvature which lies in the bearing unit's longitudinal axis 21.

Mellom de stive elementer 11,12 er det anordnet en armert elastomer anordning som innbefatter lag 15 av elastomert materiale med innlagte av metall utførte forsterkende innlegg 16. I den viste utførelse er det atten slik metall innlegg, anordnet i tre grupper 17,18. To av gruppene innbefatter fire innlegg 16a som hver har en tykkelse på 5,8 mm, mens en tredje gruppe har ti innlegg 16b, hvet med en tykkelse på Between the rigid elements 11,12, a reinforced elastomeric device is arranged which includes layer 15 of elastomeric material with reinforcing inserts 16 made of metal. In the embodiment shown, there are eighteen such metal inserts, arranged in three groups 17,18. Two of the groups include four inserts 16a each having a thickness of 5.8 mm, while a third group has ten inserts 16b, each with a thickness of

9,2 mm. De tykkere lag 16b er anordnet i en gruppe 17 som ligger mellom de andre to gruppene 18. Gruppene 18 er således grupper som ligger nærmest de respektive motliggende flater 13,14. Hvert forsterkende innlegg 16a,16b har en jevn tykkelse over hele området. Også hvert lag 15 av elastomert materiale har jevn tykkelse, og hvert av lagene 15 har samme tykkelse. 9.2 mm. The thicker layers 16b are arranged in a group 17 which lies between the other two groups 18. The groups 18 are thus groups which lie closest to the respective opposing surfaces 13,14. Each reinforcing insert 16a, 16b has a uniform thickness over the entire area. Also, each layer 15 of elastomeric material has a uniform thickness, and each of the layers 15 has the same thickness.

Det elastomere materiale i lagene 15 strekker seg rundt de indre og ytre omkretskantene til de av metall utførte forsterkende innlegg 16, slik at det derved dannes beskytt-elseslag 19,20 som beskytter de ellers eksponerte kanter til innleggene og de sammenbundne kontaktflater. Derved oppnås det en beskyttelse mot degradering under påvirkning av fluidum som befinner seg i åpningen 22 i ringlageret. Det dreier seg her om det fluidum eller det medium som omgir lagerets ytre. Hvert forsterkende innlegg 16 påvirkes utelukkende av krefter som stammer fra eller overføres gjennom det elastomere materiale. The elastomeric material in the layers 15 extends around the inner and outer peripheral edges of the reinforcing inserts 16 made of metal, so that protective layers 19,20 are thereby formed which protect the otherwise exposed edges of the inserts and the connected contact surfaces. Thereby, protection is achieved against degradation under the influence of fluid which is located in the opening 22 in the ring bearing. This refers to the fluid or medium that surrounds the outside of the bearing. Each reinforcing insert 16 is affected exclusively by forces originating from or transmitted through the elastomeric material.

De indre og ytre stive elementer 11,12 har blindboringer 23. Hensikten med disse er å lette plasseringen av lagerenheten i forhold til en havbunn-konstruksjon og et forankringsstag. The inner and outer rigid elements 11,12 have blind bores 23. The purpose of these is to facilitate the placement of the bearing unit in relation to a seabed construction and an anchoring rod.

Claims

1. Elastomeric bearing including rigid elements (11,12) which form a pair of opposing and mutually spaced bearing surfaces (13,14), between which is arranged a non-planar element of elastomeric material, in which elastomeric material (15) several reinforcing insert (16) of mainly rigid material, each such insert being arranged to lie in a respective plane which, in the section, runs essentially parallel to the opposite surfaces and is arranged to be only affected by forces from the elastomeric material, characterized in that one or more of the reinforcing inserts (16b) which lie in the main body in the middle between the opposing surfaces (13,14) of the rigid elements (11,12) have a greater thickness than one or more of the reinforcing inserts (16a) which lie closest to at least one of the aforementioned opposing surfaces (13,14).

2. Elastomeric bearing according to claim 1, characterized in that one or a group of reinforcing inserts (16a) closest to one of the opposing surfaces has a first thickness, while one or a second group of inserts (16b) at the middle or mainly in the middle between the opposing surfaces has a second thickness which is greater than said first thickness.

3. Elastomeric bearing according to claim 2, characterized in that there are arranged three groups (17,18) of reinforcing inserts, two groups (18) arranged near a respective opposing surface (13,14) and made with a common insert thickness that is less than the thickness of the inserts (16) in a third group (17) of two or more inserts, arranged between said two groups (18).

4. Elastomeric bearing according to claim 1, characterized in that the thickness of the reinforcing inserts varies progressively, and that the thickness of an insert at the middle or mainly in the middle between the opposing surfaces (13,14) is greater than the thickness of an insert closest to an opposing surface.

5 . Elastomeric bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the inserts (16) are spaced by means of layers of elastomeric material (15) each of which has a uniform thickness.

6. Elastomeric bearing according to one of the preceding claims, characterized in that each of the reinforcing inserts has a uniform thickness over the entire area.

7. Elastomeric bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the said opposing surfaces (13,14) are ring-shaped.

8. Elastomeric bearing according to claim 1, characterized in that the said opposing surfaces (13,14) have a semi-spherical shape.

9. Elastomeric bearing according to one of the preceding claims, characterized in that elastomeric material extends over the edges of the reinforcing inserts.

10. Elastomeric bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the inserts vary in thickness in an asymmetrical manner seen in relation to the positions of the inserts between the opposing surfaces of the rigid elements.