NO306073B1 - Anordning for hivkompensasjon for stigerör til bruk på offshoreplattformer - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår generelt en anordning for hivkompensasjon for stigerør til bruk på offshore plattformer og som benytter en torsjonsfjær for å absorbere oscillerende, vertikal bevegelse av plattformen mens den støtter stigerøret.

Økt oljeforbruk har ført til leting og boring i vanskelige geografiske områder som tidligere ble ansett for å være økonomisk ulønnsomme. Som det forventes, fører boring under disse vanskelige forhold til problemer som ikke er til stede under mer ideelle forhold. F.eks. bores et økende antall av letebrønner i dypere vann på offshoresteder i et forsøk på å lokalisere flere olje- og gassreservoarer. Disse letebrønnene bores generelt fra fartøyer, hvilket medfører mange problemer som er spesielle for dette området.

Som i enhver boreoperasjon, krever offshoreboring at borefluid må sirkuleres gjennom borekronen for å kjøle ned kronen og for å føre bort det utborede materiale. Dette borefluidet leveres normalt til borekronen gjennom borstrengen og returneres til fartøyet gjennom et ringrom formet mellom borstrengen og et rør med stor diameter, vanligvis kjent som et stigerør. Stigerøret strekker seg typisk mellom en undervannsbrønnhode-sammenstilling og det flytende fartøyet og er tettet mot vanninntrengning.

Den nedre delen av dette stigerøret er forbundet til brønnhodesammen-stillingen i nærheten av sjøbunnen, og den øvre enden strekker seg vanligvis gjennom en sentrisk lokalisert åpning i skroget til fartøyet. Borestrengen strekker seg langsgående gjennom stigerøret og inn i jordformasjonene som ligger under vannmassene, og borefluidet sirkulerer nedover gjennom borestrengen, ut gjennom borkronen, og så oppover gjennom det ringformede rommet mellom borestrengen og stigerøret, og returnerer til fartøyet.

Ettersom disse boreoperasjonene går fremover i dypere vann, øker lengden av stigerøret og følgelig den uopplagrede vekt. Strukturelt brudd i stigerøret kan resultere hvis omfattende spenninger i elementene til stigerøret overstiger de metallurgiske begrensningene av materialet i stigerøret. Anordninger for hivkompensasjon for stigerør benyttes vanligvis for å unngå denne typen av brudd i stigerøret.

Anordninger for hivkompensasjon for stigerør installeres ombord på fartøyet, og utøver en oppadrettet kraft til den øvre enden av stigerøret, vanligvis ved hjelp av en kabel, blokkskive, og pneumatiske sylindermekanismer forbundet mellom fartøyet og den øvre enden av stigerøret.

I tillegg kan oppdrifts- eller ballasteringselementer også festes til den ned-dykkede delen av stigerøret. Disse omfatter vanligvis syntaktiske skumplast-elementer eller individuelle ballast- eller oppdriftstanker som er formet på utsiden av stigerørsseksjonene. Ballast- eller oppdriftstankene er i stand til å valgfritt blåse opp med luft eller ballasteres med vann ved å benytte fartøyets luftkompresjonsutstyr. Disse oppdriftsanordningene skaper oppadrettede krefter i stigerøret og kompenserer derved for trykkspenningene som skapes av stigerørets vekt.

Begge typer av disse mekanismer lider av iboende ulemper. Hydrauliske og pneumatiske hivkompensasjonssystemer er store og tunge og krever omfattende støtteutstyr, slik som luftkompressorer, hydraulisk fluid, reservoarer, rørsystem, ventiler, pumper, akkumulatorer, elektrisk kraft og kontrollsystemer. Kompleksiteten av disse systemer nødvendiggjør omfattende og hyppig vedlikehold med tilsvarende høye kostnader.

Den fremlagte oppfinnelse tar sikte på å overvinne eller minimalisere en eller flere av problemene som er anført ovenfor.

Dette oppnås ifølge foreliggende oppfinnelse ved en anordning for hivkompensasjon ifølge krav 1.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er videre utdypet i kravene 2-11. I et aspekt av den fremlagte oppfinnelse, er det fremskaffet en anordning for hivkompensasjon for stigerør for montering mellom en flytende plattform og et stigerør, og for å påføre en generelt oppadrettet kraft på stigerøret mens det tillates begrenset vertikal bevegelse derimellom. Anordningen inkluderer første og andre adskilte armer tilpasset for å oppstøttes i forhold til den flytende plattformen. Et aksel er koblet til hver av de første og andre holderne og strekker seg derimellom. En sentral arm har et første endeparti koblet til akselen mellom de første og andre holdere og et annet endeparti tilpasset for å kobles til stigerøret. En torsjonsfjær har et første endeparti koblet til en av de første og andre holder, og det andre endeparti koblet til den sentrale arm hvorved fjæren bringer den sentrale arm til å rotere om kring akselen og tvinger stigerøret generelt oppover for å støtte stigerøret. Til slutt inkluderer anordningen en forspenningsinnretning for å tilføre en forspenning til torsjonsfjæren hvorved kraften påført langs den sentrale arm og stigerøret forsterkes.

I et annet aspekt av den fremlagte oppfinnelse, er det tilveiebrakt en anordning for hivkompensasjon for et stigerør for montering mellom en flytende plattform og et stigerør, og for å påføre en generelt opparbeidet kraft på stigerøret mens det tillates begrenset vertikal bevegelse derimellom. Anordningen inkluderer første og andre adskilte holdere tilpasset for å bli holdt i forhold til nevnte plattform i et adskilt forhold. En aksel er dreibart koblet til hver av nevnte første og andre holdere og strekker seg derimellom. En sentral arm har et første endeparti koblet til nevnte aksel mellom nevnte første og andre holder og et annet endeparti tilpasset for og koblet til nevnte stigerør. En metallspiralfjær er koaksialt plassert omkring nevnte aksel og har et første endeparti koblet til en av nevnte første og andre holdere og et annet endeparti koblet til nevnte sentrale arm hvorved nevnte metallspiralfjær tvinger nevnte sentrale arm til å rotere omkring nevnte aksel og tvinger nevnte stigerør generelt oppover for å støtte nevnte stigerør. Til slutt inkluderer anordningen en forspenningsinnretning for å påføre en forspenning til nevnte metallspiralfjær hvorved kraften som påføres den sentrale arm og stigerøret forsterkes.

I et annet anspekt av den fremlagte oppfinnelse, er det tilveiebrakt en anordning for hivkompensasjon for et stigerør for montering mellom en flytende plattform og et stigerør, og for å påføre en generelt oppadrettet kraft til stigerøret mens det tillates begrenset vertikal bevegelse derimellom. Anordningen inkluderer første og andre adskilte holdere tilpasset for og oppstøttes i forhold til nevnte plattform i et adskilt forhold. En aksel er koplet til hver av nevnte første og andre holdere og strekker seg derimellom. En sentral arm har et første endeparti koblet til nevnte aksel mellom nevnte første og andre holder og et annet endeparti tilpasset for og kobles til nevnte stigerør. En elastisk fjær er koaksialt plassert omkring nevnte aksel og har et første endeparti koblet til en av nevnte første og andre holdere og et annet endeparti koblet til nevnte sentrale arm hvorved nevnte elastiske fjær tvinger nevnte sentrale arm til å rotere omkring nevnte aksel og tvinger nevnte stigerør generelt

oppover for å støtte nevnte stigerør. Til slutt inkluderer anordningen en forspenn-

ingsinnretning for å påføre en forspenning til nevnte elastiske fjær hvorved kraften som påføres den sentrale arm og stigerøret forsterkes.

Andre formål og fordeler med oppfinnelsen vil fremgå klarere ved å lese den detaljerte beskrivelsen og ved å referere til tegningene hvor: Fig. 1 illustrerer et perspektivriss av en første utførelse av en anordning for hivkompensasjon som benytter metall-spiralfjærer som et energilagrende medium; Fig. 2 illustrerer et langsgående tverrsnitt av anordningen vist i figur 1; Fig. 3 illustrerer et perspektivriss av en annen utførelse av en anordning for hivkompensasjon for et stigerør som aktiveres gjennom et mellomliggende hevarm-arrangement; Fig. 4 illustrerer et perspektivriss av en tredje utførelse av en anordning som anvender trykkbelastede elastomere fjærelementer som et energilagrende medium; Fig. 5 illustrerer et perspektivriss av en fjerde utgave av en anordning som anvender elastomere fjærelementer som aktiveres gjennom et mellomliggende hev-armarrangement; Fig. 6 illustrerer et perspektivriss av et par koblingsdeler sammensatt for støping av et elastomert fjærelement benyttet i anordningen vist i figur 4 og 5; og Fig. 7 er et isolert perspektivriss av en enkel koblingsdel av det elastomere fjærelementet i figur 6. Fig. 8 er en snittegning gjennom det elastomere fjærelement i figur 6 som viser koblingsdelene som roteres i forhold til hverandre ved forberedelse av et første støpetrinn. Fig. 8A er et toppriss av det elastomere fjærelementet som viser koblingsdelene som plassert i fig. 8. Fig. 9 viser det elastomere fjærelementet i fig. 8 etter det første støpetrinnet. Fig. 10 er en snittegning gjennom det elastomere fjærelementet som viser rotasjon av koplingsdelene i forhold til hverandre i den motsatte retningen til den i fig. 9 for på den måten å sammentrekke det elastomere materialet. Fig. 11 viser det elastomere fjærelementet i fig. 8 etter det andre støpetrinnet. Fig. 12 er en snittegning gjennom det elastomere fjærelementet som viser posisjonen av koplingsdelene etter fullføring av støpeprosessen. Fig. 13 illustrerer et tverr-endesnitt av det elastomere fjærelementet i fig. 6

hvor de elastomere delene er vist i et antall av utforminger for å variere fjærkraften og oppnå forskjellige dynamiske egenskaper.

Da anordningen kan tilpasses forskjellige modifikasjoner og alternative former, er spesifikke utforminger vist ved hjelp av eksempel i tegningene og skal herved bli beskrevet i detalj.

Med referanse til tegningene og spesielt til fig. 1, er det illustrert et perspektivriss av en anordning for hivkompensasjon 10 for et stigerør. Anordningen 10 er er forbundet til et stigerør 12 som strekker seg fra et undervannsbrønnhode (ikke vist) til en flytende plattform (ikke vist). Som det forventes oscillerer den flytende plattformen i forhold til stigerøret i henhold til bølgepåvirkning. Anordningen 10 kompenserer for denne oscillerende bevegelse av den flytende plattformen mens den støtter stigerør 12 og hindrer det fra å bryte sammen under sin egen vekt.

Anordningen 10 inkluderer et par monteringsbraketter eller holdere 14,16, som er festet til den flytende plattformen (ikke vist) via monteringsflater 18, 20 ved f.eks. en gjenget skrueforbindelse, sveising, nagling, eller t.o.m. en integrert konstruksjon med denne. Stigerøret 12 er forbundet til anordningen 10 for stigerøret via en sentral brakett eller arm 22 sentrisk plassert mellom holderne 14,16.

Den sentrale arm 22 er fortrinnsvis dreibar i forhold til monteringsbrakettene eller holderne 14, 16 og stigerøret 12. Denne dreiebevegelsen av den sentrale armen 22 i forhold til holderne 14, 16 utføres ved hjelp av en aksel 24 som strekker seg mellom holderne 14,16 og gjennom en sentral boring i den sentrale armen 22. Da akselen 24 er dreibar i forhold til holderne 14, 16 benyttes fortrinnsvis en eller annen type lagerarrangement for å forbinde akselen 24 til holderne 14, 16. Et elastomerlager 26 er fortrinnsvis plassert mellom akselen 24 og hver av holderne 14, 16. Et boring 28 strekker seg gjennom holderen 14 og har en diameter noe større enn diameteren til akselen 24. Lageret 26 er anbrakt i ringrommet formet mellom akselen 24 og boringen 28. Holderen 16 er likeledes utformet og på samme måte inkluderer den en boring 28' og et elastomerlager 26' plassert i boringen og omkring akselen 24.

Det fremgår at bevegelsen av plattformen og stigerøret i anordningen for hivkompensasjon 10 i en retning parallell til den langsgående aksen av stigerøret 12 vil medførere at den dreibare, sentrale arm 22 roterer og hindrer derved skade på stigerøret 12. For at anordningen for hivkompensasjon 10 skal sørge for en oppadrettet vertikal kraft på stigerør 12 og hindre stigerøret 12 fra å bryte sammen under sin egen vekt, må det imidlertid lages en forbindelse mellom holderne 14, 16 og den sentrale arm 22 for å tvinge den sentrale arm 22 til å dreie i en klokkeretning og på-føre en kraft på stigerøret 12 i en generelt oppadrettet retning. Denne kraften utføres ved en torsjonsfjær 29 som i denne utgaven har form av et antall spiralfjærer 30. Spiralfjærene 30 er fortrinnsvis plassert koaksialt omkring akselen 24 på begge sider av den sentrale arm 22 med et første endeparti 32 forbundet til justeringsplatene 44, 46 og et andre endeparti 34 forbundet til den sentrale arm 22. Således vil rotasjon av den sentrale arm 22 i forhold til holderne 14, 16 motvirkes ved hjelp av spiralfjærene 30.

Spesielt har rotasjon av den sentrale arm 22 mot klokkeretningen, som tvinger stigerøret 12 oppover, en tendens til å vikle opp spiralfjærene 30. Omvendt motvirkes rotasjon av den sentrale arm 22 i klokkeretningen, som tillater at stigerøret 12 beveger seg i en nedadrettet retning, ved en oppvikling av spiralfjærene 30. For at anordningen for hivkompensasjon 10 skal støtte stigerøret 12 på en skikkelig måte, skal en være klar over at en oppadrettet kraft bør påføres stigerøret 12. M.a.o. bør den sentrale arm 22 tvinges mot klokkeretningen, eller bør motsette seg rotasjon i klokkeretningen som induseres av vekten av stigerøret 12 på den sentrale arm 22. Det vil være åpenbart at viklingen av spiralfjærene 30 motsetter seg nedadrettet bevegelse av stigerøret 12 som følge av vekten av stigerøret 12.

For å øke motstanden til fjærene 30 mot rotasjon i klokkeretningen av den sentrale arm 22 på grunn av vekten til stigerøret 12, er ytterligere fjærer 36 anbrakt innen fjærene 30. Som det sees i fig. 2, er fjærene 36 anbrakt på innsiden og koaksialt med fjærene 30 på begge sider av den sentrale arm 22.1 likhet med fjærene 30 har fjærene 36 et første endeparti 38 forbundet til justeringsplatene 44, 46 og et andre endeparti 40 forbundet til armen 22. Således virker de indre fjærer 36 på vesentlig samme måte som de ytre fjærer 30.

For ytterligere å øke kraften som fjærene 30, 36 påfører på den sentrale arm 22 for å motstå rotasjon i klokkeretningen av den sentrale arm 22 og samsvarende nedadrettet bevegelse av stigerøret 12, er det anordnet en forspenningsinnretning

42. Forspenningsinnretningen 42 inkluderer et par justerbare plater 44, 46, som er i

stand til å delvis rotere omkring akselen 24 og det strekker seg radielt utover nær monteringsbrakettene 14, 16 på motsatte ender av anordningen 10. Fjærene 30, 76 har sine respektive første endepartier 32, 38 forbundet direkte til justerings-platene 44, 46 for på den måten å motstå rotasjonsbevegelse av armen 22 i en retning med klokken. Denne motstanden mot bevegelse i klokkeretningen overføres til en mon-terings-konstruksjon via en leddinnretning 48. Leddinnretningen 48 består av en stramme-stanghylse 50 forbundet til de justerbare platene 44, 46 ved et svivelarrangement 52, en strammestang 54 forbundet ved et første endeparti til stramme-stanghylsen 50 og et annet endeparti til en leddet brakett 55. Det andre endepartiet av strammestangen 54 omfatter en maskineri stangseksjon 57 med stor diameter som sørger for et svivelboltarrange-ment for å tillate rotasjon av strammestangen 54. Forbindelsen mellom strammestangen 54 og strammestanghylsen 50 er fortrinnsvis utført ved at strammestangen 54 er gjenget og strekker seg gjennom et borehull i hylsen 50 med et par muttere 56, 58 skrudd på begge sider av hylsen 50. Forbindelsen mellom strammestangens 54 andre endeparti og den leddede braketten 55 har form av et leddet svivelledd.

For å øke forspenningen av fjærene 30, 36, er derfor leddinnretningen 48 tilpasset for å øke lengden av strammestangen 54, og derved skape ytterligere rotasjon mot klokkeretningen av fjærene 30, 36. Rotasjon mot klokke-retningen av fjærene 30, 36, vil selvfølgelig vikle opp fjærene 30, 36 og øke kraften de påfører den sentrale arm 22 gjennom platene 44, 46 og leddinnretningen 48. Justering av lengden til strammestangen 54 er utført ved rotasjon mot klokkeretningen av det gjengede paret av mutter 56, 58.

Da den sentrale arm 22 har begrenset rotasjons-mulighet i forhold til akselen 24 og platene 44, 46 under justering av leddinnretningen 48, sammenkobler fortrinnsvis et lager 60 den sentrale arm 22 med akselen 24. Lageret 60 har fortrinnsvis formen av et elastomerlager.

For å øke den langsgående stabiliteten av fjærene 30, 36, er fortrinnsvis fjærene 30, 36 delt inn i par av langsgående stablede fjærer med en stabilisator 62 forbundet derimellom. Stabilisatoren 62 er forbundet til akselen 24 via et lager 64 og motstår derfor radiell forskyvning av fjærene 30, 36 som ellers kan oppstå hvis fjærene 30, 36 er av en enhetlig konstruksjon som strekker seg fra holderne 14, 16 til den sentrale arm 22. Stabilisatorene 62, 62' er forbundet til fjærene 30, 36 slik at rotasjon av den sentrale arm 22 gir en kraft til holderne 14, 16 som skaper vikling eller oppvikling av fjærene 30, 36.

Det skal forstås at siden den sentrale arm 22 beveger seg på en bueformet

bane og stigerøret 12 fortrinnsvis opprettholdes i en vertikal posisjon, er fortrinnsvis forbindelsen mellom den sentrale arm 22 og stigerøret 12 dreibar. F.eks. strekker en hylse 66 seg omkring og er festet til stigerøret 12 med en aksel 68 som strekker seg normalt perpendikulært til den langsgående aksen av stigerøret 12. Akselen 68 strekker seg radielt utover fra hylsen 66 på vesentlig motsatte sider av denne. Den sentrale arm 22 inkluderer et todelt endeparti 70 tilpasset for å motta hylsen 66 og stigerøret 12 deri med akselen 68 som strekker seg gjennom et borehull 72 i det todelte endeparti 70. Borehullet 72 er koaksialt plassert omkring akselen 68 og inkluderer et elastomerlager 74 som er vesentlig lik elastomerlageret 28 i holderne 14, 16. Dreieforbindelsen tillater at stigerøret 12 holdes i sin vesentlig vertikale posisjon til tross for rotasjonsposisjonen av den sentrale arm 22.

Fig. 3 illustrerer en annen utførelse av anordningen for hivkompensasjon 10 for et stigerør som er vesentlig lik anordningen for hivkompensasjon 10 illustrert i fig. 1, som bare avviker i forbindelsen mellom den sentrale arm 22 og stigerøret 12. Anordningen for hivkompensasjon 10 gis en ytterligere mekanisk fordel via et ledd-arrangement 80 som er plassert over anordningen for hivkompensasjon 10 og som sørger for en relativt lang hevearmforbindelse mellom anordningen for hivkompensasjon 10 og stigerøret 12.

En holder 82 er festet til offshoreplattformen (ikke vist) på enhver hensiktsmessig konvensjonell måte, slik som ved skrudd boltforbindelse, sveising, nagling,

eller integral konstruksjon med denne. Holderen 82 er dreibart forbundet til en første ende av en hevearm 84 via et elastomerlager 86 og aksel 88. Hevearmen 84 er forbundet ved sin motsatte ende ved en vesentlig lignende dreieforbindelse til stigerør 12.

Den sentrale armen 22 er dreibart forbundet til en nedre overflate av hevearmen 84 via en leddarm 90. Leddarmen 90 er forbundet ved sitt første endeparti til det todelte endepartiet 70 av den sentrale arm 22 via et elastomer-lager 92 og aksel 94. Leddarmen 90 er likeledes forbundet ved sin andre endeparti til den nedre over-

flaten av hevearmen 84 via et elastomerlager 96 og akselen 98.

Det skal derfor forstås at rotasjonsbevegelse av den sentrale arm 22 over-føres til rotasjonsbevegelse av hevearmen 84 omkring akselen 88. Fjærene 30, 36 tvinger vanligvis den sentrale arm 22 inn i en retning mot klokken, som tvinger leddarmen oppover mot hevearmen 84 og tvinger den likeledes til å rotere i en retning mot klokken omkring akselen 88 og påfører en oppadrettet kraft på stigerøret 12 for å hindre det fra å bryte sammen under sin egen vekt.

Nå med referanse til figurene 4 og 5, er tredje og fjerde utførelser av anordning for anordningen for hivkompensasjon 10 illustrert. De tredje og fjerde utførelsene av anordningen for hivkompensasjon 10 inkluderer holdere 14, 16 forbundet til en offshoreplattform (ikke vist) via holderoverflater 18, 20. Holderne 14, 16 er adskilt med en sentral arm 22 plassert derimellom og forbundet dertil via en sentral aksel 24 og et antall av elastomerijærer 100 symmetrisk anordnet omkring den sentrale arm 22 mellom holderne 14, 16. I likhet med de første og andre ut-førelser av anordningen for hivkompensasjon 10, har de tredje og fjerde utførelsene av anordningen for hivkompensasjon 10 akselen 24 dreibart forbundet til holderne 14, 16 via et elastomerlager 28 plassert innen et borehull 26 i hver av holderne 14, 16.

Hovedforskjellen mellom de tredje og fjerde utførelsene er forbindelsen mellom stigerøret 12 og den sentrale arm 22. I dette henseende er de tredje og fjerde utførelser vesentlig lik de respektive første og andre utførelser.

I den tredje utførelsen, har den sentrale arm 22 et todelt endeparti 70 som strekker seg fra akselen 24 og mottar stigerøret 12 derimellom. Stigerøret 12 er dreibart forbundet til de todelte endepartier 70 av den sentrale arm 22 via et aksel-og elastomerlager-arrangement 102.

I den fjerde utgaven har den sentrale arm 22 også et todelt endeparti 70 som strekker seg fra akselen 24, men er forbundet til en arm 103, som strekker seg til en arm 104. Armen 104 er igjen dreibart forbundet til stigerøret 12 i likhet med utfør-elsen som beskrevet ovenfor i forbindelse med den andre utgaven vist i figur 3.

I de tredje og fjerde utførelser av anordningen for hivkompensasjon 10, er en partiell trykkforspenning integrerende innlemmet i hver av elastomerfjærene 100. En bedre forståelse for operasjonen av denne innvendige forspenning som er innebygget i elastomerfjærene 100, kan fås med referanse til figurene 6-12 hvor en enkel elastomerfjær 100 er illustrert i større detalj, inkludert trinnene med å konstru-ere en slik elastomerfjær 100.

Nå med referanse til figur 6, har en elastomerfjær 100 en første koblingsdel 110 og en vesentlig identisk andre koblingsdel 112 montert på akselen 24 (vist i fantom) som strekker seg gjennom en akselmottagende åpning 116. Den akselmottagende åpning 116 er definert ved boss 113, 117 på koblingsdelene 110, 112. Koblingsdelene 110, 112 kan fortrinnsvis rotere fritt på akselen 24 med en rotasjon av den sentrale arm 22. Imidlertid er hver av elastomerfjærene fast forbundet til sin nabofjær slik at ingen fritt kan rotere i forhold til hverandre.

Denne forbindelsen mellom nabofjærene kan ha form av enhver variasjon av mekaniske forbindelser, slik som skrudd mutter- og boltforbindelse, sveising, eller fortrinnsvis, integral konstruksjon med denne. Fra figurene 4 og 5 vil det være klart at nabofjærene 100 deler endepartier, dvs. endepartiet av en fjær 100 former også endepartiet av sin nabofjær 100.

Som det best sees i figur 7 strekker en mengde ribber 132, 134 seg perpendikulært fra sider 128, 130 av henholdsvis koblingsdelene 110, 112. Ribbene 132, 134 er innrettet radielt med hensyn til akselens 24 akse og er fortrinnsvis i lik avstand omkring omkretsen av koblingsdelene 110, 112. De indre kantene av ribbene 132 er stivt forbundet til boss 113, som tilfører stivhet til ribben 132. Bosset 117 strekker seg likeledes fra siden 130, og ribber 134 er stivt forbundet dertil.

Som vist i figur 6, er koblingsdelene 110, 112 plassert i adskilt forhold til hverandre med sidene 128, 130 motstående hverandre og vesentlig parallelle. Ribbene 132 til den første koblingsdelen 110 er plassert mellom tilstøtende ribber 134 av den andre koblingsdelen 112. Fortrinnsvis er mellomrommet mellom sidene 128, 130 til koblingsdelene 110, 112 slik aten liten åpning opprettholdes mellom ribbene 132 og siden 130 og mellom ribbene 134 og siden 128 slik at ingen mekanisk kontakt eksisterer mellom koblingsdelene 110, 112, unntatt gjennom elast-omergrenseflaten. Likeledes er det en liten åpning mellom bossene 113, 117.

En forspent elastomerpute 136 er plassert mellom hvert par av tilstøtende ribber 132, 134. Disse elastomerputene 136 er fortrinnsvis støpt i posisjon og bundet til ribbene 132, 134 ved en prosess som nå skal forklares.

Med referanse til tverrsnittsrisset av elastomerfjæren 100 vist i figur 8, er hver av de første og andre koblingsdeler 110, 112 først plassert på akselen 24 for riktig innretning og plassert, som vist i figur 8, med ribbene 132 til den første koblingsdelen 110 plassert mellom de tilstøtende ribber 134 av den andre koblingsdelen 112. Fortrinnsvis er ribbene 132 til den første koblingsdelen 110 forskjøvet ved en vinkel (a) fra en sentral posisjon mellom ribbene 134 av den andre koblingsdelen 112. Rotasjonsstørrelsen er bestemt av den ønskede mengden av trykkforspenning. Hvis en større forspenning ønskes i elastomerputene 36, økes vinkelen (a).

Forskjellige metallinnsatser benyttes for å holde elastomer utenfor visse områder av elastomerfjæren 100 under støpeprosessen. Som vist i figur 8 hindrer akselen 24 elastomer fra å sive gjennom en åpning mellom boss 113, 117 og inn i det sentrale området av elastomerfjæren 100. Flate plateinnsatser 140, 142 er plassert i åpningene mellom ribbene 132 og siden 130, og åpningene mellom henholdsvis finnene 134 og siden 128 som vist i figuren 8 og 8A. Innsatsene 140, 142 er dimensjonert for å strekke seg over de bredere vekslende åpningene mellom tilstøtende finner 132, 134. Kiler 144 er så plassert i de smalere vekslende åpningene mellom de tilstøtende ribber 132, 134. Med disse innsatsene 140, 142, 144 på plass, er elastomer under det initielle støpetrinnet, begrenset til de bredere åpningene mellom de tilstøtende ribber 132, 134 og et rom opprettholdes mellom elastomeren og sidene 128, 130.

Elastomermaterialet er så injisert under trykk inn i de bredere åpningene mellom tilstøtende ribber 132, 134 for å danne elastomerputene 136, som vist i figur 9, ved hjelp av velkjente støpeteknikker. Det betraktede elastomermaterialet er fortrinnsvis en naturgummi eller en neopren eller nitrilblanding. Etter injeksjon herdes og avkjøles putene 136.

Elastomerputene 136 er fortrinnsvis bundet direkte til ribbene 132,134 for å forebygge inntrengning av ukjent materiale mellom ribbene 132, 134 og elastomeren. Denne bindingen utføres som følgende. Ribbene 132, 134 renses først forsiktig ved å bruke velkjente teknikker, inkludert sandblåsing og anvendelse av trikloryletylen. En hensiktsmessig grunning og et bindemiddel påføres så på ribbene 130, 132. Når det elastomeriske materialet introduseres, forsterker bindemiddelet bindingen som formes mellom elastomeren og ribbene 130, 132 under herding og kjøling.

Deretter fjernes metallinnsatsene 140, 142, 144 og, som vist i figur 10, på-føres et moment for å rotere koblingsdelene 110, 112 i den motsatte retningen med hensyn til hverandre med en størrelse som fortrinnsvis er det dobbelte av den initielle rotasjonen, eller (2a). Denne rotasjonen trykker sammen elastomermaterialet, som allerede er på plass, dobbelt så mye som den ønskede forspenningen, og utvider de gjenværende åpningene med en størrelse lik de største åpningene for det initielle støpetrinnet. Innsatsene 140, 142 settes så tilbake i åpningene mellom ribbene 132 og siden 130 og åpningene mellom ribbene 134 og siden 128, som strekker seg over de bredere vekslende åpningene mellom de tilstøtende ribber 132, 134.

Som vist i figur 11, innføres så elastomerisk materiale inn i gjenværende åpninger. Etter kjøling og herding, fjernes innsatsene 140, 142 og momentet fri-gjøres. Dette tillater ribbene 132, 134 å innta den endelige utformingen som vist i figur 12. Ribbene 132, 134 er nå likt plassert rundt omkretsen av den elastomeriske fjæren 100. Trykkspenningen som ble påført som følge av det første støpetrinnet fordeles nå likt i alle elastomerputene 136. Videre er elastomerputene bare i kontakt med ribbene 132, 134. Elastomermaterialet berører ikke sidene 128, 130 til koblingsdelene 110, 112. Denne utformingen sørger for to fordeler. For det første vil ingen skjærkrefter tildeles elastomerputene 136 gjennom sidene 128, 130 som resultat av enhver relativ rotasjonsforskyvning mellom koblingsdelene 110, 112. For det andre fremskaffer åpningene et rom inn i hvilket elastomerputene 136 kan bule ut under trykkbelastning.

Det kan forstås at et meget stort område av fjærkonstanter (nedbøyningsfor-hold i forhold til påført last) kan oppnås ved å variere en eller flere av forskjellige parametere. F.eks. kan formfaktoren (forholdet mellom lastområdet og det området som fritt kan bule ut) av putene 136 varieres ved å variere antall ribber 132, 134 eller bredden eller høyden av ribbene 132, 134 for å oppnå den ønskede fjærkonstant. Videre kan en relativt hard eller relativt myk elastomer velges.

Størrelsen på forspenning som påføres under støpe-prosessen bestemmes av den ønskede fjærkonstant og utmattings-spekteret for de forutsatte arbeidsbe- lastningene. Det er ønskelig at åpningene inn i hvilke elastomeret injiseres er av lik størrelse i både det første og andre støpetrinnet. Dette vil sikre at en lik størrelse av elastomer injiseres mellom hvert par av ribbene 132, 134 og at trykkbelastningen vil fordeles likt omkring omkretsen av elastomerfjæren 100 etter avslutning av støpe-prosessen. Det skal imidlertid forstås at ulike mengder av elastomer kan plasseres i åpningene, og den resulterende ubalanse av lastfordelingen kan kompenseres ved å variere elastomertypen som benyttes fra åpning til åpning. Disse ulike mengdene av elastomer kan oppnås ved å rotere koblingsdelene med en størrelse som ikke er lik (2a) eller ved å adskille ribbene 132, 134 ujevnt omkring omkretsen av koblingsdelene 110, 112. Videre hvis det spesielle anvendelsesmomentet bare vil påføres i en retning eller hvis en forskjellig momentbelastning overveies for hver rotasjons-retning, så behøver ikke et sett av vekslende elastomerputer som tar opp moment-lasten i én retning å være lik i størrelse eller sammensetning i forhold til det andre settet av vekslende elastomerputer som tar opp momentet i den motsatte retningen.

Selv om det også foretrekkes at elastomeren støpes inn i åpningene, vil de som er kjent på området forstå at elastomerputer kan støpes før innsetting. Festing til ribbene 132, 134 kan så utføres ved på forhånd å binde putene til en stiv hoved-del, slik som en plate som så kan festes til ribbene ved hjelp av mekaniske innret-ninger, slik som ved bolting. Alternativt kan elastomerputene på forhånd støpes og delvis herdes. Herdeprosessen kan så avsluttes etter plassering slik at putene bindes til ribbene 132, 134.

Av økonomiske fabrikasjongrunner kan den ikke-elastiske konstruksjonen, inkludert koblingsdelene 110, 112 og ribbene 132, 134 lages av et bløtt stål.

Figur 13 viser forskjellige utforminger som elastomer-putene 136 kan ha for å fremskaffe forskjellige fjærkonstanter og fjæregenskaper, som omtalt ovenfor.

I tillegg kan forspenning av de tredje og fjerde utførelsene ytterligere kon-trolleres eller forsterkes ved tilførselen av forspenningsmekanismen 42 beskrevet i forbindelse med de første og andre utførelsene.

Claims (11)

1. Anordning for hivkompensasjon tilpasset for montering mellom en flytende plattform og et stigerør (12), og for påføring av en generelt oppadrettet kraft på stigerøret mens det tillates begrenset vertikal bevegelse derimellom,karakterisert vedat den omfatter: i det minste første og andre holdere (14,16) tilpasset for å festes til den flytende plattform i et avstandsforhold; en aksel (24) koblet til hver av nevnte første og andre holdere (14,16) og som strekker seg derimellom; en sentral arm (22) med et første endeparti koblet til nevnte aksel mellom nevnte første og andre holdere (14,16) og et annet endeparti tilpasset for å kobles til stigerøret (12); en torsjonsfjær (29) med et første endeparti koblet til en av nevnte første og andre holdere (14,16) og et annet endeparti koblet til nevnte sentrale arm (22) hvorved torsjonsfjæren (29) tvinger den sentrale arm (22) til å rotere omkring akselen (24) og drive stigerøret (12) generelt oppover for å understøtte stigerøret (12); og forspenningsinnretninger (42) for å påføre en forspenning til torsjonsfjæren (29) hvorved kraften som påføres den sentrale arm (22) og stigerøret (12), forsterkes.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert vedat nevnte torsjonsfjær (29) inkluderer en metallspiralfjær (30) koaksialt plassert omkring nevnte aksel (24) og med et første endeparti koblet til en av nevnte første og andre holdere (14,16) og et andre endeparti koblet til nevnte sentrale arm (22).

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert vedat nevnte torsjonsfjær (29) inkluderer første og andre metallspiralfjærer (30) koaksialt plassert omkring nevnte aksel (24) og som hver har et første endeparti koblet til henholdsvis én av nevnte første og andre holdere (14,16) og et andre endeparti koblet til nevnte sentrale arm (22).

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert vedat nevnte torsjonsfjær (29) inkluderer tredje og fjerde metallspiralfjærer (36) koaksialt plassert omkring nevnte aksel (24) og henholdsvis nevnte første og andre metallspiralfjærer (30), idet nevnte tredje og fjerde metallspiralfjærer (36) hver har et første endeparti koblet til den respektive av nevnte første og andre holdere (14, 16) og et annet endeparti koblet til nevnte sentrale arm (22).

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert vedat nevnte første, andre, tredje, og fjerde metallspiralfjærer (30, 36) hver er tildannet av et par langsgående stablede metallspiralfjærer (30, 36) med en stabilisator (62, 62') som forbinder hvert av nevnte langsgående fjærpar.

6. Anordning som angitt i krav 5, karakterisert vedat nevnte stabilisator (62, 62') inkluderer første og andre skiver, hver skive har første og andre sider og en sentral boring som strekker seg derigjennom, nevnte skiver er koaksialt plassert omkring nevnte aksel mellom parene av langsgående stablede første og tredje spiralfjærer og mellom parene av langsgående stablede andre og fjerde spiralfjærer, nevnte første sider av hver av nevnte skiver er henholdsvis koblet til ett av parene av nevnte første og tredje langsgående stablede spiralfjærer, og nevnte andre sider av hver av nevnte skiver er henholdsvis koblet til det andre paret av nevnte andre og fjerde langsgående stablede spiralfjærer.

7. Anornding som angitt i krav 1, karakterisert vedat nevnte forspennings-innretning (42) inkluderer en plate (44, 46) koblet til nevnte aksel (24) og det første endepartiet av fjæren (30, 36) mellom denne fjær og i det minste én av nevnte første og andre holdere (14, 16) og er dreibar i forhold til nevnte første og andre holdere, en leddinnretning (48) koblet mellom platen (44, 46) og i det minste én av nevnte første og andre holdere, og en innretning (54) for justering av lengden av leddinnretningen (48) hvorved den sentrale arm (22) og platen (44, 46) roteres i forhold til hverandre for å vikle (stramme) og vikle opp (slakke) torsjonsfjæren.

8. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert vedat nevnte torsjonsfjær inkluderer en elastomerfjær koaksialt plassert omkring nevnte aksel (24)og med et første endeparti koblet til en av nevnte første og andre holdere (14, 16) og et annet endeparti koblet til nevnte sentrale arm (22).

9. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert vedat nevnte torsjonsfjær inkluderer første og andre elastomerfjærer (100) koaksialt plassert omkring nevnte aksel (24) og hvor hver har et første endeparti koblet til hver sin nevnte første og andre holdere (14, 16) og et andre endeparti koblet til nevnte sentrale arm (22).

10. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert vedat nevnte første og andre elastomerfjærer (100) hver inkluderer et antall av langsgående stablede elastomerfjærer fast koblet sammen mellom nevnte første og andre holdere (14, 16) og nevnte sentrale arm (22).

11. Anordning som angitt i krav 10, karakterisert vedat hver av nevnte antall av langsgående stablede elastomerfjærer inkluderer første og andre, anbrakt med innbyrdes avstand, koblingsdeler (110, 112) henholdsvis plassert ved nevnte første og andre endepartier, et første og andre antall radielle ribber (132, 134) som strekker seg aksielt fra henholdsvis nevnte første (110) og andre (112) koblingsdeler slik at hver av nevnte første og andre radielle ribber (132, 134) har et område som aksielt overlapper hverandre, og et antall elastomerputer (136) bundet mellom og til nevnte første og andre radielle ribber (132, 134) i nevnte overlappende område.