NO312235B1 - Böyeskjört - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen gjelder en flytende konstruksjon, herunder bøyer og halvt nedsenkbare fartøy, med minst en ballast- eller lastførende undervannsdel og minst ett over vannlinjen ragende parti, med ett eller flere utoverragende skjørt på undervannsdelens ytterflate, innrettet til å dempe den flytende konstruksjonens svingninger i sjøen i form av stamping og hiv, for eksempel for en bøye eller et halvt nedsenkbart fartøy i forbindelse med petroleumsproduksjon til havs.

Stabilisatorplater på fartøy er kjent for eksempel i form av langsgående kjøler, plater eller slingrekjøler som stikker ut fra bunnen eller skrår ut fra styrbord og babord side av skroget, i tillegg til vanlig kjøl, dersom kjøl finnes på fartøyet.

UK-patentsøknad GB 2 2 00 082 beskriver et halvt nedsenkbart fartøy med minst to flottører og et antall søyler som bærer et plattformdekk, i motsetning til foreliggende oppfinnelse som omfatter i den foretrukne og empirisk modellerte utførelse en søylestabilisert konstruksjon eller bøye med kun én søyle. GB 2 200 082 har definert horisontale plater hengende under pongtongene, noe som hovedsakelig demper hiv, og i mindre grad pitch og roll.

NO 300 884 er et nærliggende eksempel på den kjente teknikk. Dempeanordningen i NO 300 884 utgjør et horisontalt utragende skjørt med åpninger som strekker seg hovedsakelig horisontalt, og består av flere hovedsakelig horisontale kanaler, med en utløpsåpning bort fra den flytende konstruksjonen. På side 3, første avsnitt er det nevnt at "man kan omforme den flytende konstruksjonens opp- eller nedadgående bevegelse til en siderettet vannstråle. Denne virker til å stabilisere den flytende konstruksjonen, ved at vannstrålen øker demperen imaginært i størrelse." Dette er ikke dokumentert ved modellforsøk, og en slik siderettet vannstråle ville ha uforutsigelig effekt av energioverføring fra hiv- til rulle- eller pitchbevegelse for en flytende konstruksjon ifølge foreliggende oppfinnelse. NO 300 884 beskriver i detalj selve demperens utforming uten at det anvises noen anbringelse på den flytende konstruksjon. Det angis tydelig at den skal være horisontal.

US 4 995 762, "Semisubmersible vessel with captured constant tension buoy" beskriver en halvt nedsenkbar plattform med en vid åpen sentral vertikal sylindrisk åpning som løper hele veien gjennom fartøyet. I åpningen er det er anbrakt en frittflytende bøye for å holde stigerør oppspent mellom sjøbunnen og sjøoverflaten. Rundt den nedre del av plattformens undervannsdel er det anordnet et horisontalt utoverragende skjørt innrettet til å dempe den flytende konstruksjonens svingninger i sjøen.

DE 22 0 6 929 beskriver et skrog med undervannsdel som har en stor horisontal plateformet anordning (12) som i likhet med foreliggende oppfinnelse vil medføre dempning av hiv. Stabiliseringstanker (26) er anordnet lateralt på den horisontale platen under sentralskaftet (24). Stabiliseringstankene (26) er i krav 1 i DE 22 06 929 definert slik at de i plattformens oppdykkede tilstand, hvor de skjærer vannlinjen, bidrar med stabiliserende oppdriftsmomenter mot rulling og stamping, men at de i neddykket tilstand ikke bidrar med slike stabiliserende oppdriftsmomenter i neddykket eller dypgående tilstand, både fordi de ikke skjærer vannlinjen og fordi de ikke har noe oppdriftsmoment når de er fylt med vann. Det tyske patentet viser i figur l, 2, 3, 4, 10, 11, 12 og 13 en utforming hvor skråflater på stabiliseringstankene (226) og utstikkere (212) utgjør deler av konsentriske sirkler og står tilnærmet på tvers av radius vektor ut fra konstruksjonens senter for rullebevegelse i halvt nedsenket tilstand hvor stabiliseringstankene er helt neddykket. Dette bidrar meget lite til å dempe rullebevegelse. I motsetning til det tyske patentet er effekten av dempeanordningen i foreliggende søknad større når den flytende konstruksjonen befinner seg i nedsenket tilstand.

Stasjonære flytende konstruksjoner opplever både hiv og rulling på grunn av bølger i sjøen. En måte å forhindre hiv er å ha minst mulig areal omsluttet av vannlinjen. Når vannlinjen så stiger og synker med bølgebevegelsene vil det deplasementet som den stigende og synkende slanke omsluttende sylinder beskrevet av vannlinjens hevning og senkning representerer, utøve en liten stigende og avtakende kraft vertikalt på fartøyet, i forhold til den totale masse som representeres av hele plattformens deplasement, dvs. volumet av alt under en middel vannlinje.

En annen måte å forhindre hiv på er å innrette undervannsdelen av den flytende konstruksjonen med en skrå utovervendende flate som leder innkommende bølgekraft nedover. Dermed vil en positiv bølge som kommer inn mot konstruksjonen både påføre en kraft oppover på grunn av at vannlinjen heves, fordi deplasementet av sylinderen innesluttet av den hevede vannlinjen er positivt, og samtidig påføre en annen kraft nedover fordi bølgen treffer en vegg som skråner utover med økende dybde.

Imidlertid oppstår et økt dreiemoment som utøves spesielt av lengre, dypere bølger på den flytende konstruksjonen når den har en nedad utskrånende undervannsdel med økende diameter med økende dybde. Dette dreiemomentet, som hovedsakelig er av periodisk karakter, vil føre til en rullebevegelse eller "pitching" omkring konstruksjonens dynamiske svingningssenter som utgjøres av massemiddelpunktet.

Dreiemoment-effekten og også hivbevegelsen dempes og motvirkes ved forskjellige utførelser av denne oppfinnelsen, som består av en flytende konstruksjon, herunder bøyer og halvt nedsenkbare fartøy med minst ett over vannlinjen ragende parti (30) og minst en ballast- eller lastførende undervannsdel (10) med ett eller flere utoverragende plateformet skjørt (11,11') som er kontinuerlig rundt undervannsdelens (10) ytterflate (100), innrettet til å dempe den flytende konstruksjonens svingninger i sjøen, fortrinnsvis rulling / stamping og hiv, hvor det nye og særegne er følgende: at skjørtet (11,11') strekker seg ut fra undervannsdelen og flukter med radius vektor ut fra den flytende konstruksjonens svingningspunkt eller senter for den flytende konstruksjonens rulle- eller stampebevegeIse;

idet skjørtets (11,11') flater er innrettet til å stå hovedsakelig perpendikulært på den flytende konstruksjonens rulle- eller stampebevegelse.

Ytterligere oppfinneriske trekk fremgår av de under-ordnede krav.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives i detalj ved hjelp av eksempler på foretrukne utførelser, med henvisning til de medfølgende figurer, hvor: Figur la viser i prinsippskisse et vertikalsnitt og delvis oppriss av den flytende konstruksjonen. Figur lb viser grunnriss av den flytende konstruksjonens undervannsdel og omriss av en vannlinjeseksjon. Figur 2 viser et diagram over en flytende konstruksjons modell uten skjørt sin rulling i bølger, målt i en skips-modell tank. Vertikalaksen viser vinkelutslag for rulling mellom -10 og 10 grader for den flytende konstruksjonens vertikalakse. Figur 3 viser et tilsvarende diagram som figur 2, over en flytende konstruksjons modells hivbevegelse i bølger, målt i en skipsmodelltank. Vertikalaksen viser det vertikale utslag av hivbevegelsen, fra -3 meter til +5 meter. Figur 4 viser som figur 2 et diagram over den flytende konstruksjonens modell sin rulling i bølger målt i en skipsmodelltank, men hvor den flytende konstruksjonen ifølge oppfinnelsen har et skjørt som demper rullingen. Merk at vertikalaksen er finere inndelt enn viser vinkelutslag for rulling mellom -0,6 grader og 0,4 grader. Figur 5 viser som figur 3 et diagram over den flytende konstruksjonens modell sin vertikale hivbevegelse i bølger målt i en skipsmodelltank, men hvor den flytende konstruksjonen ifølge oppfinnelsen har et skjørt som demper hivbevegelsen. Merk også her at vertikalaksen er finere inndelt enn i figur 3, og viser det vertikale utslag av hivbevegelsen, fra

-1,0 meter til +1,0 meter.

Figur la viser i prinsippskisse et vertikalsnitt og

delvis oppriss av den flytende konstruksjonen som kan utgjør-es av en bøye eller et halvt nedsenkbart fartøy, med minst en ballast- eller lastførende undervannsdel 10 og minst ett over vannlinjen ragende parti 30. Det er anordnet minst ett utoverragende skjørt 11, 11' på undervannsdelens 10 ytterflate 100. Hensikten med og effekten av det utoverragende skjørtet 11, 11' er å dempe den flytende konstruksjonens svingninger, fortrinnsvis rulling, og også hiv.

Undervannsdelen 10 har en overflate 100 som i hele eller deler av overflaten 100 skrår jevnt utover fra konstruksjonens vertikale senterlinje. Den flytende konstruksjonen har minst ett over vannlinjen ragende parti 30, og har i en foretrukket utførelse ett eller flere dekk i form av shelterdekk, mezzanindekk, hoveddekk, cofferdamdekk og tanktoppdekk. Undervannsdelen 10 har i en foretrukket utførelse av oppfinnelsen lagringstanker, fortrinnsvis for olje og / eller gasskondensat, og ballasttanker (ikke vist)

Skjørtet 11, 11' utgjør i en foretrukket utførelse et kontinuerlig eller sammenhengende utstikkende skjørtformet parti rundt hele den flytende konstruksjonens undervannsdel 10. Som vist i figur lb er undervannsdelens 10 grunnriss er hovedsakelig sirkulært eller mangekantet, og skjørtet 11, 11' er også fortrinnsvis sirkulært eller mangekantet i grunnriss.

I en spesielt foretrukket utførelse er skjørtet 11, 11' orientert slik at det stikker ut og flukter med radius vektor R0 , Rx , i retning ut fra den flytende konstruksjonens svingningspunkt eller fra senter av den flytende konstruksjonens rullebevegelse kalt PP på figur 1, slik at alle punkt Px ved skjørtets innfestningsrand mot undervannsdelens 10 overflate 100 og alle punkt Pi' på skjørtets 11, 11 • rand ligger langs radius vektor R0 , Rx . En annen måte å se dette på er at skjørtets overflate er hovedsakelig perpen-dikulær på den flytende konstruksjonens rullebevegelse. Med denne orienteringen med skjørtet på tvers av den til enhver tid eksisterende rulle- eller pitche-retning, vil man kunne oppnå nær optimal dempningsef f ekt i forhold til skjørtets overflateareal. Dette fremgår tydelig av de eksperimentelle resultater med modeller av konstruksjonen uten og med skjørt, og som er forklart nærmere nedenfor.

Den flytende konstruksjonen kan ha flere skjørt 11, 11' som vist i figur 1. Dersom skjørtene skal orienteres etter radius vektor R0 , Rz fra svingepunktet PP vil skjørtene ha forskjellig helningsvinkel i forhold til horisontalen.

I en foretrukket utførelse har den flytende konstruksjonen en slank vannlinjeseksjon 2 0 for å være lite hiv-påvirkelig av bølgene. Som forklart i innledningen, vil en måte å redusere hiv være å ha minst mulig areal omsluttet av vannlinjen. Når vannlinjen da stiger og synker med bølge-bevegelsene vil det deplasementet som den stigende og synkende slanke sylinder som representeres av vannlinjeseksjonen 2 0 og begrenset oppad og nedad av vannlinjens hevning, hhv. senkning, representere en liten stigende og avtakende kraft vertikalt oppover langs den flytende konstruksjonens vertikalakse, i forhold til den totale masse som representeres av hele plattformens deplasement, dvs. volumet av alt under en middelvannlinje, dvs. volumet av undervannsdelen 10.

En annen måte å forhindre hiv er å konstruere undervannsdelen 10 av den flytende konstruksjonen med en del av den utovervendende flate 100 som en skrå flate som leder innkommende bølgekraft nedover. Dermed vil en positiv bølge som kommer inn mot konstruksjonen både påføre en kraft oppover på grunn av at vannlinjen heves, fordi deplasementet av sylinderen innesluttet av den hevede vannlinjen er positivt, og samtidig påføre en annen kraft nedover fordi bølgen treffer en vegg som skråner utover, dvs. en del av den utovervendende flate 100, med økende dybde. Figur 2 viser et diagram over en flytende konstruksjons modells rulling i bølger, målt i en skipsmodelltank. Denne modellkonstruksjonen er uten skjørt. Vertikalaksen viser vinkelutslag for rulling mellom -10 og 10 grader for den flytende konstruksjonens vertikalakse. Før diagrammet i figur 2 ble opptatt i modelltanken, ble den flytende modellkonstruksjonen uten skjørt prøvd i modellprøvetanken og påført bølger for å finne den flytende modellkonstruksjonens egen-periode for rulling eller pitching. Egenperioden ble funnet til å tilsvare ca. 36 sekunder, og når bølger med halve egenperioden, dvs. 18 sekunder, ble påført den flytende konstruksjonen i modellprøvetanken, kom den i sterkest svingninger. Det ble kjørt forsøk med måling av rulling og hiv for den flytende konstruksjonsmodellen i en tid tilsvarende nesten 160 0 sekunder, dvs. ca. 26 minutter, både med og uten skjørt 11, 11'. Man ser av figur 2 at konstruksjonsmodellen ruller med vertikalaksen mer enn 8 grader ut fra vertikalen. Figur 3 viser et tilsvarende diagram som figur 2, over en flytende konstruksjons modells hivbevegelse i bølger, målt i det samme forsøket som vist i figur 2 i en skipsmodelltank. Vertikalaksen viser det vertikale utslag av hivbevegelsen, fra -3 meter til +5 meter. Av dette diagrammet og at den hiver mer enn 3,1 meter ved en bølgeperiode tilsvarende 18 sekunder. Det ble observert under forsøket at bølgene vasket opp på den flytende konstruksjonens dekk. Figur 2 og 3 viser at den flytende konstruksjonen kommer i sterke egensving-ninger etter ca. 600 sekunder eller 10 minutter. Det foregår en jevn oppbygning av hiv fra ca. 240 sekunder eller fire minutter, fulgt av en oppbygning av økende rulling etter ca. 3 60 sekunder eller seks minutter. Etter ca. 10 00 sekunder eller 16 minutter når rullingen et foreløpig maksimum, etterfulgt av en svekning av rulling. Tilsvarende skjer også i hivbevegelsen. Deretter skjer en ny oppbygning av både hiv og rulling som kulminerer noe mer intenst ved ca. 1500 sekunder, for igjen å avta inntil eksperimentet ble avsluttet.

Deretter ble et nesten identisk eksperiment foretatt med en tilsvarende flytende modellkonstruksjon, men nå anordnet med skjørtet 11 som beskrevet ovenfor. Egenperioden for den flytende konstruksjonsmodellen ble funnet til å være mellom 4 0 og 41 sekunder, ved en bølgeperiode på ca. 2 0 sekunder. Resultatene over rulling og hiv i disse eksperimentene er vist i figurene 4 og 5, og er ganske annerledes enn i forsøk-ene uten skjørt. Først og fremst er amplituden av rulling og hiv vesentlig redusert. Største rulling er -0,6 grader, og største hiv er -0,8 meter. Hivbevegelsen øker progressivt fra 200 sekunder, dvs. litt over 3 minutter, etterfulgt av en progressivt økende rullebevegelse som setter inn ved ca. 250-300 sekunder. Både rulling og hiv når et foreløpig maksimum før ca. 400 sekunder, men holder dette nivået svært stabilt inntil 1200 sekunder, hvor det forekommer en splitting av svingemønsteret i to rulle- og hivbevegelser med den doble perioden, med energien fordelt ujevnt mellom de to beveg-elsene. Man ser også antydninger omkring tiden T=1400 s at det foregår en overføring mellom rulle- og hiv-energi ved at de vekselvis har lokale maksima og minima. Uansett er både rulling og hiv meget sterkt redusert. Dersom man grovt trek-ker ut en jevn rullebevegelse etter T=4 0 0 sekunder til ca. 0,3 grader med skjørt, og 6,5 grader uten skjørt, representerer rullingen ved egenperioden for den flytende modellkonstruksjonen ifølge oppfinnelsen med skjørt 4,6% av rullingen ved egenperioden uten skjørt. Egenperioden er også forlenget fra 36 sekunder til ca. 4 0 sekunder, noe som var forventet. Reduksjonen av rullingen utgjør en vesentlig forbedring, og økningen av egenperioden er også en operativ fordel. Til sammen reduserer disse to effektene en vesentlig reduksjon av bølgeinduserte akselerasjoner ombord i den flytende konstruksjoner. Dermed reduseres tapt tid til arbeidsprosesser når forholdene forverres på grunn av grov sjø. En kunne ved forsøket observere hvirveldannelse omkring den flytende konstruksjonsmodellen, noe som viser at bølge-og svingeenergien blir omdannet til hvirvler, noe som disper-gerer energien ut i vannet ved turbulens.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen vil skjørtet 11, 11' støttes av avstivningselementer, fortrinnsvis tre-kantformede kneplater 110,110' mellom undervannsdelens ytterflate 100, eventuelt bunnflate 120, og skjørtet 11. I tillegg til å stive opp skjørtet 11, 11' vil kneplatene 110, 110' til en viss grad medvirke til å dempe strømningen av vann langs skjørtene 11, 11' i de sektorer av skjørtene som ligger på tvers av rullingens vinkelutslag. Kneplatene vil således også kunne bidra til dempningen av rulling.

Det kan også være hensiktsmessig at skjørtet 11, 11' er diskontinuerlig på den minst ene undervannsdelen 10, dersom det er nødvendig med mindre eller større gjennomføringer eller åpninger for fortøyningskjettinger, rørarrangement, kraftoverføringer, etc. Dersom den flytende konstruksjonen har flere under vannlinjen separate undervannsdeler 10 kan det være hensiktsmessig å anordne det nødvendigvis diskonti-nuerlige skjørtet 11, 11' kun på de perifere deler av under-vannsdelene 10 som vender med radius vektor ut fra fartøyets svingepunkt PP. Det foreligger også en mulighet for å la skjørtet 11, 11' ha varierende utstikkende, tilpasset de dynamiske forhold som opptrer dersom den flytende konstruksjonen ikke har symmetri i sitt rotasjons-treghetsmoment om forskjellige horisontale akser gjennom svingepunktet PP.

I en foretrukket utførelse av den flytende konstuksjonen er skjørtets 11, 11' utstikkende lengde fra en innfestnings-kant ill mot undervannsdelens 10 ytterflate 100 eller bunnflate 120 mellom 1 meter og 8 meter. I en ytterligere foretrukket utførelse av den flytende konstruksjonen er skjørtets 11, 11' utstikkende lengde fra innfestningskanten 111 mellom 1,5 meter og 4,5 meter.

Den flytende konstruksjonen kan ha en total høyde av-hengig av de lokale forhold den skal benyttes under, behovet

for midlertidig eller langvarig lastekapasitet, behovet for å motstå bølger og vind, lokale isforhold etc. I en foretrukket utførelse utgjør oppfinnelsen en flytende konstruksjon bestå-ende av en lastebøye med en undervannsdel 10 med lagertanker for petroleumsfluider og flytende ballast, samt permanent ballast, og en overvannsdel med flere arbeidsdekk som beskrevet ovenfor, med en total høyde for bøyen på omtrent 50-100 meter. Bøyen har i en foretrukket utførelse innretninger for å styre og kontrollere produksjon av petroleumsfluider fra geologiske formasjoner lokalt i havbunnen, eller via rørledninger fra fjernere kilder. Bøyen kan også ha mann-skapskvarter, terminaler og anordninger for transport av mannskap og utstyr, så som helikopterdekk og kraner, samt lokalt utstyr for nødvendig behandling og transport av pe-troleumsf luider , så som pumper, kompressorer, ventiler, rør-opplegg, slangebommer og lasteslanger / returslanger. Den flytende konstruksjonen vil i en foretrukket utførelse også omfatte nødvendige forankringsanordninger til havbunnen. I en foretrukket utførelse har den flytende konstruksjonen for-tøyningsutstyr for å forbinde den flytende konstruksjonen med tankfartøy som ankommer for å laste petroleumsfluider så som olje eller gass fra den flytende konstruksjonens tanker eller fra rørledninger som fører direkte fra reservoaret via bunn-konstruksjoner opp til den flytende konstruksjonen. Bøyen kan også omfatte innretninger for retur av fluider så som vann, gass eller produksjonsstimulerende midler fra den flytende konstruksjonen eller tankfartøyet til reservoaret. Oppfinnelsen omfatter også en bøye eller halvt nedsenkbar plattform med kraftanordninger for dynamisk posisjonering, eller et flytende lagrings- og lastefartøy FSO eller et flytende produksjons- lagrings- og lastefartøy FPSO.

Claims (5)

1. Flytende konstruksjon, herunder bøyer og halvt nedsenkbare fartøy med minst ett over vannlinjen ragende parti (30) og minst en ballast- eller lastførende undervannsdel (10) med ett eller flere utoverragende plateformet skjørt (11,11') som er kontinuerlig rundt undervannsdelens (10) ytterflate (100), innrettet til å dempe den flytende konstruksjonens svingninger i sjøen, fortrinnsvis rulling / stamping og hiv, karakterisert ved at skjørtet (11,11') strekker seg ut fra undervannsdelen og flukter med radius vektor ut fra den flytende konstruksjonens svingningspunkt eller senter for den flytende konstruksjonens rulle- eller stampebevegelse; idet skjørtets (11,11') flater er innrettet til å stå hovedsakelig perpendikulært på den flytende konstruksjonens rulle- eller stampebevegelse.

2. Flytende konstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at skjørtets (11, 11') og undervannsdelens (10) grunnriss er hovedsakelig sirkulært eller mangekantet.

3. Flytende konstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved avstivningselementer, fortrinnsvis kneplater (110,110') mellom undervannsdelens (10) ytterflate (100), eventuelt bunnflate (120), og skjørtet (11, 11").

4. Flytende konstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at skjørtets (11, 11') utstikkende lengde fra innfestningskanten (111) er mellom l meter og 8 meter.

5. Flytende konstruksjon ifølge krav 4, karakterisert ved at skjørtets (11, 11<*>) utstikkende lengde fra innfestningskanten (111) er mellom 1,5 meter og 4,5 meter.