NO312354B1 - Lasemekanisme, saerlig for lasing av en boye - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en mekanisme for frigjørbar låsing av et element i forhold til et fundament, særlig for låsing av en bøye i et nedad åpent opptaksrom i et flytende fartøy, omfattende en dreibart lagret Iåsearm som er svingbar mellom en frigjøringsstilling og en låsestilling i hvilken en anleggskant på låsearmen er i inngrep med en anleggskant på elementet som skal låses, en leddkopling som er innkoplet mellom låsearmen og fundamentet, og som i låsestillingen befinner seg i en selvlåsende over-senter-stilling, og en drivanordning for påvirkning av leddkoplingen.

En mekanisme av ovennevnte type er eksempelvis kjent fra USSR oppfinnersertifikat nr. 912 622.

Det er tidligere kjent forskjellige typer av låsemekanismer for frigjørbar låsing av bøyer til fartøyer i forbindelse med offshoreproduksjon av hydrokarboner. Et spesielt system på dette område er det såkalte STL- eller STP-system, hvor STL står for "Submerget Turret Loading" og STP står for "Submerged Turret Production". I dette system benyttes en konisk formet, todelt bøye som trekkes inn i et konisk formet opptaksrom i bunnen av et skip. En ytre del av bøyen låses fast ved hjelp av en hydraulisk operert låsemekanisme. Ankerliner er festet til en sentral del av bøyen, slik at når bøyen er låst i opptaksrommet, vil skipet være forankret og kan dreie seg om bøyens sentrale del under påvirkning av værforholdene.

En låsemekanisme for en slik bøye er eksempelvis kjent fra US patentskrift nr. 5 529 521. Denne mekanisme omfatter bare to låsehaker med forholdsvis små anleggsflater som opptar alle vertikale krefter. Mekanismen er beregnet for bøyer med en diameter på opptil 2700 mm, og er mindre egnet for større bøyer hvor større forankringskrefter opptrer.

Utviklingen av STL/STP-systemet har i den senere tid gått i retning av større bøyer og større krefter fra forankringssystemet. Det er derfor et behov for en låsemekanisme som kan oppta forholdsvis store forankringskrefter, samtidig som den kan oppfylle de krav som stilles med hensyn til sikkerhet ved bruk.

På denne bakgrunn er det et hovedformål med oppfinnelsen å tilveiebringe en låsemekanisme som er i stand til å låse bøyer av den aktuelle type med en ønsket forspenningskraft på offshorefelter der forankringskreftene er store, eller på felter som krever større bøyer.

Ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en slik låsemekanisme som kan være uavhengig av hydraulisk trykk for å holde bøyen mekanisk låst med den ønskede forspenningskraft når mekanismen er i låst posisjon, og som også kan ha en hurtigfrakoplingsfunksjon.

For oppnåelse av ovennevnte formål er det tilveiebrakt en mekanisme av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at leddkoplingen omfatter et lengdeinnstillbart, første ledd som fra en utgangsstilling med låsearmen nær sin låsestilling er innrettet til å endre lengde for derved å svinge låsearmen ytterligere til en endelig låsestilling for oppnåelse av en ønsket forspenningskraft i inngrepet mellom låsearmens og elementets anleggskanter.

I en fordelaktig utførelse av mekanismen ifølge oppfinnelsen utgjøres leddkoplingen av det første ledd og et andre ledd i form av en arm hvis ene ende er dreibart forbundet med det første ledd, og hvis andre ende er dreibart lagret i en av fundamentet understøttet ramme, idet det første ledd er forbundet med låsearmen.

Det er videre fordelaktig at det første ledd er en hydraulisk sylinder med en stempelstang hvis ene ende er forbundet med låsearmen.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende ved hjelp av utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der

fig. 1 viser et skjematisk sideriss av en første utførelse av mekanismen ifølge oppfinnelsen, med låsearmen i sin frigjøringsstilling i forhold til den øvre del av en bøye som er vist i snitt,

fig. 2 viser et i hovedsaken tilsvarende riss som fig. 1, med låsearmen i låsestillingen,

fig. 3 viser et skjematisk grunnriss av låsemekanismen og bøyen ifølge fig. 2,

fig. 4 viser et skjematisk sideriss av en andre utførelse av mekanismen ifølge oppfinnelsen, med låsearmen i sin frigjøringsstilling i forhold til den øvre del av en bøye som er vist i snitt,

fig. 5 viser et tilsvarende riss som fig. 4, med låsearmen i låsestillingen,

fig. 6 viser et skjematisk grunnriss av låsemekanismen og bøyen ifølge fig. 5, og

fig. 7 og 8 viser sideriss av den samme utførelse av låsemekanismen som den som er vist på fig. 4 og 5, men hvor mekanismens montering i den understøttende ramme er modifisert i forhold til monteringen på fig. 4 og 5.

Selv om oppfinnelsen i det følgende vil bli beskrevet i forbindelse med låsing av en bøye, vil det innses at låsemekanismen også kan tilpasses for benyttelse på andre områder, f.eks. i forbindelse med en kjettingstopper.

I utførelsen på fig. 1-3 er det vist en låsemekanisme 1 for frigjørbar låsing av en bøye 2 i et opptaksrom i et fartøy. Tegningen viser bare en øvre del av bøyen, og opptaksrommet er symbolsk betegnet med 3. Mekanismen er montert i en ramme 4 som er understøttet av et fundament 5 på fartøyet, f.eks. fartøyets dekk. På tegningen er det vist bare én låsemekanisme 1 i forbindelse med bøyen. Det vil imidlertid være klart at det i praksis vil være anordnet flere mekanismer, f.eks. tre eller fire, som vil være fordelt med like vinkelavstander rundt bøyens omkrets.

Som vist, omfatter mekanismen en Iåsearm eller låsejekk 6 som er dreibart lagret i rammen 4 i en dreieforbindelse A, og som er svingbar mellom en frigjøringsstillmg og en låsestilling i hvilken en anleggskant 7 på låsearmen 6 er i inngrep med en anleggskant 8 på bøyen 2. I dreiepunktet A vil alle vertikale krefter bli overført til fundamentet 5 via rammen 4.

Låsearmen 6 er ved sin frie ende dreibart forbundet med en leddkopling 9 i en dreieforbindelse B. Leddkoplingen består av et første ledd 10 og et andre ledd 11 som er dreibart forbundet med hverandre i en felles dreieforbindelse C. Det andre ledd er dreibart opplagret i rammen 4 i en dreieforbindelse D, og er koplet til en drivanordning som skal beskrives nærmere nedenfor. I låsearmens låsestilling (vist på fig. 2) befinner leddkoplingen 9 seg i en selvlåsende over-senter-stilling slik som nærmere beskrevet nedenfor.

I overensstemmelse med oppfinnelsen er det første ledd 10 utformet som et lengdeinnstillbart ledd som fra en utgangsstilling med låsearmen 6 nær sin låsestilling er innrettet til å endre lengde for derved å svinge låsearmen ytterligere til en endelig låsestilling i hvilken låsearmens anleggskant 7 er forspent med en ønsket kraft mot anleggskanten på det element som skal låses, i det viste tilfelle bøyens 2 anleggskant 8.

Slik det vil innses av en fagmann, kan den ønskede lengderegulering av leddet 10 oppnås ved hjelp av forskjellige arrangementer, f.eks. ved hjelp av en mekanisk lengderegulerbar anordning. I den viste, foretrukne utførelse er det lengdeinnstillbare ledd 10 en hydraulisk sylinder med en stempelstang 12 hvis ene ende er forbundet med låsearmen 6 i dreieforbindelsen B.

Slik det fremgår av fig. 3, består det andre ledd 11 i den viste utførelse av en dobbel veivarm 13 som er svingbar fra en første stilling (fig. 1) i hvilken låsearmen 6 er i sin frigjøringsstilling, i retning bort fra låsearmen til en andre stilling (fig. 2) i hvilken leddkoplingen 9 befinner seg i over-senter-stillingen med leddkoplingens felles dreieforbindelse C og dens dreieforbindelse B med låsearmen 6 beliggende på motsatte sider av leddkoplingens opplagringspunkt D i rammen 4. Over-senter-stillingen er oppnådd ved at veivarmen 13 er svinget forbi et nedre dødpunkt for leddkoplingen, hvilket dødpunkt er definert ved at dreieforbindelsene B, C og D ligger på en rett linje.

I over-senter-stillingen hviler det andre ledd 11 mot et støtteelement 14 som hindrer ytterligere svingebevegelse av leddkoplingen.

Slik det fremgår av fig. 2, er stempelstangen 12 i den hydrauliske sylinder 10 gjennomgående, og ved den motsatte ende av stangen i forhold til forbindelsen med låsearmen 6 er stangen forsynt med en anordning for mekanisk låsing av stangen i forhold til sylinderen 10, etter at sylinderen er blitt aktivert og har anbrakt låsearmen i dens endelige låsestilling. I den viste utførelse består denne låseanordning av en mutter 15 som er påskrudd på et gjenget parti av stangenden, og en distansering (ikke vist) som ligger an mot den tilstøtende ende av den hydrauliske sylinder 10.

Ved siden av støtteelementet 14 er det montert en hydraulisk sylinder 16 under det andre ledd 11, eller fortrinnsvis en hydraulisk sylinder under hver av veivarmene 13, for å returnere det andre ledd fra over-senter-stillingen og forbi det nevnte dødpunkt, i forbindelse med en nødutløsning av låsemekanismen. På denne måte oppnås en sikker og rask nødutløsning, noe som er vesentlig i en nødssituasjon.

Slik som foran nevnt, er det andre ledd 11 koplet til en drivanordning for oppnåelse av den nevnte bevegelse av leddkoplingen når låsearmen skal bringes til sin låsestilling, eller for motsatt bevegelse av leddkoplingen ved en planlagt utløsning av låsemekanismen, f.eks. i forbindelse med vedlikehold. I den viste utførelse omfatter drivanordningen et tannhjul 17 som er anbrakt på en aksel 18 som inngår i den dreibare opplagring av det andre ledd 11 i rammen 4, og en tannstang 19 som er i inngrep med tannhjulet 17 og er forskyvbar i nødvendig utstrekning ved hjelp av en hydraulisk sylinder 20.

Den viste drivanordning representerer bare et eksempel. I stedet for tannstang og hydraulisk sylinder kan det eksempelvis benyttes en hydraulisk motor og tannhjul, eller en hydraulisk sylinder kan være koplet direkte til låsearmen.

En operasjonssyklus ved låsing av en bøye ved hjelp av utførelsen ifølge fig. 1-3 skal beskrives nærmere nedenfor.

Bøyen 2 trekkes inn i skipets opptaksrom 3 ved hjelp av en trekkvinsj og en med bøyen forbundet trosse. Når bøyen er bekreftet "i posisjon" ved hjelp av to sensorer (ikke vist), er bøyen klar for låsing. Når bøyen er klar for låsing, svinges den dobbelte veivarm 13 ved hjelp av drivanordningen og trekker med seg den hydrauliske sylinder 10 og låsearmen 6. Den hydrauliske sylinder er ikke operativ på dette tidspunkt. Veivarmen 13 roteres inntil den kommer forbi det nedre dødpunkt og etter noen få graders ytterligere dreining kommer til anlegg mot støtteelementet 14. Låsemekanismen er nå i over-senter-stillingen, og kan ikke utløses uten bruk av hydraulisk kraft ved hjelp av sylinderen (eller sylindrene) 16, eller ved benyttelse av drivanordningen ved en normal eller planlagt utløsning av låsemekanismen.

Når veivarmen 13 har landet på støtteelementet 14, vil det typisk være 10 til 20 mm klaring mellom låsearmens og bøyens anleggskanter 7 hhv. 8. På dette tidspunkt aktiveres den hydrauliske sylinder 10, og stempelstangen 12 beveges slik at låsearmen 6 svinges ytterligere og de nevnte anleggskanter bringes i kontakt med hverandre. Når kontakt er oppnådd, økes det hydrauliske trykk ytterligere for å trekke bøyen ytterligere inn i opptaksrommet, og slik at det oppnås en ønsket forspenning i inngrepet mellom bøyens og låsearmens anleggskanter. Riktig trykk opprettholdes i sylinderen 10 inntil man kan foreta manuell tilskruing av mutteren 15 på stempelstangen, slik at den kommer til anlegg mot distanseringen. Når dette er gjort, kan trykket i sylinderen utløses, og bøyen er da mekanisk låst med riktig forspenning.

Ved en eventuell nødfrakopling benyttes den eller de hydrauliske sylindrer 16 til å skyve veivarmen 13 noe oppover forbi dødpunktet. Idet veivarmen passerer dødpunktet, vil låsearmen bli rotert på grunn av vekten fra bøyen. Dreieanordningen 17-20 vil sørge for en dempet bevegelse av låsemekanismen ved en nødfrakopling.

Under normale omstendigheter vil trinnene ved en fråkopling av låsemekanismen bli utført i motsatt rekkefølge av den ovenfor beskrevne operasjonssyklus.

En andre utførelse av låsemekanismen ifølge oppfinnelsen er vist på fig. 4-6. Disse figurer viser en låsemekanisme som i vesentlig utstrekning svarer til låsemekanismen ifølge fig. 1-3, men hvor særlig leddkoplingen er utformet på en noe forskjellig måte. For unngåelse av unødige gjentakelser henvises det derfor også til den foregående beskrivelse når det gjelder mekanismens konstruksjon og virkemåte.

På tilsvarende måte som fig. 1-3 viser fig. 4-6 en mekanisme som er beregnet for låsing av en bøye 2 i et opptaksrom 3 i et fartøy. Mekanismen, som her er betegnet med 30, er montert i en ramme 4 som er understøttet av et fundament 5, f.eks. et dekk på vedkommende fartøy. Mekanismen har en Iåsearm eller låsejekk 31 som har stort sett samme utforming som låsearmen/låsejekken 6 i den første utførelse. Låsearmens anleggskant for inngrep med bøyens 2 anleggskant 8 er her betegnet med 32.

Mekanismen omfatter en leddkopling 33 som består av et første ledd 34 og et andre ledd 35 som er tilkoplet til henholdsvis låsearmen 31 og rammen 4 på tilsvarende måte som i den første utførelse. Det lengdeinnstillbare ledd 34 består også i denne utførelse av en hydraulisk sylinder med en stempelstang 36 som ved sin ene ende er forbundet med låsearmen 31 i dreieforbindelsen B. Denne ende av stangen 36 er forsynt med et gjenget parti med en mutter 37 som kan skrues til anlegg mot en distansering 38, på liknende måte som i den første utførelse for mekanisk låsing av stangen i forhold til sylinderen, etter at sylinderen er blitt aktivert og har ført låsearmen 31 til dens endelige låsestilling.

Det andre ledd 35 består av en leddarm som under innvirkning av mekanismens drivanordning er svingbar fra en første stilling (fig. 4) i hvilken låsearmen 31 er i sin frigjøringsstilling, i retning mot låsearmen til en andre stilling (fig. 5) i hvilken leddkoplingen 33 befinner seg i over-senter-stillingen med leddkoplingens felles dreieforbindelse C beliggende mellom dreieforbindelsen B med låsearmen og leddkoplingens opplagringspunkt D i rammen. Leddarmen 35 er da svinget forbi leddkoplingens dødpunkt som er definert ved at dreieforbindelsene B, C og D ligger på en rett linje.

I over-senter-stillingen hviler leddarmen 35 mot et støtteelement 39 som hindrer ytterligere bevegelse av leddkoplingen.

Mekanismens drivanordning, for bevegelse av leddkoplingen når låsearmen 31 skal bringes til sin låsestilling, er i denne utførelse vist å bestå av en hydraulisk sylinder 40 som er innkoplet mellom leddarmen 35 og fundamentet 5. Som et alternativ til den viste drivanordning kan det f.eks. benyttes en hydraulisk motor og tannhjul, eller en tannstang og et tannhjul, slik som i den første utførelse.

Ved siden av støtteelementet 39 er det også i denne utførelse montert en hydraulisk sylinder 41, eller eventuelt to sylindrer, under leddarmen 35, for å returnere leddkoplingen forbi dødpunktet i forbindelse med en nødutløsning av låsemekanismen, slik som i den første utførelse.

Virkemåten for låsemekanismen ifølge fig. 4-6 svarer til virkemåten for den første utførelse. Det henvises derfor til den foran beskrevne operasjonssyklus for den første utførelse.

Slik det fremgår av fig. 5, er den nedre del av låsearmen 31 beliggende i en fordypning 41 i fundamentet 5, dvs. fartøyets dekk, når leddkoplingen 33 er i over-senter-stillingen og låsearmen 31 er i sin låste stilling. Dette muliggjør en lav byggehøyde for låsemekanismen. Dersom man ønsker å unngå en slik fordypning i dekket, og der hvor en lav byggehøyde ikke er noe krav, kan en tilsvarende låsemekanisme monteres i en noe høyere ramme 4, nærmere bestemt ved å heve stedet for opplagring av leddarmen i rammen til et høyere nivå. En slik modifisert montering er vist på fig. 7 og 8.

Ved hjelp av låsemekanismen ifølge oppfinnelsen oppnås en rekke fordeler som kan sammenfattes som følger: • Øket tilgjengelighet. Når flere låsemekanismer fordeles rundt en bøye kan man reparere eller vedlikeholde en mekanisme av gangen uten at dette går ut over systemets låsekapasitet. Det vil også være mulig å bytte ut en hel låsemekanisme uten at dette vil påvirke låsingen av bøyen.

• Bedre fordeling av krefter mellom bøye og låsemekanisme.

• Låsemekanismen vil være lett å installere. Mekanismen vil kunne produseres og settes sammen som en enhet sammen med den aktuelle ramme. Installasjonen kan skje ved skruemontering eller ved sveising mot fundamentet. • Omliggende stålstrukturer vil bare se kreftene fra bøyen. Alle andre krefter i forbindelse med låsearrangementet vil bli utliknet eller opptatt internt i låsemekanismen.

• Mekanismen vil tåle å stå under vann i lengre perioder.

• Det er enkelt å kontrollere forspenningen av bøyen ved å tilføre riktig trykk til den hydrauliske sylinder. • Låsemekanismen vil være "død" under bruk, og er ikke avhengig av et bibeholdt hydraulisk trykk. • Mekanismen er fleksibel med hensyn til krefter fra bøyen, og er tilrettelagt for ulike bøyestørrelser. Antall låsejekker kan varieres avhengig av behovet.

Claims (11)

1. Mekanisme for frigjørbar låsing av et element i forhold til et fundament, særlig for låsing av en bøye (2) i et nedad åpent opptaksrom (3) i et flytende fartøy, omfattende en dreibart lagret Iåsearm (6; 31) som er svingbar mellom en frigjøringsstilling og en låsestilling i hvilken en anleggskant (7; 32) på låsearmen (6; 31) er i inngrep med en anleggskant (8) på elementet (2) som skal låses, en leddkopling (9; 33) som er innkoplet mellom låsearmen og fundamentet (5), og som i låsestillingen befinner seg i en selvlåsende over-senter-stilling, og en drivanordning (17-20; 40) for påvirkning av leddkoplingen (9; 33), karakterisert ved at leddkoplingen (9; 33) omfatter et lengdeinnstillbart, første ledd (10; 34) som fra en utgangsstilling med låsearmen (6; 31) nær sin låsestilling er innrettet til å endre lengde for derved å svinge låsearmen ytterligere til en endelig låsestilling, for oppnåelse av en ønsket forspenningskraft i inngrepet mellom låsearmens (6; 31) og elementets (2) anleggskanter (7; 32 og 8).

2. Mekanisme ifølge krav 1, karakterisert ved at leddkoplingen (9; 33) utgjøres av det første ledd (10; 34) og et andre ledd (11; 35) i form av en arm hvis ene ende er dreibart forbundet med det første ledd (10; 34), og hvis andre ende er dreibart lagret i en av fundamentet (5) understøttet ramme (4), idet det første ledd (10; 34) er forbundet med låsearmen (6; 31).

3. Mekanisme ifølge krav 2, karakterisert ved at det første ledd (10; 34) er en hydraulisk sylinder med en stempelstang (12; 36) hvis ene ende er forbundet med låsearmen (6; 31).

4. Mekanisme ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at det andre ledd (11) utgjøres av en veivarm (13) som under innvirkning av drivanordningen (17-20) er svingbar fra en første stilling i hvilken låsearmen (6) er i sin frigjøringsstilling, i retning bort fra låsearmen til en andre stilling i hvilken leddkoplingen (9) befinner seg i over-senter-stillingen med leddkoplingens felles dreieforbindelse (C) og dens dreieforbindelse (B) med låsearmen (6) beliggende på motsatte sider av leddkoplingens (9) dreibare opplagring (D) i rammen (4), med veivarmen (13) hvilende mot et støtteelement (14) og med låsearmen (6) beliggende nær sin endelige låsestilling.

5. Mekanisme ifølge krav 3 og 4, karakterisert ved at sylinderens (10) stempelstang (12) er gjennomgående, og at stangen (12) ved den motsatte ende i forhold til forbindelsen med låsearmen (6) er forsynt med en anordning (15) for mekanisk låsing av stangen (12) i forhold til sylinderen (10), etter aktivering av sylinderen for anbringelse av låsearmen (6) i dens endelige låsestilling.

6. Mekanisme ifølge krav 5, karakterisert ved at anordningen for mekanisk låsing omfatter en mutter (15) som er påskrudd på et gjenget parti av stempelstangens (12) ende, og en distansering som er anbrakt mellom mutteren (15) og vedkommende ende av sylinderen (10).

7. Mekanisme ifølge ett av kravene 4-6, karakterisert ved at drivanordningen omfatter et tannhjul (17) som er anbrakt på en aksel (18) som inngår i den dreibare opplagring av leddkoplingens (9) andre ledd (11) i rammen (4), og en tannstang (19) som er i inngrep med tannhjulet (17) og er forskyvbar ved hjelp av en hydraulisk sylinder (20).

8. Mekanisme ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at det andre ledd (35) utgjøres av en leddarm som under innvirkning av drivanordningen (40) er svingbar fra en første stilling i hvilken låsearmen (31) er i sin frigjøringsstilling, i retning mot låsearmen (31) til en andre stilling i hvilken leddkoplingen (33) befinner seg i over-senter-stillingen med leddkoplingens felles dreieforbindelse (C) beliggende mellom dreieforbindelsen (B) med låsearmen (31) og leddkoplingens (33) dreibare opplagring (D) i rammen (4), med leddarmen (35) hvilende mot et støtteelement (39) og med låsearmen (31) beliggende nær sin endelige låsestilling.

9. Mekanisme ifølge krav 3 og 8, karakterisert ved at sylinderens (34) stempelstang (36) ved den ende som er forbundet med låsearmen (31), er forsynt med et gjenget parti med en mutter (37) som kan skrues til anlegg mot et distansestykke (38), for mekanisk låsing av stangen (36) i forhold til sylinderen (34), etter aktivering av sylinderen for anbringelse av låsearmen (31) i dens endelige låsestilling.

10. Mekanisme ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at drivanordningen (40) omfatter en hydraulisk sylinder som er innkoplet mellom leddarmen (35) og fundamentet (5).

11. Mekanisme ifølge ett av kravene 4-10, karakterisert ved at den omfatter en hydraulisk sylinder (16; 41) som er innrettet til å returnere det andre ledd (11; 35) fra over-senter-stillingen og forbi vedkommende dødpunkt for leddkoplingen (9; 33) i forbindelse med en nødutløsning av låsemekanismen (1; 30).