NO316832B1 - Lastoverforingssystem - Google Patents

Abstract

Et system for løfting og flytting av tunge laster, særlig for bruk ved installasjon eller fjerning av offshore-plattformer, omfattende et antall løfteinnretninger (1) som er innrettet for montering på en flytekonstruksjon (2) som ved bruk flyter på overflaten (3) av en vannmasse (4) ved siden av den last som skal løftes. Hver løfteinnretning (1) omfatter en vektarmenhet (5) med en første (6) og en andre (7) arm som rager i motsatte retninger fra et felles opplagringspunkt (8), idet den første arm ved sin frie ende har et løftepunkt (11) for inngrep med lasten, minst én første beholder (12) som er forbundet med den første arm (6) i et punkt nær det nevnte løftepunkt og som er innettet fil å oppta og avgi et strømbart medium og til å nedsenkes i vannmassen (4), og minst én andre beholder (19) som er opphengt ved den frie ende av den andre arm (7). Beholdernes indre står i innbyrdes forbindelse via en rørledningsanordning (21), og det er sørget for en anordning (22) for rask overføring av medium i den første beholder (12) via rørledningsanordningen (21) til den andre beholder (19).

Description

Oppfinnelsen angår et system for løfting og flytting av tunge laster, særlig for bruk ved installasjon eller fjerning av offshoreplattformer, omfattende et antall Iøfteinnretninger som er innrettet for montering på en flytekonstruksjon som ved bruk flyter på overflaten av en vannmasse ved siden av den last som skal løftes.

Det er tidligere kjent forskjellige typer av systemer og innretninger for løfting av tunge seksjoner ved installasjon eller fjerning av offshoreplattformer. Konvensjonelle metoder i denne forbindelse har vanligvis vært basert på benyttelse av offshore-kranfartøyer eller tungløftfartøyer. Ved en typisk slik operasjon vil et kranfartøy posisjonere seg nær opp til en plattform og løfte de forskjellige seksjoner av plattformen i en forutbestemt sekvens.

Slike kjente systemer er blant annet beskrevet i US patent 4 529 064,

US patent 4 067 446, GB 2 143 195, NL 8 401 162.

Det er også kjent systemer eller innretninger som er konstruert for å løfte hele overvannsdelen eller dekket av en plattform i en eneste operasjon. Ett slikt system, som er av den innledningsvis angitte type, er det såkalte "Versatruss"løftesystem. Dette system er et dobbeltlekter-løftesystem som er basert på to lektere som er -beliggende i en passende innbyrdes avstand på motsatte sider av den konstruksjon som skal løftes, og som er innbyrdes forbundet og ved hjelp av vinsjanordninger kan trekkes mot hverandre med stor kraft. På hver lekter er det plassert et antall løftebommer som er skråttstilt innover og oppover mot lasten, og som bringes i inngrep med lasten. Deretter trekkes de to lektere mot hverandre, slik at løftebommenes hellingsvinkler økes etter hvert som avstanden mellom lekterne avtar, og lasten løftes dermed opp i området mellom lekterne som da danner en katamarankonfigurasjon.

Dette kjente system er basert på skreddersydde løftebommer som da må spesiallages eller tilpasses for hver løfteoperasjon. Videre er systemet begrenset til anvendelse i forholdsvis rolige farvann, uten særlig store bølgebevegelser, da det her dreier seg om meget tunge løft, opptil 20 000 tonn, og dermed meget store krefter, slik at det ved større bølger lett kan oppstå alvorlige skader på eller ødeleggelser av utstyret, da systemet ikke har noen form for hivkompensasjon.

En annen kjent innretning på dette område er den såkalte "offshoreskyttel". Dette er et U-formet, ubemannet offshorefartøy som er basert på slepebåter for driftsassistanse. Ved installasjon eller fjerning av plattformkonstruksjoner ballastes fartøyet ned slik at det nedsenkes og omslutter plattformoverdelen eller dekket, og deballastes deretter slik at konstruksjonen løftes. En typisk "offshoreskyttel" kan være 150 m lang, 80 m bred og 60 m høy, og ha en vekt på ca. 12 000 tonn. Det dreier seg således om en stor konstruksjon. Konstruksjonen har den fordel at den er meget stabil i nedsenket tilstand, på tilsvarende måte som en halvt neddykket konstruksjon eller "semi-sub". Dette prinsipp krever imidlertid en tilsvarende dybde på anvendelsesstedet.

De hittil kjente konsepter, som er basert på semi-sub-prinsippet eller på to sammenkoplede fartøyer i en katamarankonfigurasjon, vil i praksis stå overfor alvorlige problemstillinger. Et hovedproblem når det dreier seg om en semi-sub, er den tid det tar å evakuere ballasten til et punkt der den halvt nedsenkede konstruksjon møter det objekt som skal løftes, og den tid det tar å utføre løftet. De aktuelle problemer er selvsagt knyttet til den hivbevegelse som de flytende objekter får som følge av bølgepåvirkning.

Som ovenfor nevnt, vil en semi-sub være forholdsvis stabil og bli forholdsvis lite påvirket av bølger. Dersom man imidlertid antar at bølgene får en påvirkning, vil massekreftene som settes i bevegelse, måtte bli tatt opp når flytekonstruksjonen møter objektet som skal løftes. Det er lett å innse de alvorlige konsekvenser av at en slik fiytekonstruksjon (12000 tonn) får en hivbevegelse på 1 m og treffer et plattformdekk på vei opp fra en bølgedal.

Det andre problem som man kan møte, er at man med en semi-sub-løsning eller et tofartøy-system ikke klarer å foreta et løft til sikker høyde innenfor en bølgeperiode. Konsekvensen av dette kan bli at lasten (plattformdekket) settes tilbake på det fundament som den ble løftet opp fra, slik at man påfører skader eller eventuelt mister hele løftet, eller at man ved installasjon får en akselerasjon som følge av feilaktig "timing".

Et ytterligere problem i forbindelse med slike løfteoperasjoner er den usikkerhet som råder rundt fordelingen av vekter på et plattformdekk. I tidligere tider hadde man ikke tilstrekkelig dokumentasjon og kontroll av byggeprosessen, og de etterfølgende modifikasjoner på plattformene ble heller ikke fullstendig dokumentert. Dette forhold kan medføre at man ikke kjenner plattformdekkets tyngdepunkt, og man kan derfor ikke forberede en kontrollert deballasting av flytekonstruksjonene, slik at dette forhold tas i betraktning. Konsekvensene kan være et skjevløft, eller i ytterste konsekvens at løftet ikke kan gjennomføres.

På denne bakgrunn er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et system som har meget stor løfteevne og iboende hivkompensasjon, hvor systemet kan kontrollere de til løfteobjektet overførte krefter under hele løfteoperasjonen, og et løft til sikker høyde kan utføres innenfor en bølgeperiode, slik at systemet er egnet for løfting av meget tunge laster samtidig som det er sikkert i drift.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et slikt system som er kostnadseffektivt og som er modulbasert, slik at flere løfteinnretninger kan bygges sammen etter behov.

For oppnåelse av ovennevnte formål er det tilveiebrakt et system av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at hver løfteinnretning omfatter en vektarmenhet med en første og en andre arm som rager i motsatte retninger fra et felles opplagringspunkt, idet den første arm ved sin frie ende har et løftepunkt for inngrep med lasten, minst en første beholder som er forbundet med den første arm i et punkt nær det nevnte løftepunkt, og som er . innrettet til å oppta og avgi et strømbart medium og til å nedsenkes i vannmassen, og minst en andre beholder som er opphengt ved den frie ende av den andre arm, idet beholderens indre står i innbyrdes forbindelse via en rørledningsanordning, og det er sørget for en anordning for rask overføring av medium i den første beholder via rørledningsanordningen til den andre beholder.

Systemet ifølge oppfinnelsen er kostnadseffektivt da det er basert på bruk av flytekonstruksjoner i form av eksisterende lektere eller andre passende fartøyer som kan innleies. Løfteinnretningene vil være prefabrikkert og modulbasert, slik at systemet med letthet kan fraktes til det sted hvor en løfteoperasjon skal utføres. Et typisk system for løfting av en plattform vil omfatte to lektere i en katamarankonfigurasjon, med to eller flere løfteinnretninger plassert på hver lekter. Det kan hensiktsmessig være anordnet et hydraulisk hjelpesystem med hydrauliske sylindere som er innkoplet mellom respektive vektarmenheter og flytekonstruksjonen, for å sikre at samvirkende vektarmer løftes parallelt og ensartet, slik at løftet kan utføres på kontrollert måte.

Ved å kombinere en fiytekonstruksjon med stor bæreevne med en eller flere delvis nedsenkede beholdere på den angitte måte, oppnår man fordelen med både stabilitet og løfteevne, slik at bevegelsen i vannet blir minimal og løfteevnen maksimal. Ved å overføre kraften på den angitte måte, ved vektoverføring fra de delvis nedsenkede beholdere ved den ene ende av vektarmenheten, oppnås en passiv hivkompensasjon, og spesielt en progressiv hivkompensasjon ved økende nedsenking av beholderne.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførelseseksempel under henvisning til tegningene, der

fig. 1 viser et skjematisk sideriss av et system ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 og 3 viser henholdsvis et sideriss og et grunnriss av en utførelse av systemet ifølge oppfinnelsen, og

fig. 4 viser et perspektivriss av systemet på fig. 2-3, hvor løfteinnretningen er brakt i stilling ved siden av en del av en plattform som skal løftes ved hjelp av systemet.

På tegningene er tilsvarende deler og elementer i de forskjellige figurer betegnet med like henvisningstall.

Det skjematiske riss på fig. 1 viser et system ifølge oppfinnelsen hvor en løfteinnretning 1 er montert på en fiytekonstruksjon i form av en lekter 2 som flyter på overflaten 3 av en vannmasse 4. Løfteinnretningen omfatter en vektarmenhet 5 med en første arm 6 og en andre arm 7 som rager i motsatte retninger fra et felles opplagringspunkt 8 i en bærekonstruksjon 9 som hensiktsmessig er anbrakt sentralt på lekterens 2 dekk 10, hensiktsmessig med opplagringspunktets 8 dreieakse beliggende i vertikalplanet gjennom lekterens langsgående senterlinje. Systemet vil dermed føre lasten ned i senter av lekteren, eller generelt i senter av den benyttede fiytekonstruksjon, uten å påføre rullebevegelse på flytekonstruksjonen.

Den første arm 6 er ved sin frie ende forsynt med et løftepunkt 11 for inngrep med et tilsvarende eller komplementært løftepunkt på den konstruksjon som skal løftes.

Innretningen omfatter videre en første beholder eller tank 12 som via en kraftoverførende del 13 er forbundet med den første arm 6 i et punkt 14 nær løftepunktet 11 ved armens frie ende,, eller eventuelt mer eller mindre sammenfal-lende med løftepunktet. Beholderen 12 har et indre volum for opptakelse av en ønsket mengde av et strømbart medium, for eksempel vann, eller eventuelt et passende slam. Beholderen er forsynt med en øvre innløpsanordning 15 for mediumtilførsel. Som vist er beholderen delvis nedsenket i vannmassen 4, slik at den er påvirket av en tilsvarende oppdrift. Beholderen er vertikalt bevegelig langs den tilstøtende ytterside av lekteren 2. For styring av beholderens bevegelse er det mellom beholderen og den nevnte ytterside av lekteren anordnet en føringsanordning som er vist i form av styreskinner 16, 17 og mellomliggende ruller 18.

Beholderen 12 kan hensiktsmessig være utformet med et øvre parti med redusert tverrsnitt, slik at den i sin nedsenkede tilstand har et forholdsvis lite vannlinjeareal i bølgesonen. Dette vil bidra til økt bevegelsesstabilitet i vannet, på tilsvarende måte som for et delvis nedsenket objekt (semi-sub).

Innretningen omfatter videre en andre beholder eller tank 19 som er opphengt i et opphengingspunkt 20 ved den frie ende av den andre arm 7. Det indre av den andre beholder 19 er forbundet med det indre av den første beholder 12 via en rørledningsanordning 21 for overføring av medium i den første beholder 12 til den andre beholder 19, eller omvendt. Systemet forutsetter rask overføring av den aktuelle medium- eller væskemengde, og dette kan hensiktsmessig oppnås ved hjelp av trykkluft, eller en annen passende trykkgass. For dette formål er beholderen 12 ved sin øvre ende forbundet med en kompressorerihet 22 med tilhørende lagertanker for trykksetting av beholderens indre med trykkluft (eller trykkgass). Kompressorenheten må ha tilstrekkelig kapasitet til å sørge for overføring av den aktuelle mediummengde (f. eks. ca. 400 tonn) i løpet av få sekunder. Dersom det benyttede medium er vann, kan den vannmengde som under en løfteoperasjon overføres til den andre beholder 19, tappes ut fra beholderen via et passende utløp 23.1 stedet for et kompressorsystem kan det eventuelt benyttes et passende pumpesystem,

Som vist på fig. 1, er en hydraulisk sylinder/stempelenhet 24 innkoplet mellom lekterens 2 dekk 10 og vektarmenhetens andre arm 7. Enheten 24 representerer et hjelpesystem som særlig kan komme til anvendelse når flere løfteinnretninger er anordnet ved siden av hverandre på lekteren og arbeider parallelt. Ved passende aktivering av de aktuelle enheter 24 under en løfteoperasjon kan det oppnås en tilsvarende nedadrettet tilleggskraft på den andre arm 7, og en tilsvarende tilleggs-løftekraft i løftepunktet 11. Dette kan være nødvendig ved ulik vektfordeling av lasten som skal løftes, slik at det oppnås parallell løftebevegelse og et kontrollert løft.

Det hydrauliske hjelpesystem 24 kan også være innrettet til å bestemme vektarmenes svingevinkel, og dermed løftepunktets 11 aktuelle løftehøyde under utførelsen av en løfteoperasjon. Som et alternativ kan hjelpesystemet være innkoplet mellom den første arm 6 og lekterdekket 10, for å utøve en ønsket tilleggskraft på armen.

Ved utførelse av en løfteoperasjon med det foreliggende system posisjoneres lekteren 2 slik at løftepunktet 11 blir beliggende under det tilsvarende løftepunkt på lasten som skal løftes. Beholderen 12 vil i utgangspunktet være fylt med et passende medium med en vekt som svarer til den vannmengde av vannmassen 3 som er fortrengt av beholderen i den nedsenkede stilling, slik at vektarmenheten 5 er i likevekt. Når lekteren er i riktig stilling, overføres i det minste en del av mediet, for eksempel vann, i beholderen 12 raskt til beholderen 19 ved vektarmenhetens andre ende. Dersom det overføres en vannmengde på f.eks. 400 tonn, vil dette resultere i en tilsvarende oppadrettet kraft på løftepunktet 11, forutsatt et vektarmforhold på 1:1. Da beholderen 12 fremdeles i det vesentlige vil være nedsenket som før, på tross av oppnådd løftebevegelse, kommer oppdriftskraften i tillegg til den nevnte løftekraft på 400 tonn, slik at den totale løftekraft blir 800 tonn.

Ved benyttelse av et passende valgt vektarmforhold som er forskjellig fra en, kan det oppnås en tilsvarende løftekraftforsterkning. Dette kan oppnås ved en passende forlengelse av den andre arm 7, dvs. uten en reduksjon av lengden av den første arm 6, og dermed den samme oppnådde løftehøyde som før.

På grunn av vektarmens dreiebevegelse om dreieaksen 8, vil løftepunktet 11 ved enden av armen 6 bevege seg langs en sirkelbane om dreieaksen. Selv om det her dreier seg om en sirkel med forholdsvis stor radius, ca. 20-30 m, kan det være nødvendig å kompensere for det lille avvik fra vertikal bevegelse av løftepunktet 11. Dette kan oppnås på forskjellige måter, feks. ved hjelp av tilstrekkelig toleranse i inngrepet mellom løftepunktet og det komplementære løftepunkt på lasten som skal løftes. Eventuelt kan løftepunktet 11 være begrenset bevegelig anordnet (forskyvbart eller dreibart) på armen 6.

En utførelse av systemet ifølge oppfinnelsen, slik det kan være bygget i praksis, er vist på fig. 2-4.

Slik det fremgår, er vektarmenheten 5 i denne utførelse dannet av en fagverkskonstruksjon som strekker seg vesentlig utenfor lekteren 2 på hver side av denne, idet vektarmenhetens armer 6, 7 strekker seg på tvers av lekterens lengderetning. I denne utførelse er det anordnet en gruppe på tre første beholdere 12, idet beholderne er festet til en bæreramme 25 som ér forbundet med den kraftoverførende del 13. En føringsramme 26 er festet til den tilstøtende ytterside av lekteren 2, og er koplet til passende føringselementer, for eksempel ruller (ikke nærmere vist) som er i inngrep i respektive vertikale føringsskinner 27 som er festet til og strekker seg langs respektive beholdere 12, for å tillate den nødvendige, vertikale bevegelse av beholderne.

Den andre beholder 19 er her i form av en større, firkantet tank hvis vertikale bevegelse er styrt av en føringsanordning, på liknende måte som beholderne 12. Føringsanordningen består her av en ramme 28 som er festet til den tilstøtende ytterside av lekteren 2, og som er festet til vertikale føringsskinner 29 for styring av passende føringselementer 30 for vertikal bevegelse av tanken 19.

Slik det fremgår av figur 2 og 4, er rørledningsanordningen 21 mellom beholderne 12 og tanken 19 forsynt med et fleksibelt parti 31, med henblikk på den vertikale bevegelse av beholderne 12.

Når det gjelder dimensjonene på de lektere som er aktuelle å benytte i systemet ifølge oppfinnelsen, har disse typisk en lengde på 97 m, en bredde på 27 m og en høyde på 6 m. Selv om det i den viste utførelse av systemet er benyttet en lekter, kan det i andre tilfeller være aktuelt å benytte en annen type fartøy, en rigg, eller eventuelt en halvt nedsenkbar konstruksjon.

En typisk konfigurasjon av systemet ifølge oppfinnelsen kan omfatte to løfteinnretninger 1 som er anordnet ved siden av hverandre på en lekter 2 som er passende posisjonert ved den ene side av en plattformseksjon 32 som skal løftes ved hjelp av systemet, slik som antydet på fig. 4. En ytterligere lekter, som ikke er vist på fig. 4, vil være beliggende på tilsvarende måte på den motsatte side av plattformseksjonen 26, og vil være forsynt med to løfteinnretninger 1 som er anordnet på tilsvarende måte ved siden av hverandre på lekteren. Den aktuelle løfteoperasjon vil bli utført på tilsvarende måte som beskrevet foran, idet løfteinnretningenes løftepunkter vil bli sammenkoplet med tilsvarende løftepunkter (ikke vist) ved plattformens hjørner. Tilsvarende hydrauliske hjelpesystemer som det foran omtalte hjelpesystem 24, kan være anordnet, og vil bli aktivert etter behov, for eksempel i tilfelle plattformseksjonen skulle ha en ujevn vektfordeling og dermed forskjellig tyngde i hjørneområdene.

Slik det kan innses ut fra den foregående beskrivelse, har systemet ifølge oppfinnelsen en rekke unike og fordelaktige egenskaper. Disse kan sammenfattes som følger: Systemet overfører ikke større laster enn tillatt (avhengig av væskemengden i de første og andre beholdere, og oppdriften til de nedsenkede beholdere) til objektet som skal løftes. Dette gjelder fra den første berøring inntil løftet er utført. Systemet er selvregulerende fordi løfteobjektet gripes med en vektarm som til enhver tid vil være balansert. Dersom flytekonstruksjonen får en oppadgående bevegelse som følge av bølgepåvirkning, vil vektarmen i angrepspunktet vike og likevel kunne overføre krefter tilsvarende vekt/oppdrifts-forholdet mellom de første og andre beholdere.

Hivkompensering oppnås som følge av ovenstående, og som følge av de delvis nedsenkede beholdere.

Et løft kan utføres til sikker høyde i løpet av en bølgeperiode. (Sikker høyde vil være bestemt av forholdet mellom løftehastigheten og bølgeperioden, slik at man unngår konflikt mellom løfteobjektet og det understøttende underlag etter at løftet er påbegynt.) Grunnen til at systemet kan oppnå dette, er den doble effekt man får ved å flytte væsken mellom beholderne, og det faktum at den eller de beholdere som i utgangspunktet inneholder væsken, er delvis nedsenket i vann, og at man ved hjelp av gass eller pumper flytter en tilstrekkelig væskemengde innenfor en angitt tidsperiode.

Systemet tar hensyn til det faktum at løfteobjektet ikke nødvendigvis har sitt tyngdepunkt i sentrum, og det dermed er fare for helling under løftet. Dette er et resultat av at man ved hjelp av væskemengden i beholderne kan bestemme den kraft med hvilken armene skal angripe løftepunktene på løfteobjektet, slik at løfteobjektet holdes i vannrett stilling.

Systemet vil videre kunne holde løfteobjektet i tilnærmet vannrett stilling selv om man får en bølgepåvirkning på flytekonstruksjonen. Dette skyldes at man til enhver tid vil opprettholde en balanse i de krefter som påvirker vektarmene fra bølgekreftene, og de krefter som påvirker armene fra det løftede objekt gjennom vektarmene.

Styringen av væskeforflytningen mellom beholderne på de forskjellige vektarmer kan kontrolleres av veteceller plassert på strategiske steder mellom objektet som skal løftes og det underlag som objektet skal løftes vekk fra, slik at man har en kontinuerlig måling av de krefter som påføres på løfteobjektet via armene, og dermed også kan kontrollere at løfteobjektet løftes i vannrett stilling.

Claims (7)

1. System for løfting og flytting av tunge laster, særlig for bruk ved installasjon eller fjerning av offshoreplattformer, omfattende et antall løfteinnretninger (1) som er innrettet for montering på en fiytekonstruksjon (2) som ved bruk flyter på overflaten (3) av en vannmasse (4) ved siden av den last (26) som skal løftes, hvor hver løfteinnretning (1) omfatter en vektarmenhet (5) med en første (6) og en andre (7) arm som rager i motsatte retninger fra et felles opplagringspunkt (8), karakterisert ved at den første arm (6) ved sin frie ende har et løftepunkt (11) for inngrep med lasten (26), minst en første beholder (12) som er forbundet med den første arm (6) i et punkt nær det nevnte løftepunkt (11), og som er innrettet til å oppta og avgi et strømbart medium og til å nedsenkes i vannmassen (4), og minst en andre beholder (19) som er opphengt ved den frie ende av den andre arm (7), idet beholdernes (12, 19) indre står i innbyrdes forbindelse via en rørledningsanordning (21), og det er sørget for en anordning (22) for rask overføring av medium i den første beholder (12) via rørlednings anordningen (21) til den andre beholder (19).

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at mediumoverføringsanordningen omfatter en kompressorenhet (22) for trykksetting av det indre av den første beholder (12) med trykkluft.

3. System ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at en føringsanordning (16, 17, 18) for vertikal bevegelse av beholderen (12) er anordnet mellom beholderen og en tilstøtende ytterside av vedkommende fiytekonstruksjon (2).

4. System ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at det mellom vektarmenhetens (5) andre arm (7) og flytekonstruksjonen (2) er anordnet en hydraulisk sylinder/stempelenhet (24) som er innrettet til å utøve en kraft på den andre arm (7).

5. System ifølge ett av krav 4, karakterisert ved at den hydrauliske sylinder/stempelenhet (24) er innrettet til å bestemme vektarmenes (6, 7) svingevinkel, og dermed løftepunktets (11) løftehøyde.

6. System ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at det omfatter to flytekonstruksjoner i form av to lektere (2) som ved bruk eT beliggende på hver sin av to motsatte sider av den last t

(26) som skal løftes, og at vektarmenhetene (5), når løfteinnretningen eller løfleinnretningene (1) er montert på vedkommende lekter (2), strekker seg på tvers av lekterens lengderetning.

7. System ifølge krav 6, karakterisert ved at det omfatter fire løfteinnretninger (1) som er montert to og to ved siden av hverandre på den respektive lekter (2), idet innretningens løftepunkter (11) er tilpasset for inngrep med et respektivt hjørneparti av lasten (26) som skal løftes.