NO320084B1 - Rorstotterullesammenstilling og legging av en rorledning fra et fartoy - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en rørstøtterullesammenstilling for et fartøy som legger rør, som angitt i innledningen i krav 1, og en fremgangsmåte for legging av rørledninger fra et slikt fartøy som angitt i innledningen i krav 15.

En fremgangsmåte for installering av rørledninger under vann for bruk f.eks. i oljeindustrien er å forme rørledningen på dekket av et fartøy kjent som et leggefartøy, ved å sveise sammen lengder av på forhånd forberedt rør. Leggefartøyet beveger seg kontinuerlig fremover, og mens det gjør det mates rørledningen ned i sjøen fra baksiden av leggefartøyet. Etter hvert som rørledningen mates ned i sjøen blir ytterligere lengder av rør sveiset på enden av rørledningen som er igjen på leggefartøyet. Rørledningen kan være opp til omkring 1,8 m i diameter, og består typisk av stålrør kledd i betong. På "skjøteområdene" hvor to lengder av rør sveises sammen om bord på leggefartøyet, er det naturligvis et gap mellom betongkledningene, som vanligvis fylles med bek e.l. som flukter med betongoverflaten.

Rørledningen bæres på leggefartøyet av flere rørstøtteruller som tillater at rørledningen kan løpe fritt etter hvert som den mates ned i sjøen. Rørledningen synker fra leggefartøyet ned til sjøbunnen en kurve som bestemmes av stivheten i røret, strekket i røret (som reguleres av strekkmaskiner som virker som bremser nær den fremre ende av rekken av ruller), sjødybden, og vinkelen som røret forlater leggefartøyet med.

Jo brattere vinkelen er som rørledningen forlater leggefartøyet med, jo mer direkte synker den til sjøbunnen, og jo mindre er det strekk som er nødvendig for å holde en tilfredsstillende bane uten særlig en brå kurve nedover hvor rørledningen forlater leggefartøyet.

Det er praktiske grenser for steilheten for banen for rørledningen når den strekker seg langs leggefartøyet, og den er derfor kjent for sin bane langs rekken av ruller for å bli tilfredsstillende krummet for å øke vinkelen som rørledningen forlater leggefartøyet med.

Denne krumning resulterer i spenninger i rørledningen; jo større krumningen er i rørledningen jo større er spenningen. Da enhver spenning bevirker strekk i materialet som reduserer kvaliteten og levetiden for en rørledning, har rørleggere i den senere tid blitt pålagt å sikre at spenningene i rørledningen ikke stiger over et bestemt maksimumsnivå. Det har blitt foreslått å beregne den optimale krumning for en bestemt rørleggingsoperasjon for på den måten å redusere spenningen og strekket i røret, og å justere de nøyaktige vertikale posisjoner for rørstøtterullene før rørleggingen begynner for å gi den beregnede bane.

Den beregnede analyse for spenning og strekk antar at rørledningen har en glatt overflate og et jevnt tverrsnitt og stivhet. I praksis er imidlertid rørledningen ikke jevn. F.eks. kan ujevnheter så høye som flere centimeter på et rør med en diameter på 1 m forekomme på overflaten av betongkledningen på rørledningen, og feltskjøter kan ikke flukte perfekt, og sylinderbulestoppere eller anoder i ett stykke kan rage frem fra overflaten av røret, eller røret kan være urundt.

Når en slik lokal ufullkommenhet passerer over en rørstøtterulle resulterer det i en plutselig endring i lastfordelingen på rørstøtterullene, og kan som følge av det resultere i en plutselig økning i spenningen og strekket i røret på det ufullkomne stedet. Når f.eks. en seksjon av rørledning som har en større diameter enn den som anvendes ved beregning av de optimale høyder av rørstøtterullene passerer over en rørstøtterulle, vil det resultere i en kraftig økning i spenningen i røret på det punkt hvor det passerer over denne rulle, og en kraftig økning i spenningen ved rullene tilstøtende den rullen.

Selv dersom røret i virkeligheten er jevnt, kan bevegelsen av leggefartøyet ved virkningen fra vind og bølger bevirke forandringer i lastfordelingen på rørstøtterullene, og i det verste tilfelle kan rørledningen bli løftet av den siste rulle eller de siste fa ruller og slå ned igjen med en plutselig spenning og strekk i røret som resultat.

Slike kraftige økninger i lasten på enhver av rørstøtterullene, og følgelig i spenningen og strekket i rørledningen, har tradisjonelt blitt tatt hensyn til ved innføring av en "konstruksjonsfaktor", som begrenser krumningsradiusen slik at den maksimalt beregnede bøyespenning i rørledningen er bare en del av den maksimale spenning som er virkelig akseptabel for den aktuelle rørledning.

Oppfinnelsen er basert på den klare oppfatning at det er mulig å absorbere i det minste en del av de forbigående spenninger i røret ved å konstruere rørstøtterullene slik at høyden av en individuell rulle eller gruppe av ruller kan forandres mens rørledningen legges.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved at rullestøttesammenstillingen har de karakteristiske trekk som angitt i krav 1, og at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har de karakteristiske trekk som angitt i krav 15.

Ved redusering av de forbigående spenninger i røret når det legges, er det mulig å legge en rørledning som har blitt mindre strukket, og følgelig har en bedre kvalitet og lenger levetid. I stedet for konstruksjonsfaktoren som tillot at forbigående spenninger kan reduseres, kan det legges et rør med den samme kvalitet som tidligere som tillater at andre kilder av spenning og strekk kan være høyere enn det som tidligere var mulig. Ved f.eks. økning av enten rørets krumning (og følgelig vinkelen som det forlater leggefartøyet med), eller strammingen i lengderetning, kan det samme rør legges av det samme leggefartøy på dypere vann enn det tidligere var mulig, eller et tyngre rør kan legges på den samme vanndybde. Fordi virkningen fra været på rørledningen er redusert kan i stedet den samme rørledning legges ved dårligere vær enn det som tidligere var mulig, som øker antallet dager i året som leggefartøyet kan være i arbeid i ethvert gitt farvann. Det vil være klart at to eller flere av disse muligheter kan kombineres på en hensiktsmessig måte.

Oppfinnelsen gjør det også mulig med en mer nøyaktig forutsigelse av spenningen i røret, og mer nøyaktig overvåkning av den virkelige spenning.

Opphengingssystemet omfatter fordelaktig anordninger som er følsomme for forandringer i lasten på én eller flere ruller. Denne anordning omfatter fortrinnsvis fjærende anordninger, men en aktivt drevet opphenging kan anvendes i stedet.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførel-seseksempel og under henvisning til tegningene, der fig. 1 er et sideriss av et leggefartøy som installerer en rørledning under vann, fig. 2 er et skjematisk sideriss av et leggefartøy så som det på fig. 1 i en større målestokk enn fig. 1 og viser rullesystemet, fig. 3a er et sideriss av en form av rullesammenstilling ifølge oppfinnelsen med luftopphenging ved midtnivå og forinnstilt høyde ved minimumsverdi, fig. 3b er et bakriss av rullesammenstillingen på fig. 3a, fig. 4 er et sideriss av rullesammenstillingen på fig. 3a med luftopphenging på maksimalt nivå og forinnstilt høyde på maksimal verdi, og fig. 5 er et sideriss av rullesammenstillingen på fig. 3a med luftopphenging på midtnivå og forinnstilt høyde på maksimalverdi, og fig. 6 er et sideriss av innretningen på fig. 3a med luftopphenging ved minimumsnivå og forinnstilt høyde ved maksimumsverdi.

På fig. 1 og 2 er det vist en form av halvt nedsenkbart leggefartøy 1 med to innvendige ramper 2, 3 anordnet ende mot ende innenfor lengden av leggefartøyet, og en utvendig rampe 4 strekker seg forbi den bakre ende av leggefartøyet. Den første innvendige rampe 2 er festet til leggefartøyet med en vinkel på f.eks. 9° med horisontalplanet (med antagelse at leggefartøyet flyter rett på vannet). Den andre innvendige rampe 3 er dreibart festet til den bakre ende av den første innvendige rampe 2, og den utvendige rampe 4 er dreibart festet til den bakre ende av den andre innvendige rampe 3, og hver av sistnevnte to ramper er båret av anordninger som ikke er vist slik at deres vinkel kan innstilles til en ønsket vinkel for leggingen av et bestemt rør. På rampene 2, 3, 4 er det montert en rekke av rørstøtterulleenheter 5 som bærer en rørledning 6 som blir installert på en sjøbunn 7. Fire nilleenheter 5 er festet til den første innvendige rampe 2, ytterligere fire rulleenheter 5 er festet til den andre innvendige rampe 3, og avsluttende fem rulleenheter 5 er festet til den utvendige rampe 4. Til den første innvendige rampe er det også festet tre strekkmaskiner 8 som tilfører en bremsekraft til rørledningen 6. Strekkmaskinene 8 kan være av en type som er kjent i seg selv. De består i det vesentlige av friksjonsbremsesko og anordninger for trykking av bremseskoene mot overflaten av røret med et regulert trykk. Ved den fremre ende av den første innvendige rampe 2 er et område 9 hvor rørledningen settes sammen ved sveising på enden av dens seksjoner av rør som er medbrakt på leggefartøyet for formålet. Sammenstillingsområdet og sammenstillingsoperasjonen kan være av en type som er kjent i seg selv, og skal ikke beskrives nærmere her.

På fig. 3a - 6 er rørstøtterullene på den andre innvendige rampe 3 og på den utvendige rampe 4 montert i rørstøtterulleenheter 5 som hver omfatter to rørstøtteboggier 10 anordnet i fronten mot hverandre. Hver boggie 10 har to par fritt dreibare rørstøtteruller 11 anordnet med fronten mot hverandre. Rullene 11 i hvert par er anordnet i en V, med deres akser hellende mot hverandre, slik at de ikke bare bærer rørledningen 6 men også fører den sideveis. De to boggier 10 i hver enhet er montert ved hjelp av respektive par av dreietapper 12 på en ramme 13. Dreieaksene for dreietappene 12 er vinkelrett på rørlengden og er horisontal i forhold til leggefartøyet 1. Rammen 13 er montert på en andre ramme 14 ved hjelp av et luftopphengingssystem 15. Luftopphengingssystemet 15 omfatter seks par luftputefjærer 16 innsatt i lag mellom de to rammer 13, 14. Luftputefjærene 16 er forsynt med overtrykk ved hjelp av anordninger (ikke vist) som kan være konvensjonelle for å bære vekten av rørledningen som ligger på de to boggier 10. Den første ramme 13 og den andre ramme 14 strekker seg i plan som er parallelle med hverandre og med rørledningen 6, og er horisontale fra side til side i forhold til leggefartøyet 1. Den andre ramme 14 er svingbar av et hengsel 17 ved dens bakre ende til den bakre ende av en tredje ramme 18. Ved den fremre ende av den tredje ramme 18 er det et nedoverragende ben 19. Den nedre ende av det nedoverragende ben 19 er forbundet med den fremre ende av den andre ramme 14 av en avstiver 20 med en lengde som kan endres av en skrueinnstiller 21 drevet av en hydraulisk motor 22. En lastcelle 23 for å måle lasten på den andre ramme 14 og følgelig på rulleenheten 5, er montert på det nedoverragende ben 19 av den tredje ramme 18. Innretningen er båret av en dreietapp 24 ved sentrum av den tredje ramme 18 på et feste 25 (bare vist skjematisk) som er festet til rampen 3 eller 4. Dreieaksen for dreietappen 24 er parallell med dem for dreietappene 12. Det vises best på fig. 3a og 4 at dersom lengden av avstiveren 20 endres ved hjelp av skrueinnstilleren 21 som beveger de fremre ender av den andre og tredje ramme 14 og 18 tettere sammen eller lenger fra hverandre, kan den tredje ramme 18 svinge om dreietappen 24, slik at den andre ramme 14 kan forbli parallell med rørledningen 6 mens den blir hevet eller senket i et omfang likt omtrent halvparten av forandringen i lengden av avstiveren 20. Som vist på fig. 3a ligger den andre ramme 14 plant på toppen av den tredje ramme 18 når avstiveren 20 har sin korteste lengde. Ved hjelp av de tre dreietapper 12,12,24 er rulleenheten effektivt cellenivellert, justerer seg selv slik at hvert av de fire par ruller 11 bærer i det vesentlige den samme last.

Under bruk beregnes den optimale bane for rørledningen langs rampene, og posisjonene for de justerbare ramper 3, 4 og lengdene av avstiverne 20 på rulleenhetene 5 innstilles slik at rørledningen 6 vil følge den ønskede bane med luftputefj ærene 6 av rulleenhetene 5 i det vesentlige halvveis mellom en helt sammentrykket og en helt ekspandert tilstand. Lasten på hver rulleenhet 5 beregnes, og trykket i hvert sett av luftputefjærer 16 innstilles i samsvar med dette.

Rørledningen 6 legges ved bevegelse av leggefartøyet 1 langsomt fremover, og tillater at rørledningen kan løpe langs rullene 11 og fra enden av den utvendige rampe 4 med et strekk regulert av strekkmaskinene 8. Dersom f.eks. et fremspring av overflaten av rørledningen når en av rulleenhetene 5 under leggingen av rørledningen 6, vil rørledningen ha en tendens til å løfte seg når fremspringet går over en av rullene 11. Det vil bevirke en umiddelbar økning i spenningen i rørledningen 6 og lasten på den aktuelle rulleenhet 5. Den økede last vil bli overført til luftputefjærene 16 som vil bli sammentrykket, som vist på fig. 6, og absorberer en del av høyden av fremspringet og reduserer tilsvarende økningen i spenningen. Omvendt, dersom en innsnevring av rørledningen 6 møter rullene 11, vil lasten på den aktuelle rulleenhet 5 falle, og luftputefjærene 16 vil utvide seg, som vist på fig. 4, for å oppta en del av endringen. I hvert tilfelle vil den tilstøtende rulleenhet få en forandring i last med motsatt fortegn, og dersom de også er rulleenheter med luftputefjærer vil de reagere tilsvarende ved å bidra til å tilveiebringe en ytterligere grad av utlikning.

Lastcellen 23 kan anvendes for å overvåke lasten på rulleenheten 5, enten for å alarmere mannskapet slik at de kan foreta en avhjelpende handling dersom en tillatt maksimumslast overskrides, eller for å registrere de laster som inntreffer slik at virkningen på kvaliteten av rørledningen 6 kan gjennomgås senere, eller begge deler.

Som et eksempel på passende dimensjoner, for et halvt nedsenkbart leggefartøy som er omtrent 150 m langt og kan legge rørledninger med diameter opp til 1,8 m i vann med dybde ned til 130 m, kan rulleenhetene 5 være omtrent 8 m fra hverandre langs den utvendige rampe 4, parene av ruller 11 på hver enhet kan være omtrent 0,8 m fra hverandre, avstiveren 20 kan være innstillbar med omtrent 0,5 m, og bevegelsen mellom den helt utvidede og den helt sammentrykkede stilling av luftputefjærene kan være omtrent 0,5 m. Hver rulleenhet 5 kan ha seks par luftputefjærer 16 som hver har en kapasitet på 9 tonn som gir rulleenhetene totalt en kapasitet på omkring 100 tonn.

Claims (15)

1. Rørstøttemllesairimenstilling for et fartøy (1) som legger (6), omfattende: en eller flere ruller (11) anordnet for under bruk å bære røret som legges, og et opphengingssystem (10, 12-25) for montering av rullen eller rullene (11) på fartøyet (1), hvilket opphengingssystem (15) under bruk er anordnet til å bevirke eller tillate bevegelse av rullen (11), eller bevegelse i den samme retning av alle rullene (11), montert på opphengingssystemet for å bidra til å redusere endringer i den totale last på alle rullene montert på opphengingssystemet (15), karakterisert ved at den ene eller flere ruller (11) er anordnet for å kunne understøtte røret (6) direkte.

2. Rullesammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at opphengingssystemet (15) omfatter anordninger som er følsomme for forandringer i lasten på en eller flere ruller (11).

3. Rullesammenstilling ifølge krav 2, karakterisert ved at anordningen (15) som er følsom for forandringer i lasten på en eller flere ruller (11) omfatter en fjærende anordning (16) .

4. Rullesammenstilling ifølge krav 3, karakterisert ved at fjæringen tilveiebringes ved sammentrykking og ekspansjon av en gass.

5. Rullesammenstilling ifølge krav 4, karakterisert ved at opphengingssystemet omfatter minst én luftputefjær (16).

6. Rullesammenstilling ifølge ett av kravene 3-5, karakterisert ved at den omfatter en anordning for innstilling av kraften som utøves av den fjærende anordning (16) for å bære røret.

7. Rullesammenstilling ifølge krav 6, karakterisert ved at trykket eller volum av gass i den fjærende anordning (16) er innstillbar.

8. Rullesammenstilling ifølge ett av kravene 1-7, karakterisert ved at den omfatter anordninger (17-24) for forinnstilling av høyden av en eller flere rørstøtteruller (11).

9. Rullesammenstilling ifølge krav 8, karakterisert ved at de høydeinnstillbare anordninger omfatter en anordning for innstilling av høyden mellom en første del (25) festet til fartøyet (1) og en andre del (14), og nevnte anordning (15) som er anordnet for under bruk å bevirke eller tillate bevegelse av rullen eller rullene (11) virker mellom den andre del (14) og rullen eller rullene (11).

10. Rullesammenstilling ifølge krav 9, karakterisert ved at den høydejusterbare anordning omfatter en tredje del (18) som er svingbart festet til den første del (25) og til den andre del (14), og anordninger (20-22) for innstilling av vinkelen til den tredje del (18).

11. Rullesammenstilling ifølge krav 10, karakterisert ved at den vinkelirmstillbare anordning omfatter anordninger, fortrinnsvis en avstiver (20) med justerbar lengde, for justering av avstanden mellom deler av den andre og tredje del (14,18) fjernt fra deres punkt med svingefeste (17).

12. Rullesammenstilling ifølge ett av kravene 1-11, karakterisert ved at den omfatter to av nevnte opphengingssystemer (5) anbrakt med avstand fra hverandre i lengderetningen av røret (6) og montert på en felles bæredel som er svingbart montert for å tillate utlikning av laster montert på rullene.

13. Rullesammenstilling ifølge ett av kravene 1-2, karakterisert ved at minst ett av nevnte opphengingssystemer omfatter to ruller (11) eller grupper av ruller (10, 11) anbrakt med mellomrom i lengderetningen av røret og montert på en felles bæredel (10; 13-18) som er svingbart festet for å tillate utlikning av lastene på de to ruller eller grupper av ruller.

14. Fartøy for legging av rørledninger som omfatter i det minste en rullesammenstilling (5,10-25) ifølge ett av kravene 1-13 for å bære rørledningen som legges.

15. Fremgangsmåte for legging av rørledninger fra et fartøy, hvor rørledningen (6) mates direkte over en eller flere ruller (11) montert på et opphengingssystem (10, 12-25), og hvor opphengingssystemet (15) bevirker eller tillater bevegelse av rullen, eller bevegelse i den samme retning av alle rullene, montert på opphengingssystemet for å bidra til å redusere endringer i den totale last på alle rullene (11) montert på opphengingssystemet, karakterisert ved at rørledningen (6) mates direkte over en eller flere ruller (11).