NO329286B1 - Bremseanordning: oppfinnelsen angar en anordning for hurtig retardasjon av tunge objekter med stor hastighet uten at objektet eller nedbremsingsanordningen skades - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen angår en bremseanordning for hurtig retardasjon av tunge objekter med stor hastighet, uten at objektet eller nedbremsingsanordningen skal bli skadet. Oppfinnelsen er basert på at bremseanordningen er innrettet til å etablere en sterk kraft rettet rnot objektets bevegelse når komponenter i bremseanordningen tvinges til samme hastighet som angjeldende objekt. Hastighetsoverføringen skjer tilnærmet rnomentant til et manøverorgan med relativt liten masse, og deretter med en viss tidsforsinkelse til de tyngre, bevegelige komponenter i bremseanordningen.

Description

Oppfinnelsen angår en bremseanordning for hurtig retardasjon av tunge objekter med stor hastighet, uten at objektet eller nedbremsingsanordningen skal bli skadet.

Oppfinnelsen er basert på at bremseanordningen er innrettet til å etablere en sterk kraft rettet mot objektets bevegelse når komponenter i bremseanordningen tvinges til samme hastighet som angjeldende objekt. Hastighetsoverføringen skjer tilnærmet momentant til et manøverorgan med relativt liten masse, og deretter med en viss tidsforsinkelse til de tyngre, bevegelige komponenter i bremseanordningen. Oppfinnelsen er spesielt utviklet med sikte på forhindre skade på tunge rørelementer som mistes ned i såkalte musehull. Disse musehullene er innvendig hulrommet i en nedsenket, sammensatt rørseksjon med hunn, og brukes til å forenkle sammenkopling av rørelementer. Sammenkoplingen starter med at det første rørelementet senkes ned i musehullet, idet det andre rørelementet kan monteres til enden av dette som stikker opp av musehullet. Typisk lengde på et musehull kan være 15 meter, og vekten av rørene kan typisk være 10 tonn.

Hvis et rør mistes ned i musehullet like etter at man har startet med å senke det ned, kan hastigheten på rørelementet bli av størrelse 15 m/sek før det treffer bunnen. For å begrense skade på rørelementer og musehull er det normalt anordnet en sjokkdemper i bunnen. Denne består fortrinnsvis av en kraftig fjær i samvirke med et støtabsorberende materiale, som fortrinnsvis kan være polyurethane. Denne sjokkdemperen vil normalt kun tåle et sammenstøt, og klarer ikke å forhindre at det jevnlig oppstår skade på så vel rørelementer som mistes ned i musehull som på angj eldene musehull.

Angjeldende oppfinnelse betegnes bremseanordning, idet den er innrettet til å kunne bremse ned tunge objekter fra stor hastighet til stillstand uten at verken rørelementene eller angjeldende musehull blir skadet.

For å oppnå dette er bremseanordningen konstruert slik at det fallende objektet først treffer et manøverorgan med liten masse som er innrettet til å tåle støtpåvirkningen idet dette tilnærmet momentant settes i samme hastighet som objektet. Dette manøverorganet er ikke i mekanisk kontakt mot de tyngre komponentene, men genererer en raskt økende hydraulisk eller pneumatisk kraft mot disse. Disse tvinges derved til å innta samme hastighet som det fallende objektet, men deres hastighetsendring er ikke tilsvarende voldsom som for manøverorganet. Bremseanordningen er således innrettet til at ingen av dens enkeltkomponenter skal utsettes for så store påkjenninger at de blir deformerte eller ødelagt.

UK patent søknad nr 8914989.2 angår en bremseanordning for å dempe støt fira store masser i bevegelse. Denne anordningen baserer seg på hydraulisk dempning i to trinn, idet det første trinnet skal dempe støtet og det andre trinn skal sørge for en kontrollert landing av massen. Fra US. Patent no 5,468,121 er kjent et apparat og en metode til å posisjonere en borestreng i et musehull. Denne omfatter en korrugert belg som i noen grad vil kunne gi en elastisk nedbremsing av borestrengen.

Angjeldende oppfinnelse angår en bremseanordning som omfatter et manøverorgan med en dempeskive som tåler å momentant bli satt i samme hastighet som et raskt fallende objekt. Dette manøverorganet genererer raskt økende hydrauliske krefter som sørger for at tyngre, bevegelige deler i bremseanordningen raskt tvinges til samme hastighet som objektet for så å besørge for en kontrollert nedbremsing av objektet til stillstand. Ved denne måte oppnås mykere kontakt og mer kontrollert nedbremsing enn ved den kjente teknikk.

Som tidligere nevnt kan rørelementet som mistes ned i musehullet typisk ha en masse av størrelse 10 tonn, og oppnå en hastighet av størrelse 15 meter pr sekund.

Vi vil som eksempel ønske å kunne bremse ned rørelementet over en lengde på 1,5 meter. Dette innebærer at bremseanordningen må generere en bremsekraft som gir rørelementet en retardasjon på 10g. Bremsekraften må således være av størrelse 110 tonn.

Ved en foretrukket utførelse av oppfinnelsen har vi valgt å etablere bremsekraften ved at stemplets forskyvning medfører volumendring i et væskefylt kammer, og at volumendringen betinger at væsken presses ut via et antall hull som er boret radielt i kammerveggen. Ved første del av retardasjonen er det er det en stor væskestrøm som må passere ut via hullene i kammerveggen, og retardasjonskraften genereres ved at det kreves stor hastighetsendring på væsken som skal passere. Mot slutten av retardasjonen er væskestrømmen vesentlig mindre, men antallet hull væsken kan passere gjennom er tilsvarende redusert, slik at kraften som kreves for å presse ut væsken forblir noenlunde uendret. Man vil søke å holde bremsekraften noenlunde konstant helt fram til objektet har kommet til stillstand for at påkjenningen på objektet skal være minst mulig.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli forklart med henvisning til fig.l og fig. 2, der

Fig 1. viser et prinsippriss av en foretrukket utførelse av oppfinnelsen i

henholdsvis ekspandert og sammenpresset tilstand.

Fig. 2 som viser et forstørret riss av en detalj fra fig.l.

I en utførelse der bremseanordningen skal benyttes til å bremse ned rørelementer som faller ned i et såkalt musehull vil det være naturlig å la så vel manøverorganet 1) som bremseanordningens ytterkappe 17) være relativt trangt tilpasset musehullets diameter for å oppnå best mulig sammenfall mellom objektets fallretning og bremseanordningens virkeretning.

Manøverorganet 1) er bevegelig anordnet i en føring 19) som er anordnet i en manøverstang 7), og som presses mot sin øvre posisjon av en fjær 5) i samvirke med en føringsstang 3). Mellom manøverorganet 1) og manøverstangen 7) er anordnet et kammer 6) som inneholder væske og noe luft. For at manøverorganet 1) skal kunne presses nedover i forhold til manøverstangen 7) må fluidene i kammeret 6) presses inn et overliggende kammer 2) via en klaring 4) mellom føringsstangen 3) og manøverorganet 1).

Når det tunge objektet treffer manøverorganet 1) blir dette umiddelbart utsatt for en meget kraftig akselerasjon. I toppen av manøverorganet 1) er anordnet en dempeskive 20) i et mykt dempningsmateriale, eksempelvis polyurethane. Denne vil typisk være utformet slik at den får en sammenpressing på ca 3 cm innen manøverorganet har fått samme hastighet som objektet. Dette gir manøverorganet 1) en akselerasjon på ca 800 g. Manøverorganet kan eksempelvis være produsert i titan grad 5 og ha vekt på ca 4 kg. Det betyr at kraften som virker i første fase av sammenstøtet mellom objektet og manøverorganet er på anslagsvis 3,2 tonn. Dersom objektets hastighet er 15 meter pr sekund, vil følgelig manøverorganet og objektet ha samme hastighet i løpet av ca 2 millisekunder etter sammenstøtet. Når dette er oppnådd skal det vesentligste av luften i kammer 6) ha blitt presset gjennom klaringen 4). Deretter presses væske gjennom klaringen. Hastighetsendringen i væsken vil generere et høyt mottrykk i kammer 6), og manøverstangen 7) presses nedover med stor kraft. Den får en rask nedadrettet aksellerasjon, og skal ha oppnådd samme hastighet som manøverorganet og det fallende objektet før manøverorganet har nådd bunnposisjonen i kammer et 6). Manøverstangens 7) nedadrettede bevegelse forårsaker trykkoppbygging i et ytterligere et kammer 10) som er anordnet i stemplet 18). Manøverstangen 7) presses nedover i kammer 10), og det skjer en rask trykkøkning i dette kammeret, som gir stemplet 18) en kraftig nedadrettet aksellerasjon. I den aller første fase av manøverstangens forskyvning i forhold til stemplet 18) blir væsken i kammeret 10) presses ut gjennom et relativt stort antall hull som er anordnet i kammerveggen. Trykkøkningen i kammeret 10) er raskt økende, ved at væsken får stadig færre hull å strømme gjennom. Innen manøverstangen 7) har nådd bunnposisjonen i kammeret 10) skal også stemplet 18) ha oppnådd samme hastighet ettersom som det fallende objektet.

For at stemplet 18) skal kunne forskyves nedover må væske presses ut av et tredje kammer 13). Dette kammeret ligger i en sylinder 16) som er en del av bremseanordningens bunndel, og som er anordnet aksielt i forhold til ytterkappen 17). På tilsvarende vis som i kammer 10), er det anordnet et antall radielt borede hull i veggen på sylinderenl6). Stemplets 18) nedadrettede bevegelse betinger at væske presses raskt ut gjennom disse hullene. Mengden av væske som må presses ut i etter at stemplet 18) har antatt objektets hastighet er entydig bestemt av tverrsnittet på stemplet 18) og objektets hastighet. I en anvendelse som tidligere indikert velges hullene dimensjon og plassering slik at bremsekraften holdes tilnærmet konstant på 110 tonn inntil objektet når stillstand.

Ved den indikerte anvendelse vil manøverstangen typisk kunne ha en masse av størrelse 25 kg. Det kan være aktuelt å la manøverstangen få en aksellerasjonslengde på anslagsvis 10 cm. Det innebærer at aksellerasjonen er ca tredjeparten av manøverorganets aksellerasjon. Ettersom massen vil være ca 6 ganger så stor vil altså aksellerasjonskraften som kreves være omtrent det dobbelte - dvs. drøyt 6 tonn. Vi ser at disse kreftene er beskjedne i forhold en bremsekraft på 110 tonn som skal være oppnådd når stemplet 18) har nådd full hastighet. Det er ønskelig at økningen fra 6 tonn til 110 skal skje så mykt som mulig. Kammeret 10) kan f.eks velges å være 20 cm langt, og dimensjonert slik at bremsetrykket overstiger 6 tonn først etter at kammeret er sammentrygt de første 10 cm.

I den foretrukne utførelsen vil bremseanordningen til enhver tid være klar for operasjon, idet fjærene 5) og 9) sørger for raskt å strekke ut bremseanordningen når den er ubelastet. Utførelsen tar utgangspunkt i at bremseanordningen skal være væskefylt til et nivå like i overkant av stemplet 18) når bremseanordningen er ubelastet. Derved vil kamrene 10) og 13) være væskefylte til enhver tid.

Med bremseanordningen i utspent tilstand skal kammer 6) være væskefylt til ca 3 cm fra undersiden av manøverorganet 1). Det anordnes en ikke vist nivåskrue for å sikre dette. Bremseanordningen vil bli forsynt med tetningsringer av ulike typer for å minimere friksjon, samt å hindre tap av væske og inntrengning av urenheter. Det vil ikke være krav om at disse skal være gasstette.

På oversiden av stemplet 18) er det et luftfylt volum 8). Dette volumet skal oppta volumendringen som skjer i bremseanordningen når manøverarmen 7) forskyves nedover. Videre er det anordnet stopp-anordninger som forhindrer at noen av komponentene kan trekkes ut av bremseanordningen. Stopp-anordningene er indikert på figurene, men ikke angitt med nummerhenvisning. Disse er dimensjonert slik at bremseanordningen skal tåle å senkes ned i musehullet via en anordning som hekter tak i manøverorganet 1).

Den foregående beskrivelse har vært rettet inn mot en spesiell anvendelse. Det poengteres at anordningen kan anvendes i alle sammenhenger hvor man ønsker å bremse ned tunge objekter. For ikke å skade bremseanordningen eller objektet må bremseanordningen kunne orienteres slik at objektets bevegelsesretning sammenfaller med slagretningen til manøverarmen (7).

Claims (2)

1. En bremseanordning som er innrettet til å foreta en rask nedbremsing av tunge objekter fra stor hastighet til stillstand, og som omfatter en manøverstang (7) som i samvirke med et stempel (18) frembringer store hydrauliske krefter rettet mot objektets bevegelse, karakterisert ved bremseanordningen omfatter et manøverorgan (1) som er påmontert en dempeskive og som i sammenstøt med objektet er innrettet til å, tilnærmet momentant, å bli satt i samme hastighet som dette, for i sin tur å frembringe hydrauliske krefter som raskt, men ikke momentant, tvinger manøverstangen (7) og stemplet (18) opp i samme hastighet som objektet.

2. En bremseanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at de hydrauliske kreftene brembringes kontrollert ved at væske trykkes ut av ulike væskefylte kammer (6,8,13) gjennom åpninger (4,11,12) som er tilpasset slik at man får en ønsket trykkutvikling i de respektive kamrene.