NO331838B1 - Innretning for roterbar dreiekrans - Google Patents

Description

O ppfinnelsens område

Oppfinnelsen vedrører en innretning for en roterende dreiekrans omfattende et dreietårn- og dreiekranslager for et fartøy, slikt som et bore- eller produksjonsfartøy for offshore oljeutvinning, dreietårnet er roterbart i en gjennomgående åpning eller brønn i skroget av fartøyet og har radiale og aksiale lagersammenstillinger innrettet i en sirkulær rekke (engelsk: polar array) om dreietårnets senterlinje og akse.

Oppfinnelsens bakgrunn

Hjullagersystemer for dreieskive er kjent fra US 6 269 762, sammenstilling for fartøysdreietårn med aksialt ledede boggihjul, og US 5 359 957, dreietårn for bore- eller produksjonsskip.

Kjente hjullagersystemer for dreisylinder har sylindrisk utformede hjul.

Begge disse løsninger har boggihjul som krever to spor. De er konstruert for store dreietårnlaster. Boggisystemer er for omfattende for mindre belastede dreietårnlagre.

Dreiesylindre med enkelhjulsystemer, slik som det av GNO patenterte system for dreietårnlager er basert på lastdeling ved et komplisert hydraulisk system som omfatter et antall av elementer og slitedeler.

Et annet system, slik som AmClyde-systemet er basert på strukturell stivhet av en stiv struktur med veldig liten lastdelingsevne, hvor systemet krever veldig nøyaktig tilvirkning av de forskjellige deler og hvor fartøysinduserte deformasjoner påvirker lastresponsen betydelig.

Én stor ulempe med de sylindrisk utformede hjul er at det vil være betydelig slitasje forårsaket av de relative bevegelser mellom hjulet og skinnen ved den innoverrettede og den utoverrettede del av kontaktflatene mellom hjulet og skinnen. Grunnen til dette er at omkrets av den utoverrettede side av skinnen er lengre enn den innoverrettede side av skinnen, i kombinasjon med den store hjulbredde sammenliknet med skinnediameteren.

Kort beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsens hensikt er å unngå de ovenfor nevnte ulemper.

Hensikten blir oppnådd ved oppfinnelsen ved at den radiale lagersammenstilling omfatter radiale hjulaksler som virker som bærearmer, hver radiale hjulaksel har ett radialt hjul som ruller på en sirkulær skinne på den struktur som støtter lageret, hver radiale hjulaksel er sikret til dreietårnstrukturen, de radiale hjul er konisk utformet med en dobbeltkrummet overflate som ruller på den oppoverrettede side av den sirkulære skinne med en helning innrettet langs en forlengelseslinje av skinnen som i hovedsak krysser akselens senterlinje ved senterlinjen av dreietårnet, de konisk utformede radiale hjul følger i hovedsak forlengelseslinjen av skinnen, den aksiale lagersammenstilling omfatter horisontalt innrettede hjul med en aksel i hovedsak parallell med dreietårnets akse og med dobbeltkrummet overflate, hvert hjul er montert på en aksel sikret til dreietårnet, de aksiale hjul ruller på en innoverrettet kant av den sirkulære skinne. Foretrukne utførelser av oppfinnelsen er angitt i de avhengige krav.

Oppfinnelsen gjør tilgjengelig et dreietårn med:

Forbedrede slitebetingelser i hjulene med et enkelt fjærsystem for lastdeling.

Det strukturelle fjærsystem i US 5 359 957 som benytter den iboende strukturelle fleksibilitet av de støttende strukturer er forenklet ved å bruke aksler med høy utmattelsesstyrke og mindre slitasje.

En enkel fremgangsmåte for å hente ut hjulet med aksel for å bytte det ut.

Midler for å feste skinnen til støttestrukturen uten sveising.

Kort beskrivelse av figurene

Figur 1 viser et fartøy fortøyet med forankringsliner til havbunnen via et roterbart dreietårn lokalisert i en brønn for dreietårn i fartøyet. Figur 2 viser et nærbilde av dreietårnet med dens lagersystem i fartøyets dreietårnbrønn. Den venstre seksjon av figuren viser det radiale hjullagersystem, og den høyre halvdel viser det aksiale lagersystem.

Figur 3 er en oversikt over lagerinnretningen på dekknivå.

Figur 4a viser en radial hjulsammenstilling omfattende en aksel med innoverrettet og utoverrettet støtte i dreietårnet/dreiekransen.

Figur 4b viser prinsippene for kontaktflaten mellom det radiale hjul og skinnen.

Figur 5 viser et nærbilde av den aksiale hjulsammenstilling.

Figur 6a - 6c viser prinsippene for den strukturelle fleksibilitet av akselen i kombinasjon med den geometriske form av det radiale hjul. Figur 7 viser en alternativ konfigurasjon av lagersystemet med en separat skinne for å håndtere de negative belastninger fra å virke veltende på last. Figur 8 viser en innretning for dreietårn med en alternativ innretning for støtten av de aksiale hjul som benytter elastiske elementer istedenfor strukturelle elementer, og et elastisk element for å behandle den elastisitet som kreves av de radiale hjul.

Detaljert beskrivelse

Dreietårnet montert i fartøyet vist i figur 1 er montert i et gjennomgående hull/brønn 8 i fartøyet 1. Forankringsliner 2 er hengt opp i den nedre del av dreietårnet og blir brukt for å fortøye fartøyet til havbunnen 3. Stigerør og kabler er i noen utførelser også hengt fra dreietårnet til havbunnen, eller til en struktur eller en flytende enhet i dens nærhet. Et lagersystem 6 for dreietårn er montert på en støttestruktur 7 for lager.

En svivelkopling 31 er brukt for å forbinde ledere og kabler over til fartøyet.

Fartøyet kan være et stort skip eller en mindre lastebøye som er brukt for å overføre produkter til eller fra et fartøy som er fortøyet til det ankrede fartøy 1.

Lagersystemet kan også brukes for dreiekrans som simpelthen bærer vekten av rørledning og utstyr som kreves for overføringen av produktene til fartøyet.

Ytterligere en anvendelse kan være for å støtte store tromler på et skinnesystem på bakken. Generelt er det ingen grense for anvendelse av løsningen, hvor det er et behov for å støtte en dreiende last i forhold til grunnen vil denne løsningen være fordelaktig.

Den foretrukne lagerkonfigurering er vist i figur 2 og figur 3. Den radiale lagersammenstillingen er vist i delen til venstre for senterlinjen og den aksiale lagersammenstilling er vist i den høyre del av figur 2.

Strukturen 5 for dreietårn med et skjørt utstrakt nedover, eller en tønne 32 som i hovedsak er sylindrisk utformet og er støttet av et antall av radiale lagersammenstillinger 10.

12 radiale hjul 12 er montert på deres respektive aksel 15.

Lagersammenstillingene er innrettet i en sirkulær rekke om dreietårnets senterlinje som illustrert i figur 3. De konisk utformede radiale hjul 12 ruller på en sirkulær skinne 11 med en oppover rettet konisk utformet overflate. Det aksiale lagersystem 9 er her vist innrettet med like mange hovedsakelig horisontalt monterte hjul. Antallet av aksiale hjullagerenheter kan være forskjellig fra antallet av radiale lagerenheter.

Figur 4a viser at det radiale hjul 12 er montert på akselen 15 en avstand "a" fra den utoverrettede støtte 16 innrettet i hovedsak langs med skjørtet 32. Akselens innoverrettede ende er støttet av lageret 17 innrettet hovedsakelig langs med den innoverrettede søyle eller skjørt 33 innrettet en avstand "b" fra hverandre.

Hjullegemet 12 med sin lagerforing 23 for radialt hjul er fritt bevegelig langs de glidbare deler 28 av akselen 15. Hjulets aksiale posisjon langs akselen er styrt av flensene 19. Flensene er enten boltet til hjullegemet 12 eller en del av det samme, som en fortrinnsvis er smidd eller støpt del.

Akselens innoverrettede avslutning er aksialt låst til støtten 17 ved en mutter 21. Mutteren er festet til akselen ved hjelp av bolter eller andre midler. Den foretrukne utførelse for låseenheten er med en mutter med et sylindrisk legeme som er utstrakt inn i et innover rettet og komplementært utformet hull i den innoverrettede ende av akselen som vist i nærbilde i figur 4A. Mutteren er fortrinnsvis festet til akselen ved bolter. Mutteren kan hentes ut, til venstre i figuren) hvorved akelens innover rettede, den venstre ende i figur 4A, kan helle nedover og akselen med hjulet kan så til slutt bli hentet ut.

Støtten 16 omfatter et elastomerelement eller tilsvarende lett forskyvbart i horisontalplanet og innrettet langs akselens senterlinje, planet normalt på papirplanet, men motstår dreining/avbøyning i papirplanet.

Støtten 17 i den innoverrettede avslutning av akselen er en ring eller noe tilsvarende sveiset inn i den indre søyle 33.

Figur 4a viser videre at skinnen 11 har et tverrsnitt med en oppoverrettet kant med en skråflate innrettet langs med en forlengelseslinje 24 som i hovedsak krysser akselens senterlinje 34 ved senterlinjen 35 for dreietårnet.

Likeledes krysser forlengelseslinjen for de konisk formede hjul fortrinnsvis dreietårnets senter ved det samme punkt under normal drift i belastet tilstand, eller en liten avstand c unna, som illustrert i figur 6b, over eller under, fra den ubelastede aksels senterlinje. Avstanden c er fortrinnsvis nær null under drift for å oppnå de beste rulle- og slite-egenskaper.

Akselen er rett i den ubelastede tilstand og krysningspunktet er en liten avstand c" over akselens senterlinje som illustrert i figur 6a. Når akselen bøyes og avbøyes under høye laster flytter krysningspunktet seg nedover langs dreietårnets senterlinje, til en toppverdi ved en avstand c' i figur 6c ved maksimal hjulbelastning. Hjulet heller da med dets maksimale vinkel

<a'.

Hjulet har som illustrert i figur 4 og figur 6 dobbelkrummet overflate. Bredden av hjulet og en skinne er merket "f" i figur 4b. Bredden av kontaktflaten mellom hjulet og skinnen er merket "e" i den samme skissen og er mindre enn bredden av skinnen for å sikre at det ikke vil bli kontakt mellom endeflatene av hjulet og skinnen når akselen bøyes og avbøyes under virkninger av vekter-, ankrings-, stigerørslaster og andre dynamiske laster. Forholdet mellom stivheten av akselen og lengden av de nevnte armer er utvalgt for å oppnå en hensiktsmessig avbøyning av hjulet i forhold til dreietårnet og dreiekransen for å oppnå tilstrekkelig lastdeling mellom de enkelte hjul.

Akselen 15 har en avtakende diameter for å oppnå mer fleksibilitet og mindre vekt.

Krumningen av tverrsnittet av hjulet er illustrert ved radius av krumningene RI og R2 i figur 4b. Hjulet kan ha både en konstant radius, to forskjellige radier eller et parabolsk/elliptisk tverrsnitt. Jo mindre diameter er ved den utoverrettede del, RI til venstre i figuren, dess større er R2 fortrinnsvis i den innoverrettede del av hjulet. Hjulets kapasitet for å bære last øker betydelig med en økning av kurveradien.

Bredden av kontaktflaten illustrert ved "e" i figur 4b endres fira den ytre del av skinnen til den indre når lasten på hjulet øker, slik vil også den lastbærende kapasitet øke ved økning av radien av krumning når hjulet heller, <a til <a' i figur 6b og 6c. figur 6a illustrerer en hjulakselsammenstilling "as built", hovedsakelig rett i den ubelastede tilstand. I denne stilling er kontaktområdet mellom hjulet og skinnen ved den ytre ekstremverdi, ved det ytre venstre i figuren. Derfor kan bredden av skinnen og hjulet bli holdt moderat, selv ved et hjul som heller litt ved belastning.

Figur 5 illustrerer en foretrukken utførelse av en aksial lagersammenstilling. Den omfatter et horisontalt innrettet hjul 13', også det med dobbelkrummet overflate. Hjulet har flenser 26, med en lagerforing 20 som gjør det mulig for hjul 13' å beveges fritt vertikalt langs den glidbare overflate 29 på begge sider av hjulet. Flensene er fortrinnsvis boltet, men kan også være en fast del av hjulet. Akselen 18 er klemt inn i strukturen 29, del av dreietårn-/dreiekrans-strukturen 5, og stikker ned en avstand som er tilstrekkelig til å oppnå en hensiktsmessig fleksibilitet slik at det aksiale hjul bøyer noe for lastdelingsformål.

Det aksiale hjul 13 er på samme måte som det radiale hjul utformet med dobbelkrummet overflate for å gjøre helning mulig i henhold til dets avbøyningsvinkel av akselen 18.

Akselen 18 er låst aksielt ved en mutter 22. Mutteren kan være boltet og festet til akselen på samme måte som akselen for det radiale hjul er festet til den innoverrettede søyle som beskrevet over, for å gjøre det mulig at akselen blir løsnet fra strukturen 29 og hentet ut.

En krok 14 er montert i den nedre del av sammenstillingen for det aksiale hjul. Kroken griper under skinnen 11 som vist i figur 5. Figur 7 viser et dreietårn/en dreiekrans med en alternativ velteinnretning omfattende en krok 14' og en skinne 25 som holder hjulet 12' tilbake fra å løftes opp. Figur 8 viser alternative opphengsinnretninger for det radiale lager og den aksiale lager på henholdsvis den venstre og den høyre side. Opphengsinnretningen 30 for radialt hjul er et elastisk element, en hydraulisk sylinder med eller uten opphengsarmer.

Opphengsinnretningen 27 for det aksiale hjul 13' i figur 8 er et stivt eller elastisk element med eller uten vertikalt forskyvbare egenskaper. Denne type av oppheng letter innretning med aksial hjulavstand uavhengig av den radiale hjulavstand.

Dreietårnet vist i figur 8 har ingen veltehindring, noe som ikke er påkrevet i alle tilfeller.

Det aksiale hjul 13 i figur 2 er uten flens siden hjulet og akselen ikke er elastisk i den vertikale retning.

Fordelen med de konisk utformede hjul er at hjulene har en iboende tendens til å følge sporet. Følgen er fordelen at flensene er ubetydelig utsatt for slitasje. Heller ikke vil det bli noe slipp mellom hjulet og skinnen, noe som også reduserer slitasjen mellom hjulet og skinnen betydelig.

Fordelen ved å bruke aksler og tilsvarende ikke sveisede strukturer for strukturelle fjærelementer er at de har overlegen utmatningsstyrke ved sammenlikning med sveisede strukturer. Høy ytelse i styrke og ikke sveisbare materialer kan bli benyttet og krever mindre elementer for å oppnå den samme avbøyning.

Løsningen kombinerer fordelen av disse to betydelige bidrag til en lett struktur med lang belastningslevetid og enkelhet ved vedlikehold.

Claims (9)

1. Dreietårn- (5) og dreiekranslager (6, 7) for et fartøy (1), slik som et bore- eller produksjonsfartøy for offshore utvinning av olje, dreietårnet (5) er roterbart i en gjennomgående åpning eller brønn (8) i skroget av fartøyet (1) og med radial og aksial lagersammenstilling innrettet i en sirkulær rekke (engelsk: polar array) om dreietårnsenterlinj en, karakterisert vedat den radiale lagersammenstilling omfatter radiale hjulaksler (15) virkende som bærearmer, hver radiale hjulaksel (15) med ett radialt hjul (12) for å rulle på en sirkulær skinne (11) på lagerstøttestrukturen (7), hver radial hjulaksel sikret til dreietårnstrukturen (5), de radiale hjul (12) er konisk utformede med en dobbelkrummet overflate rullende på en oppoverrettet side av den sirkulære skinne (11) med en helning langs med en forlengelseslinje (24) av skinnen (11) i hovedsak kryssende akselens senterlinje (34) ved senterlinjen (35) av dreietårnet (5), de konisk formede radiale hjul (12) følger i hovedsak forlengelseslinjen (24) av skinnen (11), den aksiale lagersammenstilling omfatter horisontalt innrettede aksiale hjul (13') med dobbelkrummet overflate, hvert hjul (13') er montert på en aksel (18) sikret til dreietårnet (5), de aksiale hjul (13') ruller på en innoverrettet side av den sirkulære skinne (11).

2. Dreietårn- og dreiekranslager ifølge krav 1,karakterisert vedat hver radiale hjulaksel (15) er støttet av en ytre akselstøtte (16) nedoverrettet utstrakt tønne (32) av dreietårnstrukturen (5), hver radiale hjulaksel (15) er videre løsnbart støttet av en støtte (17) ved dens innover rettede ende til en innoverrettet søyle (33).

3. Dreietårn- og dreiekranslager ifølge krav 2,karakterisert vedat hver radiale hjulaksel (15) har en avtakende diameter fra hver side av akselstøtten (16).

4. Dreietårn- og dreiekranslager ifølge krav 2,karakterisert vedat den innoverrettede ende av akselen (15) er radial låst til støtten (17) av en mutter (21).

5. Dreietårn- og dreiekranslager ifølge krav 1 til 4,karakterisert vedat akselen (18) av den aksiale lagersammenstilling er klemt inn i en struktur (29) av dreietårnet (5) og stikker ut nedover.

6. Dreietårn- og dreiekranslager ifølge krav 5,karakterisert vedat en krok (14) er montert i den nedre del av den aksiale lagersammenstilling (18, 13'), kroken (14) griper under skinnen (11).

7. Dreietårn- og dreiekranslager ifølge krav 1,karakterisert vedat hver radiale hjulaksel (15) er sikret til en elastisk opphengsinnretning (30) festet til dreietårnet (5).

8. Dreietårn- og dreiekranslager ifølge krav 1 til 3 og krav 7, karakterisert vedat kroker (14') med en skinne (25) er gjort tilgjengelige montert på fartøyet (1) for å holde de radiale hjul (12) tilbake fra å løftes opp.

9. Dreietårn- og dreiekranslager ifølge krav 1,karakterisert vedat hver aksel (18) av sammenstillingen for aksialt lager for de aksiale hjul (13') er sikret til opphengsinnretning (27) festet til tønnen som er del av dreietårnet (5).