NO336862B1 - Svivel for en fortøyningsline - Google Patents

Abstract

En svivel (100) for en ankerline omfatter et første element (110) med en første linekobler (111) og et andre element (112) med en andre linekobler (113). Det første elementet (110) og det andre elementet (112) er roterbare i forhold til hverandre. En elektrisk effektgenerator (120) omformer en relativ rotasjon mellom det første elementet (110) og det andre elementet (112) til elektrisk effekt. I bruk er linekoblerne (111, 113) festet til atskilte segmenter av ankerlinen. En trekkraft F som påføres eller fjernes fra ankerlinen forårsaker den relative rotasjonen. Svivelen inneholder fortrinnsvis et batteri og en styreenhet., og kan forsyne en eller flere sensorer, sendere og/eller transdusere (130) bygget inn i eller utenfor svivelen (100) med effektgenerator (120). Et system for overvåking av et forankringsarrangement beskrives også.

Description

BAKGRUNN

Oppfinnelsens område

[0001] Foreliggende oppfinnelse omhandler en svivel for en fortøyningsline og et system for å overvåke et fortøyningsarrangement som omfatter minst én fortøyningsline med svivelen.

Tidligere og beslektet teknikk

[0002] I mange anvendelser blir en fortøyd struktur holdt hovedsakelig stasjonært ved et forhåndsbestemt sted på sjøen, f.eks. ved sjøoverflaten, av én eller flere fortøyningsliner, som hver strekker seg i en spesiell retning, dvs. asimut og inklinasjon, fra strukturen til et fast punkt så som et anker nedsenket i sjøbunnen. Foreliggende oppfinnelse omhandler fortøyning generelt. Eksempler fra olje- og gassindustrien inkluderer flytende plattformer, boreskip og lastebøyer. Andre eksempler på fortøyde strukturer inkluderer fiskeoppdrettsanlegg, vind-eller bølgegeneratorer til sjøs og generatorer som omformer tidevannsstrømmer til elektrisk effekt.

[0003] I den følgende beskrivelse og kravene, skal en fortøyningsline betraktes som en sammenstilling av kjetting og/eller tau som strekker seg fra den fortøyde strukturen til et fast punkt, feks. et anker. Tauet kan være laget av syntetiske fibre og/eller stål. En typisk fortøyningsline omfatter flere segmenter av kjetting og/eller tau knyttet til hverandre. En typisk forbindelse omfatter en svivel for å tillate relativ rotasjon mellom nabolengder. Således er en svivel en hvilken som helst anordning som omfatter to elementer som er roterbare med hensyn til hverandre. Typisk har hvert element av svivelen et øye som kan være knyttet til en kjettingløkke eller en bøssing, feks. ved hjelp av en sjakkel.

[0004] Som anvendt heri, omfatter et fortøyningsarrangement én eller flere fortøyningsliner og overvåkningsinnretninger. Overvåkningsinnretningene omfatter sensorer anbrakt langs fortøyningslinen. Ytterligere komponenter av overvåkningssystemet, så som et styringssystem og/eller et alarmsystem, er ikke del av foreliggende oppfinnelse og beskrives derfor ikke nærmere her. Skjermer og alarmsystemer er velkjent og kommersielt tilgjengelige.

[0005] Sensorene anbrakt langs fortøyningslinen kan overvåke en hvilken som helst para-meter, feks. de som er relevante for integriteten til fortøyningslinen. Noen sensorer kan detektere krefter, slitasje, mens andre sensorer kan detektere fartøyer eller andre objekter som nærmer seg for å hindre kollisjoner. Sensorene drøftes nærmere med referanse til figur 3.

[0006] I et første eksempel, utøver en kollisjon en kraft ut over sikkerhetsgrensen for en eller annen komponent i fortøyningslinen, og en driftsregel slår fast at komponenten bør erstattes uavhengig av om den faktisk er ødelagt eller ikke. I dette tilfellet, bør et akselerometer som måler den utøvede kraften fremkalle en alarm i eller ved et styringssystem.

[0007] I et andre eksempel blir det brukt én fortøyningsline og lokale vinder og strømmer har flyttet en flytende struktur til en ukjent posisjon i forhold til dens anker. Fisking er begrenset i et relativt stort område på grunn av lengden av fortøyningslinen. I dette eksemplet ville det være fordelaktig med en transponder på fortøyningslinen som svarer på et sonarsignal fra en fiskebåt.

[0008] I et tredje eksempel går det flere fortøyningsliner fra en flytende plattform som produserer olje og gass fra et offshorefelt. Et beredskapsfartøy opprettholder posisjonen sin i en sikker sektor langt borte fra fortøyningslinene, når en nødsituasjon krever at det skal passere en fortøyningsline så raskt som mulig. I et slik tilfelle ville en sensor på fortøynings-linen fremme en tett og sikker passasje ved å varsle beredskapsskipet direkte eller gjennom et styringssystem på plattformen.

[0009] US2013279298 Al viser en overvåker for å overvåke minst én driftstilstand for en undervanns fortøyningsline. Overvåkeren omfatter en avlang hoveddel, et beskyttende deksel, minst én sensor for å overvåke én eller flere driftstilstand(er), minst én akustisk sender og en elektrisk effektkilde for å forsyne sensoren og transmitteren med energi.

[0010] GB 2480060 A viser et sviveltilkoplingselement for å føye sammen to kjetting-lengder i en fortøyningsline. Elementet omfatter en avlang hoveddel med første og andre motsatte ender som kan rotere i forhold til hverandre.

[0011] US20030128138 tilveiebringer et eksempel på et overvåkningssystem av den diskuterte typen.

[0012] WO 2010062184 A2 viser et system for overvåkning og verifisering av en ankerposisjon. Posisjonen til ankeret blir detektert og overført, feks. av en akustisk transponder.

[0013] US 2010062184 viser en beslektet anvendelse, hvor en instrumenteringspakke, feks. en såkalt akustisk frigjørbar enhet, overfører data akustisk. Transponderne er rettede, slik at data hovedsakelig overføres i retning av et lineelement som fører til den mottagende transponderen ved overflaten.

[0014] Alle eksemplene over involverer minst én sensor knyttet til en line, og en transponder og/eller transceiver for å overføre sensordata til et styringssystem. Effekten som kreves til anordningene kan leveres gjennom en elektrisk ledende kabel fra en strømforsyning ved overflaten. Det er imidlertid en stor risiko for å kutte en ekstern kabel under utplassering og innhenting som beskrevet nedenfor. Således ville kraft- og kommunikasjonskabler trenge omfattende, kostbar og upraktisk skjerming.

[0015] Derfor blir anordningene typisk forsynt med kraft fra en batteripakke, og den foretrukne kommunikasjonen er ved en akustisk forbindelse gjennom vannet. En akustisk forbindelse krever betydelig mer effekt enn en kablet forbindelse. Selv om en batteripakke i noen anvendelser kan forsyne en instrumenteringspakke under utplassering på måneder eller år, må følgelig et batteri for en tungt belastet transponder eller akustisk transmitter i et permanent fortøyningsarrangement erstattes regelmessig. Dette er tidkrevende og kostbart.

[0016] Således inkluderer mål ved foreliggende oppfinnelse å løse eller mildne minst ett av disse problemene.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0017] Disse målene oppnås ved en svivel ifølge krav 1 og et system ifølge krav 8 som benytter svivelen ifølge oppfinnelsen.

[0018] Spesielt omhandler oppfinnelsen en svivel for en fortøyningsline, hvori svivelen omfatter et første element med en første linekopler og et andre element med en andre linekopler. Det første elementet og det andre elementet er roterbare i forhold til hverandre og svivelen omfatter en elektrisk effektgenerator som omformer en relativ rotasjon mellom det første elementet og det andre elementet til elektrisk effekt.

[0019] Fortrinnsvis inneholder svivelen også et batteri for å samle opp og lagre den genererte elektriske effekten. Batteriet blir ladet hver gang svivelen genererer effekt og sikrer at elektrisk effekt er tilgjengelig når det kreves.

[0020] Svivelen omfatter fortrinnsvis også en styringsenhet. Styringsenheten kan omfatte likerettingskretser og strømbegrensere. Den kan også omfatte ytterligere elektronikk for signalmottak, -behandling og -overføring.

[0021] Svivelen kan omfatte en sensor av en hvilken som helst type, feks. en trykksensor, et akselerometer for å måle krefter etc. Alternativt eller i tillegg, kan generatoren i svivelen drive en sensor eller anordning utenfor svivelen.

[0022] I en foretrukket utførelsesform er sensoren en hydrofon, dvs. en akustisk transduser som er i stand til å omforme et akustisk signal til et elektrisk signal. Det resulterende elektriske signalet kan i sin tur behandles lokalt i en styringsenhet i svivelen eller overføres direkte til en annen enhet.

[0023] Svivelen kan videre omfatte en transduser arrangert for å omforme et elektrisk signal til et akustisk signal. Det utsendte akustiske signalet kan, for eksempel, føre en måleverdi gjennom et vannlegeme, f.eks. til en mottager ved overflaten. Alternativt kunne det akustiske signalet være et sonarping eller lignende, dvs. et signal som sendes for å analysere dets ekko for å detektere nærliggende objekter.

[0024] I et annet aspekt omhandler oppfinnelsen et system for å overvåke et fortøynings-arrangement, som omfatter minst én fortøyningsline med en svivel som vist over. Systemet omfatter videre en sensoroppstilling drevet av svivelen og en kommunikasjonsforbindelse fra sensoroppstillingen til en sentral styring, hvor den sentrale styringen har utdatamidler for å overføre sensoroppstillingens status.

[0025] Begrepet "kommunikasjonsforbindelse" skal tolkes bredt, og kan omfatte en hvilken som helst egnet kombinasjon av akustiske signaler, elektriske signaler og elektromagnetiske

signaler og tilknyttet utstyr så som transdusere, ledende kabler og antenner. " Utdatamidlene" kan, for eksempel, inkludere en skjerm som viser statusen kontinuerlig og/eller en type varsel - eller alarmsystem som varsler en innkommende fartøy eller en operatør om bord i en flytende plattform om mulig eller truende fare.

[0026] Fortrinnsvis omfatter sensoroppstillingen flere fortøyningsliner som strekker seg i forskjellige retninger fra en fortøyd struktur og en svivel som omfatter en sensor. Her og i kravene, skal "en", "et" eller "den/det" tolkes som "(den) minst ene", feks. "minst én svivel som (hver) omfatter minst én sensor". Inkludering av sensor(er) i svivelen reduserer effekttap og antall diskrete komponenter i systemet. Begge disse faktorene bidrar til et kostnadseffektivt system.

[0027] I en foretrukket utførelsesform, omfatter kommunikasjonsforbindelsen en hydrofon tilpasset til å motta et signal fra en svivel med en akustisk transmitter som kort diskutert over. I denne utførelsesformen, blir akustiske signaler transmittert fra svivelen gjennom vannet til, for eksempel, en sentral hydrofon eller mottager ved overflaten. Fra mottageren kan signalene i dette tilfellet bli videresendt til den sentrale styringen ved kjente anordninger, så som ledende kabel eller en radioforbindelse. Hvis ønsket, kan hvert signal omfatte en ID som identifiserer individuelle sviveler.

[0028] Ytterligere trekk og fordeler vil forekomme fra den følgende detaljerte beskrivelse og fra de avhengige kravene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0029] Oppfinnelsen vil bli forklart ved hjelp av eksempler og med referanse til tegningene, hvor: Fig. 1 illustrerer en første utførelsesform av en svivel ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 illustrerer en andre utførelsesform av en svivel festet til forskjellige avsnitt av en

fortøyningsline;

Fig. 3 er et skjematisk diagram av elektriske komponenter innen en utførelsesform av

svivelen;

Fig. 4 illustrerer et fortøyningsarrangement som anvender svivelen og

Fig. 5 forestiller en fortøyningsline som forløper fra en fortøyd struktur.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0030] Tegningene er skjematiske og tenkt å illustrere oppfinnelsen. De er ikke nødvendigvis skalatro, og tallrike detaljer kjent for fagpersonen er utelatt for tydelighet.

[0031] Fig. 1 illustrerer en første utførelsesform av en svivel 100 ifølge oppfinnelsen. Svivelen har et første element 110 med en første linekopler 111 og et andre element 112 med en andre linekopler 113. Linekoplerene 111, 113 er for å forbinde to segmenter av en fortøyningsline, og er ganske enkelt vist som øyne for forbindelse til en kjetting eller et tau ved hjelp av sjakler. Den eksakte typen forbindelse(r) til segmenter av en fortøyningsline er av liten eller ingen betydning her. Det andre elementet 112 kan rotere i forhold til det første elementet 110 etter behov i en hvilken som helst svivel for en fortøyningsline. Svivelen 100 ifølge oppfinnelsen omfatter også en elektrisk effektgenerator 120 som omformer en relativ rotasjon mellom det første elementet 110 og det andre elementet 112 til elektrisk effekt. I utførelsesformen vist på Fig. 1, representerer akustiske transdusere 130 sensorer og transmittere som også kan være inkludert i svivelen ifølge oppfinnelsen.

[0032] Fig. 2 illustrerer en andre utførelsesform av svivelen 100. Den første linekopleren 111 er knyttet til en kjetting 101 ved hjelp av en sjakkel 105. Det andre elementet 112 av

svivelen er knyttet til et tau 102. Som anført i introduksjonen, betyr begrepet "tau" et tau av et hvilket som helst materiale, feks. et tau dannet av syntetiske fibre og/eller en stålvaier. Når en langsgående trekkraft påføres fortøyningslinen, har tauet 102 en tendens til å "tvinnes opp" og forårsake en første rotasjon av det andre elementet 112 i forhold til det første elementet 110

og kjettingen 101. Med én gang trekkraften blir avlastet, har tauet 102 en tendens til å forårsake en rotasjon av det andre elementet 112 i forhold til det første elementet 110 i en

retning motsatt den første rotasjonen. Fortrinnsvis genererer begge retninger av relativ rotasjon elektrisk effekt i generatoren 120.

[0033] Generatoren 120 som sådan er ikke del av oppfinnelsen, og en hvilken som helst egnet type kan anvendes med den foreliggende oppfinnelsen. Som vel kjent, omfatter en elektrisk generator generelt en vikling som roterer i et magnetisk felt slik at elektrisk strøm blir indusert i viklingen. For enkelhet, størrelse og effektivitet, bør generatorer hvor det magnetiske feltet settes opp av permanentmagneter vurderes. Spesielt kan magneter som anvender sjeldne jordmetaller (dvs. grunnstoffer fra aktinidene og/eller lantanoidene), så som neodymmagneter, ha en liten størrelse og fremdeles tilveiebringe et egnet magnetisk felt. Dessuten bør i det minste viklingene være innkapslet i et hus av et hvilket som helst ikke-ferromagnetisk materiale egnet for undervannsanvendelser så som titan eller en egnet polymer. Selvsagt kan hvilke som helst andre elektriske komponenter være innkapslet på samme måte. Den faktiske konstruksjonen av svivelen og generatorsammenstillingen er opp til den fagkyndige.

[0034] Fig. 3 er et skjematisk blokkdiagram av elektriske komponenter i en foretrukket utførelsesform. Generatoren 120 genererer elektrisk effekt hver gang en trekkraft påføres eller fjernes fra fortøyningslinen som illustrert i Fig. 2. Effekten blir likerettet og muligens begrenset ved kjente kretser i generatoren 120 eller i en styringsenhet 125, og lader et batteri 122. Batteriet 122 tilveiebringer en stabil strømforsyning for styringsenheten 125 og annet utstyr 130, 132, 134 drevet av generatoren 120 gjennom batteriet 122.

[0035] Med kort henvisning til figur 5, anta at en fortøyningsline blir utplassert eller hentet inn over et hjul 21 på et ankerhåndteringsfarktøy 20. Det er sannsynlig at fortøyningslinen dreier og vrir seg ettersom den passerer over hjulet 21, slik at elementer som stikker ut fra en svivel 100 sannsynligvis blir knust, og en kraft- eller kommunikasjonskabel som går langs fortøyningslinen risikerer å bli kuttet under utplassering eller innhenting av et anker 6. Følgelig er transceiveren 132 fortrinnsvis en akustisk anordning, og sensorene 130 og transceiverene 132 er fortrinnsvis piezoelektriske transdusere eller MEMS-anordninger som er montert i fordypninger i veggen av svivelen 100 som indikert i Fig. 1. Elementer 130, 132 og 134 er primært eksempler på effektkrevende anordninger langs en fortøyningsline, og det er ikke tenkt noen streng forskjell mellom sensorer 130, transceiver 132 og andre anordninger 134. For eksempel kan et akselerometer tilveiebringe data for flere anvendelser, og derfor bli ansett som en separat sensor i hver anvendelse; og en piezoelektrisk hydrofon kan tjene som sensor 130 så vel som mottageren i en akustisk transceiver 132 eller en transponder.

[0036] Det vises igjen til Fig. 3, hvor nyttige sensorer 130 inkluderer ett eller flere akselerometere for kollisjonsdeteksj on, en trykkmåler for dybdemålinger, et modem for akustisk avstandsmåling for å bestemme skråavstand, strekklapper konfigurert for å måle strekking og dreiemoment i fortøyningslinen, en «Acoustic Doppler Current Profilen)

(ADCP) for hydroakustisk strømmåling, osv. En svivel 100 kan inneholde ingen, noen eller alle av de ovennevnte og andre sensorer, og forskjellige svivel er 100 kan kreve forskjellige sensorer 130. Transceiver 132 overfører og mottar akustiske signaler, som indikert ved piler fra og til styringsenheten 125. Egnede sensorer 130 og transceivere 132, fortrinnsvis piezoelektriske implementeringer av årsakene nevnt over, er kommersielt tilgjengelige og trenger ingen videre beskrivelse her.

[0037] Styringsenheten 125 kan forsterke, digitalisere og/eller utføre annen signal-behandling på et signal fra sensoren(e) 130, så vel som signaler for å overføre data eller mottatte signaler, feks. for å hente ut en styringskommando. Således kan for eksempel styringsenheten 125 tilpasses til å levere visse parametere på forespørsel, andre parameters hvis en bestemt hendelse forekommer og enda andre parametere ved faste intervaller. Den faktiske implementering av styringsenheten 125 er et designspørsmål og overlates til den fagkyndige.

[0038] Andre anordninger, representert ved henvisningstall 134, kan være for eksempel en strobe eller en referanse- eller navigasjonsbøye drevet av generatoren 120.

[0039] Fig. 4 illustrerer det fysiske oppsettet av et system 1 for overvåkning av et fortøy-ningsarrangement 10a-10h for en fortøyd struktur 2, feks. en flytende plattform, en merd osv. Fortøyningsarrangementet i Fig 4 omfatter åtte fortøyningsliner 10a-10h som strekker seg fra strukturen 2 i azimuter som er jevnt fordelt rundt strukturen 2. Inklinasjonene til fortøynings-linene 10a-h fra strukturen 2 til sjøbunnen kan være hovedsakelig like, eller variere mellom fortøyningslinene, og selvsagt kan et større eller mindre antall av fortøyningsliner 10 være tilveiebrakt etter behov.

[0040] Hver fortøyningsline 10, i Fig. 4 illustrert som henholdsvis 10a-h, omfatter to svivi er 100a, 100b hver. Antallet svivel er 100 per fortøyningsline 10 kan være større eller mindre enn to, og kan variere fra én fortøyningsline 10a til en annen 10b. I eksemplet i figur 4, genererer svivi ene 100a, 100b elektrisk effekt for en sensoroppstilling 11. Som drøftet ovenfor, kan sensorene omfatte sensorer for overvåkning av tilstanden til fortøyningslinene 10a-h og/eller for å forhindre kollisjoner og/eller for andre formål. I noen utførelsesformer er noen eller alle sensorene og transmitterene bygget inn i effektgenereringssvivlene 100a, 100b for å begrense antall forskjellige diskrete komponenter i systemet, og derved lette utplassering og vedlikehold.

[0041] Fig 5 illustrerer en fortøyningsline 10 som forløper fra en fortøyd struktur 2, her en plattform som flyter på en sjøoverflate 4, til et anker 6 nedsenket i sjøbunnen 8. Den viste fortøyningslinen 10 omfatter tre segmenter, dvs. en bunnkjerting 101, et mellomliggende tau 102 og en toppkjetting 103. Svivel er 100, 100b er inkludert i fortøyningslinen 10 ved hver overgang mellom kjetting 101, 103 og tau 102, ettersom tauet 102 har en tendens til å forårsake en rotasjon når en trekkraft påføres eller fjernes fra fortøyningslinen 10. Se beskrivelsen av Fig. 2.

[0042] De stiplede linjene ved referansenummer 3 representerer en akustisk del av kommunikasjonslinjen fra svivi ene 100, 100b til en sentral mottager (ikke vist) ved overflaten. Den sentrale mottageren kan, for eksempel, være lokalisert på den fortøyde strukturen 2 og/eller om bord i en ankerhåndteringsfartøy 20. Parametere transmittert gjennom den akustiske delen 3 av kommunikasjonslinen kan, for eksempel, inkludere akselerometerdata for kollisjonsdeteksj on, som er viktig for den fortøyde strukturen 2 også i perioder uten ankerhåndtering, og dreiemomentdata, som er spesielt viktige for ankerhåndteringsfartøyet 20 når ankeret 6 blir utplassert eller hentet inn.

[0043] Oppfinnelsen har blitt forklart ved hjelp av eksempler. Disse eksemplene er tilveiebrakt bare for illustrasjon, og begrenser ikke omfanget av de følgende kravene.

Claims (10)

1. Svivel (100) for en fortøyningsline (10), der svivelen (100) omfatter et første element (110) med en første linekopler (111) og et andre element (112) med en andre linekopler (113) hvor det første elementet (110) og det andre elementet (112) er roterbare i forhold til hverandre og svivelen (100) erkarakterisert veden elektrisk effektgenerator (120) som omformer en relativ rotasjon mellom det første elementet (110) og det andre elementet (112) til elektrisk effekt.

2. Svivel (100) ifølge krav 1, som videre omfatter et batteri (122) for å samle og lagre den genererte elektriske effekten.

3. Svivel (100) ifølge krav 1 eller 2, som videre omfatter en styringsenhet (125).

4. Svivel (100) ifølge ett av de foregående kravene, som videre omfatter en sensor (130).

5. Svivel (100) ifølge krav 4, hvor sensoren (130) er valgt fra en gruppe som omfatter et akselerometer, en hydrofon, en trykkmåler, en skråavstandsmåler, en strekklapp tilpasset til å måle strekk og/eller dreiemoment og en «Acoustic Doppler Current Profiler».

6. Svivel (100) ifølge ett av de foregående krav, som videre omfatter en transceiver (132) tilpasset til å omforme et elektrisk signal til et akustisk signal og omvendt.

7. Svivel (100) ifølge ett av de foregående krav, som videre omfatter for eksempel, en strobe eller en referanse eller navigasjonsbøye (134) drevet av generatoren (120).

8. System (1) for å overvåke et fortøyningsarrangement (10a-h), som omfatter: minst én fortøyningsline (10; 10a-h) med en svivel (100; 100a-b) ifølge ett av de foregående krav; en sensoroppstilling (11) drevet av svivelen (10a-b) og en kommunikasjonsforbindelse (3) fra sensoroppstillingen (11) til en sentral styring, hvor den sentrale styringen omfatter utdatamidler for å overføre sensoroppstillingens (11) status.

9. System (1) ifølge krav 8, hvor sensoroppstillingen (11) omfatter flere fortøyningsliner (10a-h) som forløper i forskjellige retninger fra en fortøyd struktur (2) og en svivel (100; 100a-b) ifølge krav 4.

10. System (1) ifølge ett av kravene 8 eller 9, hvor utdatamidlene omfatter en skjerm og/eller varslingsanordninger.