NO340901B1 - Ankere til fortøyning av gjenstander i et maritimt miljø - Google Patents

Description

Ankere til fortøyning av gjenstander i et maritimt miljø

Foreliggende oppfinnelse vedrører anordninger og fremgangsmåter for å sikre gjenstander til sjøbunnen. Nærmere bestemt vedrører den oppfinnelsen anordninger og fremgangsmåter for ankere av nedgravningstypen, som presenterer en redusert sjanse for hekting eller huking av undervanns hindringer, slik som rørledninger og liknende, og som nærmere beskrevet i innledningen til etterfølgende krav 1, 6 og 15.

Det er vist flere utførelser av ankere (og forbedringer av disse), for bruk i fortøyning av fysiske gjenstander, innbefattende, men ikke begrenset til flytende fartøyer og strukturer, og/eller ankrede strukturer, vanligvis (men ikke utelukkende) i et marint miljø. Ankrene, i deres ulike utførelser, har spesiell (men ikke utelukkende) anvendelse i forankring av mobile offshore boreenheter ("MODlTer") og tilhørende produksjonsanlegg benyttet ved offshore olje- og gassoperasjoner.

Et anker av denne typen er kjent fra US 2007/0062434 A1. Ytterligere eksempler på kjent teknikk er vist i US 3841255 A; US 6082284 A; US 6951183B1 og US 3628337 A.

En type anker i vanlig bruk, og godt kjent i faget, er kalt et "High Holding Capacity" (HHC) anker, som vanligvis omfatter en finne (fluke) og skaft/stamme (shank). Finnen er vanligvis stort sett flatt utformet og under normale tilstander er finnen i hovedsak horisontal eller innrettet med planet til sjøbunnen, mens skaftet forløper stort sett oppad derfra i et plan generelt ved rette vinkler på planet til finnen. En line, som kan være fortøyningslinene til gjenstanden som skal fortøyes, er forbundet til skaftet, og løper til fartøyet eller konstruksjonen som skal fortøyes. Etter nedsenking av HHC til sjøbunnen, vil strekk påført linen trekke HHC ankeret slik at det graver seg ned i sjøbunnen, og til sist graver seg selv ned til omtrent beregnet dybde. Når ankeret er satt er vinkelen til fortøyningslinen i forhold til horisontalen forholdsvis liten.

En annen type anker i vanlig bruk er det kjent som et "Vertically Loaded Anchor"

("VLA"). Et slik anker omfatter vanligvis en plate, der palten er forbundet til en installasjon og fortøyningsline. Platen trekkes ned i sjøbunnen til en (vanligvis) større dybde enn et HHC anker, og vinkelen til fortøyningslinen i forhold til horisontalen er generelt større enn den ekvivalente fortøyningslinevinkel med et HHC anker.

Det er mange rørledninger og andre hindringer på sjøbunnen. Under forløpet med å installere HHC og VLA'er, kan det forstås at dersom det trekkes over en rørledning eller annen hindring, kan ankeret huke seg på eller hekte til dette, med potensielt katastrofale følger (for eksempel brutte rørledninger). Visse værforhold, slik som orkaner, kan tildele tilstrekkelige krefter til det fortøyde fartøy eller struktur slik at det overvinner fortøyningen eller holdekapasiteten til dets ankere, og dermed drar ankere over lange distanser, som igjen gir opphav til muligheten til å huke på en rørledning eller annen struktur. Selv om ankeret er ukorrekt innrettet, for eksempel hvor et HHC anker er posisjonert slik at finnen er i hovedsak vertikalt (i motsetning til horisontalt) orientert, er det fortsatt mulig for en finne- "vinge" å hekte i en rørledning eller annen undervannsgjenstand.

Nok en sak foreligger med konvensjonelle HHC ankere. Vinkelen til skaftet i forhold til finnen (for eksempel, se fig. 3, hvor den refererte vinkel er betegnet som "skaftvinkel") er fast. Dette faste vinkelforhold tillater ikke at ankeret blir trukket ved optimale vinkler for alle forhold. Ideelt ville vinkelen mellom skaftet og finnen øke etter hvert som jordmotstanden og følgelig førtøyningsdraget øker, og dermed tillate finnen å innta en brattere dykkvinkel og tillate større motstand mot vertikal belastning i jorden. Nåværende HHC ankere med faste vinkler tillater ikke slik oppførsel.

Nok en sak oppstår når ankere, nemlig HHC ankere, blir hentet opp til en MODU og fartøyer med utenbords ankerstativer. Konvensjonelle HHC ankere blir lagret ved å huke finnene på et stativ; ethvert annet design som hindrer slikt ankerfeste representerer en sak med effektivitet og sikkerhet ved bringing av ankrene om bord i fartøyet.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et anker og en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art, som er kjennetegnet ved de trekk som fremgår av karakteristikken til de etterfølgende selvstendige krav.

Flere utførelser av den foreliggende oppfinnelse er vist, som kan bli brukt alene eller i kombinasjon med hverandre. Den foreliggende oppfinnelse presenterer løsninger på problemet med ankere som huker seg på rørledninger og andre undervannshindringer, under installasjonsforløpet eller under ankertrekkscenarier; presentere en løsning på problemet med å kontrollere eller syre jordpenetreringsoppførselen til HHC ankere under påvirkning av fortøyningslinelasterover en spesifisert designbelastning; presenterer en løsning på problemet med effektiv lagring av visse ankerdesigner på en AHV eller MODU, og presenterer et anker som kan brukes valgvis på enten fast eller roterbar måte med skaftet. Fig. 1 - 4 er perspektiviske side- og toppriss av et anker som innehar prinsippene ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse som er vist her. Fig. 5, 6 og 7 er perspektiv- og sideriss av et anker som innehar prinsippene ifølge en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelse som er vist her. Fig. 8 er perspektivriss av et anker som innehar prinsippene ifølge nok en utførelse av den foreliggende oppfinnelse som er vist her. Fig. 9, 10 og 11 er perspektiv- og sideriss av et anker som innehar prinsippene ifølge nok en utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

Med henvisning til fig. 1-4 har det hektemotstandige anker grunnleggende en form, spesielt tydelig når sett fra siden som i fig. 3, eller toppen som i fig. 4, som minimerer (om ikke eliminerer) enhver "krok"form som potensielt kan hekte i et undervannshinder.

Ankeret 10 omfatter en finne 20 forbundet til skaftet 30. Skaftet 30 omfatter videre et hektehindrende element 40 i skaftets førende kant, som gir et siderissprofil (tydelig vist i fig. 3) som har lite eller ingen krokform, som derfor svært mye minimerer, om ikke eliminerer, muligheten for hekting i et undervannshinder når ankeret blir trukket, mens i sin vanligvis "oppreiste" orientering. Det skal forstås at det skafthindrende element 40 og skaftet 30 effektivt kan formes som en enkelt struktur; sagt på en annen måte, skaftet 30 kan ganske enkelt ha en form som, når sett i sideprofil, oppviser liten eller ingen krok- eller hakeformet komponent.

Ankeret 10 omfatter videre sideveis finne hektehindrende elementer 50, som forløper generelt fra hver vinge på finnen 20 til en posisjon på skaftet 30. Det sideveis finne hektehindrende element 50 skaper derfor et topprissprofil(tydelig vist i fig. 4) som har lite eller ingen krokformet komponent, som derfor minsker svært, om ikke eliminerer, muligheten til hekting i et undervannshinder når ankeret blir trukket, når ankeret er i hovedsak på sin side (dvs. med finnen 20 orientert i hovedsak vertikalt).

Som velkjent innenfor den relevante teknikk, blir ankeret 10 med fordel fremstilt av platestål, hvor de forskjellige deler er forbundet ved sveising, skruing, etc. Det skal forstås at andre komponentformer også kunne bli brukt, for eksempel rørformede deler for det hektehindrende element 40 i skaftets førende kant og de hektehindrende elementer 50 i sidefinnene. En line, nemlig en fortøyningsline, forbinder ankeret 10 med gjenstanden som fortøyes (vanligvis et fartøy eller annen struktur); vanligvis er fortøyningslinen festet til ankeret 10 ved forbindelse til skaftet 30, for eksempel ved forbindelse til en forbindelsesplate 60 på ankeret 10, vanligvis med et løfteøye og sjakkel festet til fortøyningslinen. Dimensjoner og vekt av ankeret kan varieres for å passe bestemte applikasjoner. Den bestemte form på ankerkomponentene kan også varieres, mens de holder på attributtene om å minimere, om ikke eliminere, ethvert hekteformet profil om man ser ovenfra eller fra siden.

Mens Fig. 1-4 viser forskjellige hektemotstandige attributter på et HHC anker, skal det forstås at de samme prinsipper og liknende strukturer kan brukes på en

VLA.

En annen utførelse av den foreliggende oppfinnelse er vist i fig. 5, 6 og 7. Denne utførelsen omfatter et anker som har et hengsel eller dreibar forbindelse mellom skaftet og finnen, der den hengslede forbindelse er elastisk presset mot en første "lukket" stilling (i hvilken stilling er ankeret effektivt et HHC anker); men som tillater skaftvinkelen (som tidligere beskrevet og illustrert i fig. 3, vinkelen mellom finnen og skaftet, når sett fra siden) for å øke med økende fortøyningslinelast. Den endrede vinkel tillater deretter ankeret å oppføre seg (i betydning av penetrering ned i bakken) på en måte i likhet med et VLA (nemlig en brattere dykkvinkel ned i bakken).

Med henvisning til fig. 5-7 om fatter ankeret 100, i likhet med ankerutførelsen tidligere beskrevet, en finne 110 og et skaft 120. Finnen 110 og skaftet 120 er forbundet ved sveising eller andre midler kjent i faget. I likhet med den første utførelsen kan ankeret 100 omfatte et hektehindrende element 130 på den førende kant av skaftet 120 som skaper et sideprofil som minimerer eller eliminerer enhver krokform, som derfor minimerer eller eliminerer huking; og sidefinne hektehindrende elementer 140, som i kombinasjon gir et anker som har både side og topprofiler som minimerer, om ikke eliminerer, hekting på undervannshindre. Det skal bemerkes at fig. 5-7 illustrerer et anker hvori den førende kant hektehindrende element 130 og skaft 120 er effektivt et enhetlig stykke, dvs at antihekteaspektet oppnås med formen på skaftet 120.

Denne utførelsen omfatter videre en øvre skaftforlengelse 150, dreibart forbundet til skaftet 120 med en hengsel 160. En fortøyningsline kan festes til ankeret, vanligvis ved å forbinde fortøyningslinen til den øvre skaftforlengelsen 150 med et løfteøye og en sjakkel eller andre liknende innretninger godt kjent i faget. Et elastisk element 170 presser den øvre skaftforlengelse 150 mot en første stilling (som i fig. 6), med en mindre skaftvinkel. I den første stilling kan ankeret 100 bli trukket ned i bakken (i en sjøbunn) ved forholdsvis lav last, i modus av en HHC. Etter hvert som ankeret ser øket bakkemotstand, må fortøyningslasten økes for å generere videre penetrering. Med økende fortøyningslast påført fortøyningslinen gir det elastiske element 170 etter, (eller "strekker seg ", når i konfigurasjonen vist her), idet skaftvinkelen øker (dvs skaftet "åpner opp") og finnen inntar en brattere dykkvinkel ned i bakken, og oppfører seg på en måte som en VLA. Denne oppførsel skaper en optimal nedgravningsbane for at ankeret skal oppnå maksimum holdekapasitet med det korteste spenn med trekkmotstand. Det elastiske element 170 kan ta ulike former, innenfor oppfinnelsens område; fjærelementer slik som spiralfjærer eller elastisk media; det er videre forstått at det elastiske element 170 kan bli plassert slik at det er satt under trykk, snarere enn strekk. Det er tilstrekkelig for denne oppfinnelsen at noen innretninger for å presse den øvre skaftforlengelse 150 i en retning mot finnen 110 er anordnet.

Skjærplater 180 (for eksempel bare, skjærplater 180 er vist kun i fig. 6 og 7) kan innplasseres i hver eller begge ender av forbindelsen med elastisk element 170 til ankeret. Når en forutbestemt last nås i det elastiske element, avskjærer skjærplaten som dermed hindrer strukturell skade på det elastiske element eller på ankeret, og den øvre skaftforlengelse 150 er fri til å dreie på hengslet 160.

En annen fordel som kan innarbeides i utførelsen ifølge fig. 5-7 er innretninger for frigjørbart feste av den øvre skaftforlengelsen 150 til skaftet 120, hvor innretningene for frigjørbart feste gir etter under en forhåndsbestemt last, og deretter styrer det elastiske element 170 skaftvinkelen. I den foretrukne utførelsen kan innretningene for frigjørbar forbindelse omfatte innrettbare huller 151 i den øvre skaftforlengelsen 150 og skaftet 120, gjennom hvilket en avskjærbar tapp 152 kan anbringes. Det kan enkelt forstås at når tilstrekkelig kraft er påført i fortøyningslinen mot skjærtappen 152, så tenderer den øvre skaftforlengelse å dreie mot en mer åpen stilling, som tillatt av det elastiske element 170; denne posisjon er tydelig vist i fig. 7. Andre innretninger for frigjørbar forbindelse av den øvre skaftforlengelsen 150 og skaftet 120, slik som skjærplater og liknende, kunne bli brukt.

Det skal videre forstås at denne utførelsen ifølge den foreliggende oppfinnelse (nemlig hengsleforbindelsen mellom skaftet og finnen) kan bli brukt ikke bare i kombinasjon med det hektemotstandige anker beskrevet ovenfor, men også i kombinasjon med andre, tidligere kjente konfigurasjoner av HHC ankere (dvs slike tidligere HHC ankere som ikke innbefatter de hektemotstandige attributter som ankrene beskrevet ovenfor har).

Et anker som omfatter en annen utførelse av den forliggende oppfinnelse er vist i fig. 8. Når hentet inn på MODlTer eller andre fartøyer, ble de tidligere kjente HHC og VLA'er ofte satt i stativ på fartøyene ved å hekte finnene over et rør, der røret utgjorde et ankerstativ. Som det fremgår av den tidligere beskrivelse er ankere som har de viste hektemotstandige trekk ikke tilpasset til å bli hektet på et rør eller liknende struktur (slikt feste er faktisk svært likt i konsept med hekting av en rørledning, som ankrene ifølge den foreliggende oppfinnelse ikke er mottakelige for å gjøre).

Det er vist et trekk ved et ankerskaft som kan innarbeides i enhver utførelse av den foreliggende oppfinnelse, innbefattende ankrene tidligere beskrevet. Med henvisning til fig. 8 omfatter ankeret 200 (som kan omfatte hvilke som helst av utførelsene allerede vist) et skaft 210 som har et generelt Z-formet stativhakk 220 i seg. Stativhakket 220 tillater at ankeret 200 kan løftes over på fartøyet, så satt ned på et ankerstativ, tillate stativet å skli inn i det Z-formede spor, så løftet igjen for å feste det i ankerstativet ved å engasjere det nedre V-formede spor i det Z-formede hakk. Fordelene med den hektemotstandige geometri beskrevet ovenfor er opprettholdt; formen og orienteringen av stativhakket 220 er slik at bevegelse fremover av ankeret 200 ikke representerer en potensiell hekteprofil på et hinder. Derfor reduserer tillegget av stativhakket 220 på hver av ankerutførelsene beskrevet ovenfor ikke eller hemmer dets antihektende beskaffenhet, men gir i stedet den fordel av å muliggjøre enkel og sikker stativsetting.

Den siste utførelsen ifølge den foreliggende oppfinnelse er vist i fig. 9-11. Ankeret 300, som i de tidligere beskrevne utførelser, omfatter en finne 320 og et skaft 330. Skaftet 330 er dreibart festet til finnen 320, for eksempel ved tappforbindelsen 325. Sideveis finne hektehindrende elementer 321 forløper fra finnen 320 til skaftet 330. Som det kan sees i fig. 11 har denne utførelsen (som med de tidligere beskrevne utførelser) et profil, når sett fra siden, som oppviser intet krokformet aspekt, derfor minimerer eller eliminerer enhver tendens til at ankeret hekter i et hinder. Et elastisk element, i figurene vist som en spiralfjær 340, best vist i fig. 10, presser skaftet 330 mot en første stilling i hvilken skaftet 330 er i en forholdsmessig "lukket" stilling (dvs en liten skaftvinkel - skaftvinkelen er avbildet i en forutgående figur) med hensyn til finnen 320, som vist i fig. 9 og 10, og med stiplede linjer i fig. 11. Gjennom videre forklaring, med henvisning til fig. 11, presser fjæren 340 skaftet 330 mot en første stilling i hvilken vinkelen til skaftet 330 med hensyn til finnen 320 er forholdsvis liten (henvisning gis til den forutgående diskusjon med hensyn til fig. 3, 5, 6 og 7, som videre forklarer vinkelforholdet mellom skaftet og finnen). Med fordel omfatter skaftet 330 en buet spalt 335 (fortrinnsvis to slike spalter, som vist), inn i hvilket et fremstikkende element på finnen 320, slik som en tapp eller gjennomgående bolt 326, stikker. Det fremstikkende element, ved sin plassering i spalten, tjener til å stabilisere dreiningen av skaftet på finnen. Det skal forstås at i denne utførelsen er to fremstikkende elementer anordnet, som rir i hver av spaltene.

Denne utførelsen tillater bruk av ankeret som et vertikalt belastet anker ("VLA"),

i hvilket en typisk sekvens for utplassering er som følger: først; skaftet 330 blir holdt ved en forholdsvis liten vinkel med hensyn til finnen 320, på grunn av spennkraften fra det elastiske element. Når stramming blir påført en line festet til skaftet 330 på ankeret, starter finnene å grave seg ned i sjøbunnen og graver ned ankeret. Med økt last overvinner vinkelen mellom skaftet 330 og finnen 320

kraften utøvet av det elastiske element (som avbildet, spiralfjæren 340), og skaftet begynner å "åpne seg opp" i forhold til finnen. Avhengig av størrelsen og varigheten til nedgravningskraften, oppfører ankeret som en VLA.

Utførelsen ifølge fig. 9-11 omfatter en annen attributt som nå vil bli beskrevet. Om ønsket kan spiralfjæren 340 tas bort og frakoplet, og skaftet 330 kan dreies til en oppad "åpen" stilling i forhold til finnen 320, som avbildet med stiplede linjer i fig. 11. Når dreid i en tilstrekkelig grad er hullene 400 og 410 i skaftet 330 og finnen 320 i flukt, og en tapp eller liknende kan bli innsatt gjennom hullene, som derved holder skaftet 330 og finnen 320 i en ønsket, fast vinkelposisjon. Flere sett med huller 400 kan anordnes i skaftet 330, som det kan ses i tegningene, slik at ulike vinkler mellom skaftet 330 og finnen 320 kan være fast, etter ønske. Det skal forstås at to sett med huller 400 i skaftet 400 er vist for illustrasjonsformål bare, ethvert antall kan anordnes. Med skaftet nå festet i vinkelforhold til finnen, virker ankeret som en konvensjonell, trekktype eller nedgravningstype anker.

Om ønsket, kan en innrettning for frigjørbar forbindelse av det elastiske element til skaftet 330 bli brukt. Gjennom eksempel, kan innretningene for frigjørbar forbindelse av det elastiske element omfatte en avskjærbar tapp 331 som forbinder spiralfjæren 340 til skaftet 330. Det skal forstås at den avskjærbare tapp 331 kunne være i en eller begge ender av spiralfjæren 340, eller andre frigjørbare innretninger kunne bli brukt. Når kraften utøvet av spiralfjæren 340 på den avskjærbare tapp 331 overskrider den beregnede skjærlast, avskjærer tappen 331, og skaftet 330 blir så fri til å dreie til sin mest åpne stilling (dvs stillingen med maksimal skaftvinkel), som representert med stiplede linjer i fig. 11.1 den stilling ligger den øverste enden av spalten 335 mot den gjennomgående bolt 326.

Det skal forstås at den sammentappede forbindelse mellom skaftet 330 og finnen 320 gjør dem frigjørbart forbundet, den ene til den andre, og tillater lett ombyttelighet av ulike skafter med finnen 320. For eksempel skaft 330 som har ulike former og dimensjoner som kan passe med finnen 330, for å oppnå en ønsket oppførsel (ofte referert til som "bane") til ankeret når det graver seg selv ned i sjøbunnen under last. Som et eksempel, endring av lengden til skaftet 330 endrer lengden på momentarmen, og følgelig størrelsen på dreiekraften tildelt ankeret.

Mens den forutgående beskrivelse fremsetter spesifikasjoner med hensyn til visse utførelser av ankere som innehar konseptene til de viste oppfinnelser, skal det forstås at andre utførelser er mulige uten å avvike fra oppfinnelsens tanke. For eksempel kan den bestemte form på skaftet og finnen modifiseres etter ønske; dimensjoner og vekter kan bli endret for å oppta bestemte lastkrav; materialer kan endres; ankeret kan benyttes til å feste ethvert ønsket objekt til en sjøbunn, om det er et flytende fartøy, MODU eller en konstruksjon festet til sjøbunnen, men nødvendiggjør ankere for ytterligere feste på plass og stabilisering..

Derfor er oppfinnelsens ramme ikke begrenset til de spesifikke utførelser fremsatt her, men kun omfanget av de vedlagte krav og deres legale ekvivalenter.

Claims (6)

1. Anker (10) for fortøyning av gjenstander i et marint miljø, omfattende: a) en i hovedsak plan finne (20) som har førende og bakre kanter og motstående sidekanter; b) et skaft (30) festet til finnen (20), der skaftet (30) omfatter to plane elementer forbundet ved en øvre kant, og nedre kanter brakt i avstand fra hverandre og festet til finnen (20) for slik å danne en triangulær form når sett i lengderetningen, der skaftet (30) videre omfatter en innretning (60) for feste til en fortøyningsline, karakterisert vedat: en førende kant (40) av skafte lem entene går sammen til en førende kant av finnen (20) for slik å danne ingen hakeform, når ankeret (10) sees i sideprofil, og at sidekantene til finnen (20) omfatter oppsvingte vinger, og videre omfatter hukingsforhindrende elementer (50) som forløper mellom skaftelementene og de oppsvingte vinger til finnens sidekanter.

2. Anker som angitt i krav 1,karakterisert vedat ankeret, når sett ovenfra, danner ingen hakeform.

3. Anker som angitt i krav 2,karakterisert vedat finnens (20) førende kant omfatter et V-formet profil.

4. Anker som angitt i krav 3,karakterisert vedat skaftets (30) plane elementer omfatter åpninger.

5. Anker som angitt i krav 1,karakterisert vedat finnens (20) førende kant omfatter et V-formet profil.

6. Fremgangsmåte til fortøyning av gjenstander i et marint miljø, omfattende: a) tilveiebringe et anker omfattende: en i hovedsak plan finne som har førende og bakre kanter og motstående sidekanter; et skaft festet til finnen, der skaftet omfatter to plane elementer forbundet ved en øvre kant, og nedre kanter brakt i avstand fra hverandre og festet til finnen for slik å danne en triangulær form når sett i lengderetningen, der skaftet videre omfatter en innretning for feste til en fortøyningsline, og at en førende kant av de plane skaftelementene går sammen til en førende kant av finnen for slik å danne ingen hakeform, når ankeret sees i sideprofil; og at skaftet omfatter en øvre skaftforlengelse dreibart festet til finnen, og videre omfatter et elastisk element som spenner skaftforlengelsen og finnen sammen mot en lukket stilling; b) posisjonering av ankeret på en sjøbunn, festet til en fortøyningsline; og c) tildele en strekklast i fortøyningslinen, hvorved ankeret penetrerer inn i sjøbunnen, idet det elastiske element tillater en vinkel mellom skaftforlengelsen og finnen til å åpne og lukke som svar på nevnte strekklast og bunnkarakteristikkene påstøtt av ankeret.