NO773469L - Undervannsgass-hammer. - Google Patents

Description

Undervanns- gasshammer.

Oppfinnelsen vedrffirer en undervanns- gasshammer

av den type som er angitt i innledningen til krav 1.

Det er kjent forskjellige typer gasshammere beregnet for bruk under vann. Det skal her vises til US-patentskriftene nr. 3.958.647, 3.6@4.519, 3.646.598, 3-714.789, 3-721.095, 3.788.402, 3-817-335 og 3-892.279-

Stort sett innbefatter en undervanns- gasshammer et avlangttforingsror, et massivt slagstempel som drives opp og ned i foringgrbret, en ambolt i foringsroret, hvilken ambolt slagpåvårkes av slagstemplet, og en gassleveringsinnretning som er plassert mellom slagstemplet og ambolten. Når gassleveringsinnretningen utloses, vil den levere en ladning med hoykomprimert gass som vil drive slagstemplet oppover i foringsroret. Når trykket i gassen avtar og slagstemplet mister sitt oppadrettede drivmoment, vil stemplet falle ned mot ambolten igjen. Den slagkraft som slagstemplet utover på ambolten vil bevirke en inndriving av pælen eller et annet element hvorpå ambolten er montert. Gassen som benyttes for å drive såagstemplet oppover i foringsroret slippes ut fra hammeren under hver syklus gjennom en ringklaring mellom slagstemplet og foringsroret, og området, under slagstemplet fylles med vann for neste gasslevering. Vannfyllingen skjer gjennom en sentral passasje i slagstemplet.

Med foreliggende oppfinnelse tar man sikte på å tilveiebringe et gassreservoir som forbedrer driftkarakteristikken til undervanns- gasshamre.

Ifolge oppfinnelsen anordnes det et gassreservoir som er i forbindelse det indre av slagstemplets foringsror under slagstemplet, etter at slagstemplet er drevet oppover. Rommet mellom slagstemplet og foringsroret over den nevnte forbindelse er avtettet for å hindre passering av den gass som benyttes for å drive slagstemplet oppover i foringsroret. Gassen vil gå ut i reservoiret og hindres således i å blande seg med det innstrommende vann under slagstemplet. Man har funnet at dersom det innstrommende vann ikke blander seg med gassen så vil man få en meget mer effektiv energioverføring fra gassleveringsinnretningen og til slagstemplet, og slagstemplet vil drives hbyere opp under påvirkning av en gitt gassladning enn tilfellet er når gassladningen slippes inn i et område som fylles med vann.

Gassreservoiret gis forbindelse med rommet under slagstemplet når slagstemplet drives oppover i foringsroret. Det oppnås derved en effektiv oking av rommet slik at volumprosent-endringen. og tilhorende trykkendringer etter rom som folge av slagstempelbevegelsene minimaliseres. Dette gir en reduksjon i sugevirkningen til det negative trykk når slagstemplet beveger seg oppover og derved kan slagstemplet slagHengde okes. I tillegg hindres vann i å trekkes inn i rommet under slagstemplet og over-svomme amboltens slagflate. Dersom amboltens slagflate er over-svømmet i slagoyeblikket, vil man få en demping av hammerslaget. Gassreservoiret tjener dessuten til å minimalisere en oppbygging av gasstrykk under slagstemplet under dettes nedadgående bevegelse, og på denne måten minimaliserer man dempevirkningene til gass som er sperret inne mellom slagstemplet og ambolten i slagoyeblikket.

Gassreservoiret kan fordelaktig være utformet som et oventil lukket rom, dvs. som en dykkerklokke som er åpen i bunnen mot sjbvannet. Gassen som fanges opp i reservoiret ut-settes således for trykket til det omgivende sjovann, og det kan underkastes volumendringer under hammerdriften uten tilhorende trykkendringer.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningene hvor

fig. 1 viser et skjematisk snitt gjennom en undervanns- gasshammer ifolge oppfinnelsen og

fig. 2-4 viser snitt som i fig. 1, med slagstemplet vist i ulike stillinger under en driftsyklus for hammeren.

Undervannshammeren ifolge oppfinnelsen egner seg særlig for inndriving av pæler i sjobunnen, f.eks. i forbindelse med fastgjoring av en oljeboringsplattform eller lignende. Tegningene er bare skjematiske og viser kun de for forståelsen

av oppfinnelsen nødvendige detaljer. Særlig .gjelder at tegningene

ikke er i målestokk.

Som det går frem av fig. 1 er det i et foringsror

12 anordnet et massivt slagstempél 10. Flere foringssko 14 er anordnet rundt slagstemplet 10 og tjener til å holde slagstemlet sentrert i foringsroret 12 samtidig som slagstemplet kan bevege seg opp og ned i foringsroret. En slagstempeltetning 16 ,/er anordnet rundt slagstemplet 10 og fyller ut rommet mellom slagstemplet og foringsroret og gir således, en tetningsvirkning som bare gir meget små lekkasjer hvis overhodet noen.

En ambolt 18 er festet til bunnen av foringsroret

12 og mottar slag fra slagstemplet når dette går nedover. Ambolten 18 er anordnet på et pselehode 20 og slagenergien overfores således via ambolten til den ikke viste pæl eller til et annet element som skal drives inn i sjobunnen.

Ambolten 18 har et sentralt rom 22 som er åpent oventil. I dette hulrom er det anordnet en gassleveringsinnretning 24. Selve gassleveringsinnretningen utgjor ingen del av foreliggende oppfinnelse og skal derfor ikke beskrives nærmere, men for ordens skyld skal det vises til mer detaljerte beskrivelser i US-patentskriftene nr. 3-310.128, 3-379.273, 3-817.335, 3-892.279 og 3.958.647 Gassleveringsinnretningen 24 akkulmulerer en gassladning med et meget hoyt trykk og frigjor denne ladning ved utlbsning ved hjelp av et signal. Som gass kan f.eks. benyttes, luft, nitrogen eller andre egnede gasser. Utlosingen kan eksempel-vis skje ved hjelp av elektriske signaler dvs. at man kan benytdie fjernstyring f.eks. fra en lekter eller en annen konstruksjon over vannflaten.

Når gasshammeren settes i drift, befinner slagstemplei 10 seg i anlegg mot den ovre flaten til ambolten 18. Når gassleveringsinnretningen 24 utloses, vil det gfrigjores en gassmengde som bevirker at slagstemplet drives opp inne i foringsroret 12. Slagstemplet fortsetter oppover i foringsroret helt til drivmor' mentet er brukt opp. Deretter faller slagstemplet ned igjen i foringsroret og slår an mot ambolten 18, og bevirker derved en neddriving av pælehodet 20. I mellomtiden er en ny ladning trykkgass bygget opp i gassleveringsinnretningen 24, og gassleveringsinnretningen kan så utloses igjen og starter da en ny slagsyklus.

Foringsroret 12 har i sin nedre ende et tykkere parti 26. Dette tykkere parti passer tett rundt den nedre enden av slagstemplet 10 når det hviler mot ambolten 18. Dette tykkere parti 26 benevnes som akselerasjonshylse 28 når det gjelder det avsnitt som omgir den nedre enden av slagstemplet 10. I dette området vil "de kreftene som tilveiebringes av den ekspanderende gass fra:'v;gVssleveringsinnretningen stort sett i sin helhet rettes mot bunnen av slagstemplet, slik at slagstemplet derved kan drives til en maksimalt mulig hoyde i foringsroret.

Som beskrevet i US-patentskrift nr. 3-958.647

kan effektiviteten til hammeren forbedres dersom hulrommet 22

hvor gassleveringsinnretningen er plassert, er fylt med vann i utlosningsbyeblikket. For å sikre at hulrommet fylles med vann" er det anordnet en sentral passasje 30 for vannet. Gjennom denne passasje kan vannet strbmme inn gjennom slagstemplet 10. Nåætr slagstemplet hviler på ambolten 18, kan således vann gå gjennom passasjen og oversvbmme hulrommet 22 for den etterfølgende utlbsning av gassleveringsinnretningen.

Det er nbdvendig å hindre at energien i den ekspanderende gass fra gassleveringsinnretningen 24 forbrukes ved utdriving av vann ut gjennom oversvbmmingspassasjen. I samsvar med dette er det derfor anordnet en tilbakeslagsventil 32 som stenger den nedre enden av passasjen 30 under påvirkning av gasstrykket. Når slagstemplet kommer til hvile mot ambolten 18 igjen, r-" vil ventilplaten 32 falle ned fra den nedre endén av slagstemplet 10 og tillate vann å strbmme inn gjennom passasjen 30 og inn i hulrommet 22. For ventilering av hulrommet 22, slik at vannet kan strbmme inn i det gjennom passasjen 30, er det anordnet en ventileringskanal 34 som strekker seg opp fra bunnen av slagstemplet og til et sted på slagstemplet over akselerasjonshylsen 28.

Rundt foringsroret 12 er det anordnet et ytre husi 56, 38 slik at det dannes et ringrom som utgjor et gassreservoir 40. I foringsroret 12 ''er det anordnet åpninger 42 like over akseleras jonshylsen. 28. Disse åpninger gir forbindelse mellom gassreservoiret 40 og det indre av foringsroret 12 under slagstemplet 10 når slagstemplet stiger opp i foringsroret og forbi eller ut av akselerasjonshylsen. Gassreservoirets 40 nedre ende har en åpning 44 slik at det er fri forbindelse med det omgivende sjbvann. OÅpningen 44 befinner seg i en avstand under åpningene 42. Denne avstanden er valgt slik at trykket til luften som fanges opp i gassreservoiret 40 vil hindre vann i å stige opp til i nivå med åpningene 42. Reservoiret virker derfor som en dykkerklokke.

For konstruktiv avstivniming av hammeren kan det benyttes ikke viste avstivningsribber på utsiden av foringsroret 12, dvs. i mellom dette "og huset 36. Av konstruktive grunner kan det være hensiktsmessig å la husets nedre ende være lukket og å anordne åpninger i veggen 36.

Virkemåten til hammeren med det beskrevne gassreservoir 40 skal nå beskrives nærmere under henvisning til fig. 1-4. Som vist i fig. 1 befinner hammeren seg under vann,

og ambolten 18 hviler mot pælehodet 20. Slagstemplet 10 hviler på ambolten 18, og slagstemplets nedre ende rager inn i akselerasjonshylsen 28. Det sentrale hulrom- 22 er oversvommet med sjbvann som er strommet inn gjennom passasjen 30 og forbi bventil-platen 32. Den luft eller gass som måtte forejfinnes i hulrommet 22 kan ventileres gjennom ventilasjonspassasjen 34 og ut gjennom åpningene 42 og inn i gassreservoiret 40.

Under drift av hammeren fyller gassreservoiret

40 med gass hvis trykk er lik vanntrykket nær bunnen av reservoiret. Til å begynne med kan eventuelt gassreservoiret 40 være- helt eller delvis fylt med sjovann. Etter et par eller noen få arbeidsslag vil imidlertid reservoiret spyles rent for sjovann og deretter vil gasshammeren virke normalt.

Fordi trykket i gassreservoiret er storre enn trykket i ventilasjonspassasjen 34, vil vann ikke fortsette å strbmme gjennom ventilas jonspassas jen etter at rommet 22 ""'.er oversvommet.

Når gassleveringsinnretningen 24 er ladet opp med hbytrykksgass, kan den utloses og det vil da skje en plutselig frigjbring av gassladningen inn i hulrommet 22 under slagstemplett 10. Trykkgassen vil raskt ekspandere og drive slagstemplet 10 .

i oppover og ut av akselerasjonshylsen 28 som vist i fig. 2.

Den plutselige frigjbring av hbytrykksgassen under ventilplaten 32 vil presse platen opp mot bunnen av passasjen 30 i slagstemplet. Derved stenges passasjen 30 slik at så godt som hele gasskraften vil virke til å drive slagstemplet oppover. Når bunnen av slagstemplet 10 passerer åpningene 44 vil størstedelen av energien i den ekspandrende gassladning være overfort til slagstemplet i form av kinetisk energi og slagstemplet vil deretter fortsette oppover av seg selv i foringsroret 12.

Gassen, som fremdeles ekspanderer, vil presse vannet i hulrommet

22 ut gjennom åpningene, slik det er antydet med dråpene 50

i fig. 2. Da denne ekspanderende gass har et hbyere trykk enn trykket i reservoiret 40, vil den ekspanderende gass bevirke en senking av vannnivået i reservoiret.

Ettersom slagstempelet 10 fortsetter sin bevegelse oppover i foringsroret 12, vil rommet under slagstemplet, betegnet med 54 i fig. 2, oke. Ved~_tidligere kjente gasskamre vil trykket i dette rom synke raskt ettersom slagstemplet beveger seg oppover, og dette vil gi en bremsevirkning som begrenser slagstemplets slaglengde. Når trykket under slagstemplet synker, vil også ventilplaten 32 åpne seg og vann vil kunne gå gjennom passasjen 30 og danne en dempepute mellom ambolten 18 og slagstemplet.

Ved en utforelse ifolge oppfinnelsen vil imidlertid rommet 54

under slagstemplet 10 ha forbindelse gjennom åpningene 42 med gassreservoiret 40 og volumprosentbkningen som skyldes slagstemplets oppadrettede bevegelse, blir derfor mindre. Videre freguleres trykket i gassreservoiret 40 og i rommet 54 av det bvanntrykk som virker gjennom åpningen 44 i gassreservoiret. Trykket under slagstemplet vil derfor bare avta minimalt, idet volumendringen' opptas ved at vannmvået i gassreservoiret beveger seg opp og ned.

Etter at slagstemplet 10 har nådd sitt toppunkt,

vil det begynne å falle ned igjen i foringsroret 12. Under dette vi'1 slagstemplet ha en tendesns til å komprimere gassen som befinner seg under slagstemplet. Ved de tidligere kjente gasshamre vil dette gi en dempevirkning som forstyrrer det bnskede skarpe slasg mot ambolten. Ifolge foreliggende oppfinnelse unngår man dette fordi gassen under slagstemplet presses ut gjennom åpningene 42 og inn i reservoiret 40 og derfra ut gjennom åpningen 44, som antydet med boblene 52. i fig. 3.

Til slutt vil slagstemplets 10 nedre ende gå inn

i akselerasjonshylsen 28 og slå mot ambolten 18, som vist i fig. 4. Derved drives ambolten, pælehodet 20 og pælen eller en annen konstruksjonsdel hvorimot pælehodet 20 hviler, ned i havbunnen. I slagoyeblikket vil det ikke forefinnes noe vann på ambolten. Fordi gassen under slagstemplet ikke vil underkastes noen sammentrykking for slagstemplet går inn i akselerasjonshylsen

28, unngår man i stor grad de dempevirkninger som vannnog gass utover ved de tidligere kjente konstruksjoner, og man får etbnsket skarpt slag mot ambolten.

Etter at slagstemplet har kommet til hvile som

vist i fig. 4, vil ventilen 32]utbaTahseres igjen og det sentrale hulrom 322 kan fylles med vann for neste slag.

Den gass som driver slagstemplet oppover kan gå

ut fra foringsroret 12 gjennom åpningen 42 og inn i gassreservoiret 40. Etter at slagstemplet har begynt å bevege seg nedover igjen i foringsroret 12, vil slagstemplet presse gassen ut fra foringsroret 12 og inn i gassreservoiret 40. Overskytende gass går ut fra reservoiret 40 gjennom den nedre åpning 44 og stiger opp i form av bobler 52. Ved tidligere kjente gasshamre vil forbrukt gass gå ut fra hammeren gjennom rommet mellom slagstemplet og foringsroret. Som et resultat av dette vil vannet i den ovre enden av passasjen 30 være gassfylt på det tidspunkt vannet skal strbmme'inn i hulrommet 22, og dette hulrom fylles derfor med en blanding av vann og gass. En slik blanding av vann og gass gir en dempevirkning som hindrer en effektiv overforing av gassenergien til slagstemplet med medfølgende begrensing sav den hoyde hvortil slagstemplet kan drives med en gitt gassladning. Ved foreliggende oppfinnelse vil gassutstromningen ikke • skje mellom slagstemplet og foringsroret,men gjennom reservoiret. Det vann som strømmer ned gjennom passasjen 30 vil således ikke være iblandet særlige gassmengder, og man kan derfor få maksimal effektivitet for den etterfølgende gassutladning eller -frigivning.

Anordningen av et gassreservoir ifolge oppfinnelsen tjener både til å minimalisere det negative trykk under slagstemplet under dets oppover rettede bevegelse og til å minimalisere positivt trykk under slagstemplet når det beveger seg nedover. Som et resultat får man en oking av den totale slaglende for siaglende for slagstemplet og man minimaliserer dempevirkningene til gassen og vannet som man har i de tidligere kjente gasshamre.

Claims (13)

1. Undervanns- gasshammer innbefattende et hult avlangt foringsror som er åpent i den ovre enden, et slagstempel som kan bevege seg opp og ned i foringsroret, en ambolt montert i den nedre enden av foringsroret i bevegelsesbanen til slagstemplet og treffes av dette under slagstemplets fremadrettede bevegelse, et hulrom i foringsroret under og åpent mot slagstemplet, en gassleveringsinnretning som er plassert i hulrommet og kan betjenes for levering av en trykkgassle.dn.ing for derved å drive slagstemplet oppover i foringsroret, karakterisert ved et gassreservoir som er anordnet på utsiden av foringsroret, samt en anordning som setter det indre av foringsroret under slagstemplet i åpen fluidumforbindelse med gassreservoiret under slagstemplets oppadgående bevegelse.

2. Gasshammer ifolge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter en anordning som tilveie-bringer en oversvommelsespassasje som strekker seg ifra hulrommet og til et sted utenfor hammeren, hvilken oversvommelsespassas je er forsynt med en ventilanordning som åpner passasjen når slagstemplet hviler på ambolten.

3. Gasshammer ifolge krav 1, karakterisert ved at gassreservoiret har forbindelse med-det indre av foringsroret gjennom en åpning i siden av foringsroret, hvilken åpning befinner seg over bunnen av slagstemplet når dette hviler på ambolten.

4. Gasshammer ifolge krav 1, karakterisert ved at slagstemplet har en omgivende tetning som tetter rommet mellom slagstemplets omkrets og innerveggen i foringsroret.

5. Gasshammer ifolge krav 4, karakterisert ved at slagstemplet er forsynt med en oversvommelsespassasje som strekker seg ned gjennom slagstemplet og til hulrommet.

6. Gasshammer ifolge krav 3, kar akjk teri-sert ved at slagstemplet er forsynt med en omlopende tetning som spenner over rommet mellom slagstemplets omkrets og innerveggen i foringsroret, hvilken tetning er anordnet over den nevnte åpning som forbinder reservoiret med foringsroret, når slagstemplet hviler på ambolten.

7. Gasshammer ifolge krav 3, karakterisert ved at det indre av gassreservoiret er åpent mot det omgivendeV anntrykk.

8. Gasshammer ifolge krav 1, karakterisert ved at gassreservoiret innbefatter et avlangt neddykket kammer med en åpning som står i forbindelse med det indre av foringsroret over slagstemplet,-flate som hviler omot ambolten, idet reservoiret har en nedre åpning som er åpen mot det omgivende vann og befinner seg under den nevnte åpning mellom reservoiret og foringsroret, idet reservoiret er lukket over de nevnte åpninger.

9. Gasshammer ifolge .'krav 1, karakterisert ved at gassreservoiret innbefatter et ytre hus som omgir foringsroret slik at det dannes et ringrom som er lukket i toppen.

10. Gasshammer ifolge krav 9, karakterisert ved at foringsroret er utformet med en åpning som forer til gassreservoiret, fra et sted over bunnen av slagstemplet når dette hviler på ambolten.

11. Gasshammer ifolge krav 10, karakterisert vee d at gassreservoiret er forsynt, med en nedre åpning ut mot det omgivende vann, hvilken nedre åpning befinner seg under åpningen som forbinder reservoiret med foringsrSrets indre.

12. Gasshammer ifolge krav 11, karakterisert ved slagstemplet har en omlbpende tetning som spenner over rommet mellom slagstemplets omkrets og det indre av foringsroret, hvilken tetning befinner seg over åpningen mellom reservoiret og foringsroret når slagstemplet hviler på ambolten.

13. Gasshammer ifolge krav 12, kara ktt e r i sert ved at slagstemplet har en oversvommelsespassas je.~ som strekker seg fra slagstemplets ovre ende og ned til hulrommet, og en ventilplate som. tjener til å tette den nevnte passasje under påvirkning av det trykk som tilveiebringes av gassleveringsinnretningen.