NO782190L - Hydraulisk motvekts- og stoetdempningssystem - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et hydraulisk motvekts- og .støt-dempningssystem som spesielt er nyttig i; forbindelse med under-støttelse av et organ av en stiv hurtigkobling-fortøyningsarm mellom et flytende tårn og et skip.

Under drift av offshore qljebrønner er det vanlig

praksis å anvende et flytende tårn til hvilket et skip eller et annet fartøy, som f.eks. et tankskip eller et flytende raffineri,

er fortøyet. I et slikt system er det ønskelig å anvende en med en hurtigkoblings-innretning forsynt, stiv innbyrdes forbindelse mellom skipet og det flytende tårn for å tillate at skipet kan kobles fra tårnet når det er nødvendig. Et typisk hurtigkoblings-system omfatter en første seksjon som er permanent forbundet med det flytende tårn, og som er innrettet til rotasjon om vertikale og horisontale akser for å tillate at skipet kan rotere om det punkt ved'hvilket det er forbundet med tårnet,

såvel som å rulle og stampe som en reaksjon på de herskende vind- og sjøforhold. En annen seksjon av hurtigkoblings-systemet er forbundet med skipet, vanligvis dets baug,, idet de to seksjoner er konstruert for å låses til hverandre og å danne en stiv forbindelse mellom skipet og tårnet.

Under rutinedrift av den flytende tårnfortøynings-innretning er det ønskelig at den seksjon av fortøyningssysternet som er forbundet med det flytende tårn ikke skal yte noen mot-

stand mot skipets frie bevegelse, idet vekten av fortøyningssystemets tårnseksjon i virkeligheten blir understøttet av skipet via. den stive fortøyningsarm-konstruksjon. Noen forholdsregler må imidlertid tas for å understøtte vekten av tårnseksjonen av for-tøyningssystemet når,intet skip er festet til dette, og nærmere bestemt øyeblikkelig etter at et skip er koblet fra dette, for å

forhindre at fortøyningssystemets tårnseksjon faller, under sin egen store vekt etter at skipet er frakoblet, og dermed skader enten tårnet eller selve systemet.

Ifølge oppfinnelsen er der ti.lveiebragt en hydraulisk motvekt og et støtabsorberénde system som er festet til tårnseks jonen av fortøyningsinnretningen, og som kan fungere på tre måter. Under normal drift, dvs. når et skip er forbundet med tårnet, er funksjonsmåten for montasjen ifølge oppfinnelsen en friløps-funksjonsmåte, i hvilken det ikke ytes noen vesentlig motstand mot skipets stampebevegelser. Under en rutinemessig tilkoblingsoperasjon funsjonerer motvektssysternet på en andre funksjonsmåte, hvorved systemet bærer montasjens tårnseksjon i ønsket høyde og letter skipets forbindelse med denne. Under en sådan operasjon tillater motvektssystemet bevegelse av tårnsek-.sjonen over og under det ønskede hvilepunkt mens det virker som et støtabsorberénde system for å forhindre skade på enten tårnet eller skipet. Under en hurtigf rakob.lingsoperas jon fungerer systemet ifølge oppfinnelsen på en tredje funksjonsmåte, hvorved det tilveiebringer tilstrekkelig oppadrettet kraft til å under-støtte vekten av fortøyningsmontasjens tårnseksjon og derved forhindre den i å falle under innflytelse av tyngdekraften, og å bevirke skade etter at skipet er frakoblet. Under en sådan operasjon og dersom skipet utøver, en nedadrettet kraft med en på forhånd bestemt størrelse mot montasjens tårnseksjon, vil systemet ifølge oppfinnelsen imidlertid tillate tårnseksjonen å bevege seg nedad så lenge kraften fortsetter å virke. Samtidig tillates imidlertid oppadrettet bevegelse av tårnmontasjen uten noen vesentlig hindring. Etter at skipet er frakoblet forhindrer • systemet følgelig tårnseksjonen i å falle, mens systemet under f rakoblings.opéras jonen tillater tårnseks jonen å bevege' seg opp eller ned for å oppta skipets bevegelser.

Kort beskrevet omfatter innretningen ifølge oppfinnelsen en hydraulisk sylinder med et stempel som kan beveges

. frem og tilbake- og som er forbundet med en stang som styrer posisjonen av en last, f.eks. en tårngaffel.eller -bøyle. Den hydrauliske - sylinder er fylt med en hydraulisk væske og har en med ventiler forsynt omføringskrets, som etter valg kan innstilles

for å tillate fri bevegelse av stempelet ved en friløps-funksjonsmåte. En akkumulator, som delvis er fylt med en hydraulisk væske som befinner seg under én høytrykks-gassfase, er funksjonsmessig forbundet med stangenden av sylinderen for å tilveiebringe en støtabsorberénde funksjon undér en tilkoblings-funksjonsmåte. Under en frakoblings-funksjonsmåte tillater omføringskretser, som er forsynt med en énveis-ventil og med en avlastnings- eller trykkontr.ollert ventil, uhindret oppadrettet bevegelse av lasten . som en rekasjon på en ytre kraft, men forhindrer nedadrettet bevegelse av lasten unntatt når det utøves en kraft som overskrider vekten av lasten.

Oppfinnelsen skal i' det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene som viser et utførelseseksempel på en innretning ifølge oppfinnelsen, og hvor fig. 1 er et isometrisk perspektivriss av tårnseksjonen av ét hurtigkoblings-system for å feste et skip til et flytende tårn, med en innretning ifølge oppfinnelsen, og fig . 2 er et skjematisk riss som viser funksjonen av motvekts- og støtdempningssystemet ifølge oppfinnelsen. :■

Fig. 1 viser tårnseksjonen av et hurtigkoblings-system for skip, hvilket system består av en U-formet bøyle eller . gaffel 10 som er festet til det øvre parti av et flytende tårn 11 ved hjelp av horisontale tapper 12, om hvilke .'bøylen kan rotere. Til bøylens 10 ytre ende er det festet et konisk hunn-element 13 av en hurtigkoblingsmekanisme som i og for seg ikke er en del av oppfinnelsen. Det vil forstås at elementet 13 samvirker med et hann-element (ikke vist) som er festet til et skip eller et annet fartøy (ikke vist), hvorved en fast forbindelse kan opprettes med bøylen 10. Videre vil det forstås at selv om oppfinnelsen er beskrevet for anvendelse i forbindelse med et skipsfortøynings-system, er den ikke,begrenset til et sådant. Oppfinnelsen kan i virkeligheten benyttes for enhver last hvis horisontale posisjon det ønskes å styre under tilveiebringelse av friløps- og støt-dempende egenskaper.

Til den. øvre ende av tårnet 11 er det festet en stiv ramme 14 som bærer, ét par hydrauliske sylindre 16, som hver har en stcmg 17 som strekker seg. fra disse,, hvilken stangs ende er festet til den øvre overflate av bøylen 10 via en kobling 18. Under drift på en nedefor beskrevet måte beveger stengene 17

seg frem og tilbake i sylindrene 16 for å styre bøylens 10 høydeposisjon og å understøtte^ bøylens vekt når et skip ikke er forbundet med fortøyningssystemet.

Det hydrauliske motvekts- og støtdempningssystem ifølge oppfinnelsen er tenkt benyttet under, og har mulighet

for å fungere på tre forskjellige funksjonsmåter. Under en tilkoblings-funksjonsmåte, hvor skipet styres til riktig posisjon for feste til elementet 13, fungerer det hydrauliske system ifølge oppfinnelsen for å bringe bøylen 10 til en tilnærmet horisontal stilling, idet det tillater, variasjoner over og under denne stilling som en reaksjon på skipets bevegelser før opp-nåelse av en stiv låseforbindelse.

Etter at forbindelse mellom bøylen 10 og skipet er tilveiebragt, drives systemet på en friløps-funksjonsmåte, hvorved det ikke motsetter seg rotasjon av bøylen 10 om tappene 12, idet den ikke avbalanserte vekt av bøylen understøttes av det til tårnet 11 festede skip.

Under en hurtigfrakoblings-operasjon, hvor det nøyak-tige tidspunkt for frakobling av skipet fra tårnet ikke nøyaktig er kjent, funsjonerer det hydrauliske system på en tredje måte for å tillate en lite eller ikke hindret bevegelse av bøylen 10. Nedadrettet bevegelse av bøylen krever imidlertid en fullstendig nedadrettet kraft som er større enn den ikke understøttede vekt av bøylen. Under en hurtigfrakoblings-prosess tillates følgelig nedadrettet bevegelse av bøylen så lenge skipet er funksjonsmessig forbundet med elementet 13 og utøver en nedadrettet kraft hvis størrelse er større enn en på forhånd bestemt verdi. Så snart, skipet er frakoblet fra tårnet, opphører imidlertid den nedadrettede kraft som utøves av skipet, og følgelig den nedadrettede bevegelse av bøylen, til hvilket tidspunkt det hydrauliske system tjener til å forhindre at bøylen faller under virkningen av sin egen vekt, og derved til å forhindre skade på bøylen eller det tårn méd hvilket den er forbundet.

Fig. 2 viser skjematisk konstruksjonen og operasjonen av en typisk utførelses form av det hydrauliske system ifølge oppfinnelsen, som ifølge fig. 1 omfatter.to individuelle sylindre 16.

Det vil forstås at antall sylindre" er uvesentlig og bare.av-henger av kravene i forbindelse med en spesiell installasjon.

Hver sylinder 16 omslutter et stempel 21 som kan bevege seg frem og tilbake, og som danner en væsketett tetning

i denne og deler sylinderen i to deler, én øvre- eller hode-ende 22, som er avtettet bortsett fra en ledning 23, og én nedre-e^ller stangende 24 som er gjennombrutt, for i gjennombrytningen eller åpningen væsketett å oppta en stang 17 som er festet til et stempel 21. Stangenden 24 av sylinderen 16 er således effektivt avtettet bortsett fra en ledning 27.

En ledning 28,som forbinder ledningene 23 og 27 innbyrdes, er forsynt med en énveisvehtil 29 som tillater væske-strømning fra ledningen 23 til ledningen 27, men som forhindrer strømning i motsatt retning. En ledning 31, som likeledes forbinder ledningene 23 og 27 innbyrdes, er forsynt med en styre-ventil 32 som etter valg kan innstilles i.den ene eller den annen av to stillinger. I en første stilling kan ventilen 32 åpnes helt for å. tillate fluidumstrømning i den ene eller den annen

retning gjennom ventilen. I en annen stilling er ventilen 32-normalt lukket, men åpner for å tillate strømning fra ledningen .27 til ledningen 23, men ikke i motsatt retning, når størrelsen av trykket i ledningen 27 overskrider en på forhånd bestemt verdi.

En akkumulator 3 3 er forbundet med ledningen 27, 'hvilken akkumulator omfatter en høytrykksbeholder som er forbundet med ledningen 2 7 via en vanlig ventil 34. Den øvre ende av akkumulatoren 33 er via en ventil 36 forbundet med en innretning for tilførsel av gass under høyt trykk.

Med ledningen 2 3 er der via en ledning 3 7 forbundet en annen akkumulator 38, hvis øvre ende via en ventil 39 er forbundet med en innretning for tilførsel av gass som står under et vesentlig lavere trykk enn den gass som tilføres akkumulatoren 33. Onder drift av systemet ifølge oppfinnelsen er begge ender av sylinderen 16 såvel, som ledningene 23, 27, 28 og 31 fylt med en. Vanlig hydraulisk væske 35. Akkumulatorene 33 og 38 er også delvis fylt med den samme væske.

Driften av systemet under hver av dets tre funksjons måter vil i det følgende bli beskrevet nærmere. Under en rutinemessig tilkoblingsoperasjon er ventilen 34 åpen, mens styreventilen 32 og énveis-ventilen 29 normalt er lukket. Høytrykksgassen

over væsken 35 i akkumulatoren 33 overfører trykk via ledningen

27 til stangenden 24 av sylinderen 1.6. Trykket i hode-enden

22 av sylinderen 16, hvilket trykk tilveiebringes av det for- ■ holdsvis lave gasstrykk over væsken i akkumulatoren 38>er vesentlig lavere enn det i stangenden 24, og en resulterende oppadrettet netto-kraft som virker på stempelet 21 overføres'til bøylen 10 via stangen 17. Ved egnet innstilling av væskevolumet i akkumulatoren 3 3 og av trykkene i akkumulatorenes 3 3 og 3 8

gassfaser, kan stangen 17 bringes i stilling for å understøtte

bøylen 10 i ønsket høyde. Når den ønskede høyde er oppnådd,

lukkes, ventilene 36 og 39 idet gassfasene i akkumulatorene 33

og 38 fanges eller innelukkes. Gassfasene i hver av akkumulator-

ene fungerer deretter som hurtigvirkende fjærer som tillater begrenset bevegelse av stempelet 21 opp eller ned i sylinderen 16 som en reaksjon på bøylens 10 bevegelse, forårsaket ved kon-

takt med skipet under tilkoblingsoperasjonen. Når stempelet 21 stiger opp som en reaksjon på oppadrettet bevegelse av skipet som står i kontakt med bøylen, blir gassfasen i akkumulatoren 38 tiltagende trykket sammen, hvorved den søker progressivt å motstå oppadrettet bevegelse, mens gassfasen i akkumulatoren 3 3 ekspanderer og progressivt reduserer den oppadrettede kraft som den utøver på stempelet 21.. Under nedadrettet bevegelse av stempelet er virkningene motsatt, idet gassen i akkumulatoren 3 3 trykkes sammen og tiltagende motsetter seg nedadrettet bevegelse, ?mens gassfasen i akkumulatoren 38 ekspanderer idet gassfasens trykk og således den nedad.rett.ede kraft som utøves mot den øvre overflate av stempelet 21 reduseres. På denne måte blir tilfeldige oppadrettede og nedadrettede bevegelser av bøylen effektivt av-dempet uten skade på utstyret.

Under normal operasjon av systemet ifølge oppfinnelsen og etter at . stiv forbindelse mellom skipet, og bøylen 10 er oppnådd, åpnes styreventilen 32 for å tillate væskestrøm i ledningen 31 i begge retninger mellom ledningene 23 og 27, og ventilen 34 lukkes og fjerner effektivt det av akkumulatoren 33 utøvede trykk mot den hydrauliske væske i sylinderen 16. Det vil forstås at omføringsforbindelsen via ledningen 31 og ventilen 32 mellom hode-enden 22 og stangenden 24 av sylinderen 16 under denne funksjonsmåte tillater oppadrettet eller nedadrettet beve-<g>else a,v stempelet 21 med liten motstand. På grunn av tilstede-værelsen av stangen 17 i stangenden av sylinderen 16 er imidlertid den tiltagende volumforandring.av hode-enden 22,.hvilken vol-umf orandring er forårsaket av en bestemt bevegelse av stempelet 21, ikke lik den tiltagende volumforandring av stangenden 24. Fftr eksempel kan den av oppadrettet bevegelse av stempelet, 21-forårsakede volumreduksjon av hode-enden 22 være vesentlig stør-re enn økningen i volum av stangenden 24. Den overskytende væske som ved en sådan bevegelse forskyves strømmer midlertidig til akkumulatoren 38, fra hvilken den vender tilbake til hode-enden 2 2 ved nedadrettet bevegelse av stempelet. '

Onder en hurtig- eller nødfrakoblings-funksjonsmåte er begge ventiler 34 og 32 lukket. Den under stempelet 21 fangede hydrauliske væske forhindrer nedadrettet bevegelse av stangen 17 inntil størrelsen av den av stangen utøvede, nedadrettede kraft overskrider en på forhånd bestemt verdi, hvilken kraft er større enn den ikke avbalanserte.vekt av bøylen 10, hvorved ventilen 32 åpner og tillater stempelet 21 å bevege seg ned som en reaksjon på kraften. Ved oppadrettet bevegelse av stempelet 21, hvorved den væske som, befinner seg i hode-enden<22>søker å trykke seg sammen, åpner énveis-ventilen 29 og tillater derved oppadrettet bevegelse under forholdsvis liten motstand. Det vil derfor forstås at oppadrettet bevegelse av bøylen 10 bevirket av skipet tillates på enkel måte under en sådan fra-koblingsprosess, mens nedadrettet bevegelse krever en kraft som er.større enn vekten av bøylen 10. Så snart skipet effektivt er koblet fra bøylen, således at det ikke lenger utøver noen kraft på denne, bæres følgelig bøylens vekt, hvorved skade på tårnet eller bøylen forhindres.

Claims (3)

1. Hydraulisk motvekts- og støtdempningssystem, karakterisert ved at det omfatter en hul sylinder (16) hvis ene ende (22) er lukket og hvis annen ende (24) har en åpning innrettet til å oppta en stang (17), et stempel (21) som kan beveges frem og tilbake og danne en væsketett tetning i sylinderens (16) indre, en stang (17) som med sin ene ende er forbundet med stempelet (21), og som væsketett i forhold til åpningen strekker seg gjennom den annen ende (24) av sylinderen (16), idet den annen ende av stangen (17) er innrettet til forbindelse med en last, en første akkumulator (33) som omfatter en trykkbeholder innrettet til å inneholde en nedre væskefase som omfatter en hydraulisk væske (35) og en øvre fase som omfatter en trykkgass, en første ledningsinnretning (27) som. tillater strømning av den hydrauliske væske (35) mellom den nedre ende av den første akkumulator (33) og den med åpning forsynte ende (24) av sylinderen (16), en ventilinnretning (34) i den første ledningsinnretning (27) for å styre væskestrømmen gjennom denne, en annen ledningsinnretning (28) som tillater strømning av den hydrauliske væske (35) mellom den lukkede ende (22) og den med åpning forsynte ende (24) av sylinderen (16), en énveis-ventil (29) i den annen ledningsinnretning (28), hvilken ventil (29) tillater strømning av hydraulisk væske (35) i denne fra den lukkede ende (22) til den åpne ende (24) av sylinderen (16), men hindrer strømning i motsatt retning, en tredje ledningsinnretning (31) som tillater strømning av hydraulisk væske mellom den lukkede ende (22) og. den med åpning forsynte ende (24) av sylinderen (16), en styre-ventil (32) som er anordnet i den. tredje ledningsinnretning (.31), og som er innrettet til å styre væskestrømmen i denne, idet styreventilen (32) kan bringes til en åpen og en lukket stilling, og videre.er innrettet til å åpne når den befinner seg i lukket stilling og når størrelsen av trykket i den med åpning forsynte ende (24) ay sylinderen (16) overskrider en på forhånd bestemt verdi.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter en andre akkumulator (38) som.omfatter en andre trykkbeholder, og en fjerde ledningsinnretning (37) som kommuniserer med den nedre ende a <y> den annen trykkbeholder og den lukkede ende (22) av-sylinderen (16) •

3. System ifølge krav 1, !. karakterisert ved at akkumulatorene (33, 38) er driftsmessig forbundet med innretninger for tilførsel av gass under høyt trykk, idet deji til den første akkumulator (33) tilførte gass står under høyere trykk enn den til den annen akkumulator (38) tilførte gass.