NO850047L - Kobling for forbindelse av to elementer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt en kobling for festing av et avlangt element til et annet element. Mer særskilt vedrører oppfinnelsen en kobling for innstillbar fastgjøring av en strekkstag-offshore-plattform til et sett av rørformede strekkstag som strekker seg opp til vannflaten fra et fundament på havbunnen.

En forbindelse av et avlangt element med et annet element kan ut-føres på mange ulike måter. I de tilfeller hvor det avlange element ikke behøver å frigjøres igjen fra det andre element kan forbindelsen mellom de to skje som en permanent forbindelse, eksempelvis ved sveising, nagling eller som en sampassingsfor-bindelse. Når det imidlertid er nødvendig at det avlange element skal kunne innstilles eller løsgjøres, vil valget av forbindelses-metoder være begrenset. For slike anvendelsestilfeller benyttes vanligvis én av tre hovedtyper av forbindelser. Disse hovedtyper er: sammenlåsende koblinger, eksempelvis gjengeforbindelser og bajonettkoblinger, koblinger av klemtypen, eksempelvis flenskob-linger med bolter, og kile-koblinger, hvor en strekk- eller trykkbelastning på elementene som er sammenkoblet vil etablere en eller annen form av kilevirkning som bidrar til å låse de to elementene sammen.

Et av de mer krevende anvendelsesområder for innstillbare koblinger er forbindelsen mellom strekkstag og en plattform i en strekkstag-plattform innbefatter en flytende plattform som ved hjelp av et sett av avlange rørformede strekkstag er tilknyttet et fundament på havbunnen. Plattformen sammenkobles slik med strekkstagene at plattformen har et dypgående som er flere meter større enn når plattformen flyter fritt. Plattformens resulter-ende oppdriftskraft gir en høy strekkbelastning i strekkstagene. Dette gir stor motstand mot plattformbevegelser som induseres

av bølger, strømmer og vind. Koblingene mellom strekkstagene og plattformen må tillate en rask justering av strekkstaglengden, slik at strekkbelastningen kan holdes på et optimalt nivå i samsvar med endringer i værforholdene og varierende plattformopp-drift. Disse koblinger må også kunne tåle de ekstremt høye

aksialbelastninger som plattformoppdriften gir. Fordi aksialbelastningen på strekkstagene innbefatter en syklist komponent som skyldes bølgevirkningen, er det viktig at koblingene har høy ut-mattings fasthet .

En strekkstag-plattformtype, som er beskrevet i en artikkel: "Hutton-Tension goes on at World<1>s First TLF", Offshore Engineer, August 1984, side 26-31, benytter en gjengekobling for festing av et strekkstag til plattformen. De øverste meterne av hvert strekkstag er gjenget for samvirke med en tilsvarende gjenget muffe. Muffen hviler på en fortøyningsflate i plattformen, slik at når strekkstaget er under strekk vil muffen utøve en nedadrettet kraft på plattformen. Strekkbelastningen i strekkstaget kan innstilles ved å dreie muffen den ene eller andre vei.

Denne utførelse har den ulempe at de høye belastningene i gjenge-flatene mellom muffe og strekkstag kan medføre at muffen skjærer seg fast. Når det dreier seg om rørformede strekkstag som har oppdrift, vil strekkstaget ha en stor diameter som medfører betydelige maskinerings- og monteringsproblemer.

Mange av de ulemper som hefter ved gjengekoblinger kan unngås ved bruk av kilekoblinger. Imidlertid har man hittil ansett kile-koblinger for å være uegnet til bruk som strekkstag-koblinger. Kilekoblinger benyttes for løsbar forbindelse mellom et rør-formet element og en konstruksjon når det rørformede element er under en høy aksialbelastning. Et typisk eksempel finnes i US-PS 4167279, hvor det dreier seg om en forbindelse mellom et forings-rør og et stigerør. Slike koblinger benytter flere krummede fangkiler som er anordnet i en sirkel mellom et sylindrisk bæreelement og det avlange rørformede element. Koblinger av denne type egner seg ikke særlig godt for holding av rørformede elementer i de tilfeller hvor aksialbelastningen er av den stør-relsesorden som man finner i strekkstag for strekkstag-platt-former. Fangkiler vil utøve en stor og radielt innoverrettet belastning på det rørformede element. Denne belastning er direkte proporsjonal med aksialbelastningen på det rørformed element. Dersom aksialbelastningen er tilstrekkelig stor så vil den radielt innoverrettede kraft som utøves av fangkilene bli så stor at det rørformede element trykkes sammen.

Det foreligger derfor et behov for en kobling for forbindelse av et avlangt element med et annet element, med lett adgang til inn-stilling av forbindelsesstedet på det avlange element. Det foreligger også et behov for en kobling som kan benyttes også i de tilfeller hvor man må regne med høye aksialbelastninger, idet koblingen ikke skal utøve høye radialbelastninger på det avlange element.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en kobling som angitt i krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen går frem av under-kravene.

I en foretrukken utførelsesform benyttes koblingen for innstillbar fastgjøring av et avlangt element til en konstruksjon under høy aksialbelastning. Konstruksjonen danner en utsparing eller et opptak og det kan eksempelvis dreie seg om innerommet i et rør-formet element i konstruksjonen. Dette opptaket er forsynt med flere innvendige, radielle ribber. Disse ribber vil begrense kanaler i opptaket, idet hver slik kanal begrenses av hosliggende ribber. Det avlange element forsynes med et tilsvarende sett av utvendige, radielle ribber. Det med ribber forsynte, avlange element er utformet slik at det kan føres inn i opptaket idet hver ribbe på det avlange element går inn i en av de nevnte kanaler. Hver kanal deles således ved hjelp av en ribbe på det avlange element opp i to avlange rom, idet hvert slikt rom begrenses på den ene siden av ribben som tilhører opptaket, mens det på den andre siden begrenses av ribben som tilhører det avlange element. I hvert rom plasseres det minst én kile for derved å låse det avlange element på plass i opptaket.

Foreliggende oppfinnelse er særlig fordelaktig fordi komponent-ene er lette å fremstille, de krever ingen nøyaktige toleranser, man kan lett foreta de ønskede innstillinger, og koblingen har meget mindre radialbelastning på det avlange element enn tilfel-let er ved de kjente kileforbindelser. Disse fordeler medfører at koblingen ifølge oppfinnelsen egner seg særlig godt for bruk som forbindelsesorgan mellom en plattform og et sett av rørformede strekkstag som strekker seg opp fra havbunnen og til plattformen.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegning-ene hvor: Fig.l viser et eksplosjonsriss av en prinsippiell utførelse av

oppfinnelsen, for sammenkoblinge av to elementer,

fig.2 viser et perspektivriss hvor de to elementene i fig.l er

sammenkoblet,

fig.3 viser et snitt etter linjen 3-3 i fig.2,

fig.4 viser et detaljutsnitt av en ribbe med kile ifølge en

modifisert utførelsesform,

fig.5 viser en utførelsesform hvor to like avlange rørformede

elementer skal forbindes,

fig.6 viser en utførelsesform hvor to like avlange ikke-rørform-ede elementer skal forbindes,

fig.7 viser en strekkstag-plattform hvor oppfinnelsen, utnyttes, fig.8 viser et detaljsnitt gjennom en av koblingene i fig.7, fig.9 viser et snitt etter linjen 9-9 i fig.8,

fig.10 viser et snitt etter linjen 10-10 i fig.8,

fig.11 viser et delvist gjennomskåret perspektivriss av koblingen i fig.8, idet her kilene er trukket litt opp fra låsestil-lingen for derved bedre å vise den konstruktive utførelse,

og

fig.12 viser en detalj av en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen hvor det benyttes hydrauliske arbeidssylindre for selektiv frigjøring av kilene.

Figurene viser ulike utførelsesformer av en kobling ifølge oppfinnelsen. En prinsippiell utførelse av koblingen 10 er vist i fig.1-6. En foretrukken utførelsesform av en kobling 10, som er vist i fig.7-11, er beregnet for bruk for å forbinde strekkstagene i en strekkstag-offshore-plattform til selve plattformen. Koblingen 10 kan imidlertid modifiseres på mange måter og også anvendes på andre områder.

I fig.1-3 er det vist en kobling 10 for sammenkobling av et avlangt første element 12 med et andre element 14 på en slik måte at det første element 12 vil være fastgjort mot bevegelser i en bestemt aksialretning. Elementene 12,14 er vist som utsnitt av større eller lengre komponenter, selv om de naturligvis også kan være utført som relativt korte og selvstendige komponenter. Elementene 12,14 er begge rørformede elementer. Ytterdiameteren til elementet 12 er mindre enn innerdiameteren til elementet 14. Elementet 12 er forsynt med flere ribber 16 som strekker seg radielt utøver fra ytterflaten 18. Elementet 14 er forsynt med et tilsvarende antall ribber som strekker seg radielt innover fra innerflaten' 22. Som best vist i fig.l og 2 danner hvert sett av ribber 16,20 en ringformet serie av slike ribber, sentrert om koblingens 10 sentrale akse. De to ribbesett er dimensjonert slik at ribbene på det første element 12 kan gå inn mellom ribbene på det andre element 14, se fig.2 og 3. Ribbene 16,20 strekker seg en vesentlig radiell strekning inn i den kanal som dannes mellom to hosliggende ribber på det respektive andre element. Således vil ringrommet mellom de to elementer 12,14 være radielt oppdelt av ribbene 16,20, slik at det fremkommer flere aksialt forløpne rom 23. Sidene eller flankene til de radielle ribber 16,20 tjener som lastbærende flater for overføring av belastningen mellom de første og andre elementer 12,14 i koblingen 10 .

Lastbærende elementer, i dette tilfelle i form av motsatt rettede kiler 24, plasseres inne i hvert av de nevnte rom 23. Som best vist i fig.l har kilene 24 en skrå flate 26 som bringes til an-leggskontakt med hverandre. Når kilene 24 drives sammen vil av-standen mellom de to ytre flater 28 på kilene øke som følge av samvirket mellom skråflatene 26. Som best vist i fig.3 er kilene 24 lett avsmalnet i radial retning, for tilpassing til ribbenes 16,20 radielle orientering. Alternativt kan ribbene 16,20 være avskrådd slik at ribbeflankene på to hosliggende ribber vil være parallelle. Det vil da ikke være nødvendig å ha i tverr-snitt avsmalnende kiler 24. I visse tilfeller kan det være ønske-lig å forsyne skråflatene 26 eller kontaktflatene 28 med et elastomert materiale. Dette fordi et slikt elastomert belegg vil gi bedre lagerflater mellom kilene og mellom kilene og ribbene enn dersom det benyttes rene metallflater som utsettes for korro-sjon, utilsiktet smøring og nedsliting.

Med kileparene orientert som vist i fig.l og 2 vil elementene 12, 14 være låst sammen i samsvar med den utøvede strekkbelastning. Antas at kilene 24 befinner seg i en ubelastet tilstand, så vil en strekkbelastning på elementene 12,14 bevirke at det første element 12 beveger seg oppover i forhold til det andre element 14. Denne bevegelsen medfører at kilene 24 drives sammen, hvor-ved de to ribbene 16,20 vil presspåvirkes i retning fra hverandre. Samtidig vil alle de alle kileparene utøve samme virkning, og resultatet er at kilene og ribbene ringkomprimeres. Denne ringkomprimeringen etablerer en overflatefriksjon i samtlige flater mellom kiler og ribber. Med økende aksialbelastning vil ribbe-kile-belastningen øke. På denne måten låses elementene 12, 14 sammen og kan ikke beveges aksialt fra hverandre etter at kilene 24 har fått kontakt med ribbene 16,20. Fordi klemkreftene som skyldes kilevirkningen virker rundt omkretsen, oppnås en serievirkning. Det vil si at, når de radielle kreftekomponenter ses bort fra, den ønskede klemkraft vil gå gjennom samtlige kiler og ribber som en enkelt kompresjon-ringkraft inne i ringrommet mellom de to elementene 12,14.

En bevegelse av de to elementer 12,14 mot hverandre vil imidlertid ikke hindres. Dette fordi en slik sammenføringsbevegelse vil bety en avlastning av kilene 24, slik at elementene 12,14 fri-gjøres. En reversering av kilenes orientering betyr en reversering av den aksialbelastning som koblingen 10 kan oppta.

I fig.1-3 virker koblingen 10 til å oppta en strekkbelastning mellom de to elementene 12,14. Snur man kilene 24 så vil koblingen 10 bevirke en sammenlåsing av de to elementer 12,14 som kan mot-stå en kompresjonsbelastning eller sammentrykking. De to elementene 12,14 kan da bevege seg fritt under strekkbelastninger.

Kilene 24 kan være separate, uttagbare komponenter, slik det er vist i fig.1-3, eller de kan være integrert med eller på annen måte være festet til ribbene 16,20. Et utførelseseksempel på dette er vist i fig.4. Den kompresjon-ringkraft som tjener til å klemme de to elementene 12,14 sammen, utvikles i fig.1-3 ved at de to elementer 12,14 utsettes for aksialkrefter. Alternativt kan det benyttes separate midler 27 for sammendrivingen av kilene 24 uavhengig av ribbebevegelsen, se fig.4. Fordelen med den sist-nevnte utførelsesform er at en kobling 10 som innbefatter slike kile-drivmidler 27 kan benyttes for å låse elementene 12,14 sammen uavhengig av eksistensen eller orienteringen til den aksialbelastning som de første og andre elementer 12,14 utsettes for.

Man kan naturligvis tenke seg andre elementer enn kiler for belastning av ribbene 16,20 for derved å bevirke en sammenlåsing av elementene 12 og 14. I visse tilfeller kan det eksempelvis benyttes hydrauliske arbeidssylindre for dette formål.

Fig.5 og 6 viser alternative utførelsesformer av oppfinnelsen hvor to elementer 112,114 kan forbindes med hverandre uten at det ene element må føres inn i det andre. En slik utførelse er særlig anvendbar når det dreier seg om en forbindelse mellom ikke rørformede elementer eller rørformede, innbyrdes like elementer. Elementene 112,114 festes til hver sin ende av et koblingselement 130 under utnyttelse av kiler. Kilene 124

er orientert slik at de enten tar kompresjonsbelastning eller strekkbelastning, alt etter behov. Alternativt kan det benyttes kile-drivmidler 27 for sammenlåsing av elementene 112,114 uavhengig av den eksterne belastning. Ved å benytte tilsvarende ut-formede koblingselementer 130 kan man forbinde to elementer 114

med hverandre, uansett tverrsnittsutformingen av disse elementer.

Koblingen ifølge oppfinnelsen egner seg særlig for bruk ved sammenkobling av strekkstag og plattform, se fig.7-11. En strekkstag-plattform 234 er forsynt med strekkstagkoblinger 210. Plattformen har fire ben 236 og fire pongtonger 238 som danner flere oppdriftskammere for plattformen. Strekkstag 212 går fra et fundament på havbunnen og opp til benene 236 og benyttes for å holde plattformen på plass. Hvert ben 236 er utformet med en horisontal fortøyningsflate 240 som virker som en bæreflate for overføring av belastningen fra strekkstagene 212 og over i skrå-konstruksjonen til plattformen. Den øvre delen av hvert strekkstag 212 strekker seg opp i benet 236 gjennom en åpning 242 i fortøyningsflaten 240. Den delen av strekkstaget 212 som går gjennom fortøyningsflaten 240 er forsynt med flere utvendige, radielle ribber 216. Denne ribbeforsynte del av strekkstaget 212 går gjennom et hoved-kileåk 214 som har et antall innoverrettede, radielle ribber 220. Hver av disse går inn i den kanal som dannes mellom hosliggende strekkstagribber 216, se fig.10. Hver slik åk-ribbe 220 har en tykkelse som avsmalner slik at side-sideavstanden er større i bunnen enn ved toppen av ribben 220.

En lignende slik ribbe er vist i fig.4. Som best vist i fig.11 e er en enkelt, separat kile 224 plassert i hvert av de to aksialt forløpende rom som dannes mellom hver strekkstagribbe 216 og de to hosliggende åk-ribber 220. Når kilene 224 er satt på plass, vil strekkstaget 212 være hindret i å bevege seg nedover i forhold til åket 214. Så snart strekkstaget 212 er strammet skikke-lig, som beskrevet nærmere nedenfor, vil åket 214 holdes under strekk gjennom strekkstagkoblingen 210.

Åket 214 hviler på fortøyningsflaten 240 ved hjelp av øvre og nedre ringbjelker 244,246. Mellom disse to ringbjelker er det anordnet et sett av tre belastningsceller 248 som benyttes for overvåking av den last som koblingen 210 opptar.

I den foretrukne utførelsesform av strekkstagkoblingen 210

er det anordnet et øvre åk 250 som tjener til å lette innstil-lingen av strekkstagspenningen. Som best vist i fig.8 og 9 er dette øvre åk 250 utført i hovedsaken som åket 214 og det har flere aksialt avsmalnende ribber 252 som strekker seg inn mellom strekkstagribbene 216. Kilene 254 er plassert mellom strekkstagribbene 216 og ribbene 252 på det øvre åk, for derved å hindre en nedadrettet bevegelse av strekkstaget 212 i forhold til det øvre åk 250. Belastningen fra det øvre åk 250 overføres gjennom en øvre åkringbjelke 256 som hviler på en hylse 258 som i sin tur hviler på den øvre ringbjelke 244.

Mellom det øvre åk 250 og den øvre ringbjelke 256 er det plassert flere hydrauliske sylindre 260. Disse medfører at strekkstagkoblingen 210 kan jekkes opp. Ved å kjøre ut de hydrauliske sylindre 260 kan det øvre åk 250 presses oppover i forhold til fortøyningsflaten 240. Fordi kilene 254 låser strekkstaget 212 mot nedadrettet bevegelse i forhold til det øvre åk 250 vil innvirkningen av de hydrauliske sylindre 260 på det øvre åk 250 bevirke at strekkstaget 212 trekkes oppover gjennom fortøynings-flaten 240 en strekning svarende til slaglengden til de hydrauliske sylindre 260. Denne bevegelse foregår uhindret at hovedåket 214, fordi kileorienteringen i begge åk 214,250 er slik at strekkstaget 212 kan bevege seg oppover gjennom åkene. Så snart de hydrauliske sylindere 260 har nådd sin maksimale slaglengde kan sylinderne 260 trekkes tilbake. Derved beveges det øvre åk 250 ned langs strekkstaget. En nedoverrettet bevegelse av strekkstaget 212 hindres av hovedåket 214. Når det øvre åk 250 er rettet ned til utgangsstillingen kan oppjekkingen fortsettes ved gjentatt bruk av sylinderne 260 for derved å bringe strekkstaget 212 under den ønskede strekkbelastning. For å kunne senke strekkstaget 212 i forhold til fortøyningsflaten 240 er det nødvendig å avlaste hovedåkets kiler 224 og kilene 254 i det øvre åk. Dette kan man oppnå ved å løfte strekkstaget 212 ved hjelp av en ikke vist løfteinnretning som er plassert over koblingene 260. Så snart kilene 224 er avlastet kan de løftes opp ifra sine arbeidsstillinger. Med løfteinnretningen kan man så senke strekkstaget 212 til den ønskede stilling, hvoretter kilene 224,254 senkes ned igjen til kontakt med de tilsvarende åkribber 220,222. Løfteinnretningen kan så frakobles.

For å lette bruken av strekkstagkoblingene 210 kan det være anordnet midler for selektivt å kunne drive kilene mellom en

låst og en ulåst tilstand. Fortrinnsvis innbefatter slike drivmidler flere hydrauliske sylindre som er plassert på ikke-viste flenser umiddelbart over og under hvert åk 214,250. Ved å drive kilene 224,254 mot deres tilhørende avsmalnede åkribber 220,

252 kan koblingen forspennes, med fast låsing av strekkstaget 212 til åket 214 selv når det ikke foreligger noen belastning i strekkstaget 212. Denne hydrauliske kiledriving virker på en måte som er analog med den mekaniske kiledriving som er vist i fig.4. En avlastningsanordning for kilene vil presse kilene 224,254 vekk fra de tilsvarende åkribber 220,252 for derved å muliggjøre en fri oppadrettet og nedadrettet bevegelse av strekkstaget 212 så snart strekkstagbelastningen som opptas av koblingen 210 er fjernet.

Fig.12 viser en utførelsesform av et hovedåk 314 hvor det benyttes hydrauliske frigjøringssylindre 362 for avlastning av kilene 324. Utførelsen i fig.12 skiller seg også fra den foran beskrevne utførelse derved at åket 314 danner et ringformet sett av lastbærende elementer 320 som tjener som ribber. Elementene 320 er adskilt fra hverandre med gap hvori strekkstagribbene går inn. Sideflankene til elementene 320 danner de flater langs hvilke kilene 324 ligger an.

Claims (8)

1. Kobling for forbindelse av et avlangt første element med et andre element, karakterisert ved at den innbefatter flere i lengderetningen forløpende, radielle ribber (16) på det avlange første element (12), flere tilsvarende radielle ribber (20) på det andre element (14), idet de første og andre elementer (12,14) er utformet slik at det med ribber forsynte avsnitt på det ene av de nevnte elementer (12,

14) kan plasseres inne i det andre av de nevnte elementer (12, 14) med ribbene (16,20) på elementene (12,14) forløpende mellom to hosliggende ribber på det respektive andre element for derved å danne flere i ringform anordnede, i lengderetningen forløpende rom, og et antall kiler (24), hvilke kiler er anordnet i par, idet hvert slikt par er plassert i et av de nevnte rom, slik at én av kilene (24) har kontakt med en ribbe på det ene element, mens den andre av kilene (24) har kontakt med en ribbe på det andre element.

2. Kobling ifølge krav 1, karakterisert ved at de kiler (24) som har kontakt med en ribbe på det ene element er permanent festet til denne ribbe.

3. Kobling ifølge krav 2, karakterisert ved at de kiler som har kontakt med en ribbe på det andre element er helt frie med hensyn til permanent forbindelse med ribben.

4. Kobling ifølge krav 1, karakterisert ved at hver kile er permanent festet til den ribbe hvormed den har kontakt.

5. Kobling ifølge krav 1, karakterisert ved midler (27) for selektiv driving av kilene i hvert kile-par mot hverandre for derved å plassere kilene og ribbene under kompresj onsbelastning.

6. Innretning for innstillbar forbindelse mellom et avlangt element og en offshore-konstruksjon, karakterisert ved at den innbefatter et bæreelement som er for-bundet med offshore-konstruksjonen, hvilket bæreelement danner et aksialt opptak beregnet for opptak av det avlange element, flere radielle ribber som strekker seg innover i det aksielle opptak ifra bæreelementet, hvilke radielle ribber danner en ringformet rekke av aksialt forløpende kanaler, flere radielle finner som strekker seg utover ifra det avlange element, idet det avlange element og bæreelementet er slik dimensjonert og deres respektive ribber er slik anordnet at det avlange element kan plasseres inne i bæreelementet med ribbene på det avlange element ragende inn i kanalene mellom to hosliggende ribber på det andre element, for derved å danne en rekke av aksialt for-løpende rom som sideveis begrenses på den ene siden av en ribbe tilhørende det avlange element og på den andre siden av en ribbe tilhørende bæreelementet, og minst én kile som er plassert i hvert av de nevnte aksialt forløpende rom.

7. Innretning ifølge krav 6, karakterisert ved at det i hvert av de nevnte aksialt forløpende rom er anordnet et par motsatt rettede kiler, idet én av kilene ligger an mot en ribbe på det avlange element og den andre av kilene ligger an mot en ribbe på bæreelementet.

8. Innretning ifølge krav 6, karakterisert ved at tykkelsen til bæreelementets ribber avsmalner i aksialretningen.