NO850602L - Kuleledd for et offshore-taarn - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et kuleledd for dannelse av en forbindelse mellom et tårn som bærer en plattform over vannflaten,

og et på havbunnen plassert fundament, hvilket kuleledd innbefatter en på en avslutningsplate festet nedre kulekalott-

ring og en derpå påsatt, med en leddhals i tårnet innleiret, øvre kulekalottring, idet de på tårnet innvirkende vertikale og horisontale krefter overføres til fundamentet gjennom en mellom kulekalottringene anordnet kulekalottformet lagerring og de på tårnet innvirkende momenter overføres til fundamentet gjennom en i det indre av kuleleddet i høyde med ekvator anordnet dreiesikring i form av tapper med i glidestoler førte glideklosser, idet samtlige mot hverandre glidende glideflater er forsynt med en og samme glidematerialparing.

Slike ledd er bl.a. kjent fra DE-PS 25 49 859. Det er der i berøringsområdet mellom de to leddeler anordnet et PTFE-

belegg (polytetrafluoretylen-belegg). PTFE-glideelementene vil til tross for den anordnede høytrykkssmøring slites, og dette nødvendiggjør flere gangers periodisk utbytting av disse glideelementer i løpet av leddets levetid. De konstruktive tiltak for utbyttingen av glideelementehe er krevende.

PTFE-glideelementer som anvendes i kuleledd ifølge DE-PS

25 49 859, DE-OS 27 55 592 og DE-OS 31 32 711 er forsynt med

en høytrykkssmøring som forutsetter en vedlikeholdskrevende smøringsanordning samt forbruk av og lagerholding av en større mengde smøremiddel.

Samtlige av de tre i de nevnte publikasjoner beskrevne ledd

kan som følge av den konstruktive oppbygging bare i begrenset utstrekning oppta momenter om tårnets høydeakse. Momenter om høydeaksen oppstår i ulike angrepsretninger som følge av vind-,.strømnings- og bølgekrefter, ujevn omstrømming, en uunn-gåelig eksentrisk stilling av tyngdepunktet i tårnet og dekk-ene, samt som følge av eventuelt eksentrisk angripende fortøy-ningskrefter.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe et kuleledd

for forbindelse mellom et tårn som bærer en over vannflaten forhåndenværende plattform, og et på havbunnen plassert fundament, hvilket kuleledd er vedlikeholdsfritt, ikke krever stadig beredsskapsklare maskinelle hjelpeanlegg og dessuten kan over-føre store krefter og torsjonsmomenter.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det at de på tårnet innvirkende momenter om høydeaksen likeledes overføres til fundamentet gjennom en i det indre av kuleleddet i høyde med ekvator anordnet dreiesikring i form av tapper med i glidestoler førte glideklosser, idet samtlige mot hverandre glidende : glideflater er forsynt med en og samme glidematerialparing, at glidematerialparingen utgjøres av en friksjonsfattig, støpe-teknisk tilveiebragt tinn-bly-bronse-legering med innleirede faststoffagglomerater på den ene siden og et ikke-rustende, polert materiale på den andre side, at dreiesikringen innbefatter et med leddhalsen forbundet torsjonstivt rør som bærer dreiesikringens tapper, og at glidestolene er forbundet med avslutningsplaten.

Ytterligere fordelaktige utforminger av oppfinnelsen vil gå frem av underkravene.

Med oppfinnelsen oppnås at samtlige kinetisk arbeidende

deler i kuleleddets dreiesikring kan overvåkes kontinuerlig i tørr tilstand henholdsvis under atmosfæretrykk, at større horisontal- og vertikalkrefter samt dreiemomenter om høyaksen kan overføres på samme måte som ved kjente ledd, at leddet som følge av den forenklede konstruktive oppbygging kan frem-stilles på en kostnadsgunstig måte og at det som følge av trykktilpasningen i kuleleddets innerrom ikke er nødvendig med mekaniske tetninger for normal drift.

Oppfinnelsen skal forklares nørmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et gjennomskåret perspektivriss av en utfør-elsesform av oppfinnelsen, og

fig. 2 viser et snitt gjennom utførelseseksempelet i fig. 1,

forsynt med en beskyttelsessylinder.

Det i fig. 1 viste kuleledd har en leddunderdel 1 som er fast eller løsgjørbart forbundet med et på havbunnen plassert fundament ved hjelp av en avslutningsplate 3. Avslutningsplaten 3 bærer en sylinder 4 eller en kjeglestump som innbefatter en nedre kulekalottring 5.

En leddoverdel 2 og en leddhals 7 er skyvkraftfast forbundet med tårnet henholdsvis den i fig. 2 antydede tårnfot 20. Leddoverdelen 2 utgjøres av en kulekalottring 6 som slutter seg til leddhalsen 7. Ledhalsen 7 er oventil lukket med et ikke vist, trykkfast mannhull med en dokkingsinnretning 33 for en personellsluse eller for et dekompresjons- eller over-føring skammer. Nedentil går leddhalsen 7 over i et torsjons-fast rør 8 som så går over i- en utvidet fot 3 4 forsynt med tapper 14.

Tappene 14 er anordnet på diametralt motliggende steder på rørfoten 34 og kan være fast tilformet, være stukket inn i, skrudd inn i eller satt inn ovenfra i dertil utformede tapp-opptak ved hjelp av pass-stykker.

De fra det torsjonsfaste rør 8 vendte ytre ender av tappene

14 går inn i glideklosser 15. Disse glideklosser kan forskyves opp og ned i vertikalretningen i gaffelformede glidestoler 9, men de fastholdes slik i glidestolene at dreiebevegelser om rørets 8 høydeakse og leddhalsens 7 høydeakse ikke kan fore- - komme. I den viste utførelsesform er det således anordnet to diametralt motliggende glidestoler 9 som bæres av avslutningsplaten 3 og er festet til denne. I en annen, ikke vist utførelsesform kan glidestolene være direkte forbundet med leddunderdelen.

Opplagringsområdet 10 som overfører horisontal- og vertikalkrefter, er anordnet over kuleleddets ekvator og på den nedre kulekalottring 5. Dette opplagringsområde dannes av en friksjonsfattig, støperiteknisk fremstilt tinn-bly-bronselegering med innleirede faststoffagglomerater og kan inneholde en tilleggs-smørning med silikonfrie smørestoffer.

Opplagringsflaten bestemmes av sirkelomkretsen og den ut fra

den forventede belastning beregnede høyde for lagerområdet. Lageret kan også eventuelt utføres slik at detkan etter-

stilles ved hjelp av mekaniske innretninger eller lagere;t kan være hydraulisk avstøttet. Videre)kan lageret være utformet enten statisk eller hydrostatisk.

For de sjeldne tilfeller at det skal foretas en inspeksjon

av leddinnerrommet 19 under atmosfæriske betingelser er det over opplagringsringen 10 anordnet en for fagmannen kjent tetning 11 på den nedre kulekalottring 5. Denne tetning tetter mot den øvre kulekalottring-6. Slike pakninger er allerede prøvet ut innenfor offshore-området hvor de kan strammes til ved behov. Under opplagringsringen 10 er det en ekspanderbar pakning^; 12 som sitter på den nedre kulekalottring -5 og kan bringes til virkning i fra leddinnerrommet 19 når det skal utføres arbeider i innerrommet 19 under et atmosfærisk trykk som ligger betydelig under det ytre vanntrykk og eksempelvis er tilpasset lufttrykket på overflaten. Denne ekspanderbare pakning kan innbefatte allerede utprøvede flertrinns-elementer henholdsvis redundante elementer.

Som allerede nevnt innbefatter dreiesikringen 13 tapper 14

som er anordnet i høyde med kulekalottringenes ekvator.

Disse tapper bærer i tappaksen forskyvbare glideklosser 15

som selv ved skråstillinger av tårnet kan overføre krefter til glidestolene 9 og dermed til avslutningsplaten 3, som glidestolen er bøyestivt forbundne med.

Ved hjelp av dreiesikringen 13 blir tappene 14 påkjent av glidestolene 9 i bare et plan. I en annen utførelsesform, hvor det i tillegg er anordnet en bukk som avstøtter seg mot avstøtningsplaten 3, kan det også fremkomme en påkjenning av tappene 14 i to plan.

Samtlige bevegelige deler i dreiesikringen 13 kan inspiseres i tørt rom henholdsvis også under atmosfærisk trykk. I en annen utførelsesform kan glideklossene 15 gripe direkte inn i sylinderen 4, som utgjør en del av leddunderdelen 1, slik at det da ikke er anordnet egne glidestoler 9, slik det er vist i fig. 1.

I en annen, ikke vist utførelsesform kan glidestolene være utformet på rørfoten 34 eller være formsluttende forbundne med denne, mens sylinderen 4 i leddunderdelen 1 da i høyde med ekvator bærer de med glideklosser forsynte tapper.

For at dreiesikringen 13 skal virke skikkelig er det i alle tilfeller vesentlig at tappeaksene i normaltilstanden ligger i kulekalottringenes ekvatorialplan.

Ifølge en ytterligere, ikke vist utførelsesform kan det i hver glidestbl 9 være montert en presse som avstøtter-.-.seg mot den respektive glidekloss 15. Derved kan kuleleddet sperres, noe som vil være nødvendig i enkelte byggefaser.

For beskyttelse av eventuelt frie glideflater på leddoverdelen 2 er kuleleddet som vist i fig. 2 omgitt av en beskyttelsessylinder 21 som er innleiret i den vanligvis av betong tilformdde tårnfot 20. Tårnfoten 2 0 er forøvrig forbundet med leddoverdelen 2, som i praksis har ekstra ribber 35 som tjener til å forbedre kraftoverføringen fra tårnfoten 20 til leddoverdelen 2. i perspektivrisset i fig. 1 er disse skyvkraftribber 35 utelatt, for ikke unødig å komplisere tegningen.

Den i fig. 2 viste beskyttelsessylinder 21 strekker seg fra underkanten av tårnfoten 2 0 og ned til forbi kuleleddets ekvatorialplan. I nærheten av sin.nedre kant bærer beskyttelsessylinderen en første krave 25 som tjener til befestig-else av ytterkanten til en membran 22. Membranens 22 inner-kant er festet til en andre krave 28 som er plassert på sylinderen 4, likeledes i kuleleddets ekvatorialplan. På denne måten er det mellom tårnfoten 2 0 og membranen 22, henholdsvis mellom-leddunderdelen 1 og beskyttelsessylinderen 21 tilveiebragt et innerrom 32 som er avtettét eller avsperret'mot det under mem.-r branen 22 forhåndenværende sjøvann. Membranen 22 kan eksempelvis være en profilert stålplate eller armert gummi.

I beskyttelsessylinderen 21 er det plassert minst en under-trykksventil 23 og likeledes minst en overtrykksventil 24,

for ventilering av innerrommet 32. Innstillingen av ventilene 23, 24 kan velges slik at trykket i innerrommet 32 kan holdes like over, like under eller nøyaktig likt med det omgivende vanntrykk. Dessuten kan innerrommet 3 2 være fyllt med et annet egnet medium enn luft, med det nødvendige trykkpådrag hentet fra trykkluft i innerrommet 19. For å beskytte den delen av leddunderdelen 1 som stadig har konstakt med sjøvannet, er sylinderen 4 beskyttet med et beskyttelsessjikt 31 av et elastisk materiale, eksempelvis gummi. Dette beskyttelses-sjiktet vil beskytte mot korrosjon og strekker seg på ut-

siden av sylinderen 4, i fra kraven 28 og til avslutningsplaten 3.

Innerrommet 19 i kuleleddet vil under driften stadig være

fyllt med trykkluft, idet trykket holdes på samme nivå som det omgivende vanntrykk (i høyde med leddekvator). Det ytre vanntrykk pg det indre lufttrykk vil da holde likevekten. Mekaniske tetningselementer er ikke nødvendige for normal-drift. Personell kan få tilgang til innerrommet 19 gjennom en personellsluse, et dekompresjonskammer eller et over-føringskammer under utnyttelse av dokkingsinnretningen 33,

med bibehold av lufttrykket.

Av driftsmessige årsaker kan det av og til forekomme at kuleleddet også bygges i omvendt stilling. I så tilfelle vil den ytre kulekalottring være forbundet med fundament-legemet, mens den indre kulekalottring er forbundet med

den opp gjennom havvannet forløpende konstruksjon, idet samtlige øvrige leddkomponenter stillings-omplasseres tilsvarende. Da det for en fagmann tør være klart hvordan et slikt omvendt kuleledd kan bygges, skal det her ikke gås nærmere inn på denne mulige utførelsesform.

Claims (21)

1. Kuleledd for forbindelse av et tårn som bærer en over vannflaten forhåndenværende plattform, med et på havbunnen plassert fundament, hvilket kuleledd innbefatter en på en avslutningsplate (3) festet, nedre kulekalottring (5) og en derpå påsatt, med en leddhals (7) i tårnet innleiret øvre kulekalottring (6), idet de på tårnet innvirkende vertikal- og horisontalkrefter overføres til fundamentet gjennom en mellom kulekalottringene (5,6) anordnet kulekalottformet lagerring (10), karakterisert ved at de på tårnet innvirkende momenter om tårnets høydeakse likeledes overføres til fundamentet, gjennom en inne i kuleleddet og i høyde med ekvator anordnet dreiesikring (13) i form av tapper (14) med i glidestoler (9) førte glideklosser (15), idet samtlige mot hverandre glidende glideflater er forsynt med en og samme glidematerialparing, at glidematerialparingen består av en friksjonsfattig, støperiteknisk tilveiebragt tinn-bly-bronselegering med innleirede faststoffagglomerater på den ene siden og et ikke-rustende, polert materiale på den andre side, at dreiesikringen (13) innbefatter et med leddhalsen (7) forbundet torsjnsstivt rør (8) som bærer dreiesikringens (13) tapper (14), og ved at glidestolene (9) er forbundet med avslutningsplaten (3) .

2. Ledd ifølge krav 1, karakterisert ved at glidematerialet i glideparingen inneholder en tilleggssmøring med smørestoffer, fortrinnsvis silikonfrie smørestoffer.

3. Ledd ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at glidematerialet av den godsteknisk tilveiebragte tinn-bly-bronselegering er montert på plater, hvilke plater fortrinnsvis er av metall eller kunststoff.

4. Ledd ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at glidematerialet er anordnet på kileformede plater og kan byttes ut i deler.

5. Ledd ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at det torsjonsstive rør (8) enten er fast, kraftsluttende og gasstett forbundet med den øvre kulekalottring (6) eller ved at det torsjonsstive rør (8) er ikke-kraftsluttende, men med innbygging av en tetning gasstett forbundet med den øvre kulekalottring (6).

6. Ledd ifølge krav 1, karakterisert ved at glidestolene (9) er integrert i den nedre kulekalottring (5).

7. Led ifølge krav 1, karakterisert ved at glidestolene (9) for bedre definering av de avledede kreft-erog de derav oppstående påkjenninger er installert som uav-hengige byggeelementer på avslutningsplaten (3).

8. Ledd ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved at glideklossene (15) og tappene (14) kan tas ut av konstruksj onen.

9. Ledd ifølge et av kravene 1-8, karakterisert ved at det er gasstett og trykkfast avstengbart relativt fundamentet og tårnet og er tilgjengelig via en til et mannhull tilslutningsbar personellsluse eller et dekompresjonskammer eller overføringskammer.

10. Ledd ifølge et av kravene 1-9, karakterisert ved at under driften holdes leddets innerrom under et trykk som svarer til det ytre vanntrykk, at det er installert et overvåkingsanlegg for kontroll av trykkhøyden, og at det sørget for et selvstendig styrt forsyningsanlegg for trykkluft.

11. Ledd ifølge et av kravene 1-10, karakterisert ved at det for uvanlige driftstilstander og for å gi re-dundans er anordnet en tetning (11) over lagerringen (10), mens det under lagerringen (10) er anordnet en ekspanderbar paknings (12).

12. Ledd ifølge et av kravene 1-11, karakterisert ved at lagerringen (10) er forbundet med den nedre kulekalottring (5) og er bearbeidet sfærisk sammen med denne.

13. Ledd ifølge et av kravene 1-12, karakterisert ved at tappene (14) kan blokkeres i glidestolene (9) ved hjelp av i glidebanen innstilte hydrauliske presser.

14. Ledd ifølge et av kravene 1-13, karakterisert ved at den kulekalottformede lagerring (10) er enhetlig.

15. Ledd ifølge et av kravene 1-14, karakterisert ved at lagerringen (10) består av flere segmenter.

16. Ledd ifølge krav 15, karakterisert ved at lagerringens (10) segmenter er understøttet ved hjelp av innbyrdes forbundne hydrauliske løfteelementer.

17. Ledd ifølge et av kravene 1-16, karakterisert ved at forbindelsen mellom avslutningsplaten (3) og fundamentet kan løsnes ved behov og tilveiebringes igjen.

18. Ledd ifølge et av kravene 1-17, karakterisert ved at det som ekstra beskyttelse for leddet mot stadig kontakt med sjøvannet er anordnet en konsentrisk rundt leddet i en definert avstand fra dette og i tårnfoten (20) innlagt beskyttelsessylinder (21) som i høyde med leddets ekvator er forbundet med leddet ved hjelp av en fleksibel membran (22), eksempelvis av profilert stålplate eller armert gummi, idet det derved dannede rom er fyllt med trykkluft i fri forbindelse med trykkluften i leddets innerrom.

19. Ledd ifølge krav 18, karakterisert ved at trykket i innerrommet (32) mellom beskyttelsessylinderen, leddet og tårnfoten samt membranen (22) holdes like over, like under henholdsvis nøyaktig på høyde med det omgivende vanntrykk ved hjelp av overtrykks- henholdsvis undertrykksventiler (23,24).

20. ledd ifølge krav 18 eller 19, karakterisert ved at innerrommet (32) er fyllt med et annet egnet medium enn luft og får sitt nødvendige lufttrykkpådrag fra trykkluften i leddets innerrom (19).

21. Ledd ifølge et av kravene 1-20, karakterisert ved at den resterende, i stadig kontakt med sjøvann forhåndenværende del av leddet er beskyttet mot korrosjon ved hjelp av et beskyttelsessjikt (31) av et elastisk materiale, eksempelvis gummi.