NO871004L

NO871004L - UNDERWATER-nut-FLUIDUMOVERFOERINGSINNRETNING.

Info

Publication number: NO871004L
Application number: NO871004A
Authority: NO
Inventors: Jean Pinto; J E Syljeset
Original assignee: Articulated Columns Norway A S
Priority date: 1987-03-11
Filing date: 1987-03-11
Publication date: 1988-09-12
Also published as: NO871004D0

Description

Oppfinnelsen vedrører en undervanns-svivel-fluidumover-føringsinnretning innbefattende en stator beregnet for montering på enn stasjonær undervannsbasis, en rotor som er roterbart montert på statoren om en rotorakse, en fluldumpassasje i statoren og en fluldumpassasje i rotoren, idet de to fluidumpassasjer er svivelforbundne koaksialt med rotoraksen . The invention relates to an underwater swivel fluid transfer device including a stator intended for mounting on a stationary underwater base, a rotor which is rotatably mounted on the stator about a rotor axis, a fluid passage in the stator and a fluid passage in the rotor, the two fluid passages being pivotally connected coaxially with the rotor axis.

Utviklingen av dynamiske posisjoneringssystemer for skip harThe development of dynamic positioning systems for ships has

i dag nådd et slikt nivå at dynamisk posisjonering har vunnet generell anerkjennelse som et fordelaktig system for holding av skip på et ønsket sted under lasting og lossing i sjøen. Det er også kjent at undervannsinstallsjoner under den vanlige av bølger og strøm påvirkede vannmasse har mange fordeler. He-nsikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fluidumoverførings- svivelinnretning som kan plasseres under vann og kan bringes i fluidumoverførende forbindelse med et dynamisk posisjonert skip på overflaten gjennom en fleksibel stigeledning, slik at således svivelen kan plasseres under påvirkningsdypet for bølger og strøm såvel som skipstrafikk, såvel som det muliggjøres bruk av et dynamisk posisjoner-ingssystem for skipet med mulighet for dette å legge segpå været. Slik legging av skipet vil minimalisere de ytre belastninger og/eller minimalisere energiforbruket når skipet er under dynamisk posisjonering. today reached such a level that dynamic positioning has won general recognition as an advantageous system for holding ships in a desired location during loading and unloading at sea. It is also known that underwater installations below the usual body of water affected by waves and currents have many advantages. The purpose of the invention is to provide a fluid transfer swivel device that can be placed underwater and can be brought into fluid transfer connection with a dynamically positioned ship on the surface through a flexible riser, so that the swivel can be placed below the depth of influence for waves and currents as well as ship traffic , as well as enabling the use of a dynamic positioning system for the ship with the possibility of it laying on the weather. This laying of the ship will minimize the external loads and/or minimize the energy consumption when the ship is under dynamic positioning.

En hensikt med oppfinnelsen er også å tilveiebringe en undervanns-svivel-overføringsinnretning som kan koples løsgjørbart til en undervannsbasis, hvorved det muliggjøres en lett utbytting av innretningen. En slik løsbar kopling gjør det naturligvis mulig å bringe innretningen på plass når det er behov for den, med eventuell etterfølgende fjerning. An aim of the invention is also to provide an underwater swivel transfer device which can be releasably connected to an underwater base, thereby enabling an easy exchange of the device. Such a detachable coupling naturally makes it possible to bring the device into place when it is needed, with possible subsequent removal.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe et lekkasjedetekteringssystem i forbindelse med den nevnte undervanns-svivel-fluidumoverføringsinnretning. Another purpose of the invention is to provide a leak detection system in connection with the aforementioned underwater swivel fluid transfer device.

Det skal vises til tegningene, hvor:Reference must be made to the drawings, where:

Fig. 1 viser et generelt offshore-lastearrangement hvor Fig. 1 shows a general offshore loading arrangement where

oppfinnelsen utnyttes,the invention is exploited,

fig. 2 viser en innretning ifølge oppfinnelsen,fig. 2 shows a device according to the invention,

fig. 3 viser et vertikalsnitt av innretningen i fig. 2, fig. 4 viser et 1ekkasjedetektorarrangement ifølge fig. 3 shows a vertical section of the device in fig. 2, fig. 4 shows a one-shot detector arrangement according to FIG

oppfinnelsen, ogthe invention, and

fig. 5a,b,cfig. 5a,b,c

og d viser et arrangement som benyttes for å mulig-gjøre en oppfisking av en fleksibel stigeledning tilknyttet innretningen ved klargjøring for lasting/lossing. and d shows an arrangement that is used to make it possible to fish out a flexible ladder connected to the device when preparing for loading/unloading.

Fig. 1 viser -en basiskonstruksjon 1 plassert på en havbunn 2.Fig. 1 shows a basic structure 1 placed on a seabed 2.

En produksjonsledning 3 strekker seg opp gjennom basisen 1 og ender ved toppen av basisen. En svivel-fluidumoverførlngs-innretning 4 ifølge oppfinnelsen er anordnet på toppen av basisen 1. En fleksibel stigeledning 5 går fra svivelinnretningen 4 opp gjennom vannmassen og til et dynamisk posisjonert skip 6 på overflaten. Ombord i skipet er den fleksible stigeledning 5 tilknyttet et rørledningsarrangement (ikke vist) for fordeling av fluidumstrømmen til fluidum-tanker ombord i skipet. A production line 3 extends up through the base 1 and ends at the top of the base. A swivel fluid transfer device 4 according to the invention is arranged on top of the base 1. A flexible riser 5 runs from the swivel device 4 up through the body of water and to a dynamically positioned ship 6 on the surface. On board the ship, the flexible riser 5 is connected to a pipeline arrangement (not shown) for distributing the fluid flow to fluid tanks on board the ship.

Skipet 6 er dynamisk posisjonert og kan legge seg på været om svivelaksen 7, som antydet med de to piler. The ship 6 is dynamically positioned and can lie on the air about the swivel axis 7, as indicated by the two arrows.

Svivel-fluidumoverføringsinnretningen 4 skal nå forklares nærmere under særlig henvisning til fig. 2 og 3. Hoveddelene i svivelinnretningen 4 er en stator 8 og en rotor 9. The swivel fluid transfer device 4 will now be explained in more detail with particular reference to fig. 2 and 3. The main parts of the swivel device 4 are a stator 8 and a rotor 9.

Statoren 8 har en stumpkonisk nedre del 10 med en nedre flensThe stator 8 has a blunt-conical lower part 10 with a lower flange

11 som er sampasset med en flens 12 på toppen av basisen 1.11 which is matched with a flange 12 on top of the base 1.

De to flensene 11,12 er sammenkoplet ved hjelp av en for-bindelseanordning 13 som innbefatter klør 14. Disse klørne er svingbart montert på den avkortede konus 10 for koplings- samvirke med flensen 12 på basisen 1. Forbindelsesanordningen 13 er bare vist som en av mange mulige tekniske løsninger som vil være velkjent for en fagmann og ytterligere beskrivelse av denne forbindelsesanordning er her derfor ikke gitt. The two flanges 11,12 are connected by means of a connecting device 13 which includes claws 14. These claws are pivotally mounted on the truncated cone 10 for coupling cooperation with the flange 12 on the base 1. The connecting device 13 is only shown as one of many possible technical solutions which will be well known to a person skilled in the art and further description of this connection device is therefore not given here.

Statoren 8 fortsetter oppover i fra konusen 10 i form av et svingelager. The stator 8 continues upwards from the cone 10 in the form of a swing bearing.

Rotoren 4 er dreibart montert på svingelageret 15 ved hjelp av bronsehylser 16 og 17. The rotor 4 is rotatably mounted on the pivot bearing 15 by means of bronze sleeves 16 and 17.

Sentralt plassert i statoren 8 er det en strømningsledning 18 som er fiksert i statoren og ved sin nederste ende bærer en kompresjonspåkning 18 som er beregnet for tettende samvirke med et strømningskoplingselement 20 på basisen 1. På toppen har strømningsledningen et nedre svivellager 21 som inngår som en del av et svivellager 22. Svivellagerets 22 øvre del 23 er festet til et rørlednlngselement 24 som strekker seg radielt utover og er fiksert ien oppragende del 25 av rotoren 4. En fleksibel ledning 5 er forbundet med ytterenden til rørledningselementet 24, ved 26. Centrally located in the stator 8, there is a flow line 18 which is fixed in the stator and at its lower end carries a compression yoke 18 which is intended for sealing cooperation with a flow coupling element 20 on the base 1. At the top, the flow line has a lower swivel bearing 21 which is included as a part of a swivel bearing 22. The upper part 23 of the swivel bearing 22 is attached to a pipeline element 24 which extends radially outwards and is fixed in a protruding part 25 of the rotor 4. A flexible line 5 is connected to the outer end of the pipeline element 24, at 26.

En fleksibel membran 27 er festet til rørledningselementet 24 og strekker seg ned mot rotorlegemet 9 og er festet på avtettet måte til dette. Membranen 26 omgir således et rom 28. Dette rom 28 er fylt med olje. Rommet har fluidumforbindelse med gapet 29 mellom stator og rotor. På rotorens 9 bunnside er det et tetningsarrangement 30 som sørger for avtetting av rommet mellom rotor og stator i dette område. A flexible membrane 27 is attached to the pipeline element 24 and extends down towards the rotor body 9 and is attached in a sealed manner to this. The membrane 26 thus surrounds a space 28. This space 28 is filled with oil. The space has a fluid connection with the gap 29 between the stator and the rotor. On the bottom side of the rotor 9, there is a sealing arrangement 30 which ensures sealing of the space between the rotor and the stator in this area.

Innretningen er forsynt med en løfteanordning 31.The device is provided with a lifting device 31.

Når innretningen 4 skal plasseres på toppen av basisen 1 blir en avkortet konus 10 styrt slik på plass at dens flens 11 sampasses med flensen 12. Denne styring kan tilveiebringes på mange forskjellige måter, som alle er velkjente for fagmannen. Så snart innretningen er plassert på toppen av basisen 1 låses forbindelsesanordninen 13. Kompresjonspak-ningen 19 vil tette mot fluidumledningsforlengelsen 20, som danner den øvre avslutning av strømningsledningen 3. Det etableres således en fluidumoverføringspassasje fra strøm-ledningen 3 og til den fleksible ledning 5. Som vist i fig. 1 strekker denne ledning 5 seg under bruk opp mot skipet 6. When the device 4 is to be placed on top of the base 1, a truncated cone 10 is guided into place so that its flange 11 matches the flange 12. This guidance can be provided in many different ways, all of which are well known to those skilled in the art. As soon as the device is placed on top of the base 1, the connection device 13 is locked. The compression gasket 19 will seal against the fluid line extension 20, which forms the upper end of the flow line 3. A fluid transfer passage is thus established from the flow line 3 and to the flexible line 5. As shown in fig. 1, this cable 5 extends up towards the ship 6 during use.

Rommet 28 vil virke som et tetningskammer for svivellageretThe space 28 will act as a sealing chamber for the pivot bearing

22. Da olje er lettere enn det omgivende vann vil det bare være en minimumslekkasje av olje ved tetningsarrangementet 30. Denfleksible membran 27, fortrinnsvis en fleksibel stålmembran, muliggjør dannelsen av et oljebad som gjør det mulig å oppnå sikker drift av en standard svivelskjøt. I tillegg kari "en slik fleksibel membran 27 muliggjørestørre forskyvninger mellom stator og rotor uten at det derved overføres noen betydelig belastning til svivellageret 22. Slike eventuelle forskyvninger skyldes vanlige mekaniske toleranser. 22. As oil is lighter than the surrounding water, there will only be a minimum leakage of oil at the sealing arrangement 30. The flexible membrane 27, preferably a flexible steel membrane, enables the formation of an oil bath which makes it possible to achieve safe operation of a standard swivel joint. In addition, such a flexible membrane 27 enables larger displacements between stator and rotor without thereby transferring any significant load to the swivel bearing 22. Such possible displacements are due to normal mechanical tolerances.

En oljereserve kan eventuelt forefinnes. I fig. 3 utgjøres en slik oljereserve av en oljefylt sekk 32 anordnet under rotoren 9. Denne oljefylte sekk 32 har fluidumforbindelse med gapet 29 og rommet 28 gjennom de indikerte oljepassasjer 33 An oil reserve can possibly be found. In fig. 3, such an oil reserve is constituted by an oil-filled bag 32 arranged under the rotor 9. This oil-filled bag 32 has a fluid connection with the gap 29 and the space 28 through the indicated oil passages 33

og 34.and 34.

Fig. 4 viser et unikt lekkasjedetekteringssystem som inngår i innretningen. Svivellageret 22 innbefatter tre konsentriske pakninger 48,49 og 50. Et lekkasjerør 51 går fra ringområdet mellom de to innerste pakningene 50 og 49. Et andre lekkas jerør 52 går fra ringområdet mellom de to ytterste pakningene 49 og 48. Begge rørene 51,52 innbefatter en ventil 53 Fig. 4 shows a unique leak detection system that is part of the device. The swivel bearing 22 includes three concentric seals 48,49 and 50. A leakage pipe 51 runs from the ring area between the two innermost seals 50 and 49. A second leakage pipe 52 runs from the ring area between the two outermost seals 49 and 48. Both pipes 51,52 include a valve 53

og 54 og møtes ved 55. Fra dette punkt går et felles lekk-asjerør 56 til en vertikal tank 57 som inneholder sjøvann 58 and 54 and meet at 55. From this point a common leakage pipe 56 goes to a vertical tank 57 containing seawater 58

og råolje 59. Tanken 57 har strømningsforbindelse med et observasjonsrør60, hvis bunnende er åpen mot sjøen gjennom et sjøvannsfilter 61. and crude oil 59. The tank 57 has a flow connection with an observation tube 60, the bottom of which is open to the sea through a seawater filter 61.

Under normal drift vil ventilen 53 være åpen og ventilen 54During normal operation, valve 53 will be open and valve 54

er lukket. En lekkasje over pakningen 50 vil bevirke en endring i det observerte nivå 62 mellom olje og vann i observasjonsrøret 60. Dersom en slik lekkasje observeres (av en dykker) lukkes ventilen 53 og ventilen 54 åpnes. Dette gjør det mulig å observere lekkasjesituasjonen over den andre pakning 49. Nivået 62 kan reetableres ved å slippe ut olje gjennom en ventil 63 på toppen av røret 60. is closed. A leak above the gasket 50 will cause a change in the observed level 62 between oil and water in the observation tube 60. If such a leak is observed (by a diver), valve 53 is closed and valve 54 is opened. This makes it possible to observe the leakage situation above the second gasket 49. The level 62 can be re-established by releasing oil through a valve 63 at the top of the tube 60.

Fig. 5 viser et foretrukket stand-by-arrangement ved en lastestasjon. Den fleksible ledning 5 strekker seg nedover i vannet med J-form fra svivelinnretningen 4. Ledningens ende 35 er forbundet med en kj edel inj e-kabel 36 som ved B er forbundet med en anke r kabel 36 som går til et anker A på sjøbunnen 2. -Fra B går en bøyekabel 38 opp til en bøye 38 på overflaten. En pilotkabel 39 går fra bøyen 38 til en pilot-bøye 40. Fig. 5 shows a preferred stand-by arrangement at a loading station. The flexible line 5 extends downward into the water in a J-shape from the swivel device 4. The end of the line 35 is connected to a boiler injection cable 36 which at B is connected to an anchor cable 36 which goes to an anchor A on the seabed 2. -From B, a buoy cable 38 goes up to a buoy 38 on the surface. A pilot cable 39 runs from the buoy 38 to a pilot buoy 40.

Ved hjelp av det beskrevne arrangement holdes ledningen 5 vekk fra -basisen 1 under stand-by-perloden. Ledningen 5 henger ned fra svivelinnretningen 4 og vil være utenfor påvirkningene til bølger og strøm i vannet og vil således være sikret en lang levetid. By means of the described arrangement, the wire 5 is kept away from the base 1 during the stand-by perlode. The cable 5 hangs down from the swivel device 4 and will be outside the influence of waves and currents in the water and will thus be guaranteed a long life.

Når et skip ankommer vil en servicebåt 41 plukke opp pilot-kabelen 39 og vinsje kablene 36 og 37 ombord. Kabelen 36 koples løs fra B og kabelen 37 senkes ned igjen som vist i fig. 5C. Kabelen 36 bringes til skipet 6 og ved hjelp av en vinsj ombord i skipet blir så ledningen 5 bragt ombord og tilknyttet rørledningsarrangementet ombord i skipet. Nå kan lastingen påbegynnes. When a ship arrives, a service boat 41 will pick up the pilot cable 39 and winch the cables 36 and 37 on board. The cable 36 is disconnected from B and the cable 37 is lowered again as shown in fig. 5C. The cable 36 is brought to the ship 6 and with the help of a winch on board the ship, the line 5 is then brought on board and connected to the pipeline arrangement on board the ship. Now loading can begin.

For løskopling etter lasting reverseres de foran nevnte arbeidsoperasjoner. For disconnection after loading, the previously mentioned work operations are reversed.

Ledningen 5 frikoples ombord i skipet og kabelen 36 gis ut og leveres til servicebåten 41. Servicebåten går til oppfisk- ingsbøyen og vinsjer ombord kabelen 37, hvorved punktet B bringes opp til servicebåten. Kabelen 36 tilknyttes ved punktet B og kabelen 37 gis så ut, hvorved punktet B bringes ned til havbunnen igjen. The cable 5 is disconnected on board the ship and the cable 36 is released and delivered to the service boat 41. The service boat goes to the fishing buoy and winches the cable 37 on board, whereby point B is brought up to the service boat. Cable 36 is connected at point B and cable 37 is then released, whereby point B is brought down to the seabed again.

Hele operasjonen kan naturligvis foretas direkte fra tank-skipet, med tilhørende eliminering av behovet for en servicebåt. The entire operation can of course be carried out directly from the tanker, with the associated elimination of the need for a service boat.

Undervanns-svi vel innretningen ifølge oppfinnelsen behøver ikke nødvendigvis plasseres på toppen av et basistårn som vist i fig. 1 og 5. Basisen kan f.eks. være i form av et leddtårnsom strekker seg opp gjennom vannmassen. Svivelinnretningen ifølge oppfinnelsen kan også plasseres på en lav basis nede på havbunnen. Velges en slik løsning, så kan den fleksible ledning 5 hvile på havbunnen i stand-by-periodene, eller strekke seg opp gjennom vannet og derved ha en hvilken som helst kjent form, eksempelvis en såkalt lazy wave-form, idet herunder ledningen holdes på plass ved hjelp av egnede bøyer ell-er flottørelementer, slik det vil være kjent for fagmannen. The underwater well device according to the invention does not necessarily need to be placed on top of a base tower as shown in fig. 1 and 5. The base can e.g. be in the form of an articulated tower that extends up through the body of water. The swivel device according to the invention can also be placed on a low base down on the seabed. If such a solution is chosen, then the flexible cable 5 can rest on the seabed during the stand-by periods, or stretch up through the water and thereby have any known shape, for example a so-called lazy wave shape, whereby the cable is kept on space using suitable buoys or float elements, as will be known to the person skilled in the art.

Selv om svivelinnretningen er vist bare med en fluidumover-føringspassasje, så er det naturligvis mulig å ha en svivel-skjøt med flere løp. Although the swivel device is shown with only one fluid transfer passage, it is of course possible to have a swivel joint with several runs.

Av fig. 2 og 3 vil man se at svivelinnretningen ifølge oppfinnelsen er forsynt med en bøyebegrenser 45 for den fleksible ledning 5, se også fig. 1. Denne bøyebegrenser er i form av et krummet legeme som bæres av rotoren 9 ved hjelp av armer 46,47. From fig. 2 and 3, it will be seen that the swivel device according to the invention is provided with a bending limiter 45 for the flexible line 5, see also fig. 1. This bending limiter is in the form of a curved body which is carried by the rotor 9 by means of arms 46,47.

Rotoren 9 kan være forsynt med ballast/deballasterings-midlerThe rotor 9 can be provided with ballast/de-ballast means

for derved å kunne oppnå et ønsket godt kontakttrykk mellom de to lagerdelene 23 og 21 i svivellageret 22. Slike ballasterings/deballasterings-midler kan innbefatte opp-driftselementer såsom flottører. thereby being able to achieve a desired good contact pressure between the two bearing parts 23 and 21 in the swivel bearing 22. Such ballasting/deballasting means can include buoyancy elements such as floats.

Avstanden F bestemmes under hensyntagen til eventuelle forskyvninger av de aktuelle komponenter, slik at slike forskyvninger kan opptas ved deformering av rørlednings-elementet 24. Den radielle avstand R bestemmes ut fra behovet for lett rotasjonsbevegelse av rotoren ved kretsende beveg-else av den fleksible ledning 5. The distance F is determined taking into account possible displacements of the relevant components, so that such displacements can be accommodated by deformation of the pipeline element 24. The radial distance R is determined based on the need for slight rotational movement of the rotor during circular movement of the flexible line 5 .

Claims

1. Underwater swivel fluid transfer device, comprising a stator (8) intended for mounting on an underwater base (1), a rotor (9) rotatably mounted on the stator (8) about a rotor axis, a fluid passage (18) in the stator and a fluid passage (24 ) in the rotor, these two fluid passages being pivotally connected (22) coaxially with the rotor axis, characterized in that the rotor fluid passage includes a piping element (24) fixed radially outside the rotor axis in the rotor (9,25), which piping element (24) extends freely from the place of fixation and to the sulfur compound "(22).

2. Device according to claim 1, characterized in that the sulfur mixture (22) is arranged in a closed space (28) above the stator (8), which closed space (28) is limited by the rotor (9-), the stator (8) and a flexible membrane ( 27) which is clamped between the pipeline element (24) and the rotor (9).

3. Device according to claim 2, characterized in that the closed space (28) is filled with oil.

4. Device according to claim 3, characterized by an oil container (32) which can be compressed by the water pressure and has a fluid connection (34) with the aforementioned closed space (28).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid passage (18) in the stator (8) is provided with a compression seal (19) against a fluid circulation passage (3) in the base (1), which compression seal is intended for sealing cooperation with the fluid flow passage when the stator (8) is mounted on the base (1).

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the stator (8) is provided with a connection device (13) for releasable coupling cooperation with the base (1).

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor (9) is provided with ballasting/deballasting agents.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that said fixed pipeline connecting element (24) is connected to a flexible line (5).

9. - Device according to claim 8, characterized by a bending limiter (45) for the aforementioned flexible line (5).

10. Device according to one of the preceding claims, characterized by a leak detection system which includes several concentric seals (48,49,50) in the sulfur mixture (22), a leak pipe (51,52) from the respective ring areas between the seals, each such pipe having a shut-off valves (53,54) and the leakage pipes (51,52) meet on the upstream side of these valves and from there have a flow connection (56) with a vertical tank (57) containing seawater and crude oil, and an observation pipe (60) that extends vertically along the tank (57) and has a flow connection with it, as the bottom of the observation tube (60) is open (61) towards the sea, and the observation tube further has an upper shut-off valve (63).