NO871471L

NO871471L - DEVICE FOR AA TIGHTENING A TENSION CABLE.

Info

Publication number: NO871471L
Application number: NO871471A
Authority: NO
Inventors: Bruno Convert
Original assignee: Alsthom Sa
Priority date: 1986-04-10
Filing date: 1987-04-08
Publication date: 1987-10-12
Also published as: FR2597081B1; GB2188899A; GB8708240D0; NO871471D0; FR2597081A1; GB2188899B

Abstract

En anordning for å setts under strekk en trekk-kabel (8) som ved en av sine ytterender er forbundet sed den ene ende av et stigerør (1) hvis nedre ende er festet til sjøbunnen (3). Strekkanordningen har en donkraft (12) som omfatter en sylinder (13), et stempel (14) soa deler sylinderen 1 et første og et annet kauer (15, 16), samt en stempelstang (17) som forløper gjennom det første kammer IS og den tilsvarende endevegg (18) av sylinderen. Såvel den fri ytterende av stempelstangen som den endevegg (21) av sylinderen som ikke stempelstangen passerer gjennom er utstyrt med minst en. trinseskive (19, 20), mens sylinderens annet kammer (16) til-føres hydraulisk vaske fra et trykkakkumulatorsystem (23, 24). over en strøaningskanal (28, 29) soa omfatter en første styrt ventil (30) parallellkoblet med den første enveisventil (31). for i hindre tilbakestrøanlng fra det annet sylinderkammer til akkumulatorsystemet. Stigerøret omfatter et svekningsledd (4) og den annen ytterende av kabelen er forbundet med et fast. punkt pa et fartøy (7) som er utsatt for sjøgang, etter å vare ført over nevnte trinseskiver pl donkraften. Strekkanordnlng-en omfatter videre en akkumulatorinnretning (32) med meget. høyt trykk og som er forbundee med donkraftens annet sylinderkammer (16) over en annen styrt ventil (35), idet akkumulatorinnretningens trykk er større enn det som er nødvendig for å bryte svekningsleddet (4).A device for tensioning a traction cable (8) which is connected at one of its outer ends to one end of a riser (1) whose lower end is attached to the seabed (3). The tensioning device has a jack (12) comprising a cylinder (13), a piston (14) so that the cylinder 1 divides a first and a second cow (15, 16), as well as a piston rod (17) extending through the first chamber IS and the corresponding end wall (18) of the cylinder. Both the free end of the piston rod and the end wall (21) of the cylinder through which the piston rod does not pass are provided with at least one. pulley (19, 20), while the second chamber (16) of the cylinder is supplied with hydraulic washing from a pressure accumulator system (23, 24). over a spreading channel (28, 29) soa comprises a first controlled valve (30) connected in parallel with the first one-way valve (31). to prevent backflow from the second cylinder chamber to the accumulator system. The riser pipe comprises a weakening joint (4) and the other outer end of the cable is connected to a fixed one. point on a vessel (7) which is exposed to the sea, after being carried over the said pulleys by the jack. The tensioning device further comprises an accumulator device (32) with a lot. high pressure and which is connected to the second cylinder chamber (16) of the jack over another controlled valve (35), the pressure of the accumulator device being greater than that required to break the weakening link (4).

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en anordning for å sette under strekk en trekk-kabel som ved en av sine ytterender er forbundet med den øvre ende av et stigerør hvis nedre ende er festet til sjøbunnen, idet nevnte anordning er tilsluttet et overflateskip som er utsatt for sjøgang, samt har en donkraft som omfatter en sylinder, et stempel som deler sylinderen i to kamre og en stempélstang som forløper gjennom det første kammer og den tilsvarende endevegg av sylinderen, og såvel en fri ytterende av stempelstangen som den endevegg av sylinderen som ikke stempelstangen passerer gjennom er utstyrt med minst en blokktrinse, mens sylinderens annet kammer tilføres hydraulisk væske fra et trykk-akkumulatorsystem over en strøm-ningskanal som omfatter en første styrt ventil paralellkoblet med en første enveisventil for å hindre tilbakestrømning fra det annet sylinderkammer til akkumulatorsystemet, idet stige-røret omfatter et svekningsledd og den annen ytterende av kabelen er forbundet med et fast punkt på skipet etter å ha blitt ført over nevnte trinseblokker på donkraften. The present invention relates to a device for putting under tension a traction cable which is connected at one of its outer ends to the upper end of a riser whose lower end is fixed to the seabed, said device being connected to a surface ship which is exposed to seagoing, and has a jack which comprises a cylinder, a piston which divides the cylinder into two chambers and a piston rod which extends through the first chamber and the corresponding end wall of the cylinder, and both a free outer end of the piston rod and the end wall of the cylinder which the piston rod does not pass through is equipped with at least one block pulley, while the cylinder's second chamber is supplied with hydraulic fluid from a pressure accumulator system via a flow channel comprising a first controlled valve connected in parallel with a first one-way valve to prevent backflow from the second cylinder chamber to the accumulator system, the riser comprises a weakening link and the other extreme end of the cable is connected to a fa st point on the ship after being passed over said pulley blocks on the jack.

Sådanne strekkanordninger er velkjent, f.eks. ved oljeboring til sjøs, og anvendes for å holde en rørforbindelse vertikal fra sjøbunnen opp til overflaten. En sådan rørforbindelse kalles vanligvis et "stigerør". Such stretching devices are well known, e.g. in oil drilling at sea, and is used to keep a pipe connection vertical from the seabed up to the surface. Such a pipe connection is usually called a "riser".

I tilfelle en nødssituasjon som krever rask utkobling av systemet kan ved en sådan strekkanordning svekningsleddet brytes ved å lukke den styrte ventil som forbinder donkraftens annet kammer med trykkakkumulatorsystemet. Enveisventilen tillater da donkraften fritt å fylles med hydraulisk væske mens fartøyet synker ned i bølgedal og derved beveger stempelstangen ut fra donkraften, således at svekningsleddet brytes av den storeøkning av kabelstrekket når fartøyet heves av en bølgetopp, idet den hydrauliske væske forhindres fra å strømme inn i akkumulatoren av enveisventilen. In the event of an emergency that requires rapid disconnection of the system, such a tensioning device can break the weakening link by closing the controlled valve that connects the jack's second chamber with the pressure accumulator system. The one-way valve then allows the jack to be freely filled with hydraulic fluid while the vessel sinks into the wave valley and thereby moves the piston rod out from the jack, so that the weakening link is broken by the large increase in cable tension when the vessel is raised by a wave crest, as the hydraulic fluid is prevented from flowing into the accumulator of the check valve.

Fartøyets bevegelse er således den eneste drivkraft som gjør det mulig å oppnå rask frakobling av strekkanordningen. I en sådan frakobling er således bare mulig i kraft av sjøgangens bølgehøyde. Det kan imidlertid hende at denne bølgehøyde ikke er stor nok til å gi tilstrekkeligøkning av kabelstrekket til at svekningsleddet brytes. The movement of the vessel is thus the only driving force that makes it possible to achieve rapid disconnection of the tensioning device. In such a disconnection is thus only possible by virtue of the seaway's wave height. However, it may happen that this wave height is not large enough to cause a sufficient increase in the cable tension to break the weakening link.

På denne bakgrunn har da strekkanordningen i henhold til oppfinnelsen som ytterligere særtrekk at en akkumulatorinnretning med meget høyt trykk er forbundet med donkraftens annet sylinderkammer over en annen styrt ventil, idet akkumulatorinnretningens trykk er større enn det som er nødvendig for å bryte svekningsleddet. Against this background, the stretching device according to the invention has as a further distinguishing feature that an accumulator device with very high pressure is connected to the jack's second cylinder chamber via another controlled valve, the pressure of the accumulator device being greater than that required to break the weakening link.

Nevnte akkumulatorinnretning med meget høyt trykk utgjøres fortrinnsvis av en blæreakkumulator. Said accumulator device with very high pressure preferably consists of a bladder accumulator.

I henhold til et ytterligere særtrekk kan en annen enveisventil være anordnet i serie med nevnte annen styrte ventil for å hindre tilbakestrømning mot akkumulatorinnretningen med meget høyt trykk. According to a further distinctive feature, another one-way valve can be arranged in series with said other controlled valve to prevent backflow towards the accumulator device with very high pressure.

En utførelse av foreliggende oppfinnelsesgjenstand vil nå bli beskrevet som eksempel og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 er et ledningsskjerna for den hydrauliske krets i en strekkanordning for å sette en trekk-kabel under strekk i henhold til oppfinnelsen, og Fig. 2 viser skjematisk en rørledning som holdes i vertikal stilling ved hjelp den viste strekkanordning i fig. 1. Fig. 2 viser et stigerør 1 som ved sin nedre ende er festet til en undersjøisk tilkobling 2 på et brønnhode (ikke vist). Sjøbunnen er angitt ved 3. Stigerøret omfatter et svekningsledd 4 av mindre styrke enn resten av stigerøret. Nær sin øvre ende er stigerøret påført et glidelegeme 5 som føres i en vertikal brønn 6 anordnet i et flytende fartøy 7. To kabler 8 og 9 er forbundet med glidelegemet 5 og hver av disse er satt under strekk ved hjelp av en strekkanordning som vist i fig. 1. Den strekkanordning som i sin helhet er angitt i fig. 1 er forbundet med fartøyet 7, liksom tretrinser 10 og 11 for å ut-øve vertikalt trekk på stigerøret 1. I motsetning til dette er legemet 5 faststående i forhold til stigerøret 1, og legemet 5 og fartøyet 7 kan følgelig bevege seg i forhold til hinannen under påvirkning fra bølgene, idet legemte utfører glidebevegelse i brønnen 6. An embodiment of the present object of invention will now be described as an example and with reference to the attached drawings, on which: Fig. 1 is a wire core for the hydraulic circuit in a tensioning device for putting a traction cable under tension according to the invention, and Fig 2 schematically shows a pipeline which is held in a vertical position by means of the stretching device shown in fig. 1. Fig. 2 shows a riser 1 which is attached at its lower end to a subsea connection 2 on a wellhead (not shown). The seabed is indicated by 3. The riser includes a weakening link 4 of less strength than the rest of the riser. Near its upper end, the riser is fitted with a sliding body 5 which is guided in a vertical well 6 arranged in a floating vessel 7. Two cables 8 and 9 are connected to the sliding body 5 and each of these is put under tension by means of a tensioning device as shown in fig. 1. The stretching device which is shown in its entirety in fig. 1 is connected to the vessel 7, as are wooden pulleys 10 and 11 to exert vertical pull on the riser 1. In contrast, the body 5 is fixed in relation to the riser 1, and the body 5 and the vessel 7 can consequently move in relation to each other under the influence of the waves, as the body performs a sliding movement in the well 6.

Strekkanordningen for å holde kabelen 8 under strekk vil nå bli beskrevet under henvisning til fig. 1. The stretching device for keeping the cable 8 under tension will now be described with reference to fig. 1.

Strekkanordningen omfatter en donkraft 12 med en sylinder 13 festet til fartøyet 12, et stempel 14 som deler sylinderen i et første kammer 15 og et annet kammer 16, samt en stempelstang 17 som ført gjennom det første kammer 15 og endeveggen 18 av sylinderen. The stretching device comprises a jack 12 with a cylinder 13 attached to the vessel 12, a piston 14 which divides the cylinder into a first chamber 15 and a second chamber 16, as well as a piston rod 17 which is passed through the first chamber 15 and the end wall 18 of the cylinder.

En eller flere trinseskiver 19 er anbragt side ved side og festet til den fri ende av stempelstangen 17, mens på lignende måte trinseskiver 20 er festet til den motsatte ende 21 av syl inderen 13. One or more pulley discs 19 are arranged side by side and attached to the free end of the piston rod 17, while in a similar way pulley discs 20 are attached to the opposite end 21 of the cylinder inner 13.

Etter føring over trekktrinsen 10 (fig. 2), er kabelen 8 trukket rundt trinseblokkene 19 og 20 og derpå forbundet med et fast punkt 22 på fartøyet 7. After being guided over the traction pulley 10 (fig. 2), the cable 8 is pulled around the pulley blocks 19 and 20 and then connected to a fixed point 22 on the vessel 7.

Det annet kammer 16 i donkraften 12 tilføres hydraulisk fluid, f.eks. en blanding av vann og glycol, over et trykkakkumulatorsystem som omfatter et reservoar 23 av trykkgass, f.eks. luft, samt separator 24 for trykkoverføring mellom gass—væske og som utgjøres av en sylinder med et indre fritt stempel 25 som deler det indre sylindervolum i et første kammer 26 forbundet med trykkluftreservoaret og et annet kammer 27 som er hydraulisk væske og forbundet med det annet kammer 16 i donkraften 12 over en kanal 28, 29 utstyrt med en første styrt ventil 30 som er koblet i parallell med en enveis ventil 31 for å hindre hydraulisk væske fra å strømme fra donkraften mot trykkoverføringsseparatoren 24 når ventilen 30 er lukket. The second chamber 16 in the jack 12 is supplied with hydraulic fluid, e.g. a mixture of water and glycol, over a pressure accumulator system comprising a reservoir 23 of pressurized gas, e.g. air, as well as separator 24 for pressure transfer between gas-liquid and which consists of a cylinder with an inner free piston 25 which divides the inner cylinder volume into a first chamber 26 connected to the compressed air reservoir and a second chamber 27 which is hydraulic fluid and connected to the other chamber 16 in the jack 12 over a channel 28, 29 equipped with a first controlled valve 30 which is connected in parallel with a one-way valve 31 to prevent hydraulic fluid from flowing from the jack towards the pressure transfer separator 24 when the valve 30 is closed.

En akkumulatorinnretning 32 med meget høyt trykk er også forbundet med det annet kammer 16 i donkraften 12 over en strøm-ningskanal 28, 33', 34 med et kanalparti 33 som omfatter en styrt ventil 35 koblet i serie med en enveis ventil 36, som hindrer hydraulisk væske fra å strømme fra donkraften 12 mot akkumulatoren 32 med høyt trykk. An accumulator device 32 with very high pressure is also connected to the second chamber 16 in the jack 12 via a flow channel 28, 33', 34 with a channel section 33 comprising a controlled valve 35 connected in series with a one-way valve 36, which prevents hydraulic fluid from flowing from the jack 12 towards the accumulator 32 at high pressure.

Ventilen 35 er en elektrisk styrt enveis ventil med tre utløp. I den viste stilling er kanalpartiet 33 lukket og kommunikasjon er opprettet mellom dette kanalparti 33 og en sluk-kanal 37 for å overføre eventuell lekkasjevæske fra enveisventilen The valve 35 is an electrically controlled one-way valve with three outlets. In the position shown, the channel section 33 is closed and communication is established between this channel section 33 and a drain channel 37 to transfer any leaking liquid from the one-way valve

36 til en beholder 38 eller tanken 40.36 to a container 38 or the tank 40.

Når elektromagneten 39 for ventilen 35 eksiteres, opprettes kommunikasjon mellom høyre og venstre del av kanalpartiet 33. Akkumulatoren 32 med meget høyt trykk er en blæreakkumulator trykksatt med nitrogen, og hvis væskefylning utgjøres av samme væske som anvendes i donkraften 12 og separatoren 24, samt mates kontinuerlig fra en hydro-pneumatisk pumpe 39 som trekker væske fra en tank 40. Pumpens utløpstrykk innstilles ved hjelp av en styreinnretning 41 som regulerer trykket av den luft som overført motoren 42 for den hydro-pneumatiske enhet 39. When the electromagnet 39 for the valve 35 is excited, communication is established between the right and left parts of the channel section 33. The accumulator 32 with very high pressure is a bladder accumulator pressurized with nitrogen, and whose liquid filling consists of the same liquid that is used in the jack 12 and the separator 24, and is fed continuously from a hydro-pneumatic pump 39 which draws liquid from a tank 40. The pump's outlet pressure is set by means of a control device 41 which regulates the pressure of the air transferred to the motor 42 for the hydro-pneumatic unit 39.

Dette utløpstrykk sikrer at det vil være tilstrekkelig høyt trykk i trykkakkumulatoren 32 til å bryte svekningsleddet 4. En enveisventil 43 er anordnet i en kanal 44, 45, 34 som forbinder pumpen 36 i enheten 39 med akkumulatoren 32. En kanal 47 er" koblet parallelt med kanalpartiet 44 og omfatter en trykkmåler 48 som er isolert ved hjelp av en ventil 39. Sikkerhetsventilen 50 utgjør en trykkbegrenser og er koblet parallelt med kanalen 34, og utløpet fra denne parallell-kobling fører til beholderen 38. This outlet pressure ensures that there will be a sufficiently high pressure in the pressure accumulator 32 to break the weakening joint 4. A one-way valve 43 is arranged in a channel 44, 45, 34 which connects the pump 36 in the unit 39 with the accumulator 32. A channel 47 is connected in parallel with the channel section 44 and comprises a pressure gauge 48 which is isolated by means of a valve 39. The safety valve 50 constitutes a pressure limiter and is connected in parallel with the channel 34, and the outlet from this parallel connection leads to the container 38.

Ertdelig er det anordnet organer for å godtgjøre eventuelle lekkasjer fra en krets som omfatter donkraftkamret 16, kanalene 28 og 29 samt kamret 27 i trykkoverføringseparator-en 24 ved å koble en kanal 51 til strømningskanalene 44, 45. Kanalen 51 er koblet til kanalen 28 og omfatter en elektrisk styrt fordelingsventil 53. Accordingly, means are arranged to compensate for any leaks from a circuit comprising the jack chamber 16, the channels 28 and 29 and the chamber 27 in the pressure transfer separator 24 by connecting a channel 51 to the flow channels 44, 45. The channel 51 is connected to the channel 28 and comprises an electrically controlled distribution valve 53.

I den viste stilling er kanal 51 lukket og ventilen 53 tillater uttappning av eventuelle lekkasjer fra enveisventilen 52 over en kanal 54 til beholderen 38. In the position shown, channel 51 is closed and the valve 53 allows any leaks from the one-way valve 52 to be drained off via a channel 54 to the container 38.

Strekkanordningen arbeider på følgende måte.The stretching device works in the following way.

I normal drift er ventilen 30 åpen og tillater fri væskestrøm fra kamret 27 i trykkoverføringseparatoren 24 til kamret 16 i donkraften 12, samt vice versa. Fordelingsventilen 35 befinner seg da i den viste posisjon, hvilket innebærer at akkumulatoren 32 er isolert fra donkraften 12 og trykkoverfør-ings-separatoren 24. In normal operation, valve 30 is open and allows free fluid flow from chamber 27 of pressure transfer separator 24 to chamber 16 of jack 12, and vice versa. The distribution valve 35 is then in the position shown, which means that the accumulator 32 is isolated from the jack 12 and the pressure transfer separator 24.

Fordelingsventilen 53 befinner seg også i den viste stilling, og isolerer da donkraften 12 og separatoren 24 fra den hydro-pneumatiske enhet 39. The distribution valve 53 is also in the position shown, and then isolates the jack 12 and the separator 24 from the hydro-pneumatic unit 39.

Under påvirkning fra sjøgangen vil fartøyet 7 bli hevet og senket av bølgende, således at donkraftstangen 17 forskyves innover i sylinderen når fartøyet heves og trekkes ut når det senkes i en bølgedal, idet den hydrauliske væske vekselvis strømmer fra donkraften mot kamret 26 i trykkoverførings-separatoren under trekk-kraft fra kabelen eller vice versa når denne kraft avspennes under fartøyets bevegelse nedover. Kabelen holdes imidlertid under en midlere strekkspenning av trykkluftreservoaret 23. Under the influence of the sea, the vessel 7 will be raised and lowered by surging, so that the jack rod 17 is displaced inwards in the cylinder when the vessel is raised and pulled out when it is lowered into a wave trough, the hydraulic fluid alternately flowing from the jack towards the chamber 26 in the pressure transfer separator under pulling force from the cable or vice versa when this force is relaxed during the downward movement of the vessel. However, the cable is held under a medium tensile stress by the compressed air reservoir 23.

Hvis det i en nødssituasjon er ønskelig å frakoble systemet ved å bryte svekningsleddet 4, lukkes ventilen 30 mens fordelingsventilen 35 eksiteres elektrisk således at det opp rettes væskekommunikasjon fra akkumulatoren 32 med meget høyt trykk mot donkraften 12. Som en følge av dette vil en tilstrekkelig mengde hydraulisk fluid bli avgitt fra blæreakkumulatoren 32 mot donkraftkamret 16 til å bringe kabelen 8 under tilstrekkelig trekk-kraft til at bristepunktet for svekningsleddet 4 oppnås. Enveisventilene 31 og 35 hindrer væsken fra å forlate kamret 16 og strømmer ut mot trykkoverførings-séparatoren 24 og akkumulatoren 32. If in an emergency it is desirable to disconnect the system by breaking the weakening link 4, the valve 30 is closed while the distribution valve 35 is electrically excited so that liquid communication is established from the accumulator 32 with very high pressure towards the jack 12. As a result of this, a sufficient amount hydraulic fluid be discharged from the bladder accumulator 32 towards the jacking chamber 16 to bring the cable 8 under sufficient tensile force so that the breaking point for the weakening link 4 is achieved. The one-way valves 31 and 35 prevent the liquid from leaving the chamber 16 and flowing out towards the pressure transfer separator 24 and the accumulator 32.

Selv i fravær av tilstrekkelig bølgegang er det således i henhold til foreliggende oppfinnelse mulig å sikre brytning av svekningsleddet 4 ved innstrømning av hydraulisk høytrykks-væske fra blæreakkumulatoren 32. Even in the absence of sufficient undulation, according to the present invention it is thus possible to ensure breakage of the weakening link 4 by inflow of high-pressure hydraulic fluid from the bladder accumulator 32.

Som eksempel kan trykket i blæreakkumulatoren 32 være 250 bar (25 x 10^ pascall), mens trykket i overføringsseparatoren 24 er 70 bar (7 x lO^pascal). As an example, the pressure in the bladder accumulator 32 may be 250 bar (25 x 10^ pascal), while the pressure in the transfer separator 24 is 70 bar (7 x 10^ pascal).

Når eventuell lekkasje fra enveisventilen 52 skal utlignes, eksiteres fordelingsventilen 53 elektrisk og bringer derved den hydro-pneumatiske enhet 39 i forbindelse med kamrene 16 og 27. 4. Anordning som angitt i krav 1-3,karakterisert vedat nevnte trykkakkumulatorsystem omfatter et trykkgassreservoar (23) etterfulgt av en trykkoverføringsseparator (24) mellom gass og væske. When any leakage from the one-way valve 52 is to be equalised, the distribution valve 53 is electrically excited and thereby brings the hydro-pneumatic unit 39 into connection with the chambers 16 and 27. 4. Device as stated in claims 1-3, characterized in that said pressure accumulator system comprises a pressurized gas reservoir (23 ) followed by a pressure transfer separator (24) between gas and liquid.

Claims

1. Device for putting under tension a pulling cable (8) which is connected at one of its outer ends to the upper end of a riser (1) whose lower end is attached to the seabed (3), the said device being connected to a surface vessel (7) which is exposed to seagoing, and has a jack (12) which comprises a cylinder (13), a piston (14) which divides the cylinder into two chambers (15, 16) and a piston rod (17) which extends through the first chamber (15) and the corresponding end wall (18) of the cylinder, and both the free outer end of the piston rod and the end wall (21) of the cylinder through which the piston rod does not pass are equipped with at least one pulley disc (19, 20), while the cylinder's second chamber (16) is supplied with hydraulic fluid from a thick accumulator system (23, 24) via a flow channel (28, 29) which comprises a first controlled valve (30) connected in parallel with a first one-way valve (31) to prevent backflow from the other cylinder chamber for the accumulator system, as the riser includes e t weakening link (4) and the other extreme end of the cable are connected to a fixed point (22) on the vessel (7) after being passed over said sheaves on the jack, characterized in that an accumulator device (32) with very high pressure is connected to the jack's second cylinder chamber (16) via another controlled valve (35), the pressure of the accumulator device being greater than that required to break the weakening link (4).

2. Device as stated in claim 1, characterized in that said accumulator device with very high pressure consists of a bladder accumulator.

3. Device as stated in claim 1 or 2, characterized in that another one-way valve (36) is arranged to prevent backflow towards the accumulator device with very high pressure and arranged in series with said other controlled valve (35).