PL232805B1 - Mechanizm do blokady i zwalniania połączenia łańcucha kotwicznego z palem kotwicznym pływających konstrukcji wsporczych zwłaszcza typu TLP pod turbiny wiatrowe - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mechanizm mocowany na dnie morskim do pala kotwicznego lub innego fundamentu, służący do lokalnego lub zdalnego zaczepiania lub zwalniania cięgna kotwicznego, zwłaszcza łańcucha, kotwiczonego obiektu pływającego, zwłaszcza platformy typu TLP (Tension Leg Platform), służącej jako konstrukcja wsporcza, na której zamontowana będzie wieża z turbiną wiatrową.

Znanych jest kilka sposobów mocowania cięgien kotwicznych platform typu TLP do pali lub innych fundamentów kotwicznych osadzonych w dnie morskim. Sposoby te i konstrukcja mechanizmów mocujących zależą głównie od wielkości i wyporności platformy, głębokości akwenu i rodzaju cięgna kotwicznego. W przypadku dużych platform instalowanych na większych głębokościach, a służących do prowadzenia wierceń podmorskich oraz do pozyskiwania podmorskich zasobów naturalnych najczęściej stosuje cię cięgna w postaci kolumn rur stalowych z zamocowanym na dole przegubem elastycznym i specjalnie ukształtowaną głowicą, która wprowadzona od góry w odpowiedni mechanizm zatrzaskowy osadzony na fundamentowej płycie dennej lub palu kotwicznym zostanie w nim solidnie zamocowana. Należy jednak podkreślić, że prowadzone na morzu tego typu operacje montowania, opuszczania i mocowania kolumny rur do fundamentu oraz do pływającej platformy są bardzo niebezpieczne i kosztowne. Wymagają bowiem angażowania wysoce specjalistycznych statków i dobrych warunków pogodowych. W przypadku mniejszych platform, jakie stosuje się pod turbiny wiatrowe, i mniejszych głębokości akwenów można stosować cięgna kotwiczne także w postaci lin lub łańcuchów. Dotychczas stosowany sposób kotwiczenia tych platform polegał na wcześniejszym mocowaniu cięgien kotwicznych do pali lub innych fundamentów kotwicznych, a dopiero po przyholowaniu platformy wykonywano trudne operacje łączenia górnych końców łańcuchów do kadłuba platformy, co w przypadku platform TLP czyniło te operacje wyjątkowo niebezpiecznymi i pracochłonnymi. Chodzi bowiem o to, że mechanizmy i elementy łączenia cięgien do platformy znajdują się na kadłubie platformy, który to kadłub po zainstalowaniu platformy jest całkowicie zanurzony i praktycznie nie ma do nich dostępu. Teoretycznie istniałaby możliwość zastosowania odpowiednio dłuższych cięgien i przepuszczenie ich przez np. zapadkowe mechanizmy blokujące umieszczone na kadłubie przed jego zanurzeniem tak, by górne końce mogły być napinane przez urządzenia napinające umieszczone w części nadwodnej platformy, czyli na kolumnie, albo na wysoce specjalistycznym statku przeznaczonym do instalowania tego typu platform. Takie rozwiązanie należy uznać za bardzo niekorzystne pod względem zapewnienia odpowiedniej stateczności platformy i równomierności napinania wszystkich cięgien, co czyni te operacje niebezpiecznymi i zależnymi od warunków morskich oraz czasochłonnymi i kosztownymi.

Wad tych można uniknąć przez zastosowanie umieszczonych na dnie, a zamocowanych na palach kotwicznych, mechanizmów według wynalazku do mocowania cięgien kotwicznych, zwłaszcza łańcuchów, które to mechanizmy mogą być uruchamiane zdalnie lub lokalnie przez nurka. Korpus każdego mechanizmu jest konstrukcją spawaną choć może być też odlewem. Składa się z górnej części naprowadzającej, na przykład w kształcie otwartego do góry stożka, przy czym jego dolna część zwężając się zmienia stopniowo kształt na zbliżony w przekroju do prostokąta o wymiarach boków większych o od kilku do kilkunastu mm od szerokości i grubości końcowego ogniwa łańcucha kotwicznego. Konstrukcja dolnej części mechanizmu przyspawana jest do płyty podstawy zamocowanej do pala kotwicznego. W obu dłuższych ścianach bocznych dolnej części konstrukcji oraz w ściance pomocniczej wywiercony jest prostopadły do nich przelotowy otwór. Oś tego otworu znajduje się w przybliżeniu na wysokości, liczonej od płyty podstawy, równej połowie szerokości ogniwa łańcucha, a jego średnica wynosi 1,2 kalibru łańcucha. W otworze tym umieszczony jest przesuwnie sworzeń zakończony małym kołnierzem z uchem połączonym wychylnie z krótkim łącznikiem, a ten z dolnym, krótkim ramieniem dźwigni trójramiennej zamocowanej wychylnie między dwiema usztywniającymi węzłówkami za pomocą osadzonego w nich sworznia. Drugie, nieco dłuższe ramię dźwigni, skierowane w kierunku osi mechanizmu w stanie jego odblokowania, opiera się o kołek osadzony pod nim w tych samych węzłówkach usztywniających. Kołek ten ogranicza kąt wychylenia dźwigni i tym samym nadmierne wysunięcie sworznia mocującego, zapewniając jego prowadzenie w co najmniej dwóch ścianach. Powyżej kołka tuż nad ramieniem dźwigni w węzłówkach usztywniających jest przelotowy otwór do ewentualnego umieszczenia w nim przetyczki, w celu zablokowania położenia dźwigni, ale tylko na czas transportu lub montażu mechanizmu na palu kotwicznym. Trzecie najdłuższe ramię dźwigni służy do mocowania lub luzowania łańcucha w mechanizmie. Na jego końcu zawieszony jest obciążnik oraz zamocowana jest linka do sterowania zdalnego z kolumny platformy lub z pokładu holownika albo statku specjalistycznego. Masa obciążnika jest tak dobrana, by po zluzowaniu linki sterującej sworzeń mocujący zawsze wsunął się w otwory, aż do oparcia się jego kołnierza o ścianę pomocniczą, blokując tym samym łańcuch kotwiczny. Po zamocowaniu wszystkich łańcuchów następuje znaczne ich wstępne napięcie realizowane poprzez odpowiednie odbalastowanie platformy na cały okres jej eksploatacji. W tym okresie siły tarcia sworznia w otworach przy próbie jego wysunięcia są tak duże, że zwolnienie łańcuchów nie jest możliwe ani za pomocą linek, ani praktycznie w inny sposób. Na podstawie obliczeń przewiduje się, że maksymalny kąt odchylenia platformy podczas jej eksploatacji w najcięższych możliwych do wystąpienia na danym akwenie warunkach morskich nie będzie większy niż 17°. Z tego względu kąt pochylenia ścianek naprowadzającej, zbieżnej części korpusu zastosowano odpowiednio większy, by wyeliminować możliwość oparcia się o nią napiętego łańcucha i ograniczyć do minimum zginanie konstrukcji. Zwolnienie mechanizmów i odczepienie łańcuchów kotwicznych jest możliwe jedynie po zabalastowaniu platformy i takim zwiększeniu jej zanurzenia, by całkowicie zlikwidować napięcie łańcuchów. Dopiero wówczas poprzez przyłożenie do linek sterujących, których górne końce mogą być umieszczone w pomieszczeniu sterowni platformy, siły rozciągającej większej od sumy ciężaru obciążnika i relatywnie niewielkich sił tarcia nieobciążonego sworznia mocującego w otworach prowadzących, nastąpi jego wysunięcie i całkowite zwolnienie łańcuchów.

Przedmiot wynalazku opisany jest bliżej na przykładzie wykonania oraz uwidoczniony na rysunkach, na których Fig. 1 i Fig. 2 ukazują w przekroju i w widoku, mechanizm w stanie odblokowanym, przy czym na Fig. 2 pokazany mechanizm przed opuszczeniem łańcucha, a na Fig. 1 po jego opuszczeniu, gdy dolne końcowe ogniwo łańcucha kotwicznego 2 jest na płycie dennej wnętrza korpusu 1. Korpus każdego mechanizmu jest konstrukcją spawaną choć może być też odlewem. Składa się z górnej części naprowadzającej, której wewnętrzna powierzchnia jest zbieżna ku dołowi, korzystnie stożkowa, o kącie pochylenia tworzącej nie mniejszym niż 20°. Kształt tej powierzchni zmienia się (stopniowo) łagodnie w dolnej części korpusu, w powierzchnię o ścianach pionowych i poprzecznym przekroju w przybliżeniu prostokątnym o wymiarach boków o kilka lub kilkanaście mm większych od szerokości i grubości końcowego ogniwa łańcucha kotwicznego 2.

Konstrukcja dolnej części mechanizmu przyspawana jest do płyty podstawy zamocowanej do pala kotwicznego. W obu dłuższych ścianach bocznych 9 dolnej części mechanizmu oraz w ściance pomocniczej 10 wywiercony jest prostopadły do nich przelotowy otwór. Oś tego otworu znajduje się w przybliżeniu na wysokości, liczonej od płyty podstawy, równej połowie szerokości ogniwa łańcucha, a jego średnica wynosi 1,2 kalibru łańcucha. W otworze tym umieszczony jest przesuwnie sworzeń mocujący 3 zakończony małym kołnierzem z uchem, połączonym przegubowo łącznikiem 5, z dolnym, krótkim ramieniem dźwigni trójramiennej 4 zamocowanej wychylnie między dwiema usztywniającymi węzłówkami 11 za pomocą osadzonego w nich sworznia 12. Drugie, nieco dłuższe ramię dźwigni 4, skierowane w kierunku osi mechanizmu w stanie jego odblokowania, opiera się o umieszczony pod nim w węzłówkach 11 kołek 6, ograniczający kąt wychylenia dźwigni i tym samym nadmierne wysunięcie sworznia mocującego 3, zapewniając jego prowadzenie w co najmniej dwóch ścianach 9 i 10. Powyżej kołka 6 tuż nad ramieniem dźwigni 4 w węzłówkach 11 jest otwór do ewentualnego umieszczenia w nim (nie pokazanej na Fig. 1) przetyczki i tym samym zablokowania położenia dźwigni, ale tylko na czas transportu lub montażu mechanizmu na palu kotwicznym. Trzecie najdłuższe ramię dźwigni 4 służy do mocowania lub luzowania łańcucha w mechanizmie. Na jego końcu zawieszamy jest obciążnik 7 oraz zamocowana jest linka 8 do sterowania zdalnego z kolumny platformy lub z pokładu holownika albo statku specjalistycznego. Masa obciążnika 7 jest tak dobrana, by po zluzowaniu linki sterującej 8 i opuszczeniu obciążnika 7, sworzeń mocujący 3 zawsze wsunął się w oba otwory ścian 9, aż do oparcia się jego kołnierza o ściankę pomocniczą 12, mocując tym samym łańcuch kotwiczny 2.

Fig. 3 i Fig. 4 przedstawiają dwu- i trójwymiarowe rysunki mechanizmu w przekroju z opuszczonym obciążnikiem 6 i przesuniętym sworzniem 3 blokującym łańcuch 2. Obciążnik 6 spoczywa na płycie podstawy. Na Fig. 3 łańcuch 2 pokazany jest w maksymalnym dla mechanizmu dopuszczalnym odchyleniu ~20°, to znaczy o 3° większym od możliwego do wystąpienia odchylenia cięgien podczas eksploatacji platformy na danym akwenie najniekorzystniejszych warunkach morskich.

Claims (2)

1. Zastrzeżenie patentowe
2. 1. Mechanizm do blokady i zwalniania połączenia łańcucha kotwicznego z palem kotwicznym pływających konstrukcji wsporczych zwłaszcza typu TLP pod turbiny wiatrowe, znamienny tym, że posiada spawany lub odlewany korpus (1), którego górna część ma powierzchnię wewnętrzną zbieżną ku dołowi, korzystnie stożkową zmieniającą się stopniowo, w dolnej części korpusu, w powierzchnię o przekroju w przybliżeniu prostokątnym o wymiarach boków o kilka lub kilkanaście mm większych od szerokości i grubości końcowego ogniwa łańcucha kotwicznego (2), przy czym w obu dłuższych bokach (9) oraz w ściance pomocniczej (10) wywiercony jest prostopadły do nich przelotowy otwór o średnicy nie mniejszej niż 1,2 kalibru łańcucha, którego oś znajduje się zasadniczo na wysokości, liczonej od płyty podstawy, równej połowie szerokości dolnego ogniwa łańcucha (2), w którym to otworze umieszczony jest przesuwnie sworzeń (3) połączony przegubowo łącznikiem (5) z dolnym, ramieniem dźwigni trój-ramiennej (4), zamocowanej wychylnie w płaszczyźnie pionowej za pomocą sworznia (12) osadzonego w węzłówkach usztywniających (11), zaś drugie, dłuższe ramię dźwigni (4), skierowane w kierunku osi mechanizmu w stanie jego odblokowania, opiera się o umieszczony pod nim w węzłówkach (11) kołek (6) ograniczający kąt wychylenia dźwigni i tym samym wysunięcie sworznia (3), zapewniając jego prowadzenie w co najmniej dwóch ścianach, a trzecie najdłuższe ramię dźwigni (4) posiada zawieszony na jego końcu obciążnik (5) oraz przymocowaną linkę (8), której górny koniec wyprowadzony jest ponad powierzchnię morza i przymocowany początkowo do pływającej bojki, a po zainstalowaniu platformy poprowadzony jest do jej pomieszczenia sterowania znajdującego się w górnej części kolumny.