DESCRIZIONE
La presente invenzione concerne un sistema di guida tra corpi di struttura in movimento relativo, in particolare tra corpi di struttura assoggettati tra loro a rotazioni relative, preferìbilmente negli impianti galleggianti a mare aperto dove una nave, posizionata stabilmente, o in navigazione al largo, è libera di orientarsi attorno ad una struttura a torretta, o a strutture operative di vario genere necessarie ai lavori in mare aperto. Più in particolare il sistema di guida è inserito nei supporti rotanti di corpi di grandi dimensioni, in particolare per torrette di ormeggio e di corpi di strutture di mezzi galleggianti per la produzione di idrocarburi. Con riferimento a tale campo della tecnica, si pone il problema di realizzare l'accoppiamento tra due corpi in moto rotatorio relativo, in particolare corpi di strutture di grandi dimensioni. E' ben noto, agli esperti del settore, il problema tecnico derivante dall'accoppiamento tra un natante e un corpo di struttura, quale una torretta, una apparecchiatura di varo per posa condotte ed altre strutture operative negli impianti galleggianti a mare aperto. Detto natante può essere di qualunque forma e dimensione e sarà chiamato nella descrizione e nelle rivendicazioni semplicemente natante, o nave, o nave cisterna impiegando t termini intercambiabilmente. E' noto che una nave, o un natante in genere, deve essere libera di orientarsi secondo le condizioni meteo-marine in modo da limitare le sollecitazioni delle azioni del vento e delle onde marine. E' noto, altresì, agli operatori del ramo che i corpi di struttura operativi accoppiati alla nave devono conservare una orientazione definita rispetto ad un riferimento fisso, quale ad esempio il fondale marino. Sono noti impianti galleggianti, in cui la struttura di supporto e le guide rotanti di corpi di struttura di grandi dimensioni quali le torrette cilindriche di ormeggio, gru di sollevamento, torri di varo di tubazioni, o cavi sono attualmente realizzati per mezzo di un insieme di dispositivi e di organi che realizzano il vincolo rotativo reagendo a forze assiali e/o radiali ed a momenti ribaltanti. Dette applicazioni di tecnica nota si presentano con sistemi di rulli supportati su di un perno ad uno dei corpi di struttura e poggiati su rotaie circolari poste e fissate sull'altro corpo di struttura; si presentano pure con sistemi di pattini collegati ad uno dei corpi di struttura, spesso mediante dispositivi elastici od idraulici, che ne assicurano il contatto uniforme con piste circolari poste sull'altro corpo di struttura. Una molteplicità dei suddetti sistemi, in relazione all'orientamento rispetto all'asse di rotazione delle superfici di appoggio dei rulli, sfere o pattini e delle modalità del contatto relativo, consentono di trasmettere sollecitazioni assiali e/o radiali e momenti ribaltanti: consentono di realizzare, nel loro insieme, il vincolo rotante desiderato. In presenza di corpi di struttura di notevoli dimensioni i sistemi suddetti di tecnica nota innescano problemi tecnici non indifferenti nelle tolleranze costruttive convenientemente realizzabili e nelle consentite deformazioni strutturali dei corpi di struttura nelle parti di essi collegate agli elementi di supporto girevole.
Questi fattori portano, nel caso dell'impiego di rulli o sfere, ad una non uniforme ripartizione del carico fra questi organi di rotolamento, essendo solo alcuni di essi in contatto, e quindi alla concentrazione del carico su alcuni di essi solamente. Questo inconveniente richiede alternativamente un sovradimensionamento degli stessi, ovvero l'impiego di dispositivi elastici od idraulici che consentano, in presenza di deformazioni delle sedi di scorrimento, di realizzare carichi pressoché costanti su ogni elemento. Queste problematiche si presentano in particolare nell'accoppiamento rotante delle torrette di ormeggio dei sistemi di produzione galleggiante di idrocarburi: la torretta è un corpo cilindrico di grandi dimensioni dotato di una struttura assialsimmetrica di rigidezza relativamente elevata che è alloggiata, in una gran parte delle applicazioni, in una cavità cilindrica della nave, posta nel suo piano di simmetria; questa cavità cilindrica risente degli stati di sollecitazione della nave e può variare la dimensione radiale e la planarità delle sedi di appoggio della torretta anche di qualche centimetro, in relazione alle sollecitazioni flessionali massime a cui questa è soggetta per effetto del moto ondoso e della ripartizione dei carichi sulla nave. Una ulteriore particolarità dell'accoppiamento rotativo nave-torretta è data dal fatto che una gran parte inferiore della torretta, alla quale fanno capo le funi di ormeggio ed ove si applicano, quindi, le reazioni di vincolo del sistema di ancoraggio, è normalmente sommersa; in tale zona quindi non è conveniente, per motivi di affidabilità funzionale, installare i dispositivi di precarico dei rulli di tipo idraulico o meccanico che possono essere invece installati nella parte superiore della torretta per sostenere i carichi orizzontali anche in presenza di deformazioni delle sedi di scorrimento del supporto: in tale area è agevole operare un'ispezione e manutenzione ed è possibile, quindi, assicurare la necessaria affidabilità operativa. Tale circostanza rende, quindi, necessario realizzare il vincolo rotatorio della torretta nella parte alta della stessa e, quindi, è conveniente e necessario realizzare il vincolo ai momenti ribaltanti mediante una serie di rulli, o pattini di contrasto che impediscono il sollevamento della torretta stessa dal suddetto piano di appoggio. Questa nota soluzione comporta, tuttavia, uno sdoppiamento e, in relazione alle dimensioni dei bracci di reazione utilizzabili, un sovradimensionamento degli organi di contatto da realizzare. Per inciso i sistemi che comportano uno spostamento attivo, usualmente con attuatoti idraulici, degli organi di contatto, quali rulli o pattini, necessitano di impianti idraulici che, per la necessaria affidabilità operativa e per la suddivisione in settori, o raggruppamenti di elementi funzionali da controllare in posizione individualmente, sono di complessità e costi rilevanti e che richiedono un continuo monitoraggio e manutenzione per garantirne la continuità operativa. Siffatte applicazioni di tecnica nota danno luogo ad una serie di inconvenienti costruttivi ed operativi in particolar modo sia quando gli sforzi scambiati sono rilevati, sia quando la deformabilità strutturale è notevole almeno in uno dei due corpi e sia, pure, quando ci sono inneschi notevoli di urti e di sollecitazioni impulsive congiuntamente alla presenza del'ambiente marino chimicamente aggressivo. Sussistono, pure, gli inconvenienti derivanti dal fatto che l'eventuale intervento manutentivo, o di riparazione, comportano necessariamente la interruzione della funzionalità di tutta la struttura operativa. Ne consegue che risulta a chiunque intuibile come il poter disporre di un sicuro sistema strutturale per tali operazioni in mare significhi disporre di strutture operative con alto coefficiente di utilizzazione annuale e come dò si tramuti praticamente in notevoli vantaggi economici. A fronte di tali limitazioni si presentano, pure, per le applicazioni note, gravosi vincoli progettuali che impongono sia dimensioni notevoli ai corpi di struttura operativi e, quindi, rilevante peso ed elevato costo delle stesse strutture; congiuntamente le applicazioni note sono sempre risultate di funzionamento non di rado precario e di scarsa affidabilità, basandosi su alcuni studi e su prolungate sperimentazioni la proponente ha messo a punto un sistema di guida elasticamente attivo che ha lo scopo di eliminare gli inconvenienti sopra menzionati, escogitando una struttura composta da elementi meccanici di semplice realizzazione, di funzionamento sicuro ed affidabile. Altro scopo della presente invenzione è dato dall'assenza di organi di tenuta meccanica in relazione all'ambiente di mare aggressivo chimicamente. Tali scopi vengono raggiunti dal sistema di guida tra corpi di struttura in movimento relativo secondo la presente invenzione, che si concretizza in almeno due elementi di guida sostanzialmente coassiali e frontalmente posizionati, che formano corpo unico con almeno un elemento interposto di materiale elasticamente attivo, e le guide stesse coassiali si accoppiano ad almeno due piste di scorrimento, di cui almeno una pista solidale ad un corpo di struttura e l'altra pista solidale all'altro corpo di struttura e dette piste di scorrimento si presentano contrapposte frontalmente in posizione tra loro sfalsate assialmente le une dalle altre. In una forma di attuazione siffatto sistema di guida tra corpi di struttura in movimento relativo presenta l'elemento di materiale elasticamente attivo costituito da un disco di gomma, o di materiale elastomerico, reso solidale con vulcanizzazione, o con metodi consimili agli elementi di guida coassiali e frontalmente interfacciati. Siffatto sistema di guida tra corpi di struttura in movimento si concretizza, pure, per il fatto che l'elemento di materiale elasticamente attivo ò un blocco assialsimmetrico composito a corpo unico di più dischi metallici alternati e susseguenti a dischi di materiale elasticamente attivo. In una forma di attuazione siffatto blocco assialsimmetrico di materiale elasticamente attivo è un blocco assialsimmetrico cavo assoggettato sia esternamente ad una spinta per mezzo di una accoppiata corona circolare rigida vantaggiosamente profilata e sia internamente ad una azione di controspinta per mezzo di un mozzo conformato con profilo sostanzialmente analogo al profilo della corona sovrastante, ma con profili tra loro sfalsati assialmente per consentire la deformabilità elastica operativa di compensazione dei movimenti relativi dei corpi di struttura funzionalmente associati costruttivamente. In una forma di attuazione siffatti elementi di guida coassiali e siffatte piste di scorrimento del sistema di guida della presente invenzione sono in materiale metallico, o in materiale polimerico rigido ad elevata resistenza a pressione specifica. L'invenzione sarà descritta dettagliatamente in appresso e in base all'esempio di realizzazione rappresentato schematicamente nei disegni delle figure delle tavole allegate, che illustrano sommariamente le caratteristiche dell'invenzione, dovendosi segnalare che tutti i disegni allegati, così come la descrizione che si farà degli stessi, corrispondono ad una forma preferita di esecuzione per rendere più comprensibile il suo modo di attuazione, però si ritengono compresi nella protezione che si richiede tutte quelle varianti costruttive incluse nell'idea generale che viene esposta nei disegni allegati:
- la fig.1 è una vista schematica di sezione frontale del sistema di guida della presente invenzione con due elementi di guida coassiali e frontali con interposto un disco di materiale elasticamente attivo e con due piste di scorrimento accoppiate e rese solidali ciascuna ad un corpo di struttura in movimento relativo, e detta vista illustra pure con linee tratteggiate la presenza di elementi ripetibili susseguenti analoghi in forma e funzione ai precedenti; - la fig.2 è una vista schematica di sezione frontale analoga alla figura 1 ma con una deformabilità elastica strutturale su azioni di sforzi rilevanti generati dal movimento relativo dei corpi di struttura interfacciati ed accoppiati operativamente;
- la fig.3 è una vista schematica di sezione frontale del sistema di guida della presente invenzione con l'elemento di materiale elasticamente attivo formato da un blocco assialsimmetrico cavo accoppiato sia esternamente da una corona rìgida circolare vantaggiosamente conformata e sia internamente ad un mozzo, che presenta un profilo analogo alla corona esterna, ma sfalsata assialmente per consentire la deformabilità elastica dello stesso blocco cavo sollecitato dalle forze rilevanti generate dal moto relativo dei corpi di struttura collegati operativamente;
- la fig.4 è una vista schematica di sezione frontale analoga alla figura 3, ma con una deformabilità elastica strutturale del blocco assialsimmetrico cavo su azioni di spinte generate dal movimento relativo dei corpi di struttura interfacciati e collegati operativamente e detta vista illustra pure la deformazione del profilo del blocco che va coniugarsi con i profili rìgidi sia della corona esterna e sia del mozzo interno.
Nelle figure le parti uguali, o con funzioni uguali, riportano uguali riferimenti. Nelle figure, altresì, a scopo di chiarezza dell'insieme le parti non necessarie per la comprensione dell'invenzione sono omesse, oppure sono presentate in modo generico in quanto in sè note, ed anche perchè non interessano al funzionamento della presente invenzione. Con riferimento alle figure sopraddette, il sistema di guida tra i corpi di struttura 1 e 2 in movimento relativo secondo le frecce 8 e 9 comprende elementi di guida 6 e 7, preferìbilmente dischi metallici in acciaio, che si accoppiano con le piste di scorrimento 3 e 4; quest'ultime preferìbilmente formate da rotaie metalliche in acciaio. Per inciso la rotaia 3 è resa solidale, come corpo unico, al corpo di struttura 1, mentre la rotaia 4 è resa solidale, come corpo unico, al corpo di struttura 2. Detti dischi di guida 6 e 7 sono posizionati frontalmente e resi uniti tra loro attraverso il disco 5 di materiale elasticamente attivo, preferìbilmente di gomma resa solidale con vulcanizzazione agli stessi dischi di guida metallici 6 e 7. In una concreta forma di attuazione il disco di gomma 5 assume la forma, vantaggiosa per rilevanti spinte impulsive, di un blocco assialsimmetrico cavo assialmente compattato dall'alternanza susseguente tra dischi di gomma 5 e dischi metallici 12, preferibilmente in acciaio. Il blocco è reso unito a corpo unico tra i dischi 5 di gomma e i dischi di acciaio 12, per mezzo il processo di vulcanizzazione, ed è accoppiato esternamente con la guida a corona circolare 11, che agisce operativamente sulla rotaia 3, ed è pure accoppiato internamente con il mozzo 10, vantaggiosamente profilato, e preferibilmente in acciaio. Per inciso il profilo della corona circolare 11 è in dimensione e forma sostanzialmente analogo al profilo del mezzo 10 ma detti profili sono sfalsati assialmente di mezzo passo per consentire la deformabilità elastica su azione delle spinte attivate dai movimenti relativi dei corpi di struttura 1 e 2, come il tutto è chiaramente illustrato in figura 4. Il montaggio, il funzionamento ed il comportamento dinamico del sistema di guida elasticamente attivo della presente invenzione, posto in risalto nelle figure delle tavole allegate, è facilmente comprensibile. Quando il sistema di guida elasticamente attivo si trova nella posizione di riposo corrisponde alla figura 1 e il disco elastico 5 si presenta non deformato e, quindi, non sollecitato a taglio ed esso è sostanzialmente coassiale con i dischi di guida 6 e 7. Per inciso si fa riferimento preferibilmente al caso specifico e di interesse del vincolo di una torretta cilindrica 2 con la nave 1 per ormeggio in mare aperto e collegamento di processo in un sistema di produzione galleggiante, ma tale soluzione può essere vantaggiosamente applicata in tutti quei casi di vincolo rotante e/o traslante tra corpi di grandi dimensioni ove si sia in presenza di inevitabili imprecisioni costruttive, proprio a causa della difficoltà di realizzare tolleranze strette negli accoppiamenti tra i dischi di guida 6 e 7 e le piste di scorrimento 4 e 3, ed ove si sia in presenza di inevitabili deformazioni strutturali di almeno uno dei corpi di struttura 1 e 2, e, quindi, delle rotaie 4 e 3 ad essi collegati, indotte dal modo di operare della struttura degli stessi corpi 1 e 2, o per qualsiasi altra causa, per esempio dilatazioni termiche differenziali ed altre ancora. Spostandosi i corpi di struttura 1 e 2, secondo le frecce 8 e 9, il disco di gomma 5, sollecitato a taglio, si deforma assumendo la configurazione inclinata di figura 2. Nell'istante di fine spostamento relativo tra i corpi 1 e 2, il disco elastico 5 ritorna nella configurazione di riposo di figura 1. Analogamente per sollecitazioni di maggior rilievo il blocco assialsimmetrico elasticamente attivo assumerà la posizione di riposo corrispondente alla figura 3 quando i corpi di struttura 1 e 2 non trasmettono tra loro alcun movimento relativo. In presenza di deformabilità strutturali innescate da sollecitazioni impulsive rilevanti, i corpi 1 e 2 si spostano tra loro relativamente secondo le frecce 8 e 9 e il blocco elastico, composto dagli elementi 5 e 12 alternativamente uniti tra di loro, assume la configurazione di figura 4. Per inciso ciascun disco di gomma 5 assume la configurazione inclinata, trovandosi sollecitato a taglio e la sua deformazione relativa non è ostacolata in quanto si coniuga con i profili vantaggiosamente realizzati e posizionati sulla superficie interna della corona circolare rigida 11 e sulla superficie esterna del mozzo 10 in acciaio. Il sistema di guida elasticamente attivo tra corpi di struttura 1 e 2 in movimento relativo così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, che tutte rientrano neH'ambito delia presente invenzione. In pratica gli elementi illustrati potranno essere sostituiti da altri tecnicamente equivalenti, senza con ciò usciere daH'ambito della presente invenzione.