NO145545B - Anordning for belastningsutjevning ved boreplattformer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse.angår boreplattformer av den

type som har i det minste tre ben som er hev- og senkbare i forhold til plattformen forøvrig og anordnet for på 'iristalla-sjonsplassen med sine nedre ender å ligge an mot havbunnen.

En vanlig måte å oppnå benenes vertikale relativbevegelse er

å benytte tannstangsysterner. Hvert ben består vanligvis av tre eller flere søyler, sammenbundet ved hjelp av diagonålstag. Når disse ben utsettes for de kreften-og momenter som forårsakes av sjøgang, vind og havstrømmer, bøyes benene, hvilket resulterer i forskjellig, belastning av søylene på benenes strekk- eller trykksider. Videre blir belastningen ujevn på de tanndrev som står i inngrep med tannstengene på søylene. Ved lett til middels sjøgang er vertikalbevegelsene relativt små og kan tas opp;

ved hjelp av fjærende puter mellom hydrauliske, sylindre og deres understøttelsespunkter. Ved'meget kraftig sjøgang blir imidlertid avvikelsene så store at de ikke lar seg oppta bare ved hjelp av slike puter.

Et annet belastningsfenomen er følgende. Når plattformen befinner seg på installasjonsplassen, men med benenes undre ender rett overfor havbunnen, det.vil si i trinnet når plattformen enten akkurat er ankommet til eller nettopp skal taues bort fra plassen, får sjøgangen som følge at benene belastes i vertikalretningen. Dette har i visse tilfeller ført til store skader på benene og også på plattformen forøvrig. En kjent måte å unngå slike skader er å anordne fjærende støtdempere mellom de hydrauliske sylindrenes stativer og deres understøttelses-punkter. Også for denne type av belastning gjelder imidlertid at slike støtdempere bare evner å oppta påkjenninger opp. til en viss øvre grense. Ved kraftigere sjøgang er metoden ubrukbar.

Hensikten med oppfinnelsen er å fremskaffe en anordning

som ikke er beheftet med de begrensinger og ulemper som det er redegjort for ovenfor.

Oppfinnelsen, hvis eksakte kjennetegn fremgår av-

de etterfølgende patentkrav, kan med få ord sies å basere seg på insikten i at hydrauliske sylindre kan benyttes'for hensikten. Oppfinnelsen kan tillempes på alle ben for boreplattformer som omfatter i det minste to med hveranre forbundene og i det minste vesentlig parallelle søyler som er tilkoplet plattformen over en donkraftenhet. Anordningen trer i funksjon når sidekrefter på benet tenderer å bringe dets søyler til å bevege seg ulikt i vertikalretningen relativt plattformen. En anordning ifølge oppfinnelsen omfatter i det minste en hydraulsylinderenhet mellom hver donkraft og plattformen, idet sylindrenes lengdeakser„skal være vesentlig parallelle med benenes. Sylindrene inneholder stempler som er båret av stempelstenger. Med hydrauliske sylindre menes i fortsettelsen en slik enhet som.altså består av selve sylinderhuset og av en derfra utstikkende stempelstang. Med huset resp. stempelstangen benevnes dylindrene begge ender. Den ene av disse skål være tilkoplet plattformen og den andre

til en del på donkraften. Sylindrenes trykkammer .står i forbindelse med hverandre over ledninger og hvert slikt kammer inneholder normalt en så stor mengde hydraulisk olje at stempelet befinner seg i en stilling motsvarende omtrent halve slaglengden. Når søylen utsettes for forskjellige vertikale belastninger

som følge av siderettede krefter på tilhørende ben, reduseres denne ulikhet ved utjevning av det hydrauliske trykket i sylindrene over nevnte forbindelsesledninger. Når systemet arbeider som støtdemper, inngår i dette et antall trykkakumulatorer som inneholder et kompresibelt trykkmedium, f.eks. en gass. Denne opp-tar da de støtkrefter som frembringes gjennom at hydraulisk olje tvinges inn i trykkakumulatorén gjennom utoverrettet bevegelse på et eller flere stempler. Oppfinnelsen er av spesiell stor verdi når den tillempes ved slike bor-eplattformer der benene heves og senkes ved hjelp av tannstang.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen. Fig. 1 viser et sideriss av en borreplattform av den type som oppfinnelsen skal benyttes i forbindelse med.

Fig. 2 viser plattformen i planriss ifølge linjen

■II-II i fig. 1.

Fig. 3 viser i større målestokk et sideriss av en donkraftenhet og viser også deler av anordningen ifølge oppfinnelsen for belastningsutjevning og støtopptagelse.

Fig. h viser et snitt efter linjen IV-IV i fig. 3-

Fig. 5 viser.et hydraulisk koplingsskjema som kan benyttes enten anordningen skal arbeide for belastningsutjevning eller for støtopptagelse.

I fig. 1 betegner 11 selve, plattformen som er av pram-typen og bæres av tre ben 12 som består av fire vesentlig parallelle søyler 13 som innbyrdes er forbundet ve(i hjelp av et antall tverrgående steg 14.

Selve plattformslegemet 11 kan altså taues som en pram

til og fra installasjonsplassen. Den har en baug 16 og en hekk 17 - se fig. 2. På plattformens fremre del er der hus 18 for besetningen og på den bakre del er det et bevegelig arbeids-dekk 19.

Når plattformen taues er altså benene 12 trukket opp i forhold til skroget.11, slik at dette flyter på vannet. Når plattformen har nådd sin installasjonsplass senkes benene 12 i forhold til skroget 11, slik at benenes føtter 20 kommer-i kontakt med bunnen 21. Fortsatt nedovergående relativbevegelse på benene medfører altså at plattformlegemet 11 løftes til et nivå ovenfor vannflaten. Under benenes nedovergående bevegelse kan det altså som tidligere nevnt skje at føttene slår mot havbunnen som følge av sjøgang. Benene utsettes med andre ord for en dynamisk vertikal belastning, og anordningen kan da oppta slike støt slik at påkjenningene på donkreftene nedsettes. Derved beskyttes båd donkrefter og ben samt plattformsdekket. Når installasjons-arbeidet er fullført, kan benene 12 som ovenfor forklart, i stedet bli utsatt for siderettede krefter som ved å bøye benene gir årsak til forskjellige store vertikale belastninger i søylene. Under slike forhold arbeider anordningen ifølge oppfinnelsen for utjevning av de nevnte forskjeller.

Pilarene eller søylene 13 forutsettes ifølge fLg. 3 og 4

og utgjøres av rør som. på to diametralt motsatte sider har vertikalt anordnede, tannstenger 22. Hver av disse samvirker med. et øvre tannhjul 23 og et nedre 24, hvilke tannhjul inngår i donkraft-enheter 26. Disse omfatter også elektriske drivmotorer og elektro-

magnetiske friksjonsbremser samt en nedvekslingsanordning mellom motorene og tannhjulene.

Hver donkraftenhet 26 er montert på plattformens dekk 27 over et par nedre støtdempere 28 som har som oppgave å dempe krefter som tilstreber åforflytte donkraften nedover mot dekket. Videre er der ovenfor donkreftene et par øvre støtdempere 29

som samvirker med en ovenfor denne beliggende hydraulisk sylinder 32.

Hver hydraulisk sylinder 32 har altså en sylinder 33 med

et ikke_ vist stempel til hvilket det er koplet en stempelstang 3^ som er rettet nedover, slik at den nedre enden kan samvirke med overdelen på den tilhørende støtdemper 29. Sylindrene 33 bæresi av et stativ 35 som er stivt festet til plattformen 11.

De øvre støtdemperene 29 har følgelig som oppgave å dempe krefter som tilstreber åforflytte donkraften oppover. Kontaktflatene mellom hver støtdemper 29 og tilhørende stempelstang 34, hvilken som vist på tegningen har en spesiell fotplate, forutsettes å være smurt.

Koplingsskjemaet i fig. 5 skal tydeliggjøre hvorledes de hydrauliske sylindrene 33 mates med tilstrekkelig store mengder hydraulisk olje for at stempelstengene 34 skal holdes i ønsket stilling. For formålet er det en oljesump 41 til hvilken det er koplet en pumpe 42 hvis trykkside står i forbindelse med en ledning 43, som i sin tur over grenledninger 44 er tilkoplet sylindrenes 33 trykkammer. I ledningen 43 er det en ventil 45 som.har som oppgave på den nedenfor nærmere beskrevne måte å reguibere mengden av hydraulisk olje i systemet og holde denne-mengde på ønsket verdi. Ledningen 43 har en returdel som er tilkoplet stamreturledningen 47 over enreguleringsventil 48.. Ledningen 47 munner ut i sumpen 4l. Trykket i ledningen 43, avsøkes av et manometer 49. Det skal observeres at samtlige sylinderkammere er innbyrdes forbundet over ■grenledningene 44

og stamledningen 43. Mellom ledningene 43 og 47 er det også en shuntledning 50 med en regulatorventil 51.

Når systemet arbeider for støtdemping trer trykkakumulatorene 54 i funksjon. De inneholder hver et stempel 55

med hydraulisk olje på undersiden og et kompresibelt medium, f.eks. en gass på oversiden. De hydrauliske kammerene i hver akumulator står over en grenledning 56 i forbindelse med sylinder-kammeret i en tilhørende sylinder 33- I hver ledning 56 inngår en

strømningsregulerende ventil 57•

Anordningen omfatter også organer for tilbakeføring av hydraulisk olje fra akumulatorene 54 til oljesumpen 4l. Disse organene består her av dreneringsledninger 59 som parvis med hverandre forbinder de to trykkakumulatorene 54 som tilhører hver og en av donkraftenhetene 1-4. Ledningene 59 er i sin tur over ventiler 6l forbundet med stamdreneringsledningen .60 som er forbundet med returledhingen 47.

Det kompresible mediet i trykkakumulatorene 54 består

i dette tilfelle av en gass som oppbevares i en beholder 62

og utgjøres av komprimert nitrogen. Tilførselen skjer over, en mateldning 63 som inneholder en reguleringsventil 64 og til hvilken det er tilkoplet grenledninger 66 med regulatorventiler 67. Hver grenledning 66 er forbundet med en shuntledning 65

som parvis forbinder trykkakumulatorenes gasskammere med hverandre og til hvilken det er tilsluttet en overtrykksventil 68, en regulatorventil 69 og et manometer 70. Når ventilen 64 åprtes, kommer altså nitrogengass over ledningen 63, ventilene 67 og ledningene 65 til å tilføres trykkakumulatorenes 54 gasskammere.

Anordningens funksjon skal i det følgende ..beskrives i tre forskjellige faser, motsvarende transport av plattformen

til installasjonsplassen, installert.plattform og fjerning av plattformen. Man antar at plattformen 11 flyter på vannflaten og er ferdig til å taues til installasjorisplassen. Systemet settes i drift ved at ventilene 57 åpnes, slik-at^sylindrene 33 og akumulatorene 54 kommer i forbindelse med hverandre.

Derefter åpnes ventilene. 68 slik at systemets gåssidé ventileres. Neste trinn er å starte pumpen- 42 og åpne ventiler 55 som léder til at hydraulisk'olje over stamledningen % 3 og. grenledningene. 44 tilførs sylindrene 33. Dessuten kommer hydraulisk ol^e via ledningene 5.6 til å mates inn i trykkakumulatorene 54. Pumpen fortsetter å arbeide til hele systemet har bygd seg opp til et trykk på omtrent 3,5 kp/cm . Derved luftes og fylles

systemets gasside fullstendig. Deretter stenges ventilene 68

og åpnes ventilene 6l samt ventilen 64. Reguleringsventilene 67 innstilles på ønsket trykkverdi, slik at hver akumulator 54

lades oppirtil et trykk på ca. 13 kp/cm , hvoretter ventilen 64 stenges. Reguleringsventilene 69 innstilles på ønsket trykkverdi for å beskytte systemet mot skader dersom trykket skulle vokse til en utillatt verdi, f.eks. 230 kp/cm 2. Oppladningen av aku-

mulatorene 54 medfører at stempelene føres til sine bunn-stillinger og at luften på oljesiden går ut gjennom ventilene 6l. I dette trinn startes pumpen 42 igjen og ventilen 45 åpnes slik at olje derefter sirkulerer gjennom ventilen 6l for. lufting av resten av systemet, hvorpå pumpen 42 stenges av samt ventilene 45 og 61 stenges.

Når plattformen befinner seg på installasjonsplassen, senkes benene 12 ved hjelp av donkreftene 26 på den ovenfor beskrevne måte. Når en fot 20 kommer i berøring med havbunnen som følge av sjøgang, kommer tilhørende stempler til å bevege seg oppover hvorved hydraulisk olje- mates ut fra sylindrene 33 til akumulatorene 54. I disse skjer da en komprimering av nitrogengassen og dermed en støtopptagelse. Akumulatorene 54 tjenegjør altså som støtdempere som ikke bare beskytter benene 12 men også donkreftene og plattformen. Benenes 12 nedovergående bevegelse relativt plattformdekket 11 fortsetter inntil ønsket høyde ovenfor vannflaten er nådd. Samtlige akumulatorer 54 log sylindre 33, som tilører et bestemt ben, kommuniserer som det fremgår da med hverandre, hvorfor også en viss belastnings-ut jevning kan skje utover støtopptagelsen. Når løfteoperasjonen er fullbyrdet, kommer gasstrykket i akumulatorene 54 til å være

2

av størrelsesorden 100-250 kp/cm .

Derefter åpnes ventilene 68 langsomt og nitrogengass-trykket reduseres til ca. 0,7 kp/cm p. Den hydrauliske pumpen 42 startes igjen og ventilene 45 åpnes. Pumpen arbeider inntil stempelene i sylinderen 33 har nådd omtrent halve slaglengden.

Når dette har skjedd stanser pumpen og samtilige ventiler

stenges i systemet, som da er innstilt for belastningsutjevning, nemlig for utjevning av de ulikheter i de vertikale belastningene i delene 13 som forårsakes av bøyning av benene 12, f.eks. ved innvirkning av sidekrefter som frembringes ved storm. De hydrauliske sylindrene 33 er nå innbyrdes sammenkoplet over ledningene 44 og 43. Når en søyle 13 tenderer å bevege seg vertikalt oppover relativt plattformen, noe som skulle resultere i en økning av den vertikale belastningen, kommer altså hydraulisk olje til å mates ut fra denne søyles sylinder 33 og overføres til de hydrauliske sylindere som tilhører de andre søylene.

Som ovenfor forklart, kan ekstremt høye horisontalkrefter frembringes av vindtrykk eller bølger, forårsake en meget stor burning av benene 12. Denne bøyning kan medføre en vertikalfor-skyvning av søylene innbyrdes av en størrelsesorden på flere centimeter. Den søyle som befinner seg på lovart siden kommer da til å utsettes for meget kraftig vertikalbelastning utover den trykkbelastning som kommer fra bøyemomentet i benet. Sam-tidig kommer den vertikale belastning på søylene på le-siden til å minske. Donkrafthjulene 23 og 24 blir altså ujevne og hårdt belastet. Bruk av en anordning ifølge oppfinnelsen med-fører imidlertid at når søylene forskyves vertikalt kommer stempelstengene 34 på benets ene side til å bevege seg oppover og på en annen side nedover, hvorved de vertikale belastningene på samtlige søyler 13 og på tilhørende donkrafter 26 utjevnes.

Når plattformen skal transporteres bort fra installasjonsplassen, åpnes ventilene 6l og 64, samt at det innmates nitrogengass i akumulatorene 54 til et trykk.på f.eks. 13 kp/ cm 2, hvorefter ventilene 64 og 6l stenges igjen. Derefter startes de hydrauliske pumpene 42 og ventilen 45 åpnes. Hydraulisk olje pumpes inn i systemet gjennom stamledningen 43 inntil stempelstengene 34 er skjøvet helt ut, da ventilen 45 stenges og pumpen stoppes. Herefter åpnes ventilen 57, noe som resulterer i at stempelstengene 34 trekkes inn av den belastning som plattformdekket utøver, hvorved disse kreftene tvinger hydraulisk olje inn i akumulatorenes 54 nedre kammere. Ved hjelp av donkreftene 26 senkes derefter plattformdekket 11 langs benene 12 inn til det flyter på vannflaten. Når dette inn-treffer er stempelstengene 34 ført til sine ytterstillinger. Donkreftene 26 arbeider imidlertid videre for fortsatt opp-trekking av benene. Når de slipper kontakt med havbunnen, kommer akumulatorene 54 igjen til å virke som støtdempere dersom plattformen 11 skulle bli utsatt for sjøgang slik at benene 20 slår mot havhunnen. Når de heises opp tilstrekkelig langt for å gå klar bunnen, avlastes stempelstengene 34 og akumulator-trykket, til å ligge på ca. 13 kp/cm 2. Dersom systemet deretter forblir uforandret, er det forberedt til å tre i funksjon på neste installasjonsplass, der. den ovenfor beskrevne arbeid.s-følge kan repeteres, dog uten de innledende lufte- og ladefåsene.

I et typisk anlegg kan de hydrauliske sylindrenes 33 diametere gå opp til ca. 50 cm og stempelenes slaglengde til ca. 40 cm. Sylindrenes 33 arbeidstrykk kan være av størrelses-orden 350 kp/cm og reguleringsventilen 48 innstilles da på f.eks. 380 kp/cm p for å beskytte systemet mot skader som

forårsakes av overtrykk.

Den vesentlige fordelen ved oppfinnelsen er at akkumulatorene 54 tjenestegjør som støtdemper, som ikke bare beskytter benene 12 mot utillatelige krefter, men også klatre-jekkene og selve plattformkonstruksjonen. Disse utillatelige kreftene kan oppstå ved at plattformen befinner seg på installasjonsplassen og et ben kommer i berøring med havbunnen som følge av sjøgang. Når plattformen er satt ned på installasjons-stedet, slik at alle benene hviler mot bunnen, vil det først og fremst være bøyepåkjenninger på benene som vil oppstå. De hydrauliske demperne 33, som er montert på hver søyle i hvert ben kommuniserer med hverandre, og når et ben utsettes for bøyepåkjenning vil den hydrauliske demperen på trykksiden belastes langt sterkere enn den eller de søylene som befinner seg på strekksiden, og olje overføres fra den demperen som sitter på trykksiden til de som sitter på strekksiden og utbalanserer således kreftene.

Claims (5)

1. Anordning for belastningsutjevning ved slike boreplattformer der selve plattformen (11) danner et flytelegeme som er forsynt med hev- og senkbare ben (12) som hvert har i det minste to med hverandre stivt forbundne og vesentlig parallelle søyler, samt er hev- og senkbare relativt plattformen ved hjelp av klatrejekker (26), karakterisert ved at det mellom plattformen (11) og hver klatrejekk er anordnet i det minste en hydraulisk sylinder (32) hvis lengdeakse er vesentlig parallell med tilhørende plattformbens (12) lengdeakse og hvor den hydrauliske sylinders første ende (33) er tilkoplet plattformen, mens den hydrauliske sylinders andre ende (34) er anordnet til å bringes i kontakt med en del av klatrejekken (26), idet samtlige sylindre (32) på i og for seg kjent måte over ledninger (43,44) står i hydraulisk forbindelse med hverandre og at hver sylinders kammer på kjent måte inneholder en mengde hydraulisk olje som er tilstrekkelig stor for normalt å holde sylinderens stempel i en stilling omtrent tilsvarende halve slaglengden, for utjevning av vertikale belastninger av forskjellig størrelse på benets (12) søyler (13) ved utjevning via

ledningene (43,44) av det hydrauliske trykk i sylindrene, og at hver sylinder (32) over en av ledningene (44) står i forbindelse med hver sin trykkakkumulator (54) som inneholder kammere for et hydraulisk medium samt kammer for et kompresibelt medium, særlig en gass, hvilke sistnevnte kammere over stempler (55) er atskilt fra de hydrauliske kamre og anordnet for ved komprimering av mediet og frembringe støtdempning når støt-krefter som virker på benet (12) og plattformen (11) tvinger de hydrauliske sylindres (32) stempel nedover.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det mellom hver klatrejekk (26) og plattformen (11) er anordnet et par hydrauliske sylindre (32).

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de hydrauliske sylindre (32) bæres av stativer (35) som er stivt forbundet med plattformen (11).

4. Anordning ifølge et eller flere av foregående krav, karakterisert ved at hver trykkakkumulator (54) er forsynt med dreneringsventiler (61,69) på den hydrauliske side. resp. på siden for det kompresible medium.

5. Anordning ifølge et eller flere av kravene fra 2-4, der det kompresible medium utgjøres av en trykkgass,karakterisert ved en til akkumulatoren (54) tilkoplet trykkgasskilde (62).